尚小谨

摘 要： 鐵是生物体所必须的营养元素之一，并广泛存在于各类矿物、岩石、流体和生物体中。自然界中铁由四个稳定同位素组成：54Fe、56Fe、57Fe和58Fe。由于铁同位素间的质量差较小，在自然界中发生的铁同位素分馏较弱，故直到高精度多接收器等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）的出现，铁同位素的地球化学应用开始成为可能。目前铁同位素的组成采用两种不同的表示方式：δ（千分偏差）和ε（万分偏差）。铁同位素组成报道两组比值，即56Fe/54Fe和57Fe/54Fe。由于自然过程铁同位素的分馏较弱，需要进一步放大样品的组成差异，采用了ε值表达法，即样品与标准物质的万分偏差。目前所采用的铁同位素标准物质有两种，分别为欧盟参考物质与测量研究所（IRMM）提供的高纯度铁IRMM-014和火成岩标样（由15块地球火成岩和5块月球高钛玄武岩混合制成）。

关键词： 铁同位素; 分馏; 质谱仪; 组成; 标准物质

【中图分类号】P597     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.33.209

1 绪论

Fe是一种过渡金属元素，广泛分布于自然界的各系统中，普遍参与生物行为过程。Fe有4个同位素：54Fe（5.90%）、56Fe（91.52%）、57Fe（2.25%）和58Fe（0.33%）。通过分析和测试Fe同位素的组成，大概能推断存在和分布在古代和现代地球上，乃至在其他行星（如金星）上的生命活动。作为地壳中最丰富的元素之一，铁存在于各种岩石和矿物中，广泛参与风化过程。铁也是一种氧化还原敏感元素，对于其他无机重金属的传递非常重要。此外，作为生物群的必需微量营养素之一，Fe被认为与海洋和湖泊的初级生产有关。

1.1 铁同位素的研究现状

铁元素是太阳系里丰度最高的金属元素，与太阳系的来源以及地球的产生和演化密切相关。铁是一种可变价元素，是岩浆过程中的氧逸度计，包含表生过程中氧的逸度演变，限制Fe循环模式，海洋中大气氧含量的变更;是生命的基本元素之一，也是古生物化学行为遗迹有关;与铁矿石矿化过程和机制相联系。

1.2 研究目的及意义

对于铁同位素的研究是为了更好地了解铁同位素体系，铁同位素的分析方法，河流与湖泊中的铁同位素组成，铁同位素的分馏作用。

这样人们才能对地球环境的未来发展趋势有建设性的预见，无论是预防灾难还是资源利用方面都是有利的。同时海洋中的资源利用也是未来一趋势，所以铁同位素的研究也有助于海底铁资源的开发。

而铁元素在生物学和医学上的应用有助于人类健康和减少相关疾病的发生，对于人类的生存也有显著的帮助。

2 铁同位素体系

铁元素在化学元素周期表上位于第四周期第八族，原子序数是26，质量数是56。地核的主要组成是铁镍合金，因此铁元素在地核具有较高的丰度。而地幔中的也有铁元素的存在，地壳中铁的丰度排在第四位，从高到低分辨是O、Si、Mg、Fe。

铁是一种变价元素。三价铁离子一般形成铁的氧化物;二价铁离子一般形成橄榄石;0价铁形成铁的合金。铁元素是血红蛋白的组成元素。矿产资源方面，它是钢铁，现代工业的基本材料，并且黄铁矿、铁的氧化物等是各类矿床的常见矿物。

3 Fe同位素分析技术ICP-MS简介

在比较了不同仪器测定Os同位素比值的精密度。三种仪器精密度范围（2RSD）据不同丰度分别为：MC-ICP-MS（0.21～0.001）;ICP-SFMS（0.83～0.09）;HEX-ICPMS（5.5～0.083）。

对不同ICP-MS仪器测定同位素比值的精密度进行过比较并对ICP-MS和LA-ICP-MS同位素测定比值的精密度和准确度的研究进展做过一个详细评述。

过去几年中采用各种不同质谱仪（比如ICP-MS，TIMS，SIMS，RIMS以及气体同位素质谱仪）发表的所有同位素分析文章中，大约40%是采用单接收或多接收ICP-MS仪器测定的。其中分析频率最高的是重金属铀。同位素比值分析应用最多的领域是地质、地球化学和定年。尤其是那些在地球化学中感兴趣的可能发生天然同位素变异的元素，比如Sr、Nd、Pb、Hf和Os等。

4 结论

在MC-ICP-MS这技术的发展下，提高了铁同位素分析时的准确度，在过去的十几年当中，地球学科领域里铁同位素的研究有了飞速的发展，人们对于铁同位素的分馏过程在在自然界中的分布有所了解。总而言之，铁是行星和太阳系里的主要组成元素，它的组成能够有效的反映和示踪太阳以及行星最开始时的演化过程是如何进行的。铁这一元素作为重要的变价元素，它的分馏会受到低温或者是高温地质作用过程的氧化还原反应的控制，因此就可以成为示踪许多体系氧逸度的一种手段。

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