Sm-nd и rb-sr изотопные системы в минералах

Смирнова З.Б.

Санкт-Петербургский Государственный Университет,

Санкт-Петербург, Россия.

Аспирант 1г.

Научный руководитель: Богданов Р.В.

Современный уровень развития масс-спектрометрического метода исследования позволяет определять изотопный состав образцов с малым содержанием вещества (порядка нескольких нанограмм). Благодаря этому появилась возможность изучать монокристаллы горных пород и минералов. Наибольший интерес представляет изучение неоднородности изотопного состава единичных кристаллов от центра к краю, что может дать важную петрогенетическую информацию об изучаемом объекте. Кристаллы выступают в качестве регистраторов окружающей среды, в которой они растут, а значит могут представить хронологию геологических процессов, сопутствовавших их росту [1]. Таким образом, изучение локальных вариаций изотопного состава от центра к краю позволяет оценивать кинетику минералообразования, процессы диффузии и перекристализации.

Такой подход может применяться для изучения Rb-Sr изотопных систем в плагеоклазе, полевом шпате и других породах магматического происхождения. При изучении гранатов целесообразно рассматривать Sm-Nd и Rb-Sr изотопные системы[2].

Работа с небольшим количеством вещества (содержание Nd, Sm и Sr в пробе достигает нескольких нанограмм) предъявляет особые требования к точности и чистоте эксперимента.

Для получения данных о возрасте и количественном составе пород изотопные отношения радиогенного и нерадиогенного изотопов определяют при помощи метода температурно-ионизационной масс-спектрометрии (TIMS). Температурная ионизация эффективна лишь в том случае, если образец был тщательно очищен от матрицы, так как матрица снижает эмиссию и усложняет анализ, что особенно существенно при работе с малыми количествами вещества.

Эффективное химическое очищение анализируемого элемента перед измерением образца на масс-спектрометре с термальной ионизацией необходимо, так как помимо проблемы матрицы существует так же с проблема изобарности масс.

Разделение редкоземельных элементов является трудновыполнимой аналитической задачей ввиду большого сходства химических и физических свойств элементов этой группы. В настоящее время существуют две группы хроматографических методов, при помощи которых осуществляют разделение самария и неодима:

· жидкостно-жидкостная хроматография с обращенными фазами (экстракционная хроматография)

· ионообменная хроматография.

Нами была проведена серия экспериментов по наладке методики разделения РЗЭ методом ионообменной хроматографии с использованием 2-гидроксиизобутиловой кислоты в качестве элюента [3]. В качестве образца использовался стандарт горной породы BCR-2. Рассмотренный метод разделения редкоземельных элементов обладает следующими позволил выделить фракцию неодима не содержащую примесей самария, церия гадолиния и празеодима, количественный выход самария и неодима оказался более 90%. К существенным недостаткам данной методики следует отнести необходимость строгого контроля pH элюента (допустимое изменение pH составляет ±0,02) и проблема матрицы - сбор РЗЭ осуществляется в 2-гидроксиизобутиловой кислоте, которая при выпаривании создает большой осадок, который препятствует эффективной ионизации образца при измерении на масс-спектрометре.

За последние тридцать лет разными научными лабораториями мира было разработано большое количество методик разделения редкоземельных элементов посредством экстракционной хроматографии [4,5,6]. С 1990 года существует коммерчески доступная смола Ln-spec, разработанная фирмой Eichrom специально для разделения редкоземельных элементов друг от друга. Нами проводить суммарное выделение РЗЭ на смоле Tru-spec. Геометрия штативов и колонок со смолой Tru-spec и нормальность используемых кислот позволяют подставить под них колонки со смолой Ln-spec, таким образом РЗЭ, выделенные суммарно, будут попадать в колонки Ln-spec для дальнейшего разделения напрямую, без использования посуды и последующего выпаривания. Такой метод позволит повысит чистоту эксперимента.

Литература:

[1] Charlier B.L.A., Ginibre C. Chemical Geology 232, 114–133 (2006)

[2] Pollington A.D., Baxter E.F. Earth and Planetary Science Letters 293, 63–71(2010)

[3] Harvey J., Baxter E.F. Chemical Geology 3-4, 251-257 (2009)

[4] Griselin M, van Belle J.C., Pomies C., Vroon P.Z., van Soest M.C., G.R. Davies G.R. Chemical Geology 172, 347-349 (2001)

[5] Horwitz E.P., Bloomquist C.A.A. J. Inorganic nuclear Chemistry 37, 425-434 (1975)

[6] Rehkamper M., Gartner M., Galer S.J.G., Goldstein S.L. Chemical Geology 129, 201-208 (1996)