Jump to content

Чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения

SHRIMP II в Исследовательской школе наук о Земле , Австралийский национальный университет , Австралия

Чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения (также чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения или SHRIMP большого диаметра с двойной фокусировкой вторичного ионного масс-спектрометра (SIMS) ) представляет собой секторный прибор , который производился компанией Australian Scientific Instruments в Канберре, Австралия , и в настоящее время была поглощена китайской компанией DuNYi Technology Development Co. (DTDC) в Пекине. Подобно ионным микрозондам большой геометрии IMS 1270-1280-1300 производства CAMECA , Gennevilliers, Франция и другим инструментам SIMS, микрозонд SHRIMP бомбардирует образец в вакууме пучком первичных ионов , который распыляет вторичные ионы , которые фокусируются и фильтруются. и измеряются по их энергии и массе.

SHRIMP в основном используется для геологических и геохимических целей. Он может измерять содержание изотопов и элементов в минералах в диапазоне диаметров от 10 до 30 мкм и с разрешением по глубине 1–5 мкм. Таким образом, метод ВИМС хорошо подходит для анализа сложных минералов, часто встречающихся в метаморфических ландшафтах, некоторых магматических породах , а также для сравнительно быстрого анализа статистически достоверных наборов обломочных минералов из осадочных пород. Чаще всего этот прибор применяется в уран-тория-свинца геохронологии , хотя SHRIMP можно использовать и для измерения некоторых других измерений соотношения изотопов (например, δ 7 Ли или δ 11 Б [ 1 ] ) и содержание микроэлементов.

История и научное влияние

[ редактировать ]

КРЕВЕТКА возникла в 1973 году по предложению профессора Билла Компстона . [ 2 ] пытался создать ионный микрозонд в Исследовательской школе наук о Земле Австралийского национального университета , который превосходил бы чувствительность и разрешение ионных зондов, доступных в то время, для анализа отдельных минеральных зерен. [ 3 ] Дизайнер оптики Стив Клемент основал прототип инструмента (теперь называемый «SHRIMP-I») на основе конструкции Мацуды . [ 4 ] что минимизировало аберрации при передаче ионов через различные сектора. [ 5 ] Прибор производился в 1975 и 1977 годах, а испытания и модернизация проводились в 1978 году. Первые успешные геологические применения произошли в 1980 году. [ 3 ]

Первым крупным научным достижением стало открытие Hadean (возрастом более 4000 миллионов лет) зерен циркона на горе Нарриер в Западной Австралии. [ 6 ] а затем позже в соседнем Джек-Хиллз . [ 7 ] Эти результаты и сам аналитический метод SHRIMP изначально были подвергнуты сомнению. [ 8 ] [ 9 ] но последующие традиционные анализы частично подтвердились. [ 10 ] [ 11 ] SHRIMP-I также стал пионером в ионных микрозондовых исследованиях титана . [ 12 ] гафний [ 13 ] и сера [ 14 ] изотопные системы.

Растущий интерес со стороны коммерческих компаний и других академических исследовательских групп, в частности профессора Джона де Латера из Университета Кертина (Перт, Западная Австралия), привел к реализации в 1989 году проекта по созданию коммерческой версии прибора SHRIMP-II совместно с ANUTECH, коммерческое подразделение Австралийского национального университета. Усовершенствованная ионно-оптическая конструкция в середине 1990-х годов побудила к разработке и созданию SHRIMP-RG (обратная геометрия) с улучшенным разрешением по массе. Дальнейшие достижения в дизайне также привели к созданию нескольких систем сбора ионов (уже представленных на рынке французской компанией несколько лет назад), измерениям стабильных изотопов отрицательных ионов и продолжающейся работе по разработке специального прибора для легких стабильных изотопов. [ 15 ]

