Реализация и опыт использования в ЦКП “Геоаналитик” методик анализа изотопного состава Sm и Nd, Rb и Sr в образцах пород

Объекты исследования. Международные образцы сравнения для изучения изотопных систем Sm, Nd и Rb, Sr (AGV-2, BHVO-2); минеральные образцы – разнообразные породы и минералы. Методы. Анализ изотопного состава Sm, Nd и Rb, Sr проведен с использованием масс-спектрометров NeptunePlus и TritonPlus. Цель. Реализация методик анализа изотопного состава Sm и Nd, Rb и Sr в минеральных образцах (разнообразных породах и минералах) с использованием двух типов масс-спектрометров – многоколлекторного с индуктивно связанной плазмой NeptunePlus и с термической ионизацией TritonPlus (ThermoFisher), а также описание процедуры обработки экспериментальных данных и опыта применения методик в ЦКП “Геоаналитик” за период 2015–2023 гг. Результаты. Реализованные аналитические методики включали: 1) хроматографическую подготовку в колонках различного размера с использованием различных смол, оптимизированную по соотношению трудозатраты/качество результатов анализа; 2) измерение изотопных отношений на двух типах масс-спектрометров; 3) коррекцию масс-дискриминации результатов измерений изотопных отношений и определение концентраций Sm и Nd, Rb и Sr методом изотопного разбавления с применением изотопной метки смесей ¹⁴⁹Sm + ¹⁵⁰Nd и ⁸⁵Rb + ⁸⁴Sr. Апробация методик выполнена на ряде международных образцов сравнения AGV-2, BHVO-2; представлены их метрологические характеристики. При использовании МС TritonPlus воспроизводимость (BHVO-2, n = 60) измерения изотопных отношений ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd, ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd и концентраций Sm и Nd составляют ±0.000020, ±0.0004, ±1.3, ±0.4 соответственно; показатели правильности определения отношений ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd и ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd – 0.001 и 0.25%, концентраций Sm и Nd – 2%; воспроизводимость (BHVO-2, n = 63) измерения изотопных отношений ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr и концентраций (Rb и Sr) составляют ±0.0025, ±1.5, ±2%, соответственно. Неопределенность единичного измерения изотопного отношения ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, представленная стандартной ошибкой среднего единичного измерения в образце, достигает не более 0.0025%. Выводы. Полученные результаты по образцам сравнения удовлетворительно согласуются с таковыми в базе GeoReM, а также с сертифицированными значениями производителя стандартов – Геологической Службы США (USGS). Описанные методики анализа применялись в ЦКП “Геоаналитик” для выполнения анализов разнообразных проб пород и минералов; в работе представлен ряд полученных экспериментальных результатов, которые в дальнейшем использованы при геохронологических построениях.

1. Горохов И.М. (1985) Рубидий-стронциевый метод изотопной геохронологии. М.: Энергоатомиздат, 153 с.

2. Журавлев А.З., Журавлев Д.З., Костицын Ю.А., Чернышов И.В. (1987) Определение самарий-неодимового отношения для целей геохронологии. Геохимия, (8), 1115-1129.

3. Костицын Ю.А., Журавлев А.З. (1987) Анализ погрешностей и оптимизация метода изотопного разбавления. Геохимия, (7),1024-1036.

4. Пупышев А.А., Сермягин Б.А. (2006) Дискриминация ионов по массе при изотопном анализе методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 132 c.

5. Сермягин Б.А., Пупышев А.А. (2008) Некоторые вопросы оценки погрешностей масс-спектрометрических измерений изотопного состава элементов. Массспектрометрия, 5(3), 163-184.

6. Сысоев А.А., Артаев В.Б., Кащеев В.В. (1993) Изотопная масс-спектрометрия. М.: Энергоатомиздат, 288 с.

