【摘要】 本技术文档探讨金属元素（如钙、铁、锌、铜）在地球各圈层（岩石圈、水圈、生物圈、大气圈）中的迁移机制和地球化学过程，重点介绍多接收杯电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）的技术优势、可分析同位素体系、样品准备要求及镉同位素测定流程，为地球系统和环境研究提供高精度分析支持。

金属元素（如钙、铁、锌、铜等）是地球各圈层——岩石圈、水圈、生物圈、大气圈——中迁移活跃的核心组成，不仅是生命必需的营养元素，也深度参与并调控表生系统的地球化学过程。金属同位素组成及其分馏特征，为解析这些元素在复杂生物地球化学循环中的迁移路径、转化机制与物质通量，提供了高精度、可量化的示踪手段。这一研究方法正成为约束地球系统元素循环过程的重要技术支撑。

 

核心测试技术：多接收杯电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）

多接收杯电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）可以精准地测量多种元素的同位素组成。该技术结合了电感耦合等离子体（ICP）源的高效电离能力与磁扇形质谱仪的多接收器检测系统，基本工作原理见下图。

与其它同位素检测技术相比，MC-ICP-MS优势包括：

分析范围广：大多数元素都能分析，包括那些具有高电离势而难以被TIMS分析的元素。

稳定性高：分析过程中，系统稳定，仪器质量分馏效应相对恒定且可有效校正。

进样系统灵活：固液均可，操作方便。

测试精度高：利用最新的MC-ICP-MS，同位素比值的测试精度可降低到0.002%，能够精确检测自然界中微小的同位素组成变化。

 

可分析的常见金属同位素体系

依托 MC-ICP-MS（多接收等离子体质谱）技术，目前可实现多种关键金属元素同位素组成的高精度测定。

常规体系

铬（Cr）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、镁（Mg）、锂（Li）、镉（Cd）、锶（Sr）等同位素

新兴体系

硼（B）、镍（Ni）、锑（Sb）、铊（Tl）等元素的同位素分析也在持续拓展与应用中。

 

样品准备要求

获得可靠的同位素数据，前提是样品中目标金属元素的浓度与总量均满足分析需求。       

浓度要求

目标元素浓度需高于仪器检测下限。例如，水样进行铬（Cr）同位素分析时，通常要求 Cr > 0.5 ppm。

总量要求

目标元素总量需充足。以铬为例，总量通常应 > 2 μg。

低浓度处理：

若样品浓度偏低（如洁净水体），需在分析前进行浓缩富集。

计算示例

若水样 Cr 浓度为 2 ppm，且要求总 Cr 量 > 2 μg，则至少需提供 1 mL 样品。考虑实验过程损耗，建议适当额外提供。

 

测试方法-以镉(Cd)同位素（δ114/110Cd）测定流程

镉共有8种稳定同位素：

¹⁰⁶Cd、¹⁰⁸Cd、¹¹⁰Cd、¹¹¹Cd、¹¹²Cd、¹¹³Cd、¹¹⁴Cd、¹¹⁶Cd

均可测试，其中最常见的为δ114/110Cd，其分析流程如下：

Part.1

约 50mg样品称重入特氟隆消化烧杯中，与3 mL浓缩盐酸在120℃下反应24小时以上。蒸发至干燥后，将样品溶解在10 ml 2%硝酸中，转移到15 ml聚丙烯离心管中。离心后（4500r/min，10min），1 ml上清用于主要和微量元素测定，再转移1 ml上清用于Cd纯化，以去除干扰基质元素（如Zn、Sn、In和Pd）。

Part.2

根据Cd含量，将所有样品和溶液标准品稀释至200ng/mL，加入111Cd-110Cd双峰溶液（111Cd-110Cd≈2），达到样品总Cd与双峰溶液的比例为1。采用基于MATLAB−的脚本和迭代的双−尖峰校正算法计算了双−尖峰样本的Cd同位素组成。此外，114Cd光束的强度为3V，摄取速率为50 μL min−1。用Nist3108 镉的标准溶液做校正参数，计算公式如下，其中，R为114Cd/110Cd。

 

金属同位素的测试周期通常在1-2月，如果对测试细节或者测试价格有疑问，添加下方微信，即可直接联系工程师，一对一沟通检测方案，让您的样品更快送检、结果更精准、使用更安心。您的每一次关注、留言或点赞，都是我们持续分享环境检测干货与科研案例的动力。