gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2022-13-2s-0615gtcrust-1461Research ArticleПАЛЕОГЕОДИНАМИКАPALEOGEODYNAMICSМЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНЫХ ОТНОШЕНИЙ Cu И Zn МЕТОДОМ МК ИСП-МС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СМОЛЫ AG MP-1THE METHOD FOR Cu AND Zn ISOTOPE RATIO DETERMINATION BY MC ICP-MS USING THE AG MP-1 RESINhttps://orcid.org/0000-0001-7675-1482ОкуневаТ. Г.OkunevaT. G.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15620219, Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 20а

15 Academician Vonsovsky St, Ekaterinburg 62001620a Sof'ya Kovalevskaya St, Ekaterinburg, 620219

КарповаС. В.KarpovaS. V.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Academician Vonsovsky St, Ekaterinburg 620016

СтрелецкаяМ. В.StreletskayaM. V.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Academician Vonsovsky St, Ekaterinburg 620016

https://orcid.org/0000-0001-5264-2863СолошенкоН. Г.SoloshenkoN. G.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15

15 Academician Vonsovsky St, Ekaterinburg 620016

https://orcid.org/0000-0002-8682-1541КиселеваД. В.KiselevaD. V.

620016, Екатеринбург, ул. Академика Вонсовского, 15620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

15 Academician Vonsovsky St, Ekaterinburg 62001619 Mira St, Ekaterinburg, 620002

podarenka@mail.ruИнститут геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАН; Институт промышленной экологии УрО РАНРоссияZavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Institute of Industrial Ecology, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАНРоссияZavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого УрО РАН; Уральский федеральный университетРоссияZavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Ural Federal UniversityRussian Federation202205052022132615615Copyright © Окунева Т.Г., Карпова С.В., Стрелецкая М.В., Солошенко Н.Г., Киселева Д.В., 20222022Окунева Т.Г., Карпова С.В., Стрелецкая М.В., Солошенко Н.Г., Киселева Д.В.Okuneva T.G., Karpova S.V., Streletskaya M.V., Soloshenko N.G., Kiseleva D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1461

Изотопный состав меди представляет большой интерес для исследователей в различных областях науки, в частности в геохимии и гидрологии, где рассматриваются вариации изотопного состава земной коры и внеземного вещества, водных бассейнов, а также вопросы происхождения и процессы переноса вещества. Изотопы Zn перспективны для определения источников и путей загрязнения окружающей среды. Целью данного исследования является уточнение и валидация методики измерения изотопных соотношений цинка и меди, охватывающей весь процесс – от разложения образца до измерений методом МК ИСП-МС. Для оценки пригодности методики анализа образцов окружающей среды был проведен изотопный анализ Zn и Cu в стандартных образцах BHVO-2, BCR-2 и AGV-2, сертифицированных Геологический службой США. Разработан метод определения отношений стабильных изотопов Cu и Zn с помощью мультиколлекторной масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в экологических пробах. Применение смолы AG MP-1 с оптимизированными параметрами слоя (высота слоя смолы 3.5 см, диаметр 1 см) обеспечивает получение фракций Cu и Zn высокой чистоты. Метод отличается высокой производительностью и удовлетворительными метрологическими характеристиками при использовании брекетинга для коррекции дискриминации ионов по массе. Процедурные бланки (холостые пробы), относящиеся к процедурам химического растворения и хроматографии, составляют менее 1 нг для Cu и 3 нг для Zn, что гарантирует отсутствие значимого влияния холостой (контрольной) пробы на изотопный состав образцов. Точность и прецизионность, полученные при измерениях изотопов Cu и Zn в сертифицированных геологических стандартных материалах BHVO-2, BCR-2 и AGV-2, демонстрируют хорошее согласие с опубликованными сертифицированными значениями.

The isotopic composition of copper is of great interest for researchers in various fields of science, geochemistry and hydrology in particular, wherein the consideration is being given to the variations in the isotopic composition of the Earth’s crust, extraterrestrial matter, and water basins, as well as to the origin and transfer of matter. Zn isotopes appear to be promising for identifying the sources and pathways of the environmental pollution. The aim of this study involves the refinement and validation of the zinc and copper isotopic ratio determination methodology covering the whole process from sample digestion to MC ICP-MS measurements. For this reason, as well as to assess the suitability of the methodology for the analysis of environmental samples, Zn and Cu isotopic analysis of the BHVO-2, BCR-2 and AGV-2 USGS certified reference materials has been performed. The method for determination of Cu and Zn stable isotope ratios by multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry in environmental samples is developed. The application of the AG MP-1 resin with optimized layer parameters (resin bed height 3.5 cm, diameter 1 cm) provides the high-purity Cu and Zn fractions. The method is characterized by high throughput and adequate analytical figures of merit when using the standard-sample bracketing technique for mass bias correction. The procedural blanks related to chemical dissolution and ion exchange procedures are lower than 1 and 3 ng for Cu and Zn, respectively, assuring no blank effect on the isotopic composition of samples. The accuracy and precision obtained for Cu and Zn isotope measurements in the BHVO-2, BCR-2 and AGV-2 geological certified reference materials demonstrate good agreement with the reference values published.

