分析標樣通常用來校準儀器、評價測試方法和提供標準參考值，對于化學分析而言具有至關重要的作用。當前，國內外用于黃鐵礦硫同位素原位分析的標樣均為自然黃鐵礦樣品，比如Ruttan、Balmat、Maine、Sierra、PPP-1等標樣。自然黃鐵礦樣品可能存在局部的不均一，更為重要的是，自然標樣往往在數量上非常有限，面對日益增加的原位分析需求，自然黃鐵礦標樣供不應求。因此，發展新的可持續供應的黃鐵礦標樣是當前的迫切需求。
化學氣相輸運法（Chemical Vapor Transport Reaction, CVT）是利用傳輸劑作為媒介，在一定溫度梯度下實現組分傳輸，在高溫端形成氣相進行擴散，在低溫端凝結生長成晶體。該方法已廣泛應用于固相合成、純化和晶體生長等材料化工領域。中國科學院廣州地球化學研究所劉利博士和其合作導師丁興副研究員等人以FeBr3為傳輸劑，以FeS、S和Ni等粉末作為初始物，以透明石英管和快速淬火型水熱反應釜為反應腔，利用化學氣相輸運法在~550 °C - ~650 °C溫度下成功合成出一系列毫米級自形-半自形含鎳和不含鎳黃鐵礦晶體（圖1）。這些黃鐵礦晶體的元素和硫同位素成分分析表明，黃鐵礦中的Ni顯示明顯的不均一，而硫同位素則相對均一（圖2）。含鎳黃鐵礦δ34S介于17.3±0.9‰ ~ 17.7±0.6‰，不含鎳黃鐵礦δ34S為17.9±0.8‰（圖3）。總體上，合成的黃鐵礦硫同位素均一性介于0.6-0.9‰ (2SD)，優于當前使用的大部分自然黃鐵礦標樣，比如Maine黃鐵礦（0.8-1.5‰）、Balmat黃鐵礦（0.2-1.4‰）、Py-1黃鐵礦（1.1‰）、Car111黃鐵礦（2.5‰）、Gabon黃鐵礦（1.1‰）、Isua248474黃鐵礦（0.9‰）。這表明CVT法合成的黃鐵礦有巨大潛力作為硫同位素分析的新標樣。
圖1 CVT法合成的含鎳和不含鎳黃鐵礦晶體
此外，該研究也對CVT法合成的黃鐵礦硫同位素均一性的影響因素進行了探討，包括初始反應物的硫同位素不均一、CVT合成過程中硫同位素的動力分餾、硫同位素分析過程中的基底效應（圖4）等等。這為未來合成更為均一的黃鐵礦晶體提供了理論指導。
相關合成實驗在中國科學院廣州地球化學研究所高溫高壓實驗中心完成，硫同位素測試在澳大利亞國立大學和中國科學院地球化學研究所完成。本研究受國家自然科學基金項目和中國科學院先導B項目的資助，成果近期發表在國際礦物學期刊《American Mineralogist》上。
論文信息：Liu, L.(劉利), Fu, B.(傅斌), Ding, X.(丁興), Gu, J(谷靜). 2024. The 34S/32S homogeneity of Chemical Vapor Transport (CVT) Reaction-synthesized pyrites. American Mineralogist, 109:1024-1035. doi:10.2138/am-2023-9029.
原文鏈接：https://msaweb.org/MSA/AmMin/TOC/2024/Abstracts/AM109P1024.pdf
圖 2 合成黃鐵礦的Ni含量（黃色圓, ppm）和硫同位素（白色圓, ‰）
圖 3 CVT法合成黃鐵礦的硫同位素組成，其中黑點數據代表SIMS方法原位測得的δ34Sin situ，灰線代表IRMS方法測得的δ34Sbulk。
圖 4 CVT法合成黃鐵礦的Ni含量與硫同位素偏差度（Δ34S=δ34Sin situ-δ34Sbulk）的相關性
附件下載：