应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了封闭体系内氢同位素在苯和重水之间的分馏效应。 物相间达到同位素交换平衡是测定稳定同位素分馏系数的前提。 与高温高压条件下水抑制正烷烃、 环烷烃等烷烃的氢同位素分馏不同, 苯的特殊结构可促使其在实验条件下与重水发生氢同位素分馏。 通过逐步升高体系温度、 增大苯和重水的接触面积、 300 ℃下恒温足够长时间等实验手段促使苯和液态重水间达到氢同位素交换平衡, 测得300 ℃条件下苯和重水之间的氢同位素分馏系数为0.909 9。 证明了原位拉曼技术测定不同液相间氢同位素分馏系数的可行性, 同时扩展了金刚石压腔结合拉曼光谱技术测定不同物相间稳定同位素分馏系数的应用范围。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)是原位微区元素含量和同位素比值分析测试的主流技术, 已被广泛应用于地球科学等相关领域。 飞秒激光剥蚀系统由于其极短的激光脉宽大大降低甚至消除了传统纳秒激光剥蚀产生的热效应导致的元素分馏问题, 在非基体匹配分析等方面显示出巨大发展潜力, 已成为当前LA-ICP-MS技术的一个新的发展趋势和研究热点。 介绍了飞秒激光剥蚀系统的基本特征(飞秒激光及产生原理、 当前商用飞秒激光器种类), 重点阐述了飞秒激光剥蚀地球科学样品的机理(样品对激光能量的吸收方式、 气溶胶的产生和粒度分布特征、 剥蚀坑的形貌特征等), 评述了飞秒激光剥蚀在改善分析性能方面的独特优势, 最后总结了近十几年来它在地球科学样品元素含量和同位素比值分析中的实际应用, 并展望了该技术的应用前景。

理论计算了Ni、Cr和Ni80Cr20三种材料的光学特性,确定了镍铬成份变化对Ni80Cr20的影响。在高低两个真空度条件下采用电子枪蒸发工艺进行了Ni80Cr20的镀膜实验,结果表明,低真空度时“薄”膜的中性度较好,而高真空度时“厚”膜中性度较好。采用X射线能谱分析发现“薄”膜铬含量高于膜料,而“厚”膜更高,高真空度薄膜略有氧化,而低真空度氧化更严重。从残余气体和蒸发方式方面分析了镍铬成份差异的原因,再结合氧化对薄膜特性的影响,确定了不同真空度薄膜中性度差异的原因。

采用高分辨电感耦合等离子质谱(HR-ICP-MS)对黄河甘肃、 宁夏、 内蒙古段12个采样点过滤水和悬浮物中稀土元素含量进行了测定, 并对悬浮物中稀土元素的分馏作用进行了研究。 结果表明: 过滤水中稀土元素含量较低, 含量最高的元素镧(La)浓度仅为32.0 ng·L-1, 稀土元素总量平均值为47.5 ng·L-1, 以包头磴口(S1)和三湖河口(S2)最高, 分别为130.0和100.0 ng·L-1, 可能是由外源稀土进入水体所致; 悬浮物中稀土元素总量平均值为167.8 mg·kg-1, 与中国土壤背景值相近, 其中, 甘肃什川桥采样点(S11)重稀土元素含量明显高于其他采样点, 表明该采样点受到外源重稀土的影响。 悬浮物中稀土元素球粒陨石标准化结果与中国土壤分布模式相同, 表现为轻稀土元素富集, 铕(Eu)中度亏损, 铈(Ce)呈现弱的亏损, 表明悬浮物中稀土元素主要来源于土壤风化作用。

应用水热金刚石压腔结合拉曼光谱技术来进行石膏和重水间稳定同位素分馏的实验研究。 氢同位素D与H的质量差百分比是所有稳定同位素里最大的, 由质量引起的分馏更容易发生, 更容易在实验中观测; 石膏是浅部地壳重要的含水矿物, 它与重水之间的同位素分馏效应对矿物-水体系的同位素平衡分馏研究具有重要意义。常用分馏系数是指两矿物或两物相间的同位素比值之商αA-B＝RA/RB。 拉曼光谱中, 物质特征峰的峰强度比值与相应的物质的量的比值呈很好的线性相关, 应用石膏和重水的拉曼特征峰强度比值来表征同位素分馏系数α＝Ｉ(Ｄ－Ｏ)Ｉ(Ｈ－Ｏ)石膏Ｉ(Ｄ－Ｏ)Ｉ(Ｈ－Ｏ)重水两物相间要达到完全的同位素交换是测定稳定同位素分馏系数的前提。 此研究应用化学合成法, 增加体系的压力使矿物溶解, 然后在不同的温度条件下降压使矿物重新结晶。 重新结晶的晶体与流体间达到了完全的同位素分馏平衡, 得出不同温度下的同位素分馏系数。相对于前人的研究, 此方法的原位测量不破坏样品, 避免了污染; 同时避免了传统的淬火过程中同位素退化交换作用, 达到了完全的同位素分馏平衡。 金刚石压腔结合拉曼光谱法进行稳定同位素分馏的实验研究是完全可行的。