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《Scientific Reports》激光拉曼光谱技术实现二氧化碳稳定碳同位素微区分析

已有 598 次阅读 2023-11-3 13:57 |个人分类:地球科学|系统分类:博客资讯

摘要:测定地球成因CO2流体中碳稳定同位素比值(13C/12C, δ13CCO2)是研究地球脱气过程的重要地球化学工具。碳稳定同位素分析传统上是通过体积质谱法进行的。虽然拉曼光谱在光谱中区分了12CO2和13CO2的同位素,但使用这种技术来确定CO2的同位素特征一直是一个挑战。在这里,我们报告了二氧化碳C稳定同位素组成的原位无损分析,应用新颖的高分辨率拉曼结构对来自埃塞俄比亚塔纳湖地区和加那利群岛耶罗岛的42个高密度二氧化碳流体包裹体进行了分析。我们在每个流体包裹体中以高光谱分辨率采集了两组不同采集时间的三组光谱。84组光谱中,58组用13CO2/12CO2波段面积比综合表征,重现性优于4‰。结果表明,用拉曼光谱法测定单个流体包裹体中的δ13CCO2,误差小于2.5‰,与同一岩石样品的整体质谱分析结果相吻合,证明了测量结果的准确性。因此,我们表明拉曼光谱可以提供一种基本的方法,用于非破坏性的,特定位置的,空间分辨的微尺度碳同位素标记。

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      地球科学家们近日取得了一项重要突破,成功利用拉曼显微光谱技术测量了地球内部地幔岩石中二氧化碳的稳定碳同位素。这一突破性研究成果在最近的《科学报道》杂志上发表,突显了这一非破坏性、微米尺度空间分辨的技术在地质学领域的应用潜力。拉曼显微光谱法是一种可以非破坏性地分析样本的化学组成和结构的方法。科学家们指出,这项技术在地质学中的应用远不止于此,尤其是在测量地幔岩石中的CO2稳定碳同位素方面具有巨大潜力。研究团队通过利用高激光功率、高共焦性和短采集时间等优化的策略,成功地测量了地幔岩石中流体包裹体中的δ13CCO2,这一成果证明了拉曼显微光谱法在地质学研究中的可靠性。此外,研究团队还通过与同一岩石样本中使用同位素比质谱技术获得的结果进行对比,验证了拉曼δ13CCO2测量的准确性。科学家们强调,通过拉曼显微光谱技术获得的碳同位素测量结果表明了地幔岩石中CO2的微小变化,这对于深入理解地球内部的化学组成和物质循环具有重要意义。研究人员还指出,在加那利群岛地区地幔CO2流体中观察到富集的13C可能暗示着地壳碳组分的重新循环。据研究团队介绍,拉曼显微光谱技术不仅能够提供对地球深部环境的新认识,还为地质学家们提供了一种新的视角,使得碳同位素测量可以推进到微米尺度,进而有助于追踪不同地球内部CO2流体的来源和通量。这项突破性研究的成功为地球科学领域的研究提供了新的可能性,并有望为我们更好地理解地球内部的化学和物质运移过程提供重要线索。随着科学家们不断深入探索,相信拉曼显微光谱技术将在地质学研究中发挥越来越重要的作用。

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 图1. 选定流体包裹体和CO2拉曼光谱的显微照片

    该研究证明利用拉曼光谱技术可以实现对单个流体包裹体中二氧化碳稳定碳同位素组成的准确分析。这一方法具有原位、非破坏、微区分析的优势,为二氧化碳稳定同位素在地球科学研究中的微区应用提供了可能。研究人员指出,这一新方法使稳定碳同位素测量提升到微米尺度,为追踪不同来源二氧化碳流体的起源提供了新视角。

     该研究发表在颇具权威杂志上,展示了拉曼光谱技术在二氧化碳稳定碳同位素准确分析方面的潜力。这为地球科学中二氧化碳源追踪、地球脱气过程研究等领域的新技术和新方法提供了可能。该研究成果对推动光谱技术与同位素地球化学的结合,发展光谱同位素分析新方法具有重要意义。




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