1. 引言
氧同位素（δ1?O、δ1?O）分析是地球化學、宇宙化學和環境科學等領域的重要研究手段，可用于示蹤巖石成因、流體來源及高溫地質過程。硅酸鹽和氧化物作為地殼中廣泛存在的礦物，其氧同位素分析需經過嚴格的樣品前處理。本文系統介紹樣品制備、純化、轉化及分析的關鍵步驟。
2. 樣品前處理流程
2.1 樣品準備
1.破碎與篩分
- 使用顎式破碎機或瑪瑙研缽將樣品破碎至粒徑＜200 μm。
- 避免污染：避免使用金屬器械（如鋼制破碎機），防止Fe/Ni等金屬引入。
- 超聲波清洗：去除表面吸附雜質（如有機質、次生碳酸鹽），用超純水或稀酸（0.1M HCl）短時間處理。
2.礦物分選
- 對多礦物樣品（如全巖），需通過重液分離、磁選或手挑法獲取目標單礦物（如石英、長石、橄欖石等）。
- 純度要求：＞99%（XRD或顯微鏡驗證）。
2.2 化學預處理
硅酸鹽礦物處理
1.溶解方法
酸溶解法：
- 使用濃HF（48%）在密閉Teflon容器中（如高壓消解罐）加熱至150°C，完全溶解硅酸鹽。
- 反應式：SiO? + 4HF → SiF?↑ + 2H?O
- 注意事項：HF具強腐蝕性，需在通風櫥中操作。
堿熔融法（適用于難溶礦物如鋯石）：
- 采用LiBO?或Na?CO?熔融（＞1000°C），后用稀酸提取。
2.純化步驟
- 通過陽離子交換樹脂（如AG50W-X8）去除金屬離子（如Fe3?、Al3?）。
- 蒸發濃縮后轉化為H?O（真空蒸餾法）。
氧化物礦物處理（如磁鐵礦、赤鐵礦）
還原法：
與BrF?或ClF?在高溫（＞500°C）下反應釋放O?：
2 Fe?O? + 6 BrF? → 3 Fe?F? + 4 O?↑ + 3 Br?↑
生成的O?通過液氮冷阱純化，轉化為CO?或H?O供質譜分析。
2.3 氧的提取與轉化
1.硅酸鹽氧提取
BrF?法（Clayton-Kishida法）：
- 樣品與BrF?在鎳反應器中加熱至550–700°C，生成O?。
- 副產物（如SiF?）通過低溫冷阱（液氮）去除。
激光氟化法（現代高效方法）：
- 使用CO?激光器局部加熱樣品+BrF?，快速釋放O?，適合微量樣品。
2.氧化物氧提取
- 類似硅酸鹽方法，但需更高反應溫度（如磁鐵礦需＞650°C）。
3.同位素比值測定
- 將O?轉化為CO?（與石墨在700°C反應）或直接以O?形式導入質譜儀（如Delta V Plus）。
- 標準物質：采用NBS-28（石英）或UWG-2（石榴子石）校準。
3. 質量控制
1.空白實驗
- 每批次樣品需運行流程空白，監測試劑（如BrF?）本底信號。
2.標準樣品
- 插入國際標準（如NBS-28，δ1?O=9.6‰）驗證分析精度（長期精度＜±0.1‰）。
3.交叉污染控制
- 不同礦物樣品間需徹底清潔反應器（如鎳管用無水乙醇超聲處理）。
4. 常見問題與解決方案
問題1：部分溶解
- 原因：硅酸鹽未完全分解（如含鋯石包裹體）。
- 解決方案：延長HF溶解時間或改用熔融法。
問題2：同位素分餾
- 原因：O?轉化不完全或泄漏。
- 解決方案：檢查真空系統密封性，優化反應溫度。
5. 結論
硅酸鹽和氧化物的氧同位素分析需根據礦物化學性質選擇溶解/氟化方法，嚴格把控純化步驟，并結合高精度質譜技術。未來發展方向包括微區分析（如SIMS）和自動化流程的優化。
參考文獻
- Clayton, R.N., & Mayeda, T.K. (1963). Geochimica et Cosmochimica Acta.
- Sharp, Z.D. (1990). Contributions to Mineralogy and Petrology.
- Valley, J.W., et al. (1995). Reviews in Mineralogy.
備注：實際操作需結合實驗室具體設備與安全規范，建議在經驗指導下進行。