Пятнадцать инструментов SHRIMP установлены по всему миру. [ 16 ] [ 17 ] Результаты SHRIMP были опубликованы в более чем 2000 рецензируемых научных статьях. КРЕВЕТКА — важный инструмент для понимания ранней истории Земли, поскольку она проанализировала некоторые из древнейших земных материалов, включая гнейсы Акаста. [ 18 ] [ 19 ] и дальнейшее продление возраста цирконов из Джек-Хиллз. [ 20 ] и самый старый ударный кратер на планете. [ 21 ] Другие важные вехи включают определение первого U/Pb возраста лунного циркона. [ 22 ] и марсианский апатит [ 23 ] встречаться. Более поздние применения включают определение в Ордовике температуры поверхности моря , [ 24 ] время снежного кома на Земле наступления [ 25 ] и разработка методов стабильных изотопов. [ 26 ] [ 27 ]

Конструкция и эксплуатация

[ редактировать ]
Магнитный секторДетекторЭлектростатический_анализаторКамера для пробОсновной столбецМетр
Magnetic sectorDetectorElectrostatic_AnalyzerSample chamberPrimary columnMetre
Принципиальная схема прибора SHRIMP, показывающая путь ионного луча. После рисунка 4, Уильямс, 1998 г. [ 28 ]

Основной столбец

[ редактировать ]

В типичном U-Pb геохронологическом аналитическом режиме пучок (O 2 ) 1− Первичные ионы образуются в результате разряда газообразного кислорода высокой чистоты в полом никелевом катоде дуоплазматрона . Ионы извлекаются из плазмы и ускоряются при напряжении 10 кВ. В основной колонке используется освещение Келера для создания равномерной плотности ионов по всему целевому пятну. Диаметр пятна может варьироваться от ~ 5 мкм до более 30 мкм по мере необходимости. Типичная плотность ионного пучка на образце составляет ~ 10 пА/мкм. 2 а анализ в течение 15–20 минут создает ямку абляции размером менее 1 мкм. [ 29 ]

Камера для проб

[ редактировать ]

Первичный пучок падает под углом 45° к плоскости поверхности образца, а вторичные ионы извлекаются под углом 90° и ускоряются при 10 кВ. Три квадрупольные линзы фокусируют вторичные ионы на щели источника, и эта конструкция направлена ​​на максимизацию пропускания ионов, а не на сохранение ионного изображения, в отличие от других конструкций ионных зондов. [ 15 ] Объектив Шварцшильда обеспечивает прямой микроскопический просмотр образца в отраженном свете во время анализа. [ 5 ] [ 30 ]

Электростатический анализатор

[ редактировать ]

Вторичные ионы фильтруются и фокусируются в соответствии с их кинетической энергией электростатическим сектором радиусом 1272 мм и углом 90° . Механически управляемая щель обеспечивает точную настройку энергетического спектра, передаваемого в магнитный сектор. [ 29 ] а электростатическая квадрупольная линза используется для уменьшения аберраций при передаче ионов в магнитный сектор. [ 4 ]

Магнитный сектор

[ редактировать ]

Электромагнит имеет радиус 1000 мм и угол 72,5° для фокусировки вторичных ионов в соответствии с их соотношением массы/заряда в соответствии с принципами силы Лоренца . По сути, путь менее массивного иона будет иметь большую кривизну в магнитном поле, чем путь более массивного иона. Таким образом, изменение тока в электромагните фокусирует определенный вид массы на детекторе.

Детекторы

[ редактировать ]

Ионы проходят через щель коллектора в фокальной плоскости магнитного сектора, и сборку коллектора можно перемещать вдоль оси для оптимизации фокусировки данного изотопного вида. одиночный вторичный электронный умножитель В типичном анализе циркона U-Pb для подсчета ионов используется .

