劉漢彬：抓住穩定同位素的“蹤跡”

　　分析測試百科網訊 本次采訪，過程比較特殊，特殊之處在于采訪不斷被打斷，或是有人前來請教技術難點，或是有電話咨詢技術問題。這顯示出被采訪者平時的工作有多么忙碌。

　　本次，分析測試百科網采訪的是核工業北京地質研究院分析測試研究所（以下簡稱“核地分析”）穩定同位素實驗室負責人劉漢彬研究員。

　　核工業北京地質研究院（以下簡稱“核地研院”）是國內知名的無機分析領域研究院所，也是為數不多的、擁有穩定同位素分析能力的研究機構。穩定同位素分析已成為核地分析的特色優勢項目之一，近兩年飛速發展，穩定同位素測試研究為諸多領域提供了應用支持。作為核地分析穩定同位素實驗室負責人，劉漢彬怎么進入這個領域的？穩定同位素分析如何支持各行業研究人員的科研與應用？核地分析在這個領域是如何取得領先的？讓我們來聽一下劉漢彬的介紹。

核工業北京地質研究院分析測試研究所穩定同位素實驗室負責人 劉漢彬研究員

從一臺質譜“起家”

　　1992年，畢業于中國地質大學（武漢）地球化學系的劉漢彬進入核地研院。從工作到上學，一晃二十五年，劉漢彬不但在核地研院獲得了礦產普查與勘探的碩士學位，還在中國地質科學院獲得了地球化學理學博士學位。2003年，劉漢彬開始接手核地研院的穩定同位素實驗室工作。

　　核地研院早在1959年就從前蘇聯引進了型號為МИ1301的國內第一臺同位素質譜計，并于1984年成立了穩定同位素實驗室，當時是國內為數不多的能夠開展同位素檢測的單位之一。但在劉漢彬接手的時候，條件略顯簡陋。

　　“當時穩定同位素實驗室只有一臺引進近20年的MAT 251型氣體同位素質譜儀。”劉漢彬說，2003年，發生了一場突如其來的SARS疫情，北京是重災區。

　　“人心惶惶。”劉漢彬如此形容當時的北京，就在人心惶惶的狀態下，劉漢彬卻要盡快開展穩定同位素實驗室的工作，而他的“家底”僅是一臺老舊的氣體同位素質譜儀。

　　北京衛生系統在抗擊非典，他也在四處奔波，為接手創建穩定同位素實驗室而努力。到了9月，北京的非典疫情已基本被控制，各行業恢復生機，此時，劉漢彬的努力也有了成效。MAT 251恢復了生命，儀器重新開機，技術指標可滿足測試要求，而且自主研發了基于windows系統的儀器操作軟件，使儀器操作變得直觀、簡便、可視化。

　　恢復并運行儀器只是萬里長征的第一步，接下來，在“一窮二白”的基礎實驗條件下，劉漢彬開始花費大量精力開發穩定同位素的分析方法和研制相關的制樣裝置。

　　在“十一五”的儀器綜合改造項目中，劉漢彬根據科研發展的需要，有針對性地提出儀器購置立項申請，通過收集資料并走訪國內各家用戶，對比各種儀器的指標性能，積極配合有關部門做好儀器的選型引進工作。“十一五”期間，穩定同位素組成功引進了穩定同位素質譜儀和惰性氣體同位素質譜儀，其中，惰性氣體質譜儀是國內引進的該型號的第一臺儀器。

　　之后，劉漢彬帶領相關的科研人員一道，自主研發了與儀器主機相配套應用的礦物包裹體壓碎制樣裝置和惰性氣體低溫冷凝分離裝置，為開展惰性氣體同位素測試實驗，進行科學研究應用奠定了堅實基礎。同時，穩定同位素組又不斷引進人才、培養學生以解決人員管理和設備運行的不足問題。從2003年開始的一個人，到現在已擁有11人團隊，擁有5臺主力質譜系統，團隊為全國廣大客戶提供了大量穩定同位素分析數據。如今穩定同位素實驗室由11人組成，其中高級工程師職稱4人，工程師4人，技師3人，碩士及博士學位6人，主要從事H、C、N、O、S、Si等穩定同位素組成及稀有氣體同位素組成、K-Ar及Ar-Ar定年等分析測試研究。實驗室具有MAT 253型穩定同位素質譜儀、Delta v plus型硫穩定同位素質譜儀、Delta v advantage型氧穩定同位素質譜儀。連續流制樣裝置：GC/C/TC型氣相色譜及轉化裝置、GasbenchⅡ型碳酸鹽C、O同位素組成分析附設、Flash EA型元素分析儀、Precon型氣體預濃縮裝置、激光器加熱裝置。Helix SFT型和Argus VI型兩臺惰性氣體同位素質譜儀。另有樣品預處理：各種離線真空樣品預處理裝置8臺套。

