專利名稱：鍶同位素質(zhì)譜分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于同位素質(zhì)譜學(xué)(isotope mass spectrometer)和同位素地質(zhì)年代學(xué)(isotope geochronology)。
背景技術(shù)：
地球上的元素鍶有四個(gè)同位素，即84Sr、86Sr、87Sr、88Sr，其豐度為0.56％，9.86％，7.00％和82.58％。其中部分87Sr是由87Rb的β蛻變87Rb→87Sr+β-反應(yīng)產(chǎn)生的，其衰變常數(shù)為(1.42±0.05)×10-12年-1，所以自然界的87Sr的豐度是變化的，其取決于Rb/Sr和年齡。通常都是以比值87Sr/86Sr來表示87Sr的相對豐度。所以，精確地測量巖石中的鍶的各同位素含量及其比值就可以測定巖石的年齡。鍶含量非常低，對其進(jìn)行測量可采用非稀釋法和稀釋法，用同位素稀釋法來進(jìn)行測量是將待測樣品加入鍶的人工同位素稀釋劑后進(jìn)行化學(xué)分離，其為現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，該鍶的人工同位素稀釋劑中87Sr/86Sr＝S1、88Sr/86Sr＝S2、87Sr/86Sr＝Si均為已知，而自然界中，即待測樣品中的84Sr/86Sr＝N1和88Sr/86Sr＝N2是恒定的，分別為0.056584和8.37521。
為了測量鍶的各同位素含量及其比值，現(xiàn)有技術(shù)提出了兩種解決方法。
第一種解決方法是常規(guī)的慣用方法，即為在鍶的同位素地質(zhì)年代學(xué)所提出的，既要用稀釋法測鍶的含量，又要用非稀釋法求87Sr/86Sr的比值，從而進(jìn)行多次完全相同的化學(xué)流程和質(zhì)譜分析來完成；該方法可以使用單接收的同位素質(zhì)譜計(jì)和多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)，單接收的同位素質(zhì)譜計(jì)一次只能同時(shí)測量一個(gè)同位素，而多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)一次可以同時(shí)測量多個(gè)同位素，因此可以用來對鍶的同位素進(jìn)行分析。如代表當(dāng)今國際質(zhì)譜技術(shù)最高水平之一的美國Finigan Mat質(zhì)譜公司所出品的帶有“虛擬放大器”的多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)，其在美國專利號US 342,152中有過該“虛擬放大器”的描述。
第二種解決方法是本發(fā)明人在專利號為ZL97100609.1的中國專利中所提出的方法，該方法利用多接收同位素質(zhì)譜計(jì)一次就完成了鍶的各同位素含量及87Sr/86Sr的比值的測量和計(jì)算，僅需一次化學(xué)流程和質(zhì)譜分析即可；其解決了不同接收器之間的增益差別問題，同時(shí)使鍶的同位素分餾得到了自動(dòng)校正，這兩點(diǎn)，在國內(nèi)外還沒有其他方法得到如此完美的解決。
但是，上述的兩種解決方法各自均存在諸多不足。
第一種解決方法由于工序測量復(fù)雜，必須對天然鍶先后進(jìn)行稀釋分析和非稀釋分析，不能把兩種分析合起來一次完成；而且其必須計(jì)算出諸如增益之類的中間值，在解決增益差的問題時(shí)比較繁瑣，不夠科學(xué)，也不夠徹底。雖然Finigan Mat質(zhì)譜公司所出品的帶有“虛擬放大器”的多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)也是考慮到如何解決增益差的問題，但是其提出的軟件解決方案仍然比較煩瑣，不夠科學(xué)，也不夠徹底。
第二種解決方法雖然可以實(shí)現(xiàn)稀釋分析和非稀釋分析合起來一次完成，但是該方法是以動(dòng)態(tài)跳掃來完成的，即在一個(gè)測量周期中，必須通過改變質(zhì)譜計(jì)的磁場大小，來改變譜峰的位置，使得離子流被不同的接收器所接收，即使得同位素被切換到不同的接收器上，達(dá)到掃描的目的，其缺點(diǎn)是1、由于磁場強(qiáng)度是通過電磁鐵電流的突變(此為稱之為跳掃的原因)從一個(gè)磁場強(qiáng)度變化到另一個(gè)磁場強(qiáng)度，需要一定的設(shè)定時(shí)間，而且跳掃的峰位也不是絕對重復(fù)的，會直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2、當(dāng)磁場改變的同時(shí)，離子流在不同接收器之間掃動(dòng)，產(chǎn)生拖尾效應(yīng)，會在接收器上產(chǎn)生雜亂數(shù)據(jù)。
為了盡量減少上述缺點(diǎn)，在采集每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)往往需要等待2-4秒鐘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了改進(jìn)鍶的同位素分析，提供一種鍶同位素質(zhì)譜分析方法，其是將鍶同位素的比值和含量測定合起來一次自動(dòng)完成，并且使得測量過程更加簡單。