硫是地球的重要组成元素之一。含硫矿物广泛分布于各类地质体中。地质、生物和水循环等过程可以造成硫稳定同位素丰度变化，因此含硫矿物因为来源不同而具有不同的同位素组成，可以在地球化学过程中扮演着示踪来源和硫循环的重要角色。

       近年来，硫同位素的原位微区分析得了长足的发展和应用。与传统的总体分析法(IRMS、TIMS、MC-ICPMS)相比，原位微区分析具有高效、方便等优势，特别是具有微米级的空间分辨率，在分析成因复杂或多相叠加的矿物时具有独特的优势，因此获得了广泛的应用。硫同位素原位分析主要使用CAMECA IMS f系列和大几何尺寸离子探针（CAMECA 1270/1280/1300系列和澳大利亚SHRIMP系列)以及LA-MC-ICPMS 仪器进行，其分析空间分辨率一般为10 - 60 微米。但对于可一些可分析区域小于5微米的矿物或具有微米级分带的样品，则需要利用具有更高空间分辨率的质谱仪（如纳米离子探针，NanoSIMS）才能实现高分辨率高精度分析。

图1  中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室纳米离子探针

       NanoSIMS以具有可低至50纳米的横向分辨率、高传输效率和高灵敏度等特点，被广泛应用于宇宙化学、生物科学、材料科学和地球科学等领域。但在微区分析中，空间分辨率和分析精度通常是重要而又矛盾的一对指标。高空间分辨率意味着更少的采样量，导致分析精度降低，这极大地制约了原位硫同位素分析的应用。

       为了解决高分辨率条件下硫同位素高精度分析这一难题，中国科学院地球化学研究所陈佑纬副研究员与高剑峰研究员以及合作者在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室纳米离子探针上（Nano-SIMS 50L型，2021年7月安装，图1）开展研究。首先通过理论计算，获得了所需最低的理论一次离子强度，结合重复实验，获得要满足分析精度（RSE<0.3‰）理想的分析区域可以小至1×1 µm²。然后，为了提高分析精度，通过特别的仪器设置，在高质量分辩率（MRP=5800）下将二次离子传输率提升到约68%，极大地改善了信号强度。另外，对实际分析中制约NanoSIMS高空间分辨率硫同位素分析中的两个关键因素（样品高度和检测器老化问题）进行了优化，有效保障了高精度分析的进行。

图2  (a)四个同位素标样的测试结果；（b）卡林型金矿床中草莓状黄铁矿的测试结果

       采用优化的实验条件，四个黄铁矿标样均获得了高空间分辨率高精度的分析数据（δ³⁴S SD<0.5‰）(图2a)。该方法还用于分析水银洞卡林型金矿床中的草莓状黄铁矿的硫同位素组成，其结果显示了草莓状黄铁矿的内外结构具有明显不同的硫同位素特征（图2b），为卡林型金矿的成矿跟岩浆热液密切相关提供了有力证据。

       相比于前人的工作，本研究在分析精度相当的情况下，将分析面积缩小了4倍，使一些小颗粒的黄铁矿（<2×2 µm²）（如热液或沉积环境细粒状黄铁矿）的高精度硫同位素分析成为可能，显示了广泛的应用前景。

       论文信息： Youwei Chen, Zhuojun Xie, Shaohua Dong, Quanliang Lei, Jianfeng Gao*, 2022. "High spatial resolution and precision NanoSIMS for sulfur isotope analysis." Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 37, 2529-2536. https://doi.org/10.1039/D2JA00248E