Вакуумная система

[ редактировать ]

Турбомолекулярные насосы откачивают весь путь луча SHRIMP, чтобы максимизировать передачу и уменьшить загрязнение. В камере для проб также используется крионасос для улавливания загрязнений, особенно воды. Типичное давление внутри SHRIMP составляет ~7 x 10. −9 мбар в детекторе и ~1 x 10 −6 мбар в первичной колонке (с источником кислорода-дуоплазматрона). [ 29 ]

Массовое разрешение и чувствительность

[ редактировать ]

При нормальной работе SHRIMP достигает разрешения по массе 5000 с чувствительностью >20 отсчетов/сек/млн/нА для свинца из циркона. [ 28 ] [ 29 ]

Приложения

[ редактировать ]

Изотопное датирование

[ редактировать ]

Для U-Th-Pb геохронологии пучок первичных ионов (O 2 ) 1− ускоряются и коллимируются по направлению к мишени, где распыляют «вторичные» ионы из образца. Эти вторичные ионы ускоряются вдоль прибора, где различные изотопы урана , свинца и тория последовательно измеряются , а также эталонные пики Zr 2 O. + , Тхо + и УО + . Поскольку коэффициент распыления различается в зависимости от вида ионов, а относительный коэффициент распыления увеличивается или уменьшается со временем в зависимости от вида иона (из-за увеличения глубины кратера, эффектов зарядки и других факторов), измеренное относительное содержание изотопов не связано с реальным относительным содержанием изотопов. в цели. Поправки определяются путем анализа неизвестных и эталонного материала (соответствующего матрице материала известного изотопного состава) и определения калибровочного коэффициента для конкретного аналитического сеанса. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]