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種改良的鍶同位素質(zhì)譜分析方法，其將待測樣品和鍶的同位素稀釋劑混合后，使用多接收質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行測量，其中該質(zhì)譜計(jì)包含有不少于五個(gè)的接收器Fj(j＝1-5)，該接收器所接收的鍶同位素質(zhì)量數(shù)固定不變，質(zhì)量數(shù)84、85、86、87、88由不同的接收器F1、F2、F3、F4、F5所接收；通過該接收器進(jìn)行不少于3次的測量，第一次測量時(shí)至少讀取接收器F1、F2、F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值v1j(j＝1-5)，第二次測量時(shí)至少讀取接收器F2、F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值v2j(j＝1-4)，第三次測量時(shí)至少再讀取接收器F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值v3j(j＝1-3)；至少利用下面三個(gè)關(guān)系式(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n＝(v11·v33)/(v13·v31)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33)；和利用下述兩種關(guān)系式中的一種或兩種非稀釋分析中的(88Sr/86Sr)n＝8.37521；稀釋分析中的[S1-(84Sr/86Sr)n]/[(84Sr/86Sr)n-N1]＝[S2-(88Sr/86Sr)n]/[(88Sr/86Sr)n-N2]以及Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)；其中上述關(guān)系式中(84Sr/86Sr)n、(87Sr/86Sr)n、(88Sr/86Sr)n為待求的經(jīng)過同位素分餾校正過的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr標(biāo)準(zhǔn)化值；S1、Si、S2分別為稀釋劑中的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；N1、N2分別為待測樣品中天然鍶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；Ni相當(dāng)于稀釋劑干擾校正后的(87Sr/86Sr)n，M1為待測樣品和稀釋劑混合的(84Sr/86Sr)n；從而在一個(gè)測試周期內(nèi)同時(shí)獲得了待測樣品中的至少兩個(gè)(87Sr/86Sr)n的測量值，即[(Sr87/Sr86)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)]]>[(Sr87/Sr86)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)]]>其中K為(88Sr/86Sr)n值。
通過所述關(guān)系式還可獲得稀釋劑和樣品的混合比(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n值。和其中，如果所述的稀釋劑的使用量為零時(shí)，關(guān)系式Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)仍然成立，此時(shí)，M1→N1，該關(guān)系式的第二項(xiàng)實(shí)際上趨于零，即為虛稀釋分析法。
本發(fā)明所述方法通過動(dòng)態(tài)的虛擬放大器的方式來讀取接收器輸出的電壓值，再利用一系列單個(gè)接收器的、體現(xiàn)已知量和未知量的特有關(guān)系式，即可得到待測樣品的同位素比值，而可實(shí)現(xiàn)對鍶的稀釋和非稀釋分析作標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算，以克服同位素分餾作業(yè)，從而提高測量計(jì)算的可靠性；本發(fā)明大大減小了化學(xué)分析和質(zhì)譜分析的工作量，使得操作更加簡單快捷；本發(fā)明保持離子流相對穩(wěn)定不變，僅僅讀取接收器的輸出電壓值，使得測量分析過程更加簡單，易于操作。
為便于貴審查員能進(jìn)一步了解有關(guān)本發(fā)明為達(dá)上述目的所采用的技術(shù)手段及其功效，茲例舉較佳實(shí)施例并配合圖式說明如下。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例第一次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例第二次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例第三次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例第四次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例第五次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述，但其并不用于限制本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于一臺裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)，其選用Finnigan Mat質(zhì)譜公司的虛擬放大器產(chǎn)品，以用于鍶的同位素質(zhì)譜分析，該熱電離質(zhì)譜計(jì)為多接收同位素質(zhì)譜計(jì)，可以一次同時(shí)測量多個(gè)同位素，其包含有九個(gè)接收器F1、F2、...Fj...