微量取样多同位素分析新策略：单次牙釉质样本最大化数据产出的创新方法

针对考古和古人类学研究中珍贵样本破坏性取样与数据获取之间的矛盾，研究人员聚焦牙釉质多同位素分析（δ66Zn/δ13C/δ18O/87Sr/86Sr），开发了基于去溶剂化雾化系统的微量样本（<5 mg）高精度检测技术，证实预处理残留物可安全用于锌同位素分析，并首次实现锌色谱废液中的锶同位素回收。该研究为珍贵文物样本的跨学科研究提供了"减量增效"的标准化方案。

　　

在考古学和古人类学研究中，珍贵样本的稀缺性与科研需求间的矛盾日益突出。牙齿作为保存最完好的生物矿物组织，其釉质中的同位素信号能揭示个体迁徙、饮食和环境适应等关键信息。然而传统多同位素分析需消耗20-40 mg样本量，对"孤本"级文物造成不可逆损伤。更棘手的是，碳氧同位素预处理、锌同位素纯化等独立流程导致样本重复消耗，而色谱分离产生的废液往往被直接丢弃。如何在保证数据质量前提下实现"一材多用"，成为跨学科研究亟待突破的技术瓶颈。

联邦材料研究与测试研究所（Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, BAM）的Nicolas Bourgon团队在《Journal of Archaeological Science》发表创新性解决方案。研究人员通过优化去溶剂化雾化系统（Apex-Q），将锌同位素分析样本量从常规10 mg降至2-3 mg；系统评估乙酸/次氯酸钠预处理对δ⁶⁶Zn值的影响；首次证实锌色谱废液可回收用于锶同位素分析。关键技术包括：1）采用Cu掺杂协议的高分辨率MC-ICP-MS（多接收电感耦合等离子体质谱）检测；2）AG1-X8树脂双柱锌纯化流程；3）同位素比值质量分馏校正；4）多元素ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）浓度监测。

3.1 去溶剂化系统提升锌信号强度
通过Apex-Q去溶剂化雾化器结合8000 m/Δm高分辨率模式，仅用3 mg样本（100 μg/g浓度）即获得与常规方法一致的δ⁶⁶Zn值（JMC-Lyon标度），空白贡献控制在0.6%以下。但研究指出表层釉质锌浓度梯度可达10倍，需规范取样深度。

3.2 碳氧预处理与锌分析的兼容性
对比实验显示，0.1M乙酸（损失35%样本）和2%次氯酸钠（损失10%）预处理后的δ⁶⁶Zn值（1.18‰）与未处理组无统计学差异（p=0.91），且预处理液锌污染量（2.2±1.3 μg/g）可忽略。这为利用历史碳氧同位素研究残留样本开辟新途径。

3.3 锌色谱废液的二次开发
元素回收实验证实，锌纯化过程中的基质洗脱液可100%回收Na、Mg、Al、Ca、Mn、Fe、Sr、Ba等元素。锶同位素比值测试显示，废液衍生的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值（0.713115±0.000003）与常规制备样本高度一致，且重现性更优（RSD<0.0004%）。

该研究构建了"单样本-多同位素"的全新研究范式：2-5 mg牙釉质即可完成δ¹³C、δ¹⁸O、δ⁶⁶Zn和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr分析，较传统方法节约80%样本量。特别值得注意的是，锌同位素作为新兴营养级指标（trophic proxy），与碳氧同位素（植被类型指示剂）和锶同位素（地理溯源标记）的协同分析，为古人类生态适应研究提供了多维数据锚点。这种"减量增效"技术路线不仅缓解了文物保护的伦理困境，更通过标准化流程推动多学科数据的可比性整合，对深时（deep-time）考古研究具有范式革新意义。