賽默飛無機質譜技術在測量同位素比值中的應用
在地學、環境乃至生命科學中，窺探元素和化合物的源匯以及轉化途徑、機制至關重要。在含量、形態等傳統分析技術上，高精度元素同位素比值為這類研究提供更加深入的視角。大至以百萬年為時間單位的行星演化、生命起源、氣候變化等，小至癌癥早期診斷、微量元素新陳代謝過程、食品地理標志溯源等，同位素比值均發揮著獨特的作用。
賽默飛無機質譜技術（IOMS）具有多達10個產品線，能夠為周期表中所有元素同位素比值分析提供解決方案。其中，多接收電感耦合等離子體質譜（MC-ICP-MS）憑借ICP離子源的高效性和多接收檢測器的靈活性，能夠測量50種以上的元素同位素比值，精度達到ppm（百分分之一）級別，是測量金屬同位素比值的首選工具。
賽默飛Neoma和Neoma MS/MS是賽默飛最新型號的MC-ICP-MS，除了繼承第一代Neptune系列MC-ICP-MS的10kV高壓、水冷磁場、可移動檢測器以及虛擬放大器技術外，還首次在MC-ICP-MS中引入了帶質量篩選功能的碰撞反應池技術（Pre-filter CRC），為更多的同位素體系開辟新的分析流程和應用領域。
Thermo Scientific™ Neoma™（左）和Neoma™ MS/MS（右）MC-ICP-MS
本文將為大家著重介紹Neoma系列MC-ICP-MS的最新典型應用。
應用一：
超高精度Ti同位素揭示地球演化過程
中國科學技術大學地球和空間科學學院鄧正賓特任教授與哥本哈根大學合作，利用Neoma MC-ICP-MS開發了超高精度鈦穩定同位素組成的測量方法，δ49Ti 2sd精度達到0.01‰，比之前文獻報道的最佳精度提高了3-4倍。基于Ti同位素數據，作者刻畫了地球形成早期到現代的地幔來源火成巖的鈦同位素記錄，揭示了地球地幔的運轉模式是呈階段性演變的，現代板塊構造體制下接近全地幔對流的模式只是地球演化近期的過渡狀態。
原文鏈接：Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06304-0
應用二：
全法拉第杯模式測量核工業中U同位素比值
離子計數器（IC）相較于法拉第杯（FAR）噪聲更低，常用于檢測小的離子信號。但是，頻繁的效率校正和較窄的動態范圍限制了IC使用的靈活性。以核工業中的鈾（U）同位素分析為例，“貧鈾”樣品通常需要采用離子計數器檢測，但是對于其他鈾材料，則容易超出其計數范圍。
美國橡樹嶺國家實驗室Zirakparvar 等人在Neoma MC-ICP-MS上采用全法拉第杯搭配1011 Ω和1013Ω放大器，在溶液和激光模式兩種進樣方式下測量了一系列不同豐度的U同位素參考物質(U010， U030，U500，U630，和U850)。
結果表明，信號大于0.05 mV（~3125cps）時1013 Ω放大器可獲得準確結果；當有干擾物質或者拖尾存在導致信號的不穩定時，離子強度大于4 mV即可。增長積分時間可一定程度抵消信號波動對比值精度的影響。1013 Ω放大器可滿足核工業中不同豐度U同位素的檢測，克服了IC使用時信號過載的限制。
原文鏈接：Faraday detector uranium isotope ratio measurement: Insights from solution- and laser ablation-based sampling methodologies on the Neoma MC-ICP-MS - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380623001057
應用三：
超高分辨模式（XHR）和碰撞反應模式（CRC）測量鉀同位素
法國里昂高等師范學院地質實驗室（LGL - ENS Lyon）作為全球第一臺Neoma以及第一臺現場升級MS/MS選項的實驗室，分別使用超高分辨狹縫（XHR）和碰撞反應模式（CRC）建立了鉀同位素分析方法。
結果顯示，Neoma搭載的XHR可將分辨能提高到15000以上，可在熱等離子體條件下直接分離K和ArH。Neoma集成了iCAP Qnova系列ICP-MS的矩管和中心管設計，可降低基體效應的影響，酸度匹配和基體元素的影響均低于其他已報道方法，δ41K短期穩定性和長期重現性分別為0.06‰ (2SD) 和0.07‰(2SD)。
XHR模式測定K同位素
Neoma MS/MS配置下，向CRC中通入H2可消除Ar和ArH干擾，直接在低分辨模式測定K同位素，并使用microFAST裝置實現標準-樣品信號自動匹配，使得K同位素測量的濃度差異耐受性達到30%。δ41K短期穩定性和長期重現性與XHR方式一致，分別為0.07‰ (2SD) 和 0.08 ‰ (2SD)。
CRC-低分辨模式下測定K同位素
原文鏈接：Steady analyses of potassium stable isotopes using a Thermo Scientific Neoma MC-ICP-MS - Journal of Analytical Atomic Spectrometry (RSC Publishing) https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ja/d2ja00050d
Routine measurement of high-precision potassium stable isotope compositions using a continuous-flow Neoma MC-ICPMS/MS - Journal of Analytical Atomic Spectrometry (RSC Publishing)
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ja/d4ja00211c
應用四：
單點剝蝕Rb-Sr原位定年識別多期次年齡
87Rb-87Sr是重要的同位素地質定年的手段，但原位分析Rb-Sr年齡一直受限于同量異位素干擾（87Rb vs 87Sr）和比值精度（87Sr/86Sr）。Neoma MS/MS的全新特性完全解決了該應用的技術難點：
1) Pre-filter模塊可消除激光剝蝕引起的基體及痕量雜質干擾
2) CRC碰撞反應池技術可通入SF6，將Sr轉化為SrF
3) 增強的質量色散可完全同時接收m/z 85（85Rb）至107（87SrF），通過靜態接收確保87Sr/86Sr精度
緬因大學與賽默飛德國不萊梅工廠合作利用Neoma MS/MS對黑云母進行了原位分析定年。緬因州西部黑云母單點Rb-Sr等時線數據分析表明，單點定年數據記錄了被傳統定年方法掩蓋的多期次歷史事件，為地質年代學開辟了新的前沿，為評估巖脈內部的非均一性，甚至在單晶體或微米尺度上創建詳細的Rb-Sr 年齡分布圖提供了可能。
原文鏈接：Single Spot Rb‐Sr Isochron Dating of Biotite by LA‐MC‐ICP‐MS/MS - Cruz‐Uribe - 2023 - Geostandards and Geoanalytical Research - Wiley Online Library
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ggr.12518
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