水,是生命之源,也是地球演化至关重要的介质。名义无水矿物中的水含量对岩石矿物的物理化学性质有深刻影响,是一个重要的地球化学指标,氧同位素对矿物本身以及水的来源也具有重要指示意义。这两个指标的同时测试不但能拓展仪器功能,使得大型SIMS这种贵重仪器的使用效率提升一倍,更重要的是避免了地质样品广泛存在的不均匀性导致数据解耦,保证了实验数据正确的科学解释。
虽然SIMS被广泛应用于名义上无水矿物的水含量分析,但此前仅限于小型SIMS如CAMECA IMS 3-7f系列或者NanoSIMS。因为水在真空中极难去除,只有极高的真空才能将水的背景值降低到10ppm以下。这类仪器腔体小,较易获得高真空,但无法获得高精度氧同位素信息。大型SIMS具有同时测量矿物水含量和氧同位素的能力,但腔体大,真空度难以跟小型SIMS相比。之前国际上利用大型高精度SIMS测试水含量的背景值高达40ppm,难以满足低水含量样品测试要求。
锆石作为地球科学研究中应用最广泛的一种名义上的无水矿物,可以进行U-Pb定年、Li-O-Hf同位素体系和Ti温度计等研究,已经形成了一门专门的学科-锆石学。研究表明结晶锆石中含有一定量的水,其水含量的多少对地球动力学过程研究有重要的意义。锆石水含量的SIMS测试除了面临仪器背景值高的困难以外,还面临着锆石水含量标准物质缺乏的难题。因此要成功实现同时测试锆石中水含量和氧同位素,标准样品的开发与降低仪器背景值两个方面缺一不可。
图1 实验中用到的宝石级锆石样品
图2 锆石红外光谱图
图3 SIMS测试结果
图4 SIMS测试锆石水含量的校正曲线
该成果以封面文章发表于Journal of Analytical atomic spectrometry(2019,v34, p1037-1296)上,被审稿人认为是目前最好的名义上无水矿物的水含量数据。并获授权国际发明专利一项“一种基于大型二次离子质谱对锆石中水含量和氧同位素进行同时分析的方法”(专利号201711103811.4)。
期刊封面(JAAS封面文章)
论文信息:Xiaoping Xia, Zexian Cui, Wancai Li, Wanfeng Zhang, Qing Yang, Hejiu Hui and Chunkit Lai. Zircon water content: reference material development and simultaneous measurement of oxygen isotopes by SIMS.
原文链接:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/JA/C9JA00073A#!divAbstract
本文来源:中科院广州地化所官网,
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