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    技術文檔

    地化的你也許應該懂的Sr同位素計算方法

    南京聚譜檢測科技有限公司李亮先生在“微區分析”發表文章,論述Sr同位素研究相關的計算方法。轉載如下。

    本文相關內容比較硬核(晦澀),但很“實用”(基礎),比如Ploeg et al., 2018, Nature Communications的論文就利用類似原理處理Os同位素并進行始新世極熱事件的研究,審稿人就曾要求推導相關公式。


    如果你是地球化學專業的學生,或者使用相關的地球化學數據,可以嘗試在Excel中進行練習。




    無論是做Rb-Sr定年(或Sm-Nd定年),還是做Sr-Nd同位素物源示蹤,都需要知道87Rb/86Sr比值(或147Sm/144Nd比值)。



    很多人以為這個比值是質譜儀測出來的,其實不然,這個比值是根據Rb, Sr ppm含量(或Sm, Nd ppm含量)計算得到的:




    全巖粉末的Rb, Sr, Sm, Nd ppm含量,可引用ICP-MS微量元素測試值(通常不確定度較大),也可以通過同位素稀釋質譜法(Isotope Dilution Mass Spectrometry = IDMS) 獲得更加準確可靠的微量元素含量。
    Rb, Sr, Sm, Nd的原子量和相應核素的自然豐度,可引用國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC) 公布數值。

    原子量
    自然豐度
    Rb 85.4678±3
    87Rb 0.2783±2
    Sr 87.62±1
    86Sr 0.0986±1
    Nd 144.242±3
    144Nd 0.23798±19
    Sm 150.36±2
    147Sm 0.1499±18



    87Rb通過β- 衰變為87Sr,半衰期488億年。如果進一步考慮,在某個巖石(或礦物)內部,放射性成因87Sr*、143Nd*的豐寡會不會影響該體系內部87Sr86Sr、143Nd144Nd相對豐度,進而影響該體系的Sr、Nd原子量? 下面我們以Sr同位素為例,來進行討論。Sr同位素原子量及相對比值如下,因為87Sr為放射性成因的,因此其相對86Sr的比值不確定,表示為x。


    84Sr      83.91343 amu 84/86 Sr =0.0565

    86Sr      85.90927 amu 86/86 Sr =1

    87Sr      86.90889 amu 87/86 Sr = 變量x

    88Sr      87.90562 amu 88/86 Sr =1/0.1194=8.3752

    Σ SUM = 9.4317+x

    此時該體系中,各個Sr同位素的豐度= (8X/86Sr)÷(Σ SUM)

    例如86Sr 豐度= 1/ (9.4317 + 87/86Sr)                 Sr原子量= Σ (核素豐度×核素質量)

    在常見的87/86Sr范圍內( 0.700 ~ 0.900 ),計算如下:

    以0.710為基準(因為它的86Sr豐度最接近IUPAC數值0.0986±1)

    某巖石(或礦物)體系內部:

    (2.1) 86Sr豐度偏差 -18.39‰ 至+0.99‰;

    (2.2) Sr原子量偏差 -0.15‰ 至+0.01‰;

    (2.3) Sr原子量÷144Nd豐度,該比值偏差 -0.98‰至+18.58‰

    計算該比值偏差 的近似公式 = [原子量偏差] 減去 [86Sr豐度偏差]


    根據實踐經驗,由Rb-Sr同位素稀釋法計算得到的87Rb/86Sr比值,其不確定度介于5~10‰。通過上表可知,放射性成因87Sr*的豐寡對體系Sr原子量幾乎沒有影響,但對體系內86Sr豐度的影響非常明顯,必須考慮86Sr體系豐度= 1/ (9.4317 + 87/86Sr)
    結論:相關體系87Rb/86Sr的計算公式應為:


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