铬铁矿是尖晶石族 ((Mg, Fe)(Al, Cr, Fe)₂O₄) 矿物中的富铬端元，作为铬的主要赋存矿物，广泛存在于镁铁-超镁铁岩、月球及其他天体陨石样品中。其氧（O）同位素可为地幔部分熔融、岩浆演化过程以及铬铁矿成岩成矿过程提供重要信息。因此，实现铬铁矿原位微区O同位素分析一直是地球科学界的目标。然而，由于标样缺乏以及基质效应不确定等因素的限制，该领域长期未取得实质性进展。

中国科学院地质与地球物理研究所的博士研究生潘旗旗与导师肖燕副研究员及其合作者，选取了4个美国怀俄明州Stillwater层状岩体的铬铁岩（Cr#=57.9 ~ 65.6）、4个中国西藏罗布莎蛇绿岩中的铬铁岩和方辉橄榄岩（Cr#=76.3 ~ 79.0）以及1个津巴布韦Great Dyke中的铬铁岩（Cr#=77.3）作为研究对象。研究人员采用了不同的测试方式（激光氟化法、SHRIMP SI、CAMECA IMS-1280）进行了O同位素分析，评估了其同位素均一性（图1-图2）。最终确定这9件样品均可作为铬铁矿原位O同位素分析标样，为SHRIMP SI和CAMECA IMS-1280等测试技术的应用提供了可靠基础。

图1 使用SHRIMP SI进行铬铁矿O同位素的均一性检测

图2 使用CAMECA IMS-1280进行铬铁矿O同位素的均一性检测

分析过程中，所有样品在未进行电荷中和的情况下，其点对点重复性（2SD=±0.5‰ ~ ±1.3‰）明显差于电子枪开启状态（2SD=±0.3‰ ~ ±0.7‰）。此外，铬铁矿的电导率随其主量元素组成的不同而变化，体现在二次离子计数率随着X_Fe³⁺（Fe³⁺/（Fe³⁺+Al+Cr））含量降低而降低（图3）。因此，在利用SIMS测量铬铁矿的O同位素时，进行电荷中和是必不可少的。

此外，SHRIMP SI表现出显著的基质效应，与使用 CAMECA IMS-1280 时在相同样品上观察到的相当温和的基质效应形成对比。其中控制SHRIMP SI测试过程中基质效应的主要因素是矿物中磁铁矿（FeOFe₂O₃，X_Mag）端元和尖晶石端元（MgAl₂O₄，X_Spl）的比例（图4）。该研究建立的成分依赖的基质效应校正方程，为铬铁矿O同位素原位分析提供了可靠的方法。

图3 SIMS铬铁矿O同位素分析计数率与X_Fe³⁺相关性图解

图4 SIMS铬铁矿O同位素分析基质效应的校正

研究成果发表于GGR（潘旗旗，王静，肖燕，傅斌，白洋，Ian S. Williams，苏本勋. Chromite reference materials and matrix effects in SIMS oxygen isotope measurements[J]. Geostandards and Geoanalytical Research, 2024, 48: 363-379. DOI: 10.1111/ggr.12548.）。研究受中国科学院百人计划（E3CJ042）、国家重点研发计划（2022YFC2903501，2023YFF0804301）和中国科学院青促会项目资助。