изотопные отношения Cu и ZnМК ИСП-МСбрекетингхроматографиясмола AG MP-1Cu and Zn isotope ratiosMC ICP-MSbracketingchromatographyAG MP-1 resinРабота Окуневой Т.Г. поддержана грантом РНФ № 18-77-10024; остальных авторов – государственным заданием ИГГ УрО РАН № АААА-А18-118053090045-8. Изотопные анализы проведены с использованием оборудования ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН. Дооснащение и комплексное развитие ЦКП «Геоаналитик» ИГГ УрО РАН осуществляется при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, соглашение № 075-15-2021-680.The work of Okuneva T.G. is supported by the Russian Science Foundation (project 18-77-10024), the rest authors are supported by the state assignment of the IGG UB RAS АААА-А18-118053090045-8. Isotopic analyses are performed at the "Geoanalitik" Shared Research Facilities of the IGG UB RAS. The re-equipment and comprehensive development of the "Geoanalitik" Shared Research Facilities of the IGG UB RAS is financially supported by the grant of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Agreement 075-15-2021-680).ReferencesBorrok D., Wanty R.B., Ridley W.I., Wolf R., Lamothe P.J., Adams M., 2007. Separation of Copper, Iron, and Zinc from Complex Aqueous Solutions for Isotopic Measurement. Chemical Geology 242 (3–4), 400–414. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2007.04.004.Borrok D., Wanty R.B., Ridley W.I., Wolf R., Lamothe P.J., Adams M., 2007. Separation of Copper, Iron, and Zinc from Complex Aqueous Solutions for Isotopic Measurement. Chemical Geology 242 (3–4), 400–414. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2007.04.004.Dirks C., Scholten B., Happel S., Zulauf A., Bombard A., Jungclas H., 2010. Characterisation of a Cu Selective Resin and Its Application to the Production of 64Cu. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 28, 671–674. https://doi.org/10.1007/s10967-010-0744-9.Dirks C., Scholten B., Happel S., Zulauf A., Bombard A., Jungclas H., 2010. Characterisation of a Cu Selective Resin and Its Application to the Production of 64Cu. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 28, 671–674. https://doi.org/10.1007/s10967-010-0744-9.Grebenshchikova V.I., Efimova N.V., Doroshkov A.A., 2017. Chemical Composition of Snow and Soil in Svirsk City (Irkutsk Region, Pribaikal’e). Environmental Earth Sciences 76, 712. https://doi.org/10.1007/s12665-017-7056-0.Grebenshchikova V.I., Efimova N.V., Doroshkov A.A., 2017. Chemical Composition of Snow and Soil in Svirsk City (Irkutsk Region, Pribaikal’e). Environmental Earth Sciences 76, 712. https://doi.org/10.1007/s12665-017-7056-0.Gustaytis M.A., Myagkaya I.N., Chumbaev A.S., 2018. Hg in Snow Cover and Snowmelt Waters in High-Sulfide Tailing Regions (Ursk Tailing Dump Site, Kemerovo Region, Russia). Chemosphere 202, 446–459. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.03.076.Gustaytis M.A., Myagkaya I.N., Chumbaev A.S., 2018. Hg in Snow Cover and Snowmelt Waters in High-Sulfide Tailing Regions (Ursk Tailing Dump Site, Kemerovo Region, Russia). Chemosphere 202, 446–459. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.03.076.Maréchal C., Albarède F., 2002. Ion-Exchange Fractionation of Copper and Zinc Isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta 66 (9), 1499–1509. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00815-8.Maréchal C., Albarède F., 2002. Ion-Exchange Fractionation of Copper and Zinc Isotopes. Geochimica et Cosmochimica Acta 66 (9), 1499–1509. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00815-8.Maréchal C., Télouk P., Albarède F., 1999. Precise Analysis of Copper and Zinc Isotopic Compositions by Plasma-Source Mass Spectrometry. Chemical Geology 156 (1–4), 251–273. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(98)00191-0.Maréchal C., Télouk P., Albarède F., 1999. Precise Analysis of Copper and Zinc Isotopic Compositions by Plasma-Source Mass Spectrometry. Chemical Geology 156 (1–4), 251–273. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(98)00191-0.Mathur R., Ruiz J., Titley S., Liermann L., Buss H., Brantley S., 2005. Cu Isotopic Fractionation in the Supergene Environment with and without Bacteria. Geochimica et Cosmochimica Acta 69 (22), 5233–5246. https://doi.org/10.1016/j.gca.2005.06.022.Mathur R., Ruiz J., Titley S., Liermann L., Buss H., Brantley S., 2005. Cu Isotopic Fractionation in the Supergene Environment with and without Bacteria. Geochimica et Cosmochimica Acta 69 (22), 5233–5246. https://doi.org/10.1016/j.gca.2005.06.022.Melaku S., Morris V., Raghavan D., Hosten C., 2008. Seasonal Variation of Heavy Metals in Ambient Air and Precipitation at a Single Site in Washington DC. Environmental Pollution 155 (1), 88–98. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.10.038.Melaku S., Morris V., Raghavan D., Hosten C., 2008. Seasonal Variation of Heavy Metals in Ambient Air and Precipitation at a Single Site in Washington DC. Environmental Pollution 155 (1), 88–98. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.10.038.Moynier F., Vance D., Fujii T., Savage P., 2017. The Isotope Geochemistry of Zinc and Copper. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 82 (1), 543–600. https://doi.org/10.2138/rmg.2017.82.13.Moynier F., Vance D., Fujii T., Savage P., 2017. The Isotope Geochemistry of Zinc and Copper. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 82 (1), 543–600. https://doi.org/10.2138/rmg.2017.82.13.Novák M., Šípková A., Chrastný V., Štěpánová M., Voldřichová P., Veselovský F., Přechová E., Čuřík J. et al., 2016. Cu-Zn Isotope Constraints on the Provenance of Air Pollution in Central Europe: Using Soluble and Insoluble Particles in Snow and Rime. Environmental Pollution 218, 1135–1146. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.08.067.Novák M., Šípková A., Chrastný V., Štěpánová M., Voldřichová P., Veselovský F., Přechová E., Čuřík J. et al., 2016. Cu-Zn Isotope Constraints on the Provenance of Air Pollution in Central Europe: Using Soluble and Insoluble Particles in Snow and Rime. Environmental Pollution 218, 1135–1146. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.08.067.Streletskaya M.V., Chervyakovskaya M.V., Okuneva T.G., Kiseleva D.V., 2020. BHVO-2, AGV-2 and BCR-2 Certified Reference Materials in the Method Validation for Zinc Stable Isotope Analysis of Environmental Samples. In: S. Votyakov, D. Kiseleva, V. Grokhovsky, Y. Shchapova (Eds), Minerals: Structure, Properties, Methods of Investigation. Springer, Cham, p. 251–258. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49468-1_32.Streletskaya M.V., Chervyakovskaya M.V., Okuneva T.G., Kiseleva D.V., 2020. BHVO-2, AGV-2 and BCR-2 Certified Reference Materials in the Method Validation for Zinc Stable Isotope Analysis of Environmental Samples. In: S. Votyakov, D. Kiseleva, V. Grokhovsky, Y. Shchapova (Eds), Minerals: Structure, Properties, Methods of Investigation. Springer, Cham, p. 251–258. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49468-1_32.Vanhaecke F., Balcaen L., Malinovsky D., 2009. Use of Single-Collector and Multi-Collector ICP-Mass Spectrometry for Isotopic Analysis. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 24 (7), 863–886. https://doi.org/10.1039/B903887F.Vanhaecke F., Balcaen L., Malinovsky D., 2009. Use of Single-Collector and Multi-Collector ICP-Mass Spectrometry for Isotopic Analysis. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 24 (7), 863–886. https://doi.org/10.1039/B903887F.Vasic M.V., Mihailovic A., Kozmidis-Luburic U., Nemes T., Ninkov J., Zeremski-Skoric T., Antic B., 2012. Metal Contamination of Short-Term Snow Cover near Urban Crossroads: Correlation Analysis of Metal Content and Fine Particles Distribution. Chemosphere 865 (6), 585–592. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.10.023.Vasic M.V., Mihailovic A., Kozmidis-Luburic U., Nemes T., Ninkov J., Zeremski-Skoric T., Antic B., 2012. Metal Contamination of Short-Term Snow Cover near Urban Crossroads: Correlation Analysis of Metal Content and Fine Particles Distribution. Chemosphere 865 (6), 585–592. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.10.023.Voldřichová P., Chrastný V., Šípková A., Farkaš J., Novák M., Štěpánová M., Krachler M., Veselovský F. et al., 2014. Zinc Isotope Systematics in Snow and Ice Accretions in Central European Mountains. Chemical Geology 388, 130–141. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2014.09.008.Voldřichová P., Chrastný V., Šípková A., Farkaš J., Novák M., Štěpánová M., Krachler M., Veselovský F. et al., 2014. Zinc Isotope Systematics in Snow and Ice Accretions in Central European Mountains. Chemical Geology 388, 130–141. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2014.09.008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.