、F9和九個(gè)放大器A1、A2、...Aj...、A9，這些接收器Fj(j＝1-9)的增益為G(j)，本發(fā)明實(shí)施例只選用其中的五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)和五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)，如圖1所示，這些接收器Fj(j＝1-5)選用法拉第杯(FaradayCups)。本發(fā)明實(shí)施例的重點(diǎn)在于離子流保持相對穩(wěn)定，而該五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)每個(gè)也分別固定地接收特定質(zhì)量單位的同位素，其所接收的質(zhì)量數(shù)相對固定，并在一個(gè)測量周期內(nèi)的不同測試時(shí)間點(diǎn)，通過五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)和五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)的動(dòng)態(tài)連接(即構(gòu)成一個(gè)虛擬放大器)，而獲得所需的電壓信號，因此一次性地完成對鍶同位素的比值和含量的測量。下面具體詳細(xì)描述其實(shí)現(xiàn)過程。
將待測樣品經(jīng)過稀釋或者非稀釋后的鍶樣品形成離子流通過電磁場后，調(diào)節(jié)熱電離質(zhì)譜計(jì)上的五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)，使得五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)依次同時(shí)接收到從84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr的各譜峰，并保持穩(wěn)定地對準(zhǔn)峰中心，其所接收的離子流強(qiáng)度分別為84I、85I、86I、87I、88I。如圖1所示，在五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)和五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)之間設(shè)置有一個(gè)可控的繼電器矩陣R1，該五個(gè)放大器的增益分別為G(1)、G(2)、G(3)、G(4)、G(5)，在該繼電器矩陣R1的控制下，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的虛擬放大器。繼電器矩陣的控制問題，屬于公知技術(shù)，在此不再詳細(xì)敘述。
第一實(shí)施例如圖1至圖5所示，本實(shí)施例測量的周期包含有五個(gè)測試時(shí)間點(diǎn)ti(i＝1-5)(雖然實(shí)施本發(fā)明僅僅需要開始的3個(gè)測試時(shí)間點(diǎn)即可，如t1、t2、t3)，在每個(gè)測試時(shí)間點(diǎn)均分別讀取放大器A1、A2、A3、A4、A5輸出的信號vij，為了計(jì)算方便，以下計(jì)算該信號vij值時(shí)假設(shè)放大器的增益為G(j)(j＝1-5)。
在測試時(shí)間點(diǎn)t1、t2、t3、t4、t5階段，如圖1-圖5所示是本發(fā)明實(shí)施例測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖，通過控制繼電器矩陣R1，使得五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別在84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr之間循環(huán)對應(yīng)。將每次跳掃所得到與各放大器對應(yīng)的峰值，填入下表，即得到一個(gè)掃描周期內(nèi)的多接收譜圖。

上表中的數(shù)字為在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)時(shí)的與各放大器對應(yīng)峰值的質(zhì)量數(shù)。下面采用矩陣法來表示和計(jì)算處理多接收譜圖，上表1可以表示為V11V12V13V14V15V21V22V23V24V25V31V32V33V34V35V41V42V43V44V45V51V52V53V54V55]]>其中V11＝84I·G(1)·f(t1)；V21＝85I·G(1)·f(t2)；V31＝86I·G(1)·f(t3)；V41＝87I·G(1)·f(t4)；V51＝88I·G(1)·f(t5)；V12＝85I·G(2)·f(t1)；V22＝86I·G(2)·f(t2)；V32＝87I·G(2)·f(t3)；V42＝88I·G(2)·f(t4)；V52＝84I·G(2)·f(t5)；
V13＝86I·G(3)·f(t1)；V23＝87I·G(3)·f(t2)；V33＝88I·G(3)·f(t3)；V43＝84I·G(3)·f(t4)；V53＝85I·G(3)·f(t5)；V14＝87I·G(4)·f(t1)；V24＝88I·G(4)·f(t2)；V34＝84I·G(4)·f(t3)；V44＝85I·G(4)·f(t4)；V54＝86I·G(4)·f(t5)；V15＝88I·G(5)·f(t1)；V25＝84I·G(5)·f(t2)；V35＝85I·G(5)·f(t3)；V45＝86I·G(5)·f(t4)；V55＝87I·G(5)·f(t5)；f(t1)、f(t2)、f(t3)、f(t4)、f(t5)分別為在測試時(shí)間t1、t2、t3、t4、t5總離子流的漲落因子。
