硫原子量的修訂與硫同位素測量基準和尺度的校正

《硫原子量的修訂與硫同位素測量基準和尺度的校正》是中國地質科學院礦產資源研究所為主要研究單位，丁悌平、萬德芳、馬延河、白瑞梅、李金城為主要完成人的科研項目。

基本介紹

• 中文名：硫原子量的修訂與硫同位素測量基準和尺度的校正
• 依託單位：中國地質科學院礦產資源研究所
• 完成人：丁悌平、萬德芳、馬延河、白瑞梅、李金城
• 類別：科研項目

基礎信息

獲獎序號	20030020
項目名稱	硫原子量的修訂與硫同位素測量基準和尺度的校正
主要完成單位	中國地質科學院礦產資源研究所
主要完成人	丁悌平、萬德芳、馬延河、白瑞梅、李金城
獲獎證書編號	KJ2003－2－17
獎種	國土資源科學技術獎
等級	二等

項目摘要

1、 立項背景 同位素絕對比值是同位素參考物質的基本參數，是確定同位素測量體系的基準和尺度的依據，對元素原子量及相關物理化學常數的標定也具有決定因素意義。1962年CDT被定為硫同位素國際標準，其32S/34S比值被指定為22.22，但並未做過校準。為此，項目組在研製硫同位素國家標準物質和參加IAEA硫同位素系列參考物質對比測量工作基礎上，提出對國際和國家硫同位素系列參考物質進行同位素絕對比值測量。該建議得到了原地質礦產部和中國地質科學院的大力支持。在取得初步成果後，又得到國際原子能機構的資助，與歐盟參考物質與測量研究所合作，進行了更全面、更準確的研究。 2、主要科學技術內容： （1）國際硫同位素標準物質CDT與國際硫同位素參考物質IAEA-S-1， IAEA-S-2、IAEA-S-3的32S/34S 和32S/33S絕對比值的準確標定； （2）國際硫同位素標準CDT的硫原子量的準確標定； （3）國家一級硫同位素標準物質GBW-04414與GBW-04415的研製與標定； （4） 國家一級硫同位素標準物質GBW-04414與GBW-04415的32S/34S絕對比值標定。 3．主要研究成果： （1） 對國際和國內硫同位素參考物質的硫同位素絕對比值進行標定： 1962年，在“硫的生物地球化學”國際討論會上，CDT（美國亞利桑那州Can?n Diablo峽谷隕石中的隕硫鐵）被定為硫同位素的國際標準，並指定其32S/34S比值為22.22。但正如Thode教授在1961年指出的那樣，這一比值並未經嚴格標定。 1991年，本項目在研製和標定硫同位素國家標準物質過程中，與北大張青蓮教授合作對CDT和國際硫同位素參考物質IAEA-S-1的34S/32S絕對比值進行了測定。實驗採用高精密度、高靈敏度的SF6新方法分析，用高純同位素的硫酸鋇配製硫同位素混合物做參照。結果出人意料，標定的CDT的34S/32S絕對比值為22.6496，比指定值（22.22）高出19.5‰。 由於CDT的34S/32S絕對比值是重要的硫同位素基本參數，為確保結果的可靠性，1995年本項目又進行了再次標定。實驗仍用SF6法分析，但改用高純同位素的硫化銀配製硫同位素混合物。結果得出CDT的34S/32S絕對比值為22.6465，與第一次測定結果相符。 兩次測定的結果於1995年在IAEA（國際原子能機構）同位素參考物質顧問組會議上報告後，引起高度重視。鑒於CDT的硫同位素絕對比值的變化將導致硫同位素測量基準的改變和硫的原子量的修訂，事關重大，IAEA希望做進一步驗證。為此IAEA安排丁悌平研究員赴比利時與IRMM（歐盟參考物質及測量研究所）De Bievre 教授等合作，對IAEA-S-1、IAEA-S-2、IAEA-S-3和GBW-04414、GBW-04415等參考物質的32S/34S和32S/33S絕對比值做進一步標定，準確確定V-CDT的硫同位素絕對比值。合作研究於1997年10月完成，得出的V-CDT的34S/32S絕對比值為22.6437，與1991年和1995年的結果（22.6496）的差別在允許誤差範圍內，證實了原先的結論。這次合作研究得到的數據更精確，並同時得到了32S/33S絕對比值數據，擴展了前兩次的研究成果。 研究成果於1999年，2000年和2001年相繼在“Science in China”、“International Journal of Mass Spectrometry”、“Geochemica et Cosmochemica Acta”發表。 （2）硫原子量的修訂： 元素的原子量是十分重要的物理和化學基本參數，準確的原子量數據不但在科學上有重要意義，在技術、計量和商業方面也有重要意義。因此準確測定元素的原子量一直是物理和化學工作者的一項重要任務。 對於單核素的元素來說，核素的質量即是元素的原子量。但對於含兩個以上同位素（核素）的元素而言，情況就有所不同。這時，元素的原子量為各同位素質量的加權平均值。因此，為得到元素的準確原子量，不但需要準確知道它的每一種同位素的質量，而且需要準確知道它的各種同位素的豐度。因此，同位素豐度測量對準確確定原子量有著舉足輕重的作用。 1962年，CDT被定為硫同位素的國際標準，同時指定其32S/34S比值為22.22。採用由這一比值計算的CDT的硫同位素豐度，依據各同位素的質量，並考慮自然界的硫同位素變化，1983年IUPAC（國際純粹與套用化學聯合會）CAWIA（原子量和同位素豐度委員會）將標準硫原子量定為32.066±0.006。 由於本項目的結果使CDT的32S/34S比值加大了19.5 ‰，勢必導致硫的原子量的改變。為此CAWIA於1999在柏林召開的會議上，討論了硫原子量修訂問題。根據本項目得出的CDT的33S/32S、34S/32S絕對比值和CDT的原子量，考慮到自然物質的硫同位素豐度變化，將標準硫原子量由原用的32.066±0.006修訂為32.065±0.005。這一決定載入原子量和同位素豐度委員會（CAWIA）柏林會議備忘錄。有關內容已在IUPAC的刊物“Chemical International”（2000年第22卷第2期）和“Pure Appl. Chem.”（2001年第73卷第4期667-683頁）發表。 （3）國際硫同位素參考物質的定值和硫同位素組成尺度的修訂： 1991和1998年，本項目還參加了IAEA組織的國際對比測量，用SF6法對IAEA-S-1、IAEA-S-2、IAEA-S-3、IAEA-SO-5和 IAEA-SO-6進行了標定。在IAEA“第八屆穩定同位素參考物質與實驗室質量保證顧問組會議”上（維也納，2000），本項目提供的數據被作為國際硫同位素參考物質定值的主要依據。顧問組並建議用SF6法確定的硫同位素組成尺度取代原來用SO2法確定的硫同位素組成尺度。其結果將導致對用SO2法測定的硫同位素數據進行全面修正。 （4） 研製了兩個硫同位素國家一級標準物質GBW-04414和GBW-04415。 4、與國內外同類研究成果對比： （1） 在國際上首次對硫同位素參考物質的32S/34S和32S/34S絕對比值進行標定，對原用的CDT的32S/34S比值做出重大修正。 （2） 準確標定CDT的硫原子量，得到國際原子量委員會承認, 為修訂標準硫原子量提供依據。 （3） 在參加IAEA組織的參考物質對比過程中，提交的IAEA系列國際硫同位素參考物質的?33S、?34S值和32S/34S、32S/34S絕對比值數據成為其定值和修訂硫同位素測量尺度的主要依據。 （4） 研製的兩個硫同位素標準物質被批准為國家一級標準物質。其均勻性檢查比國際參考物質更嚴格，定值情況達到國際參考物質的同等水平。 5、套用情況和社會效益 （1） 已發表相關論文7篇。其中在“Geochimica et Cosmochimic Acta”,“International Journal of Mass Spectrometry” 和“Pure Appl. Chem.”等國際重要刊物上發表的論文4篇；在《中國科學》上發表中英文論文各1篇。 （2） 有關論文被SCI收錄5篇，SCI引用24次（他引14次）。 （3）對IAEA-S-1和V-CDT的硫原子量標定結果得到CAWIA的承認，據此修訂了標準硫原子量。 （4） 國際、國內硫同位素參考物質的硫同位素絕對比值和?值測定結果得到IAEA同位素參考物質顧問組的高度評價，成為IAEA系列硫同位素參考物質定值和修訂硫同位素測量尺度的主要依據。 （5） 研製的兩個硫同位素標準物質被批准為國家一級標準物質，在國內得到廣泛套用，保證了國內同位素數據的可溯源性、可靠性及在國際上的可對比性。 （6） 對國際、國內硫同位素參考物質的硫同位素絕對比值進行標定，修訂硫原子量，顯著提高國際硫同位素地球化學研究的水平，擴大了我國同位素研究在國際上的影響。