Optimizing methodologies for Hf and U-Pb analysis of zircons by MC-ICP-MS using ultrafast laser ablation technology

Význam tématu

Laserová ablace spojená s multikolektorovým ICP-MS (LA-MC-ICP-MS) je standardní technikou v geochemii pro časování a sledování izotopových systémů Hf a U–Pb v minerálech, zejména v zirkonech. Kombinace těchto dvou chronometrů poskytuje komplexní pohled na geologické procesy, avšak tradiční LASS (laser ablation split stream) někdy trpí omezenou citlivostí a vysokými požadavky na množství odebraného materiálu. Ultrarychlá laserová ablaci s vysokou efek­tivitou rozptylu plazmatu umožňuje snížit velikost šarže, zlepšit rozlišení zonace a zvýšit reprodukovatelnost výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo demonstrovat, že nový ablační systém ESI Lasers DCI a NWR193 v kombinaci s Thermo Scientific Neptune XT MC-ICP-MS dokáže významně zvýšit citlivost a snížit objem analyzovaného materiálu pro oba izotopové systémy. Výzkum využil sérii referenčních zirkonů (91500, Plešovice, GJ-1, Mud Tank) a umělý standard MUN-4 k ověření přesnosti a reprodukovatelnosti poměru 176Hf/177Hf a stáří 206Pb/238U.

Použitá metodika a instrumentace

• Laser: NWR193 (ESI Lasers) s fluencí 4 J/cm2, frekvencí 20 Hz a průměrem paprsku 25 µm.
• Vstupní systém: Dual Concentric Injector (DCI) s přísunem He (600 mL/min) a N2 (9 mL/min).
• MS: Thermo Scientific Neptune XT s Jet Interface; Ar nebulizér 0,67 L/min, RF výkon 1250 W, chlazení 16 L/min, aux. plyn 0,70 L/min, pozice hořáku –1,0 mm.
• Detekce: Faradayové cely s 1013 Ω zesilovači pro Pb a U, SEM pro Yb a Lu korekci nepotřebným počítadlem iontů.
• Data processing: Software Iolite v2.5 (Igor Pro v6.37) s vlastními DR skripty.

Hlavní výsledky a diskuse

• Optimalizace přístroje zajistila dostatečné oddělení pulzů při frekvenci ≥10 Hz pro SEM i Faraday, což umožnilo zvýšit rychlost ablace bez ztráty přesnosti.
• Pro 20 spotů Hf analýzy na standardech byla dosažena reprodukovatelnost 176Hf/177Hf lepší než 100 ppm (2RSD) při spotu 25 µm.
• Pro 10 spotů U–Pb analýzy byla opakovatelnost stáří 206Pb/238U lepší než 1 % 2RSD na referenčních zirkonech.
• Srovnání s LASS (50 µm) ukázalo, že ultrarychlá ablace přinesla 2–3násobné zvýšení signálu Hf při polovičním odebraném objemu materiálu.

Přínosy a praktické využití metody

• Významné snížení spotu umožňuje detailní prostorové mapování zonace v zirkonech.
• Minimalizace odebraného materiálu je výhodná u vzácných či vzácně osídlených vzorků.
• Vysoká přesnost a nízké chyby zaručují spolehlivou interpretaci geochronologických událostí.
• Oddělené, sekvenční měření Hf a U–Pb poskytuje lepší výkon než split stream LASS.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zmenšení spotu a zrychlení frekvence ablace pro submikrometrické rozlišení zonace.
• Integrace ultrarychlých ablačních systémů do běžných geochronologických laboratoří.
• Rozšíření aplikace na další minerály a izotopové systémy (Sm–Nd, Rb–Sr).
• Využití v kombinaci s obrazováním a chemickou mikroanalýzou pro multidisciplinární studie.

Závěr

Použití ultrarychlého laserového systému ESI Lasers NWR193/DCI s Thermo Scientific Neptune XT MC-ICP-MS přináší výrazné zlepšení citlivosti a signál-/šumového poměru u izotopové analýzy Hf a U–Pb v zirkonech. Metoda umožňuje spolehlivé stanovení 176Hf/177Hf s přesností <100 ppm a stáří 206Pb/238U s přesností <1 %, přičemž minimalizuje spot size na 25 µm a objem odebraného materiálu. To otevírá nové možnosti detailního petrochronologického výzkumu a studia složitých zonovaných struktur."

Reference

1. Bauer A. M., Horstwood M. S. A. Chem. Geol. 476, 85–99 (2018).
2. Van Malderen S. J. M., Managh A. J., Sharp B. L., Vanhaecke F. J. Anal. At. Spectrom. 31, 423–439 (2016).
3. Douglas D. N., Managh A. J., Reid H. J., Sharp B. L. Anal. Chem. 87, 11285–11294 (2015).
4. Craig G., Managh A. J., Stremtan C., Lloyd N. S., Horstwood M. S. A. Anal. Chem. 90, 11564–11571 (2018).
5. Craig G., Frick D. A., Bouman C., Lloyd N. Thermo Fish. Sci. Tech. Note 30415.