將上述放大器輸出的信號vij選擇適當(dāng)規(guī)律進(jìn)行組合，并經(jīng)過簡單運(yùn)算和消除相同的因子，得到(v11·v33)/(v13·v31)＝(84I·88I)/(86I·86I)＝(84Sr/86Sr)m·(88Sr/86Sr)m(1)這里m表示為測量值。
根據(jù)參考第一文獻(xiàn)(G.J.Wasserburg et al.，Precise determination ofSm/Nd rations，Sm and Nd isotopic abundances in standardsolutions，Geochemicael Cosmochimica Acta，1981，45，P2311-2323)的第2315頁同位素標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式可知若(88Sr/86Sr)n＝(88Sr/86Sr)m/(1+2α)則(84Sr/86Sr)n＝(84Sr/86Sr)m·(1+2α)；即
(88Sr/86Sr)m＝(88Sr/86Sr)n·(1+2α) (2)(84Sr/86Sr)m＝(84Sr/86Sr)n/(1+2α)(3)這里的n表示為標(biāo)準(zhǔn)化值，其中，α為單位質(zhì)量同位素的分餾因子，將(2)、(3)式分別代入(1)式得到[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]1＝(v11·v33)/(v13·v31)(4)此處的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n正是所要求的經(jīng)過同位素分餾校正過的標(biāo)準(zhǔn)化值。
同樣，利用上述放大器輸出的信號vij，還可以得到另外五個(gè)關(guān)于鍶同位素比值的方程[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24) (5)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33) (6)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]3＝(v32·v41)/(v31·v42)(7)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]4＝(v41·v51)/(v51·v45) (8)[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]2＝(v34·v51)/(v31·v54) (9)觀察上述(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)式，可以得到一個(gè)非常有意義的結(jié)論可以從多接收熱電離同位素分析中，測得成雙成對的同位素比值的標(biāo)準(zhǔn)化值的乘積，其結(jié)果與測量部件的增益G(j)無關(guān)，也與同位素的分餾因子α無關(guān)，只須求解這些方程，就可得到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化值。
對應(yīng)鍶同位素的非稀釋分析，(88Sr/86Sr)n＝8.37521 (10)用公式(10)分別乘以方程(5)、(6)、(7)、(8)的兩邊，便可得到這四個(gè)方程中(87Sr/86Sr)n的解。
而對于稀釋分析，方程(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)式，既不能單獨(dú)求解，也不能聯(lián)立求解，將方程(4)與第二文獻(xiàn)(Boelrijk，NA.I.M.，”A general formula for‘Double’isotope dillutionanalysis”，Chemical Geology，3(1968)323-325)中提出的雙稀釋公式聯(lián)立，即引入(S1-D1)/(D1-N1)＝(S2-D2)/(D2-N2)；其中N1、N2是已知量，分別相當(dāng)于待測樣品中天然鍶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)；
S1、S2是已知量，分別相當(dāng)于人工同位素稀釋劑中的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)；D1、D2則分別相當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例公式(4)和公式(9)中的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n參數(shù)；因此可以先求解方程(4)和公式(9)中，得到兩對重復(fù)的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n這兩個(gè)比值，這些比值在誤差范圍之內(nèi)是重復(fù)的。
