发布时间：2022-08-28
Mg元素是硅酸盐地球中的重要的组成元素，以多样的赋存状态广泛分布于地球关键带不同圈层之中。Mg元素较好的流体活动性使得其可以活跃地参与表生环境中各类生物、化学过程，也是表生碳循环中重要的组成部分。Mg同位素之间较大的相对质量差使其在低温地球化学过程中产生较大的分馏，因而成为了探究生物地球化学过程的有力工具。目前Mg同位素国际通用的参考标准为DSM-3，然而在近二十年的使用中DSM-3已基本被消耗殆尽，因此寻找可以替代DSM-3的一级\二级标准物质是目前Mg同位素测试亟待解决的问题。同位素测试通常需要分析与待测样品化学性质匹配的标准物质，从而控制化学前处理与仪器分析中可能引入的偏差，保证数据的质量并实现实验室间的比较。目前有关地球表生环境如土壤、植物和河水等标准物质Mg同位素组成的报道还较少，这些环境标样的Mg同位素组成尚待研究。
针对上述问题中国地质大学（北京）科学研究院表生环境与水文地球化学实验室韩贵琳教授团队使用实验室的Nu Plasma 3型MC-ICP-MS对纯Mg溶液(Alfa-Mg)进行了近四年的长期监测，标定了该溶液的Mg同位素组成。同时本研究基于实验室建立的Mg同位素分析测试流程 (Liu and Han, 2021)报道了包括土壤、河流沉积物与植物等一系列环境标准物质的Mg同位素组成。研究成果发表在质谱分析领域知名刊物《Geostandards and Geoanalytical Research》上。课题组博士研究生刘金科为第一作者，导师韩贵琳教授为通讯作者。
取得的主要进展包括：
（1）本研究系统分析了样品前处理过程（消解、柱分离）与仪器分析测试可能对Mg同位素测试精准度的影响，实验室内测试的样品都分布在Mg同位素的质量分馏线上（图1）。按照ISO Guide 35 2017标准，本研究系统分析了纯Mg溶液Alfa-Mg的均一性、长期稳定性以及标定不确定性, 并以此确定了其扩展不确定度U。在95%置信区间内, Alfa-Mg溶液标定的δ26/24Mg值为1.40±0.05‰ (U, k=2)。综上，我们认为该溶液可作为Mg同位素分析测试备选的一级\二级标准物质。
（2）本研究系统报道了土壤、河流沉积物与植物等环境标样的Mg同位素组成（图2），并发现在不同环境标样中Mg同位素组成具有较大的差异。所分析的土壤样品内，风化程度最高的GSS-4土壤标样具有最高的δ26/24Mg，而采集于洛川富含碳酸盐组分的黄土标样GSS-8具有最低的δ26/24Mg值；河流沉积物标样的δ26/24Mg值在土壤标样的变化范围之内；而植物标样的δ26/24Mg值显著低于硅酸盐地球的的δ26/24Mg值。
图1 Mg元素的三同位素示意图
图2 环境标样的Mg同位素组成
本研究受国家自然科学基金重点国际合作和杰出青年科学基金项目的资助。韩贵琳教授课题组主要从事传统与非传统稳定同位素相关的研究，探寻大气、水、土壤环境中元素地球化学循环及其环境效应。近两年来在以上项目的资助下，相继建立了高精度的K、Mg、Ca、Li等同位素的分析方法。相关成果相继在《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》、《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》、《Geostandards and Geoanalytical Research》等质谱学知名期刊上发表。
文章链接：https://doi.org/10.1111/ggr.12430
论文信息：Liu, J, & Han, G. (2022), Characterisation of a New Delta-Zero Natural Mg Solution Alfa-Mg for Isotope Ratio Measurement and Mg Isotopic Values in Fourteen Matrix Reference Materials, Geostandards and Geoanalytical Research, 46(3), 535-545.
Liu, J, & Han, G. (2021), An optimal method for magnesium purification and magnesium isotopic composition obtained by MC-ICP-MS, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 36(9), 1986-1995.