7. Ферштатер Г.Б., Краснобаев А.А., Монтеро П., Беа Ф., Бородина Н.С., Вишнякова М.Д., Солошенко Н.Г., Стрелецкая М.В. (2019) Возраст и изотопногеохимические особенности мурзинско-адуйского метаморфического комплекса в связи с проблемой формирования Мурзинского межформационного гранитного плутона. Геология и геофизика, 60(3), 342-365. https://doi.org/10.15372/GiG2019039

8. Alfing J., Bröcker M., Setiawan N.I. (2021). Rb-Sr geochronology of metamorphic rocks from the Central Indonesian Accretionary Collision Complex: additional age constraints for the Meratus and Luk Ulo complexes (South Kalimantan and Central Java). Lithos, 388, 105971.

9. Bai J.H., Lin M., Zhong S.X., Deng Y.N., Zhang L., Luo K., Wu H., Ma J.L., Wei G.J. (2023) High intermediate precision Sm isotope measurements in geological samples by MC-ICP-MS. J. Analyt. Atom. Spectromet., 38(3), 629-637. https://doi.org/10.1039/D2JA00412G

10. Bai J.H., Liu F., Zhang Z.F., Ma J.L., Zhang L., Liu Y.F., Zhong S.X., Wei G.J. (2021) Simultaneous measurement stable and radiogenic Nd isotopic compositions by MCICP-MS with a single-step chromatographic extraction technique. J. Analyti. Atom. Spectromet., 36(12), 2695-2703. https://doi.org/10.1039/D1JA00302J

11. Blichert-Toft J., Frei R. (2001) Complex Sm-Nd and Lu-Hf isotope systematics in metamorphic garnets from the Isua supracrustal belt, West Greenland. Geochim. Cosmochim. Acta, 65(18), 3177-3187. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00680-9

12. Carlson R.W. (2014) Thermal ionization mass spectrometry. Treatise on Geochemistry. (Ed. by H. Holland, K.E. Turekian). L.: Elsevier, 337-354.

13. Cheng H., King R.L., Nakamura E., Vervoort J.D., Zhou Z. (2008) Coupled Lu-Hf and Sm-Nd geochronology constrains garnet growth in ultra-high-pressure eclogites from the Dabie orogen. J. Metamorphic Geol., 26(7), 741-758. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2008.00785.x

14. Gregory C.J., McFarlane C.R., Hermann J., Rubatto D. (2009) Tracing the evolution of calc-alkaline magmas: insitu Sm-Nd isotope studies of accessory minerals in the Bergell Igneous Complex, Italy. Chem. Geol., 260(1-2), 73-86. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2008.12.003

15. Horwitz P., Chiarizia R., Dietz M., Diamond H., Nelson D. (1993) Separation and preconcentration of actinides from acidic media by extraction chromatography. Analyt. Chim. Acta, 281(2), 361-372. https://doi.org/10.1016/0003-2670(93)85194-O

16. Jochum K.P., Weis U., Schwager B., Stoll B., Wilson S.A., Haug G.H., Andreae M.O., Enzweiler J. (2016) Reference values following ISO guidelines for frequently requested rock reference materials. Geostand. Geoanalyt. Res., 40(3), 333350. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.2015.00392.x

17. Li C., Chu Z., Wang X., Guo J., Wilde S.A. (2021) Determination of 87Rb/86Sr and 87Sr/86Sr ratios and Rb-Sr contents on the same filament loading for geological samples by isotope dilution thermal ionization mass spectrometry. Talanta, 233, 122537. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.122537

18. Li C.F., Li X.H., Li Q.L., Guo J.H., Li X.H., Liu T. (2011) An evaluation of a single-step extraction chromatography separation method for Sm-Nd isotope analysis of micro-samples of silicate rocks by high-sensitivity thermal ionization mass spectrometry. Analyt. Chim. Acta, 706(2), 297-304. https://doi.org/10.1016/j.aca.2011.08.036

