崔澤賢等-JAAS:磷灰石氯同位素高精度SIMS分析
氯是一種強(qiáng)揮發(fā)性、親流體的活動(dòng)性元素,有兩個(gè)穩(wěn)定同位素35Cl和37Cl,天然豐度分別為75.77%和24.23%。氯非?;顫?,參與了許多地質(zhì)過程,其含量和同位素是地球化學(xué)研究的強(qiáng)有力工具,可用于示蹤地殼和地幔的交代過程,預(yù)測(cè)活火山活動(dòng)等。磷灰石【Ca5(PO4)3(F, Cl, OH)】是各類巖石中普遍存在的含氯副礦物,是研究氯含量和同位素的理想載體。盡管目前報(bào)道的地外樣品的δ37Cl值變化范圍可寬達(dá)81‰,但地球磷灰石的δ37Cl值變化范圍較窄(0±0.5‰),對(duì)分析精度要求較高。前人利用二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)對(duì)磷灰石δ37Cl的分析不確定度一般在0.20‰以上(2SD),這對(duì)大多數(shù)地質(zhì)研究來說均無法滿足要求。中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室崔澤賢工程師、楊晴工程師和夏小平研究員等帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)對(duì)CAMECA公司生產(chǎn)的IMS 1280-HR型SIMS的接收器進(jìn)行了改進(jìn),采用了1012 Ω前置放大器的法拉第杯來接收37Cl 離子,顯著提高了低含量磷灰石的氯同位素分析精度。
該研究選取了四個(gè)磷灰石Cl同位素參考物質(zhì)(TUBAF#37,Durango,MGMH#128441A和Eppawala-AP)作為分析對(duì)象,以隨機(jī)方向嵌入樹脂靶中心6毫米圓形區(qū)域內(nèi)供儀器分析。分析儀器為中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所SIMS實(shí)驗(yàn)室的CAMECA IMS 1280-HR二次離子質(zhì)譜儀。以2.0 nA Cs+離子作為一次離子源,首先使用25×25μm的光柵掃描樣品表面60s,預(yù)剝蝕清除表面污染,再采用15×15μm的光柵掃描分析樣品。產(chǎn)生的二次離子以-10 kV加速電壓提取后通過400μm的對(duì)比狹縫,4000μm的場(chǎng)光闌,120μm的入口狹縫,50eV帶寬的能量狹縫,靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)等聚焦、去色散、分離35Cl和37Cl,用兩個(gè)法拉第杯L1和H1同時(shí)接收,其中L1采用11次方阻值的法拉第杯,H1采用12次方阻值的法拉第杯。質(zhì)量分辨率設(shè)定為約2400,采用核磁共振技術(shù)保持磁場(chǎng)穩(wěn)定。每個(gè)分析點(diǎn)采集24組數(shù)據(jù),單組積分時(shí)間4秒,單點(diǎn)測(cè)量時(shí)間約5分鐘。
該研究對(duì)樣品進(jìn)行了兩次測(cè)試,分析結(jié)果展示在圖1和圖2中。第一次測(cè)試時(shí),四個(gè)樣品以每個(gè)樣品2個(gè)測(cè)試點(diǎn)交替周期性分析,監(jiān)測(cè)儀器飄移。結(jié)果表明,在未進(jìn)行漂移校正的情況下,所有樣品的分析精度優(yōu)于0.2‰,最佳可達(dá)0.06‰ (2SD,圖1)。對(duì)比此前分析結(jié)果(圖2)可以看到,此次研究在使用了12次方阻值法拉第杯接收37Cl后,所有樣品外部精度都有明顯改善,甚者有提高一倍的表現(xiàn)(Eppawala-AP)。

圖1 兩次SIMS測(cè)量值的重現(xiàn)性。誤差柱為±2SE(標(biāo)準(zhǔn)誤差)。

圖2 氯同位素結(jié)果對(duì)比
該研究通過引入12次方高阻法拉第杯,降低了儀器背景,顯著提高了相對(duì)低含量(<1.6 wt.%)的樣品氯同位素的分析精度。該成果受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”專項(xiàng)項(xiàng)目的資助,以背頁(yè)封面文章(圖2)發(fā)表于Journal of Analytical atomic spectrometry(J. Anal. At. Spectrom., 2022,37, 222-228)上。

圖3 2022年2月JAAS雜志背頁(yè)封面
論文信息:Ze-Xian Cui, Qing Yang, Xiao-Ping Xia, Rui Wang, Magali Bonifacie, Chun-Kit Lai, Wan-Feng Zhang, Yan-Qiang Zhang and Jian Xu. High-precision apatite δ37Cl measurement by SIMS. J. Anal. At. Spectrom., 2022,37, 222-228

新聞動(dòng)態(tài)