Инструменты SHRIMP по всему миру

[ редактировать ]
Номер инструмента учреждение Расположение Модель КРЕВЕТКИ Год ввода в эксплуатацию
1 Австралийский национальный университет Канберра я 1980 г. (вышел на пенсию в 2011 г.)
2 Австралийский национальный университет Канберра II/мк 1992
3 Технологический университет Кертина Перт II 1993 г. (переехал в Университет Квинсленда, 2022 г.)
4 Геологическая служба Канады Оттава II 1995
5 Хиросимский университет Хиросима IIe 1996
6 Австралийский национальный университет Канберра РГ 1998
7 Геологическая служба США и Стэнфордский университет Стэнфорд РГ 1998
8 Национальный институт полярных исследований Токио II 1999
9 Китайская академия геологических наук Пекин II 2001
10 Всероссийский геологический научно-исследовательский институт Санкт-Петербург II/мк 2003
11 Технологический университет Кертина Перт II/мк 2003
12 Геонауки Австралии Канберра IIe 2008
13 Корейский институт фундаментальных наук Очан IIe/мк 2009
14 Университет Сан-Паулу Сан-Паулу II/мк 2010
15 Университет Гранады Гранада IIe/мк 2011
16 Австралийский национальный университет Канберра СИ/мк 2012
17 Китайская академия геологических наук Пекин IIe/мк 2013
18 Национальный институт передовых промышленных наук и технологий Цукуба IIe/amc 2013
19 Польский геологический институт - Национальный исследовательский институт Варшава IIe/мк 2014
20 Национальный институт полярных исследований Токио IIe/amc 2014
21 Шаньдунский институт геологических наук женщины V 2023
  1. ^ Сиверс, Натали Э.; Менольд, Кэрри А.; Гроув, Марти; Кобл, Мэтью А. (26 апреля 2017 г.). «Микроэлемент белой слюды и изотоп бора свидетельствуют об отличительных явлениях инфильтрации во время эксгумации глубоко субдуцированной континентальной коры» (PDF) . Международное геологическое обозрение . 59 (5–6): 621–638. Бибкод : 2017ИГРв...59..621С . дои : 10.1080/00206814.2016.1219881 . ISSN   0020-6814 . S2CID   131780603 .
  2. ^ Австралийская академия наук. «Интервью с австралийскими учёными: профессор Билл Компстон» . Архивировано из оригинала 9 августа 2010 года . Проверено 10 ноября 2010 г.
  3. ^ Jump up to: а б Фостер, Дж. (2010), «Строительство и развитие КРЕВЕТКИ I: исторический очерк», Precambrian Research , 183 (1): 1–8, Bibcode : 2010PreR..183....1F , doi : 10.1016 /j.precamres.2010.07.016
  4. ^ Jump up to: а б Мацуда, Х. (1974), «Масс-спектрометры с двойной фокусировкой второго порядка», Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики , 14 (2): 219–233, Бибкод : 1974IJMSI..14..219M , doi : 10.1016/ 0020-7381(74)80009-4
  5. ^ Jump up to: а б Клемент, SWJ; Компстон, В.; Ньюстед, Г. (1977). «Проектирование большого ионного микрозонда высокого разрешения» (PDF) . Материалы Международной конференции по масс-спектрометрии вторичных ионов . Спрингер-Верлаг. п. 12.
  6. ^ Фруд, DO; Ирландия, ТР; Кинни, PD; Уильямс, Исландия; Компстон, В.; Уильямс, ИК; Майерс, Дж.С. (1983), «Ионная микрозондовая идентификация земных цирконов возрастом 4100–4200 млн лет», Nature , 304 (5927): 616–618, Бибкод : 1983Natur.304..616F , doi : 10.1038/304616a0 , S2CID   4335827
  7. ^ Компстон, В.; Пиджон, RT (1986), «Джек Хиллз, свидетельства наличия более старых обломочных цирконов в Западной Австралии», Nature , 321 (6072): 766–769, Бибкод : 1986Natur.321..766C , doi : 10.1038/321766a0 , S2CID   4243085
  8. ^ Мурбат, С. (1983), «Самые древние породы?», Nature , 304 (5927): 585–586, Бибкод : 1983Natur.304..585M , doi : 10.1038/304585a0 , S2CID   4343270
  9. ^ Шерер, У.; Аллегре, CJ (1985), «Определение возраста австралийского континента с помощью анализа однозернистого циркона метакварцита горы Нарриер», Nature , 315 (6014): 52–55, Бибкод : 1985Natur.315...52S , doi : 10.1038/315052a0 , S2CID   4261728
