本文由Emmanuelle Albalat、Philippe Télouk和Vincent Balter*共同撰写，发表于2024年7月3日的《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》（JAAS）期刊上。研究机构为法国里昂高等师范学院的LGL-TPE实验室（UMR 5276, CNRS）。该研究旨在通过高精度的钾（K）同位素测量技术，揭示自然界中从宇宙化学到人体稳态等多种过程中的钾同位素分馏现象。钾同位素（39K/41K）的比值变化范围较大（约3‰），传统上通过多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICPMS）进行测量，但受到较大的同量异位素干扰（如40ArH+和38ArH+对41K+和39K+的干扰）。为了解决这一问题，研究团队采用了新一代配备碰撞/反应池（CRC）的MC-ICPMS仪器，利用氢气（H2）作为反应气体，成功消除了这些干扰。

研究背景

钾同位素在地球科学、宇宙化学、环境科学以及生物地球化学等领域具有广泛的应用价值。近年来，随着高精度测量技术的发展，钾同位素的研究逐渐增多。然而，传统的MC-ICPMS技术在测量钾同位素时，受到同量异位素干扰的严重影响，尤其是来自氩气等离子体中的40ArH+和38ArH+。为了克服这一挑战，研究团队采用了配备CRC的MC-ICPMS仪器，并开发了一种新的连续流动微快速同位素自动进样器，以提高测量的稳定性和精度。

研究方法

研究的主要目标是开发一种高精度的钾同位素测量方法，并验证其在多种地质和生物参考材料中的应用。研究流程包括以下几个步骤：

1. 样品消化与钾纯化：地质参考材料通过热板上的HF和HNO3混合酸消化，生物参考材料则通过微波消解。钾的纯化通过离子交换色谱法完成，采用单步化学分离法。

2. 钾同位素比值测量：所有测量均在LGL实验室的Neoma MC-ICPMS/MS仪器上进行，使用干燥等离子体和Apex Omega去溶剂器。样品、标准和空白溶液通过连续流动微快速同位素自动进样器引入。仪器参数包括1200 W的射频功率、13 L/min的冷却气流和1 L/min的雾化气流。

3. 数据处理与分析：采用样品-标准品对比法进行仪器质量偏差校正，使用NIST SRM-3141a作为外部标准。钾同位素组成以δ41K（千分比，‰）表示，相对于SRM-3141a。

研究结果

1. 测量条件优化：研究发现，在低分辨率模式下，Neoma MC-ICPMS/MS的质量分辨率为2200，能够观察到39K和41K高质量肩部的未检测到的干扰。这些干扰可能源于碰撞/反应池中复杂有机化合物的形成。通过空白扣除，钾同位素比值的分析稳定性和准确性得到了显著提高。

2. 样品-标准品匹配的影响：研究探讨了样品与标准品在基质元素（如Ca、Mg、Na）和酸浓度不匹配时对钾同位素测量精度的影响。结果表明，Ca的存在会导致显著的基质效应，而HNO3浓度的不匹配对δ41K值的影响较小。

3. 钾同位素测量的稳定性：在优化条件下，短期外部精度和长期重现性分别为0.07‰（2SD，n=500）和0.08‰（2SD，n=66）。通过连续流动微快速同位素自动进样器，研究实现了高达每小时10个样品的高通量测量。

4. 地质和生物参考材料的钾同位素组成：研究测量了多种地质和生物参考材料的钾同位素组成，结果与文献值一致，验证了该方法的可靠性。

结论

本研究展示了Neoma MC-ICPMS/MS在高精度钾同位素测量中的强大性能。通过使用连续流动微快速同位素自动进样器，研究显著提高了测量的稳定性和通量。该方法为未来的钾同位素研究提供了新的工具，特别是在宇宙化学、地球化学和生物地球化学等领域的应用。

研究亮点

1. 高精度测量：研究开发了一种高精度的钾同位素测量方法，能够有效消除同量异位素干扰。
2. 新型仪器应用：首次将Neoma MC-ICPMS/MS应用于钾同位素测量，展示了其在复杂基质样品中的优异性能。
3. 高通量测量：通过连续流动微快速同位素自动进样器，研究实现了每小时10个样品的高通量测量，显著提高了实验效率。

研究意义

该研究不仅为钾同位素的高精度测量提供了新的技术手段，还为未来的地球化学、宇宙化学和生物地球化学研究提供了重要的工具。通过该方法，研究人员可以更准确地追踪自然界中的钾同位素分馏过程，进一步揭示地球和宇宙的演化历史。