锆（Zr）是一种典型的高场强元素，在地质过程中主要以四价形式存在。其稳定同位素（⁹⁰Zr、⁹¹Zr、⁹²Zr、⁹⁴Zr、⁹⁶Zr）在示踪岩浆分异、地壳-地幔相互作用、海洋地球化学循环以及行星早期演化等方面具有重要应用价值。然而，传统Zr同位素分析方法通常需要使用高浓度酸介质和复杂的多步分离流程，导致样品处理周期长，且常常依赖双稀释剂校正，限制了该同位素体系在常规地质研究中的广泛应用。

 为突破上述技术瓶颈，中国科学院广州地球化学研究所硕士研究生肖雨辰在李杰正高级工程师指导下，基于自主制备的三辛基氧化膦（TOPO）萃淋树脂，开发了一套简便高效的单柱分离纯化Zr的流程，并结合标准-样品间插校正与Sr内标归一化法（C-SSBIN），实现了对地质样品中Zr同位素的高精度测定。主要技术创新包括：

（1）在化学分离方面，系统表征了TOPO树脂在硝酸介质中对Zr的强吸附行为（K_d > 5000 mL/g）及在含氟介质中的高效解吸特性，建立了单柱分离流程（图1）。该流程有效去除了基体及干扰元素（如Ca、Ti、Cr、Fe、Zn、Ba、Mo等），流程空白仅0.3-0.7 ng，Zr回收率高达~98%（图2），为后续非双稀释剂校正策略提供了关键前提。

图1 不同浓度的硝酸和氢氟酸条件下Zr和Mo在TOPO树脂上的分配系数（K_d）。

图2 Zr在TOPO树脂上的洗脱曲线。

（2）在MC-ICP-MS测试方面，由于Sr和Zr具有良好相关的仪器质量分馏行为（R² = 0.99，图3），因此采用C-SSBIN法进行质量分馏校正。对NIST SRM 3169标准溶液长期重复测试获得的外部重现性（2SD）为±0.061‰（n=106），对国家（GSB） Zr标液的测试精度为±0.047‰（n=16）。（图4）

图3 测量的Zr同位素与Sr同位素之间的相关性。

图4 对NIST 3169 Zr的重复性测试结果（a）和GSB Zr的重复性测试结果（b）。

（3）以NIST SRM 3169为基准，对7种国际地质标准物质（涵盖玄武岩、安山岩、花岗闪长岩、花岗岩及页岩）进行了重复分析，获得的δ ⁹⁴/⁹⁰Zr _{NIST SRM 3169}值与已报道数据在误差范围内高度一致（图5），充分验证了方法的准确性和普适性。

图5 本研究测定的7种地质参考物质的Zr同位素组成。

 本研究基于自制的TOPO单柱分离流程与C-SSBIN校正策略相结合，显著简化了样品前处理步骤，降低了试剂消耗和分析成本，为常规地质样品Zr同位素分析提供了一种高效、实用的新方案，为深入理解岩浆演化、地壳物质循环及表生过程提供了可靠的技术支撑。相关成果发表于国际光谱学期刊Journal of Analytical Atomic Spectrometry上。该研究获得国家自然科学基金（42373030）的资助。

论文信息：Xiao Yuchen (肖雨辰), Zhong Qiaohui (钟桥辉), Guo Jiakai (郭家凯), Chu Gaobin (初高彬), Li Jie* (李杰). Measurement of Zr isotopic composition in geological samples by MC-ICP-MS using a TOPO-based single-column protocol. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2026, 41 (9): 3275–3285.

论文链接：https://doi.org/10.1039/d6ja00233a