豐富的測試經驗為各行業應用甘作“嫁衣”

　　核地研院的歷史特點決定了其做穩定同位素分析的初衷與國家級的項目研究與建設密不可分。但隨著穩定同位素分析在各行業應用的加深，到如今，其不但可用于傳統的地質年代測試，食品、環境溯源等諸多領域都對穩定同位素分析有大量的需求。在多年的工作經歷中，劉漢彬接觸到了各行各業的測試需求，在這些應用需求中鍛煉隊伍，提升能力。講到這里，一則則事例體現出劉漢彬所接觸的穩定同位素應用之廣。

　　豐富的測試經驗

　　“穩定同位素是不發生衰變、沒有放射性的同位素，可以進行樣品溯源。穩定同位素分析中，常用的有傳統同位素H、O、S、C、N，以及非傳統同位素Si、Cu、Fe、B、Zn等。目前，我們常用的是傳統同位素以及稀有氣體同位素。”劉漢彬說。

　　比較經典的用途是地球化學示蹤，“比如在地質上，可以測定一個礦床流體中氧的穩定同位素組成比值δ¹⁸O/¹⁶O。根據這個比值在大氣水中或地殼、地幔熱液中的比值不同，就能判斷這個礦床熱液來源是地表水，還是地殼、地幔的熱液，從而確定礦脈物質來源和成因。”劉漢彬說。

　　在食品領域，應用則更廣泛。“在農業方面，用穩定同位素檢測來進行食品產地跟蹤溯源，比如對N同位素進行分析，判斷食品中肥料的來源，可以確定其使用了有機肥還是無機肥。”劉漢彬介紹，“通過測定葡萄酒中¹³C/¹²C的比值，可以判斷葡萄酒的來源。”

　　不僅在是食品的來源鑒定方面進行應用，在食品真假鑒定方面，穩定同位素分析同樣大顯身手。“蜂蜜中的糖分，其¹³C/¹²C的比值是確定的，如果其中摻假，比如摻了蔗糖，通過穩定同位素分析能檢測出來。至于真假白酒測定、水樣品來源分析等需求，我們都曾經用穩定同位素分析的方法幫助用戶解決了問題。”劉漢彬說。

　　在環境方面，穩定同位素的示蹤作用同樣得到了發揮，“比如工廠偷排污水到河里，通過取水樣，測S的同位素比值，可以判斷其來源是工廠還是自然界，從而判定污水來源。”劉漢彬表示，“在大氣檢測中，我們也做過霧霾成分的穩定同位素組成分析，經過對霧霾的采樣，分析霧霾顆粒中硫的同位素，結果發現，大部分顆粒物來自于煤的燃燒，因此我們認為霧霾的組成與煤的燃燒具有一定的關系。”

　　儀器、方法、驗證，一個都不能少

　　穩定同位素分析是靠質譜儀完成的。核地分析穩定同位素實驗室的主力質譜儀除了前面提到的那臺1985年引進但現已退休的MAT 251，還有三臺穩定同位素質譜儀MAT253、Delta V Advantage、Delta V Plus，以及兩臺惰性氣體質譜儀Helix SFT和Argus VI。5臺質譜儀，為各種穩定同位素檢測提供了基礎設備條件。

MAT253型穩定同位素質譜儀

DeltaⅤplus型硫穩定同位素質譜儀

Helix SFT型惰性氣體同位素質譜儀

　　但基礎設備條件不是全部。“近幾年，國內擁有同位素質譜的機構漸漸多了，許多大學也有采購，但是，同位素測試的要求很高，一些科研機構因為某個科研項目而采購了儀器，項目結束，儀器的管理和應用可能就跟不上了。所以，目前在國內，穩定同位素測試方法齊全、測試水平比較高的單位還比較有限。”劉漢彬說，“要用好一臺儀器，需要一個穩定的專業技術團隊不斷地使用、維修、維護等，另外，要保證所出數據的準確性，就需要參加各種比對，像我們，參加了國際、國內的各種比對，單位內部也有自己的比對實驗，這些保證了我們檢測數據的可靠性，讓我們在業內漸漸有了一定的影響力。”