  10. ^ Фаннинг, CM; Маккалок, Монтана (1990). «Сравнение изотопной систематики U – Pb в ранних архейских цирконах с использованием термоионизационной масс-спектрометрии с изотопным разбавлением и ионного микрозонда». Третий международный архейский симпозиум, Перт. Расширенный том тезисов . стр. 15–17.
  11. ^ Амелин, Ю.В. (1998), «Геохронология детритовых цирконов Джек-Хиллз с помощью точного анализа изотопного разбавления U-Pb кристаллических фрагментов», Химическая геология , 146 (1–2): 25–38, Bibcode : 1998ChGeo.146... 25А , дои : 10.1016/С0009-2541(97)00162-9
  12. ^ Ирландия, ТР; Компстон, В.; Хайдеггер, HR (1983), «Аномалии изотопов титана в гибонитах из углеродистого хондрита Мерчисона», Geochimica et Cosmochimica Acta , 49 (9): 1989–1993, Bibcode : 1985GeCoA..49.1989I , doi : 10.1016/0016-7037(85)90092-4
  13. ^ Кинни, PD; Компстон, В.; Уильямс, И.С. (1991), «Разведывательное ионно-зондовое исследование изотопов гафния в цирконах», Geochimica et Cosmochimica Acta , 55 (3): 849–859, Bibcode : 1991GeCoA..55..849K , doi : 10.1016/0016-7037(91)90346-7
  14. ^ Элдридж, CS; Компстон, В.; Уильямс, Исландия; Уолш, Дж.Л. (1987), "Микроанализ in-situ для 34 С/ 32 Соотношения S с использованием ионного микрозонда SHRIMP», Международный журнал масс-спектрометрии и ионных процессов , 76 (1): 65–83, Bibcode : 1987IJMSI..76...65E , doi : 10.1016/0168-1176(87)85011- 5
  15. ^ Jump up to: а б Ирландия, ТР; Клемент, С.; Компстон, В.; Фостер, Джей-Джей; Холден, П.; Дженкинс, Б.; Ланк, П.; Шрам, Н.; Уильямс, И.С. (2008), «Развитие креветок», Австралийский журнал наук о Земле , 55 (6): 937–954, Bibcode : 2008AuJES..55..937I , doi : 10.1080/08120090802097427 , S2CID   55839574
  16. ^ «Местоположение пользователей SHRIMP» (PDF) . 2009. Архивировано из оригинала (PDF) 19 февраля 2011 года . Проверено 13 августа 2010 г.
  17. ^ Стерн, Р. (2006), «Машина времени для геолого-геофизических наук Австралии» , AusGeo News , 81 : 15–17, заархивировано из оригинала 6 сентября 2008 г.
  18. ^ Боуринг, ЮАР; Уильямс, И.С. (1999), «Прискоанские (4,00–4,03 млрд лет) ортогнейсы северо-западной Канады», Вклад в минералогию и петрологию , 134 (1): 3–16, Бибкод : 1999CoMP..134....3B , doi : 10.1007/s004100050465 , S2CID   128376754
  19. ^ Стерн, РА; Бликер, В. (1998), «Возраст старейших горных пород в мире, уточненный с помощью канадской SHRIMP. Гнейсовый комплекс Акаста, Северо-Западные территории, Канада» , Geoscience Canada , 25 : 27–31 [ мертвая ссылка ]
  20. ^ Уайльд, ЮАР; Вэлли, JW; Пек, штат Вашингтон; Грэм, К.М. (2001), «Свидетельства обломочных цирконов о существовании континентальной коры и океанов на Земле 4,4 миллиарда лет назад» (PDF) , Nature , 409 (6817): 175–178, Бибкод : 2001Natur.409..175W , дои : 10.1038/35051550 , PMID   11196637 , S2CID   4319774
  21. ^ Эриксон, ТМ (2020). «Точный радиометрический возраст показывает, что Яррабубба, Западная Австралия, является старейшей признанной структурой удара метеорита на Земле» . Природные коммуникации . 11 (1): 300. Бибкод : 2020NatCo..11..300E . дои : 10.1038/s41467-019-13985-7 . ПМК   6974607 . ПМИД   31964860 .
  22. ^ Компстон, В.; Уильямс, Исландия; Мейер, К. (февраль 1984 г.), «U-Pb геохронология цирконов из лунной Брекчии 73217 с использованием чувствительного ионного микрозонда с высоким разрешением по массе», Journal of Geophysical Research , 89 (Дополнение): B525–B534, Bibcode : 1984JGR.. ..89..525C , doi : 10.1029/jb089is02p0b525
  23. ^ Терада, К.; Монд, Т.; Сано, Ю. (ноябрь 2003 г.), «Ионное микрозондовое датирование фосфатов в марсианском метеорите ALH 84001 U-Th-Pb», Meteoritics & Planetary Science , 38 (11): 1697–1703, Бибкод : 2003M&PS...38.1697T , дои : 10.1111/j.1945-5100.2003.tb00009.x , S2CID   128680750
