近日，中国科学院近代物理研究所研究团队联合北京师范大学、天津大学、深圳技术大学合作者，在国际上首次发展了一种用于同位素丰度精确测量的二维符合飞行时间质谱方法。研究成果以封面文章的形式发表在美国化学学会期刊《美国质谱学会杂志》上。
稳定和长寿命的同位素广泛存在于自然界，是研究天体化学元素丰度、考古年代学以及大气、水文、土壤等环境过程的天然示踪剂。目前，同位素丰度的推荐值源于国际纯粹与应用化学联合会和国际原子能机构发布的近百年来积累的大量实验数据。
然而，随着天体化学、考古学及环境科学等研究领域对同位素丰度测量精度要求的不断提高，现有数据在准确性和溯源性方面显现出局限性。传统的加速器质谱、核磁共振、各类商用高精度质谱技术的测量准确度普遍受制于难于彻底消除的系统误差，例如复杂的仪器响应、样品制备，以及不可避免的本底污染等。
在本研究中，研究团队基于低能重离子–分子库伦爆炸机制，提出了一种用于同位素丰度精确测量的新的质谱方法。团队以一氧化碳分子为例，成功实现了对碳-13和氧-18天然丰度的高精度测量。
实验结果表明，该方法有效消除了系统误差，实现了不同同位素的无歧义区分，准确度优于0.02%，显著提升了同位素丰度测量的可靠性，为获得高精度、可溯源的元素丰度数据提供了新的实验途径。
研究显示，该二维质谱方法具有良好的普适性，有望拓展应用于更多稳定和长寿命同位素的精密测量中，在核天体物理、古气候重建、考古学以及环境示踪等领域展现出广阔的应用前景。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jasms.5c00373
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