　　“分析方法的建立需要長時間工作，是否可行還需要再反復驗證。目前核地研院已經開發、建立了很多穩定、稀有氣體同位素測試流程，如：單礦物包裹體中He、Ne、Ar、Kr、Xe同位素組成分析方法、Ar-Ar年齡測試方法、K-Ar年齡測試方法、不含氧礦物包裹體水中氧同位素組成的五氟化溴法測定、石英及硅酸鹽氧同位素組成的五氟化溴法測定、水的氫氧同位素組成測定、碳酸鹽碳氧同位素組成測定、硫化物/硫酸鹽及全巖中S同位素組成的測定方法、水中S同位素組成的測定方法、巖石中有機C同位素組成分析等。”劉漢彬說，在業務承接領域方面，“目前，研地研院傳統穩定同位素檢測業務量比較飽滿。我們承擔了大量大學的國家自然科學基金、行業性基金項目中與穩定同位素分析相關的工作，待檢測的樣品來源非常廣。

　　多年來，劉漢彬接觸了大量不同行業、領域對穩定同位素組成有測試需求的用戶，“實驗室的工作主要是測量出同位素的比值，與標準物質數值進行比對，用戶再具體根據自己的研究目的進一步具體分析、研究。”劉漢彬說。

核工業北京地質研究院

關注新方法開發，未來穩定同位素檢測向微區發展

　　近十幾來，劉漢彬帶領穩定同位素分析團隊取得了不少成績，從一臺質譜到5臺質譜，從1個人到11人團隊，不可謂不成功，但在他感覺中，“危機”始終是他在思考的命題。

　　“這幾年，單位給了我們不少好的條件，讓我們探索新方法的開發，尤其是復雜樣品的制備技術。”劉漢彬說，“客戶提供了樣品給我們，我們測不了，那可不行！我們基本上能夠實現客戶的測試需求，這和我們的方法開發能力密不可分。此外，我也一直在關注各種能力建設的信息，比如十三五立項情況等。”

　　分析這些，是居安思危的考慮。“我們要積極跟上當前的形勢，要向大家多學習、多交流，不跟上新的形勢，不向新的領域發展，我們就會落后。”劉漢彬說。

　　劉漢彬介紹，核地研院穩定同位素實驗室下一步準備在兩個方面開展工作：

　　1. 穩定同位素組成分析要向微區方向發展。現在測量的礦物樣品量較多，如何降低樣品用量，是需要考慮的問題。今年，核地研院引進了高分辨二次離子質譜儀，未來將做一些礦物的微區、原位分析，這樣精度更高，有利于幫助客戶解決問題。另外，還要加強激光原位穩定同位素分析技術的開發；

　　2. 還要開發一些應用較廣的新方法，比如礦物包裹體及一些復雜樣品的制備方法。

　　劉漢彬表示：“穩定同位素分析技術目前仍有很多難題，但只要我們不斷學習，不斷研究，注重人才、設備以及技術方面的儲備工作，就一定能有更多的進步。”

　　劉漢彬簡介：

　　劉漢彬，博士，高級工程師（研究員級），博士研究生導師。中國地質學會同位素地質專業委員會委員，核工業北京地質研究院科技委員會委員，主要研究領域為同位素地球化學與同位素分析，包括鈾成礦作用同位素示蹤、成巖成礦年代學和穩定同位素、惰性氣體同位素組成分析測試等。自1992年以來，主要從事鈾礦領域同位素地球化學研究工作，主持或參加完成國際原子能機構、中國核工業地質局、國防科工委核能開發專項、軍工預研專項等省部級科研項目20余項，獲部級科技進步獎9項。

　　關于核工業北京地質研究院分析測試研究所（核地分析）

　　核地分析是以核能材料、放射性標準物質、地質礦產和環境分析測試技術研究與服務為主的綜合性檢測實驗室技術機構，也是核工業地質行業的仲裁分析測試實驗室，研制和保管著天然放射性成分分析國家最高標準物質，具有國家計量認證資質認定證書和國家實驗室認可證書。目前，研究所開展元素分析、同位素分析、核素分析、微區成分鑒定（電子探針）、流體包裹體研究、有機物分析、水質檢測、礦物可選性試驗等方面的業務；實驗室擁有樣品加工、樣品純化、復雜樣品前處理、樣品分析測試等方面的實驗設施和儀器設備。多年來，研究所在鈾礦地質分析領域取得眾多重要科研成果，并成為國家或行業標準推廣使用。秉承雄厚的人才和裝備優勢，研究所實施現代化管理，應用實驗室信息管理系統（LIMS），并按照國際標準ISO 17025的要求規范運作，為客戶提供優質服務。