《Analytical Chemistry》原位K-Ca地质年代学应用：使用六氟化硫在iCAP TQ ICP-MS/MS中有效去除氩基离子干扰

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）凭借其高离子密度和高温等离子体特性，被广泛应用于地球科学、环境科学、生命科学等领域的元素含量和同位素比值测定。但ICP等离子体产生的³⁸Ar¹H⁺、⁴⁰Ar⁺、⁴⁰Ar¹⁶O⁺、⁴⁰Ar⁴⁰Ar⁺等氩基离子干扰，严重限制了³⁹K、⁴⁰K、⁴⁰Ca、⁵⁶Fe、⁸⁰Se等同位素的准确测定。现有解决策略均存在明显缺陷：冷等离子体技术无法完全消除干扰，高分辨率质谱仪成本高昂、信号强度损失大且应用受限，ICP-MS/MS技术常用的反应气氢气（H₂）易产生ArH⁺、CaH⁺二次干扰，且易燃易爆、操作风险高，N₂O、NH₃、O₂等反应气的干扰去除效率也未达到理想水平。这一技术瓶颈尤其制约了K-Ca同位素定年体系的发展。作为年轻样品定年的重要手段，K-Ca定年体系因氩基离子的严重干扰，长期难以实现原位精准分析。

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所MC-ICP-MS实验室团队提出了创新解决方案。在吴石头、杨岳衡两位正高级工程师的指导下，博士生牛俊龙利用赛默飞世尔公司的iCAP TQ ICP-MS/MS(现售型号为iCAP MTX ICP-MS/MS)，创新性地采用六氟化硫（SF₆）作反应气，攻克了ICP-MS以氩为等离子体气时产生的氩基离子干扰难题，并将该技术成功应用于富钾矿物（钾长石、白云母）的原位K-Ca地质定年，为受氩基离子干扰的同位素精准分析提供了全新技术方案。

实验结果表明，SF₆可通过与氩基离子发生电荷交换反应，生成³²S¹⁹F₃⁺、³²S¹⁹F₅⁺等SF系列离子，对氩基离子干扰的去除效率远超其他反应气：⁴⁰Ar⁺信号强度降低约9个数量级，⁴⁰Ar¹⁶O⁺、⁴⁰Ar⁴⁰Ar⁺降低4-5个数量级，⁴⁰Ar¹H⁺降低约6个数量级，几乎完全消除干扰，且无ArH⁺、CaH⁺二次干扰产生。同时，SF₆与 K、Ca 呈现出独特的选择性反应特性，与 Ca⁺反应效率极高（98.5%），主要生成CaF高质量氟化物，可以准确测定；而与K⁺几乎不发生反应，满足K-Ca同位素体系的分析需求，且SF₆为惰性气体、安全稳定，相较于H₂更便于实验室操作。对比实验还表明，H₂与CaF发生反应导致信号大幅衰减，使用SF₆ + H₂混合气时定年结果的精度和准确度显著降低，而纯SF₆作为反应气能有效提升定年结果的精度。

图1 ⁴⁰Ar⁺、⁴⁰Ar¹H⁺、⁴⁰Ar¹⁶O⁺、⁴⁰Ar⁴⁰Ar⁺的信号强度随SF₆、N₂O、NH₃、H₂和O₂气体流量的变化情况（a-e）；（f-g）Ar⁺和ArH⁺信号降低幅度

图2 以SF₆、SF₆+H₂为反应气时，Franklin和TPS样品的K-Ca定年结果对比；（a、b）以SF₆为反应气时Franklin和TPS的定年结果；（c、d）以SF₆+H₂为反应气时Franklin和TPS的定年结果

对3件钾长石样品（M609、M410、Franklin）和3件白云母样品（TPS、Mus791、Mus973）开展原位K-Ca定年，结果显示分析精度和准确度达1%~10%，所得K-Ca年龄均与推荐年龄基本一致。

图3 M609、M410、Franklin钾长石的原位K-Ca定年结果（a-c），以及TPS、Mus791、Mus973白云母的原位K-Ca定年结果（d-f）

多项关键技术突破

该研究实现了多项关键技术突破：系统验证了SF₆去除氩基离子干扰的高效性和反应机制，明确了其与K、Ca的选择性反应特征，建立了以纯SF₆作为反应气的 ICP-MS/MS分析方法，突破了传统反应气的技术局限。实现了K-Ca定年的免化学分离原位分析，简化了分析流程，提升了定年空间分辨率，为地质样品的微区原位定年提供了新思路。此外，SF₆可高效去除36-40、54-58、74-82质量数的氩基离子干扰，除K、Ca外，还为⁵⁶Fe、⁸⁰Se等受氩干扰的同位素精准分析提供了可行方案，在MC-ICP-MS/MS分析中具有巨大应用潜力。

研究简介

相关研究成果（作为封面论文）发表于国际分析化学权威期刊《Analytical Chemistry》（牛俊龙，吴石头*，杨岳衡，王浩，黄超，许蕾，谢烈文，杨进辉，吴福元.

Effective Removal of Ar-Based Spectral Interferences Using Sulfur Hexafluoride in ICP-MS/MS: Applications to In Situ K−Ca Geochronology [J]. Analytical Chemistry, 2026, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c00400）。

本研究得到国家自然科学基金（42522302）、中国科学院B类战略先导科技专项（XDB0710000）、中国科学院青年创新促进会（2022066）、中科院地质与地球物理研究所重点部署项目（IGGCAS-202204）的联合资助。