铀是氧化-还原敏感性元素，同时铀又是关键金属，其同位素作为重要的地球化学示踪工具，在古海洋、古环境氧化-还原状态和铀迁移转化及成矿等研究领域具有重要的应用价值。然而，铀同位素（δ^238/235U）高精度测定通常依赖²³³U–²³⁶U双稀释剂来校正仪器质量分馏，而该双稀释剂对我国禁售获取难度很大，限制了铀同位素在国内的广泛应用。

 针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所博士研究生郭家凯在李杰正高级工程师的指导下，建立了一套基于自主研发的三正辛基氧膦（TOPO）萃取树脂的单柱铀分离纯化流程。研究发现，TOPO树脂在硝酸和盐酸介质中对铀具有强的吸附能力，通过一柱就可以将U和基体与干扰元素分离，并实现铀的近定量回收（图1）。与目前国际上普遍采用的U特效树脂（U-TEVA）分离纯化方法相比，我们的方法具有流程简单高效及成本低的优势，非常适合环境及地质样品中铀的分离纯化。

图1 不同酸性介质下铀的化学分离曲线。（a）初始洗脱显示基体未完全去除；（b）使用3M硝酸+0.2M氢氟酸和2M盐酸+0.05氢氟酸进行的改进洗脱；（c）用于定量铀回收的最终优化流程。

 在MC-ICPMS质谱测定方面，通过监测在U样品中加入的Pb并利用Pb作为归一化元素，采用标准-样品间插校正结合内标归一化法（C-SSBIN）进行仪器质量分馏校正，大大提高了U同位素的测试精度。长期测定两个U标准溶液GBW04428和HPS的结果显示，δ^238/235U外部重现性可达±0.064‰（2SD），该精度与双稀释剂方法的接近（图2）。

图 2 采用C-SSBIN和仅SSB校正方法，对δ²³⁸U_CRM-112a进行了为期六个月的长期重复性测试，分别针对（a，b）GBW04428 和（c，d）HPS-U 进行了测试；不同颜色代表不同的测量时间段；误差棒代表每次测量的两倍标准误差；浅色区域代表δ²³⁸U_CRM-112a值的两倍标准偏差。

 为验证方法的准确性和适用性，研究团队进一步对多种地质和环境标准物质进行了重复分析，包括玄武岩、页岩、锰结核、白云岩、珊瑚和海水等样品。结果显示，所得δ^238/235U值与已有文献报道值在误差范围内一致，表明该方法具有良好的准确度、稳定性和基体适用性（图3）。

图3. 参考物质铀的同位素组成（δ²³⁸U_CRM-112a），包括本研究以及以往研究的数据；彩色实心和空心符号分别代表本研究不同平行样品的δ²³⁸U_CRM-112a和它们的平均值；黑色空心符号代表文献中已有的数据。误差棒表示两倍标准偏差（2SD）。

相关成果发表在分析化学领域权威期刊 Analytical Chemistry 上。该研究受到了国家重点研发项目（2023YFF0803704）和国家自然科学基金（42373030）的资助。

 论文信息：Guo Jiakai（郭家凯）, Zhong Qiaohui（钟桥辉）, Li Meiju（李美菊）, Chu Gaobin（初高彬）, Wang Zhaoyang（王朝阳）, Xu Weihai（徐维海）, Shen Nengping（沈能平）, Li Jie*（李杰）. Measurement of the Isotopic Composition of Uranium in Geological Samples by MC-ICP-MS Using a TOPO-Based Extraction Chromatographic Protocol. Anal. Chem. 2026, 98, 18, 13556-13565

 论文链接：DOI10.1021/acs.analchem.6c00090