分析标样通常用来校准仪器、评价测试方法和提供标准参考值，对于化学分析而言具有至关重要的作用。当前，国内外用于黄铁矿硫同位素原位分析的标样均为自然黄铁矿样品，比如Ruttan、Balmat、Maine、Sierra、PPP-1等标样。自然黄铁矿样品可能存在局部的不均一，更为重要的是，自然标样往往在数量上非常有限，面对日益增加的原位分析需求，自然黄铁矿标样供不应求。因此，发展新的可持续供应的黄铁矿标样是当前的迫切需求。
化学气相输运法（Chemical Vapor Transport Reaction, CVT）是利用传输剂作为媒介，在一定温度梯度下实现组分传输，在高温端形成气相进行扩散，在低温端凝结生长成晶体。该方法已广泛应用于固相合成、纯化和晶体生长等材料化工领域。中国科学院广州地球化学研究所刘利博士和其合作导师丁兴副研究员等人以FeBr3为传输剂，以FeS、S和Ni等粉末作为初始物，以透明石英管和快速淬火型水热反应釜为反应腔，利用化学气相输运法在~550 °C - ~650 °C温度下成功合成出一系列毫米级自形-半自形含镍和不含镍黄铁矿晶体（图1）。这些黄铁矿晶体的元素和硫同位素成分分析表明，黄铁矿中的Ni显示明显的不均一，而硫同位素则相对均一（图2）。含镍黄铁矿δ34S介于17.3±0.9‰ ~ 17.7±0.6‰，不含镍黄铁矿δ34S为17.9±0.8‰（图3）。总体上，合成的黄铁矿硫同位素均一性介于0.6-0.9‰ (2SD)，优于当前使用的大部分自然黄铁矿标样，比如Maine黄铁矿（0.8-1.5‰）、Balmat黄铁矿（0.2-1.4‰）、Py-1黄铁矿（1.1‰）、Car111黄铁矿（2.5‰）、Gabon黄铁矿（1.1‰）、Isua248474黄铁矿（0.9‰）。这表明CVT法合成的黄铁矿有巨大潜力作为硫同位素分析的新标样。
图1 CVT法合成的含镍和不含镍黄铁矿晶体
此外，该研究也对CVT法合成的黄铁矿硫同位素均一性的影响因素进行了探讨，包括初始反应物的硫同位素不均一、CVT合成过程中硫同位素的动力分馏、硫同位素分析过程中的基底效应（图4）等等。这为未来合成更为均一的黄铁矿晶体提供了理论指导。
相关合成实验在中国科学院广州地球化学研究所高温高压实验中心完成，硫同位素测试在澳大利亚国立大学和中国科学院地球化学研究所完成。本研究受国家自然科学基金项目和中国科学院先导B项目的资助，成果近期发表在国际矿物学期刊《American Mineralogist》上。
论文信息：Liu, L.(刘利), Fu, B.(傅斌), Ding, X.(丁兴), Gu, J(谷静). 2024. The 34S/32S homogeneity of Chemical Vapor Transport (CVT) Reaction-synthesized pyrites. American Mineralogist, 109:1024-1035. doi:10.2138/am-2023-9029.
原文链接：https://msaweb.org/MSA/AmMin/TOC/2024/Abstracts/AM109P1024.pdf
图 2 合成黄铁矿的Ni含量（黄色圆, ppm）和硫同位素（白色圆, ‰）
图 3 CVT法合成黄铁矿的硫同位素组成，其中黑点数据代表SIMS方法原位测得的δ34Sin situ，灰线代表IRMS方法测得的δ34Sbulk。
图 4 CVT法合成黄铁矿的Ni含量与硫同位素偏差度（Δ34S=δ34Sin situ-δ34Sbulk）的相关性
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