19. McAlister D., Horwitz P. (2007) Characterization of Extraction of Chromatographic Materials Containing Bis(2-ethyl-1-hexyl)Phosphoric Acid, 2-Ethyl-1-Hexyl (2-Ethyl-1-Hexyl) Phosphonic Acid, and Bis(2,4,4-Trimethyl-1-Pentyl) Phosphinic Acid. Solvent extraction and Ion exchange, 25(6), 757-769. https://doi.org/10.1080/07366290701634594

20. McCulloch M.T., Bennett V.C. (1994) Progressive growth of the Earth’s continental crust and depleted mantle: geochemical constraints. Geochim. Cosmochim. Acta, 58(21), 4717-4738. https://doi.org/10.1016/0016-7037(94)90203-8

21. Mitchell R.H., Wu F.Y., Yang Y.H. (2011) In situ U-Pb, Sr and Nd isotopic analysis of loparite by LA-(MC)-ICP-MS. Chem. Geol., 280(1-2), 191-199. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2010.11.008

22. Pin C., Briot D., Bassin C., Poitrasson F. (1994) Concomitant separation of strontium and samarium-neodymium for isotopic analysis in silicate samples, based on specific extraction chromatography. Analyt. Chim. Acta, 298(2), 209-217. https://doi.org/10.1016/0003-2670(94)00274-6

23. Pin Ch., Zaldueguil J.F.C. (1997) Sequential separation of light rare-earth elements, thorium and uranium by miniaturized extraction chromatography: Application to isotopic analyses of silicate rocks. Analyt. Chim. Acta, 399(1-2), 79-89. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(96)00499-0

24. Platzner I.T., Habfast K., Walder A.J., Goetz A. (1997) Modern isotope ratio mass spectrometry. N. Y.: John Wiley & Sons, 514 p.

25. Raczek I., Jochum K.P., Hofmann A.W. (2003) Neodymium and Strontium Isotope Data for USGS Reference Materials BCR-1, BCR-2, BHV O-1, BHVO-2, AGV-1, AGV-2, GSP-1, GSP-2 and Eight MPI-DING Reference Glasses. Geostand. Geoanalyt. Res., 27(2), 173-179. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.2003.tb00644.x

26. Raczek I., Stoll B., Hofmann A.W., Jochum K.P. (2001) High‐Precision Trace Element Data for the USGS Reference Materials BCR-1, BCR-2, BHVO-1, BHVO-2, AGV-1, AGV-2, DTS-1, DTS-2, GSP-1 and GSP-2 by ID-TIMS and MIC-SSMS. Geostand. Newslett., 25(1), 77-86. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.2001.tb00789.x

27. Tanaka T., Togashi S., Kamioka H., Amakawa H., Kagami H., Hamamoto T., Yuhara M., Orihashi Y., Yoneda S., Shimizu H., Kunimaru T., Takahashi K., Yanagi T., Nakano T., Fujimaki H., Shinjo R., Asahara Y., Tanimizu M., Dragusanu C. (2000) JNdi-1: A neodymium isotopic reference in consistency with LaJolla neodymium. Chem. Geol., 168(3-4), 279-281. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(00)00198-4

28. Triton User Hardware Manual. Rev.0. Iss. 12/2002. Wasserburg G.J., Jacobsen S.B., DePaolo D.J., McCulloch M.T., Wen T. (1981) Precise determination of SmNd ratios, Sm and Nd isotopic abundances in standard solutions. Geochim. Cosmochim. Acta, 45(12), 2311-2323. https://doi.org/10.1016/0016-7037(81)90085-5

29. Zhang L., Yang F., Hong L.B., Zhang Y., Soldner J., Zhang Y.Q., Ren Z.Y. (2022) In situ measurement of Sm-Nd isotopic ratios in geological materials with Nd < 100 μg g-1 by LA-MC-ICP-MS. J. Analyt. Atom. Spectromet., 37(9), 1776-1786.