【研究亮点】霍一鸣、朱志勇等—JAAS: 建立金刚石激光微区

碳同位素分析方法

　　碳稳定同位素在生物或地质过程中存在巨大分馏，是示踪生物或地质过程的有效工具。天然成因金刚石一般产自于金伯利岩筒、钾镁煌斑岩、蛇绿岩体中，少量形成于陨石撞击。金刚石的碳稳定同位素能为它们的生长过程提供关键线索，能够示踪地幔物质循环，尤其是深部碳循环过程。但目前金刚石微区碳同位素分析主要使用（纳米）离子探针等仪器设备，由于仪器设备较为昂贵，且对制样要求高，迫切需要开发一种快速、准确、高效的测试方法。相对于离子探针，激光剥蚀多接收器质谱法（LA-MC-ICP-MS）所需仪器较为常见，但此方法测定碳同位素的准确性容易受大气中高碳背景的影响，尚须验证其准确度和精确度是否满足碳同位素分析测试的要求。

　　针对上述分析技术存在的难点，中国地质科学院地质研究所同位素地质研究室开展了LA-MC-ICP-MS技术攻关，评估了使用LA-MC-ICP-MS测定金刚石碳同位素可行性，取得了以下主要认识：

　　1.评估了激光参数对碳同位素分析的影响：按梯度调整激光参数，当信噪比优于4，可以获得跟离子探针类似的精度；采用合金制靶而非环氧树脂，可以有效降低碳的背景值，从而提升信噪比。

　　2.揭示了基体效应的产生机制：通过对ICP中12C+，13C/12C和40Ar3+进行了高空间分辨率耦合成像研究，阐明了40Ar3+的离子化动力学，获得了元素之间互相影响电离（基体效应）的直接证据，核素电离过程的相互影响导致元素和同位素分馏，这是产生基体效应的机制之一(图1)。

图1. 等离子体中元素同位素分布（Neptune Plus）

　　3.确定了ICP中碳同位素分析的最稳定区域以便于高精度碳同位素分析。

　　4.验证了LA-MC-ICP-MS方法的可靠性：对两种金刚石（天然金刚石（D-N-1）和合成金刚石（D-HTHP））分别使用多种技术手段进行了测量，既标定了标样也验证了该方法的可靠性，尽管空间分辨率略逊于（纳米）离子探针，但充分表明LA-MC-ICP-MS是一种快速、精确、准确的金刚石碳同位素分析方法。

　　本研究通过样品制备工艺的改进、等离子体性质研究、标样研制等工作，揭示了基体效应的形成机制，评估了使用LA-MC-ICP-MS测试碳同位素的可行性，建立了金刚石激光微区碳同位素分析方法，为后续基体效应的深入研究和其它碳酸盐碳同位素分析方法研发奠定基础。该项技术已成功为珠宝鉴定行业区分出十余种人工合成及天然金刚石；并且已经为我所深部碳循环等课题组提供了技术支撑。

　　本研究主要由国家重点研发计划项目“揭示三维岩石圈物质架构的理论方法体系”（2019YFA0708604）支持，实验设备得到了改善科研条件专项支持，实验过程中还得到了牛晓露、冯光英及刘飞等人的协助。相关成果发表在国际学术期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》，并获邀刊登于封面，数据处理程序成功登记软件著作权一项。

软著信息：朱志勇. 碳同位素数据处理及校正软件V1.0.登记号/证书号：2024SR1134658/13538531, 原始取得, 全部权利, 登记时间2024-08-06

论文信息：Huo, Y.M., Zhu, Z.Y.*, Fan, C.F., She, Y.W., Hao, J.L., Zhu, X.K. 2025. In situ carbon isotope analysis of diamonds using LA-MC-ICP-MS inspired by the distribution of ions and isotope ratios in ICP. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 40: 700-714.

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ja/d4ja00354c (https://doi.org/10.1039/D4JA00354C)

封面链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2025/ja/d5ja90012c (https://doi.org/10.1039/D5JA90012C)