如再假設(shè)(88Sr/86Sr)n＝K (11)再將(11)式分別與(5)、(6)、(7)、(8)式聯(lián)立得到[(Sr87/Sr86)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)---(12)]]>[(Sr87/Sr86)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)---(13)]]>[(Sr87/Sr86)n]3=(V32·V41)·K/(V41·V42)---(14)]]>[(Sr87/Sr86)n]4=(V41·V55)·K/(V51·V45)---(15)]]>因此，在一個(gè)掃描周期內(nèi)，可以得到4個(gè)平行的(87Sr/86Sr)n比值和2個(gè)平行的(84Sr/86Sr)n比值，這是本實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它不但提高了分析效率，還可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性。若4個(gè)(87Sr/86Sr)n和2個(gè)(84Sr/86Sr)n在誤差范圍內(nèi)分別相等，則數(shù)據(jù)是可靠的。
下面引用第三文獻(xiàn)(Derek YorkThe Earth’s Age andGeochronology)中公式(3.12)的類似方法，或者，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)表的第四文獻(xiàn)(“稀釋分析的同位素分餾校正——一個(gè)新的同位素標(biāo)準(zhǔn)化程序”，《中國科學(xué)》，A輯，1987年第6期，666-672頁)中的公式(2)，即Ni＝Mi+(Mi-Si)·(N1-M1)/(M1-S1) (16)其中Ni、Mi分別相當(dāng)于對稀釋劑干擾校正前后的(87Sr/86Sr)n；Si相當(dāng)于稀釋劑中的87Sr/86Sr；N1、S1、M1分別相當(dāng)于天然的、稀釋劑的及混合的84Sr/86Sr比值，用以校正稀釋劑的干擾，便可分別得到待測樣品中(87Sr/86Sr)n的比值。
而當(dāng)不加稀釋劑時(shí)，M1→N1，公式(16)中的第二項(xiàng)實(shí)際上趨于零，即為虛擬的(非)稀釋分析，所以本發(fā)明人在上述第四文獻(xiàn)中提出的單接收虛稀釋分析的概念，也同樣適用于多接收，即上述方法完全適用于非稀釋分析。
虛稀釋分析的概念的提出，使得同位素分析中的稀釋與非稀釋分析可以采用相同的方法，也都可以使用同一個(gè)分析程序。這樣，不僅使得分析過程簡化，而且還提高了分析質(zhì)量。
第二實(shí)施例本實(shí)施例和前述的第一實(shí)施例基本相同，不同之處在于本實(shí)施例測量的周期僅僅包含有三個(gè)測試時(shí)間點(diǎn)ti(i＝1-3)，而第一實(shí)施例為5個(gè)測試時(shí)間點(diǎn)(恰好構(gòu)成一個(gè)完整的測量周期)，如圖1至圖3所示，在每個(gè)測試時(shí)間點(diǎn)均分別全部或部分地讀取放大器A1、A2、A3、A4、A5輸出的信號vij。假設(shè)本第二實(shí)施例是通過稀釋分析法來進(jìn)行鍶同位素質(zhì)譜分析。
首先將待測樣品加入鍶的人工同位素稀釋劑后進(jìn)行化學(xué)分離，其為現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，該鍶的人工同位素稀釋劑中84Sr/86Sr＝S1、88Sr/86Sr＝S2、87Sr/86Sr＝Si均為已知，而自然界中，即待測樣品中的84Sr/86Sr＝N1和88Sr/86Sr＝N2是恒定的，分別為0.056584和8.37521。
其次，使用熱電離質(zhì)譜計(jì)對稀釋后的待測樣品測量。上述稀釋后的鍶樣品通過電磁場形成離子流后，調(diào)節(jié)熱電離質(zhì)譜計(jì)上的五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)，使得五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)依次同時(shí)接收到從84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr的各譜峰，并保持穩(wěn)定地對準(zhǔn)峰中心，其所接收的離子流強(qiáng)度分別為84I、85I、86I、87I、88I。
1、在測試時(shí)間t1階段，如圖1所示是本發(fā)明實(shí)施例第一次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的”跳掃”示意圖，通過控制繼電器矩陣R1，使得五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別對應(yīng)于84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr。
2、再經(jīng)過測試時(shí)間t2，如圖2所示是本發(fā)明實(shí)施例第二次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的”跳掃”示意圖，同樣通過控制繼電器矩陣R1，四個(gè)放大器Aj(j＝1-4)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別對應(yīng)于85Rb、86Sr、87Sr、88Sr，此時(shí)，值得注意的是，和圖中所示不同的是放大器A5是懸空的。
3、最后經(jīng)過測試時(shí)間t3，如圖3所示是本發(fā)明實(shí)施例第三次測量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的”跳掃”示意圖，也同樣通過控制繼電器矩陣R1，三個(gè)放大器Aj(j＝1-3)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別對應(yīng)于86Sr、87Sr、88Sr，此時(shí)，值得注意的是，和圖中所示不同的是放大器A4、A5是懸空的。