  24. ^ Троттер, Дж.А.; Уильямс, Исландия; Барнс, Чехия; Лекюйер, К.; Николл, Р.С. (2008), «Спровоцировало ли охлаждение океанов ордовикское биоразнообразие? Данные термометрии конодонтов», Science , 321 (5888): 550–554, Bibcode : 2008Sci...321..550T , doi : 10.1126/science.1155814 , ПМИД   18653889 , S2CID   28224399
  25. ^ Сюй, Бэй; Цзоу, Хайбо; Ли, Чжэн-Сян; Сун, Лю, Дуньи; Сюньлай, Юань (2009), «Возрастные ограничения по циркону». Неопротерозойские диамиктиты Куруктага на северо-западе Китая» (PDF) , Precambrian Research , 168 (3–4): 247–258, Bibcode : 2009PreR..168..247X , doi : 10.1016/j.precamres.2008.10.008 , S2CID   15201304
  26. ^ Икерт, РБ; Хисс, Дж.; Уильямс, Исландия; Холден, П.; Ирландия, ТР; Ланк, П.; Дженкинс, Б.; Шрам, Н.; Фостер, Джей-Джей; Клемент, С.В. (2008), «Определение на месте высокоточных соотношений изотопов кислорода с помощью SHRIMP II: анализ эталонных материалов MPI-DING из силикатного стекла и циркона из контрастных гранитов», Chemical Geology , 257 (1–2): 114–128, Бибкод : 2008ЧГео.257..114И , дои : 10.1016/j.chemgeo.2008.08.024
  27. ^ Хисс, Джо; Беннетт, Вики; Натман, Аллен; Уильямс, Ян (2010), «Архейский каннибализм коры с помощью жидкости, зафиксированный низкими δ 18 O и отрицательные изотопные подписи ε Hf (T) западно-гренландского гранитного циркона» (PDF) , Contributions to Mineralogy and Petrology , 161 (6): 1027–1050, Бибкод : 2011CoMP..161.1027H , doi : 10.1007/s00410-010 -0578-з , S2CID   129035404
  28. ^ Jump up to: а б Уильямс, И.С. (1998), «Геохронология U-Th-Pb с помощью ионного микрозонда» , в МакКиббене, Массачусетс; Шанкс III, WC; Ридли, Висконсин (ред.), Применение микроаналитических методов для понимания процессов минерализации , Обзоры по экономической геологии, том. 7, стр. 1–35, номер документа : 10.5382/Rev.07.01 , ISBN.  1887483519
  29. ^ Jump up to: а б с д Стерн, Р.А. (1997), «Чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения GSC (SHRIMP): аналитические методы определения возраста циркона U-Th-Pb и оценки эффективности» , Радиогенный возраст и изотопные исследования: Отчет , 10 (F): 1– 31
  30. ^ Ридль, М. «Цель Шварцшильда» . Проверено 10 ноября 2010 г.
  31. ^ Клауэ-Лонг, Ж.; Компстон, В.; Робертс, Дж.; Фэннинг, К.М. (1995), «Два каменноугольных возраста: сравнение датирования циркона SHRIMP с традиционным возрастом циркона и 40 с/ 39 Ар-анализ», в Берггрен, Вашингтон; Кент, Д.В.; Обри, М.-П.; Харденбол, Дж. (ред.), Геохронология, временные шкалы и глобальная стратиграфическая корреляция , специальные публикации SEPM, стр. 3–21. , doi : 10.2110/pec.95.04.0003 , ISBN  978-1-56576-091-2
  32. ^ Блэк, Лэнс П.; Камо, Сандра Л.; Аллен, Шарлотта М.; Алейников, Джон Н.; Дэвис, Дональд В.; Корш, Рассел Дж.; Фудулис, Крис (2003), «TEMORA 1; новый стандарт циркона для фанерозойской U-Pb геохронологии», Chemical Geology , 200 (1–2): 155–170, Bibcode : 2003ChGeo.200..155B , doi : 10.1016/С0009-2541(03)00165-7
  33. ^ Блэк, Лэнс П.; Камо, Сандра Л.; Аллен, Шарлотта М.; Дэвис, Дональд В.; Алейников, Джон Н.; Вэлли, Джон В.; Мандилл, Роланд; Кэмпбелл, Ян Х.; Корш, Рассел Дж.; Уильямс, Ян С.; Фудулис, Крис (2004), «Улучшенный 206 Пб/ 238 U микрозондовая геохронология путем мониторинга матричного эффекта, связанного с микроэлементами; SHRIMP, ID-TIMS, ELA-ICP-MS и документация по изотопам кислорода для серии стандартов циркона», Chemical Geology , 205 (1–2): 115–140, Bibcode : 2004ChGeo.205..115B , doi : 10.1016/ j.chemgeo.2004.01.003
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: e2263a301dff9fb83af9ad8b7b658ed0__1716090540
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/e2/d0/e2263a301dff9fb83af9ad8b7b658ed0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Sensitive high-resolution ion microprobe - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)