镉（Cd）具有挥发性和亲硫性，也是具有强生态毒性的元素。Cd的迁移、富集和循环机制，一直以来都受到地球科学、生态及环境科学的广泛关注。随着分析技术的不断发展，δ¹¹⁴Cd分析精度已达到优于0.05‰的水平，极大地推动了Cd同位素在地球化学、矿床成因、古海洋生产力演化、太阳系演化、环境及农业科学的应用。

目前，多接收等离子体质谱（MC-ICP-MS）和热电离质谱（TIMS）均可测试Cd同位素。国内外主要的地球化学实验室已建立了基于MC-ICP-MS的Cd同位素分析技术。尽管双稀释剂法结合TIMS的测试精度（0.02–0.05‰）完全满足应用需要，但在实际的应用研究中，Cd同位素相关发表成果中，TIMS的数据输出量仅占10%左右，主要原因是Cd具有非常高的电离电位（8.994eV），使得Cd在TIMS上难以有效电离，其样品量一般需要200ng以上。由于地幔和地壳样品中Cd含量较低（0.04–0.15ppm），故制约了TIMS的广泛应用。为改进Cd的电离效率，分析化学家一直致力于探索适用于Cd测试的高灵敏度发射剂。然而，目前可用于Cd同位素测试的只有硅胶发射剂，其最小用量也需要100ng Cd，显著高于MC-ICP-MS（10–50 ng）。因此，亟待研制高灵敏度发射剂用于Cd分析，发挥双稀释剂TIMS法高精度和低记忆效应的优势。

针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素实验室的李潮峰正高级工程师、储著银研究员及彭澎研究员合作研究，提出采用硅化钼作为发射剂来提升TIMS Cd同位素的测试灵敏度，与传统的硅胶发射相比，该技术显著提升了Cd的离子产额，将Cd的电离效率由0.30%提高至0.88%，这使得TIMS的样品用量由至少100ng，显著降低到了3–10 ng。他们采用Triton Plus 型TIMS结合¹⁰⁸Cd–¹¹⁶Cd双稀释剂法，系统评价了硅化钼发射剂的灵敏度，图1和图2分别是对标准样品NIST3108 的内标法和双稀释剂法的分析结果，结果表明即使对3–10ng的高纯Cd，其δ¹¹⁴Cd外部精度亦可优于0.05‰。

为验证硅化钼发射剂对实际地质样品的准确度和测试精度，进一步分析了一系列不同类型的国际岩石标样，结果表明，该技术可满足大部分实际地质分析需要，即使对样品量低至6.5ng的实际样品（GBW08401）也可获得满意的分析精度（图3）。该技术极大拓展了TIMS的应用潜力。

图1 NIST3108标样（10–50ng）的内标法¹¹⁴Cd/¹¹⁰Cd分析结果

图2 NIST3108标样（3–10ng）的双稀释剂法δ¹¹⁴Cd分析结果

图3 双稀释剂法对不同类型岩石标样的δ¹¹⁴Cd分析结果

研究成果发表于国际分析化学杂志Analytical Chemistry（Li C F, Chu Z Y, Peng P. Precise Determination of Cd Isotope Ratios at 3–10 ng Level by Thermal Ionization Mass Spectrometry Using a Molybdenum Silicide Emitter[J]. Analytical Chemistry, 2024, 96: 15436-15445. DOI: 10.1021/acs.analchem.4c03362.）。研究受岩石圈演化国家重点实验室自主研究项目（SKL-Z202401）和国家自然科学基金项目联合资助（42073050，42125206）。