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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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地質(zhì)地球所研究提出基于TODGA樹脂的W同位素化學分離方法

2020-10-23 地質(zhì)與地球物理研究所

【字體：大中小】

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　　傳統(tǒng)W純化方法主要采用陰離子或陽離子交換樹脂法，利用W在含氫氟酸的介質(zhì)中形成氟絡陰離子的特性，實現(xiàn)W與基體元素的分離。但是，由于Ti、Zr、Hf等高場強元素在含氫氟酸的介質(zhì)中也能形成氟絡陰離子，因此，采用傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)實現(xiàn)W與Ti、Zr、Hf等高場強元素的完全分離存在較大難度。此外，Ti在幔源巖石如玄武巖中為主量元素，含量較高，樣品Ti/W比通常大于105，因此，實現(xiàn)Ti-W的完全分離具有挑戰(zhàn)性。然而，無論采用MC-ICP-MS或NTIMS，尤其是NTIMS，Ti-W的徹底分離是高精度W同位素分析的先決條件。采用傳統(tǒng)離子交換樹脂法，一般需要進行3次甚至4次柱色譜分離；分離過程中，需要在解析W之前，采用大體積（> 100 mL）的含有醋酸或檸檬酸的淋洗液洗脫Ti，其耗時費力，且不利于降低流程本底。

　　針對上述問題，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所科技平臺系統(tǒng)研究員儲著銀及其合作者利用Ti、W、Zr-Hf在TODGA樹脂柱上保留行為差異較大的特征，提出采用TODGA樹脂柱進行Ti、W、Zr-Hf分離的方法。研究人員采用陰離子交換柱，將Ti-Zr-Hf-W作為一個整體與樣品基體元素分離；采用TODGA樹脂分離Ti、W、Zr-Hf。由于Ti在TODGA樹脂上保留較弱，因此，僅需采用TODGA樹脂小交換柱（0.6 mL），即可實現(xiàn)Ti、W、Zr-Hf的完全分離。在采用8M HCl-0.01M HF將Ti-Zr-Hf-W上柱之后，僅需10 mL 3M HNO3-0.01M HF即可完全洗脫Ti，隨后采用15 mL 3M HNO3-5% H2O2洗脫W（圖1）。必要時（>1g樣品），進一步采用TODGA樹脂微柱（0.3 mL），快速二次純化W餾分。實際玄武巖標樣N-TIMS分析結(jié)果表明（圖2），該快速分離流程可滿足超高精度W同位素分析的要求。相比于傳統(tǒng)的多柱組合陰、陽離子交換樹脂Ti、W、Zr-Hf分離方法，TODGA樹脂法具有分離效果好、分離速度快、淋洗劑用量小、樣品承載量大的優(yōu)點。　

　　相關(guān)研究成果以A chromatographic method for separation of tungsten（W）from silicate samples for high-precision isotope analysis using negative thermal ionization mass spectrometry為題，發(fā)表在Analytical Chemistry上。

　　論文鏈接

圖1.TODGA柱（0.6 mL樹脂，50-100 μm）Ti-W-Zr/Hf分離流程

　　圖2.NIST3163 W溶液標樣及USGS BHVO-2、GSJ JB-3玄武巖標樣W同位素測定結(jié)果。文獻數(shù)據(jù)：1.Mei et al. 2018，JAAS；2. Kruijer et al. 2018，CG；3.Peters et al. 2019，GGR　　

　　W同位素是開展地球早期演化和核幔相互作用研究的重要工具，近年來已獲重要研究進展。但是，開展地球樣品的W同位素示蹤研究具有挑戰(zhàn)性，對分析技術(shù)有較高要求，其原因是地球樣品的W同位素變化范圍小，只有獲取極高的W同位素比值測定精度，才能識別出不同樣品W同位素比值的微小差異，一般要求182W/184W分析精度達到< 5ppm（2RSD）。然而，適用于開展W同位素研究的幔源巖石（如玄武巖）W含量較低，通常僅為幾十至幾百個ppb量級，因此，需采用適當?shù)幕瘜W分離技術(shù)，從較大量（> 1 g）的幔源巖石樣品中分離出足夠量的高純度W（> 0.5 μg），從而滿足多接收器等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS）或負離子熱電離質(zhì)譜（NTIMS）進行超高精度W同位素測試的需要，其中，NTIMS技術(shù)對W的純度要求更高。
　　傳統(tǒng)W純化方法主要采用陰離子或陽離子交換樹脂法，利用W在含氫氟酸的介質(zhì)中形成氟絡陰離子的特性，實現(xiàn)W與基體元素的分離。但是，由于Ti、Zr、Hf等高場強元素在含氫氟酸的介質(zhì)中也能形成氟絡陰離子，因此，采用傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)實現(xiàn)W與Ti、Zr、Hf等高場強元素的完全分離存在較大難度。此外，Ti在幔源巖石如玄武巖中為主量元素，含量較高，樣品Ti/W比通常大于105，因此，實現(xiàn)Ti-W的完全分離具有挑戰(zhàn)性。然而，無論采用MC-ICP-MS或NTIMS，尤其是NTIMS，Ti-W的徹底分離是高精度W同位素分析的先決條件。采用傳統(tǒng)離子交換樹脂法，一般需要進行3次甚至4次柱色譜分離；分離過程中，需要在解析W之前，采用大體積（> 100 mL）的含有醋酸或檸檬酸的淋洗液洗脫Ti，其耗時費力，且不利于降低流程本底。
　　針對上述問題，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所科技平臺系統(tǒng)研究員儲著銀及其合作者利用Ti、W、Zr-Hf在TODGA樹脂柱上保留行為差異較大的特征，提出采用TODGA樹脂柱進行Ti、W、Zr-Hf分離的方法。研究人員采用陰離子交換柱，將Ti-Zr-Hf-W作為一個整體與樣品基體元素分離；采用TODGA樹脂分離Ti、W、Zr-Hf。由于Ti在TODGA樹脂上保留較弱，因此，僅需采用TODGA樹脂小交換柱（0.6 mL），即可實現(xiàn)Ti、W、Zr-Hf的完全分離。在采用8M HCl-0.01M HF將Ti-Zr-Hf-W上柱之后，僅需10 mL 3M HNO3-0.01M HF即可完全洗脫Ti，隨后采用15 mL 3M HNO3-5% H2O2洗脫W（圖1）。必要時（>1g樣品），進一步采用TODGA樹脂微柱（0.3 mL），快速二次純化W餾分。實際玄武巖標樣N-TIMS分析結(jié)果表明（圖2），該快速分離流程可滿足超高精度W同位素分析的要求。相比于傳統(tǒng)的多柱組合陰、陽離子交換樹脂Ti、W、Zr-Hf分離方法，TODGA樹脂法具有分離效果好、分離速度快、淋洗劑用量小、樣品承載量大的優(yōu)點。
　　相關(guān)研究成果以A chromatographic method for separation of tungsten（W）from silicate samples for high-precision isotope analysis using negative thermal ionization mass spectrometry為題，發(fā)表在Analytical Chemistry上。
　　論文鏈接
　　圖1.TODGA柱（0.6 mL樹脂，50-100 μm）Ti-W-Zr/Hf分離流程
　　圖2.NIST3163 W溶液標樣及USGS BHVO-2、GSJ JB-3玄武巖標樣W同位素測定結(jié)果。文獻數(shù)據(jù)：1.Mei et al. 2018，JAAS；2. Kruijer et al. 2018，CG；3.Peters et al. 2019，GGR
　　

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