將上述測試時(shí)間點(diǎn)得到的放大器的輸出電壓值采用矩陣法來表示為V11V12V13V14V15V21V22V23V24V25V31V32V33V34V35]]>其中v11＝84I·G(1)·f(t1)；v12＝85I·G(2)·f(t1)；v13＝86I·G(3)·f(t1)；v14＝87I·G(4)·f(t1)；v15＝88I·G(5)·f(t1)；v21＝85I·G(1)·f(t2)；v22＝86I·G(2)·f(t2)；v23＝87I·G(3)·f(t2)；v24＝88I·G(4)·f(t2)；v25為空；v31＝86I·G(1)·f(t3)；v32＝87I·G(2)·f(t3)；v33＝88I·G(3)·f(t3)；v34為空；v35為空。
將上述放大器輸出的信號vij選擇適當(dāng)公式進(jìn)行組合，并經(jīng)過簡單運(yùn)算和消除相同的因子，得到第一實(shí)施例中的公式(1)。同樣按照第一實(shí)施例的推理運(yùn)算，即可完成鍶同位素的質(zhì)譜分析。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述的方法至少要包括5個(gè)接收器，其所接收鍶同位素的質(zhì)量數(shù)分別為84、85、86、87、88，然后至少在3個(gè)不同的測試時(shí)間點(diǎn)分別測量相應(yīng)的電壓信號，而構(gòu)成一個(gè)完整的測量周期。
以上描述表明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的，這些優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下1、可對鍶的稀釋分析作標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，以克服同位素分餾，從而提高含量計(jì)算的可靠性。
2、可從稀釋分析中計(jì)算出所需要的天然同位素比值，在等于或小于最佳稀釋度內(nèi)，使所得比值的精度和準(zhǔn)度與虛稀釋分析相當(dāng)。因此，本發(fā)明使得化學(xué)分析和質(zhì)譜分析的工作量各減少一半以上，達(dá)到事半功倍的效果。
3、在進(jìn)行非稀釋分析時(shí)，可自動(dòng)校正稀釋劑對化學(xué)流程的污染和在質(zhì)譜計(jì)內(nèi)產(chǎn)生的記憶效應(yīng)。
4、待測的離子流保持相對穩(wěn)定，而每個(gè)工作的接收器僅僅檢測單一質(zhì)量數(shù)的離子流，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中跳掃的缺點(diǎn)，使得測量分析過程更加簡單，易于操作。
5、本發(fā)明方法不僅可以應(yīng)用于稀釋分析，而且可以不作任何改動(dòng)，同樣應(yīng)用于虛稀釋分析，其數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)度都好于常規(guī)分析法。
6、由于本方法得到的是同一份樣品的87Sr/86Sr比值和86Sr的含量，所以不受地質(zhì)樣品不均勻性的影響。
此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、修正和/或補(bǔ)充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補(bǔ)充都包括在本發(fā)明的上述描述的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其使用多接收質(zhì)譜計(jì)對待測樣品進(jìn)行測量，其特征在于該質(zhì)譜計(jì)包含有不少于五個(gè)的接收器Fj(j＝1-5)，該接收器所接收的鍶同位素質(zhì)量數(shù)固定不變，質(zhì)量數(shù)84、85、86、87、88由不同的接收器F1、F2、F3、F4、F5所接收；通過該接收器進(jìn)行不少于3次的測量，第一次測量時(shí)至少讀取接收器F1、F2、F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值v1j(j＝1-5)，第二次測量時(shí)至少讀取接收器F2、F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值v2j(j＝1-4)，第三次測量時(shí)至少再讀取接收器F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值v3j(j＝1-3)；至少利用下面三個(gè)關(guān)系式(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n＝(v11·v33)/(v13·v31)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33)；和利用下述兩種關(guān)系式中的一種或兩種非稀釋分析中的(88Sr/86Sr)n＝8.37521；稀釋分析中的[S1-(84Sr/86Sr)n]/[(84Sr/86Sr)n-N1]＝[S2-(88Sr/86Sr)n]/[(88Sr/86Sr)n-N2]以及Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)；其中上述關(guān)系式中(84Sr/86Sr)n、(87Sr/86Sr)n、(88Sr/86Sr)n為待求的經(jīng)過同位素分餾校正過的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr標(biāo)準(zhǔn)化值；S1、Si、S2分別為稀釋劑中的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；N1、N2分別為待測樣品中天然鍶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；Ni相當(dāng)于稀釋劑干擾校正后的(87Sr/86Sr)n，M1為待測樣品和稀釋劑混合的(84Sr/86Sr)n；從而在一個(gè)測試周期內(nèi)同時(shí)獲得了待測樣品中的至少兩個(gè)(87Sr/86Sr)n的測量值，即[(87Sr/86Sr)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)]]>[(87Sr/86Sr)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)]]>其中K為(88Sr/86Sr)n值。
2.如權(quán)利要求1或2所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，該方法更具體是指通過該接收器進(jìn)行5次的測量，每次測量時(shí)均讀取接收器F1、F2、F3、F4、F5所對應(yīng)的電壓值vij(i＝1-5，j＝1-5)；至少利用下面六個(gè)關(guān)系式[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]1＝(v11·v33)/(v13·v31)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]3＝(v32·v41)/(v31·v42)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]4＝(v41·v51)/(v51·v45)、[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]2＝(v34·v51)/(v31·v54)；和利用下述兩種關(guān)系式中的一種或兩種非稀釋分析中的(88Sr/86Sr)n＝8.37521；稀釋分析中的[S1-(84Sr/86Sr)n]/[(84Sr/86Sr)n-N1]＝[S2-(88Sr/86Sr)n]/[(88Sr/86Sr)n-N2]以及Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)；從而在一個(gè)測試周期內(nèi)同時(shí)獲得了待測樣品中的至少四個(gè)(87Sr/86Sr)n的測量值，即[(87Sr/86Sr)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)]]>[(87Sr/86Sr)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)]]>[(87Sr/86Sr)n]3=(V32·V41)·K/(V41·V42)]]>[(87Sr/86Sr)n]4=(V41·V55)·K/(V51·V45)]]>其中K為(88Sr/86Sr)n值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，該方法還包括通過所述的關(guān)系式可獲得稀釋劑和樣品的混合比(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n值。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，所述的質(zhì)譜計(jì)還包括有和所述的接收器相連的放大器，通過該放大器的輸出端讀取電壓值v1j、v2j、v3j。
5.如權(quán)利要求4所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，所述的放大器和接收器之間還連接有可控的繼電器矩陣，通過該繼電器矩陣來實(shí)現(xiàn)該放大器和接收器之間的通斷連接，從而在一個(gè)測量周期內(nèi)完成不少于3次電壓值v1j、v2j、v3j的讀取。
6.如權(quán)利要求1至5所述的任一種鍶同位素的定量比值一次質(zhì)譜分析的方法，其中，如果所述的稀釋劑的使用量為零時(shí)，關(guān)系式Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)仍然成立，此時(shí)，M1→N1，該關(guān)系式的第二項(xiàng)實(shí)際上趨于零，即為虛稀釋分析法。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種改良的鍶虛擬跳掃同位素質(zhì)譜分析方法，其將待測樣品使用多接收質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行測量，該質(zhì)譜計(jì)包含有不少于五個(gè)的接收器，該接收器所接收的質(zhì)量數(shù)固定不變，不同的質(zhì)量數(shù)由不同的接收器所接收，并通過動(dòng)態(tài)的虛擬放大器的方式來讀取接收器輸出的電壓值，再利用一系列單個(gè)接收器的、體現(xiàn)已知量和未知量的特有關(guān)系式，即可得到待測樣品的同位素比值。本發(fā)明將鍶同位素的比值和含量測定合起來一次自動(dòng)完成，并且使得測量過程更加簡單。
文檔編號G01N27/62GK1588034SQ20041006220
公開日2005年3月2日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者喬廣生, 儲著銀 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所