Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с SHRIMP )
Перейти к навигации Перейти к поиску
"SHRIMP" перенаправляется сюда. Чтобы узнать о ракообразных, см. Креветки . Для использования в других целях, см Креветки (значения) .

SHRIMP II в Университете Кертина , Австралия

Чувствительной с высокой разрешающей способностью иона микрозонда (также чувствителен высокой разрешающей способностью масс ионов микрозондовый или КРЕВЕТКА ) представляет собой большого диаметра, двойной фокусировкой масс - спектрометр вторичных ионов (SIMS) инструмент сектор производства австралийской Scientific Instruments в Канберра, Австралия . Подобно ионным микрозондам большой геометрии IMS 1270-1280-1300, производимым CAMECA , Gennevilliers, Франция, и подобным другим инструментам SIMS, микрозонд SHRIMP бомбардирует образец в вакууме пучком первичных ионов, который распыляет вторичные ионы. которые сфокусированы, отфильтрованы и измерены в соответствии с их энергией и массой.

SHRIMP в основном используется для геологических и геохимических применений. Он может измерять содержание изотопов и элементов в минералах в масштабе диаметра от 10 до 30 мкм и с разрешением по глубине 1–5 мкм. Таким образом, метод SIMS хорошо подходит для анализа сложных минералов, которые часто встречаются в метаморфических территориях, некоторых магматических породах , а также для относительно быстрого анализа статистически достоверных наборов обломочных минералов из осадочных пород. Чаще всего прибор применяется в уран-ториево-свинцовой геохронологии , хотя SHRIMP можно использовать для измерения некоторых других измерений изотопного отношения (например, δ 7 Li или δ 11 B [1]) и содержания микроэлементов.

История и научное влияние [ править ]

SHRIMP возникла в 1973 году с предложением профессора Биллом Compston , [2] пытаюсь построить ионный микроанализ в научных школах наук о Земле в Австралийском национальном университете , превышающей чувствительность и разрешение ионных зондов , доступное на момент для того , для анализа отдельных зерен минералов. [3] Дизайнер оптики Стив Клемент основал прототип прибора (теперь называемый «SHRIMP-I») на основе конструкции Мацуда [4], которая минимизировала аберрации при передаче ионов через различные секторы. [5]Инструмент строился в 1975 и 1977 годах с испытаниями и модификацией в 1978 году. Первые успешные геологические применения произошли в 1980 году [3].

Первым крупным научным достижением стало открытие зерен циркона Гадей ( возраст > 4000 миллионов лет) на горе. Нарраер в Западной Австралии [6], а затем в близлежащих Джек-Хиллз . [7] Эти результаты и сам аналитический метод SHRIMP изначально подвергались сомнению [8] [9], но последующий традиционный анализ был частично подтвержден. [10] [11] SHRIMP-I также был пионером в исследованиях ионным микрозондом изотопных систем титана , [12] гафния [13] и серы [14] .

Растущий интерес со стороны коммерческих компаний и других академических исследовательских групп, в частности профессора Джона де Лаэтера из Кертинского университета (Перт, Западная Австралия), привел к проекту в 1989 году по созданию коммерческой версии прибора SHRIMP-II в сотрудничестве с ANUTECH, коммерческое подразделение Австралийского национального университета. Усовершенствованная конструкция ионной оптики в середине 1990-х годов подтолкнула 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 постоянной работе по разработке специального прибора для легких стабильных изотопов. [15]

Пятнадцать приборов SHRIMP были установлены по всему миру [16] [17], и результаты SHRIMP были опубликованы в более чем 2000 научных статьях, прошедших экспертную оценку. SHRIMP является важным инструментом для понимания ранней истории Земли, поскольку он проанализировал некоторые из древнейших земных материалов, включая Acasta Gneiss [18] [19], и еще больше расширил возраст цирконов из Jack Hills. [20] Другие важные вехи включают первые U / Pb датировки лунного циркона [21] и марсианского апатита [22] . Более поздние применения включают в себя определение Ордовикскога температуры поверхности моря , [23]время снежного кома земных событий [24] и развитие методов стабильных изотопов. [25] [26]

Устройство и работа [ править ]

Основной столбец [ править ]

В типичной U-Pb геохронологии аналитической режиме, пучок (O 2 ) 1- первичные ионы получают из высокочистого разряда газообразного кислорода в поле Ni катодома дуоплазматрона . Ионы извлекаются из плазмы и ускоряются до 10 кВ. В первичной колонке используется освещение Келлера для получения однородной плотности ионов в целевом пятне. Диаметр пятна может варьироваться от ~ 5 мкм до более 30 мкм при необходимости. Типичная плотность ионного пучка на образце составляет ~ 10 пА / мкм 2, а анализ в течение 15–20 минут создает абляционную ямку размером менее 1 мкм. [28]

Камера для образцов [ править ]

Первичный пучок падает под углом 45 ° к плоскости поверхности образца, а вторичные ионы извлекаются под углом 90 ° и ускоряются при 10 кВ. Три квадрупольных линзы фокусируют вторичные ионы на щели источника, и конструкция направлена ​​на максимальное пропускание ионов, а не на сохранение изображения ионов, в отличие от других конструкций ионных зондов. [15] Линза объектива Шварцшильда обеспечивает прямой микроскопический просмотр пробы в отраженном свете во время анализа. [5] [29]

Электростатический анализатор [ править ]

Вторичные ионы фильтруются и фокусируются в соответствии с их кинетической энергией электростатическим сектором 90 ° радиусом 1272 мм . Щель с механическим управлением обеспечивает точную настройку энергетического спектра, передаваемого в магнитный сектор [28], а электростатическая квадрупольная линза используется для уменьшения аберраций при передаче ионов в магнитный сектор. [4]

Магнитный сектор [ править ]

Электромагнит имеет радиус 1000 мм через 72,5 ° для фокусировки вторичных ионов в соответствии с их отношением 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 определенные массовые частицы на детекторе.

Детекторы [ править ]

Ионы проходят через щель коллектора в фокальной плоскости магнитного сектора, и сборочный узел может перемещаться вдоль оси для оптимизации фокусировки данного изотопного компонента. В типичном анализе циркона U-Pb для подсчета ионов используется единственный вторичный электронный умножитель .

Вакуумная система [ править ]

Турбомолекулярные насосы откачивают весь путь луча SHRIMP, чтобы максимизировать передачу и уменьшить загрязнение. В камере для образцов также используется крионасос для улавливания загрязняющих веществ, особенно воды. Типичное давление внутри SHRIMP составляет от ~ 7 x 10 -9 мбар в детекторе до ~ 1 x 10 -6 мбар в первичной колонке. [28]

Массовое разрешение и чувствительность [ править ]

При нормальной работе SHRIMP достигает разрешения по массе 5000 с чувствительностью> 20 импульсов в секунду / ppm / нА для свинца из циркона. [27] [28]

Приложения [ править ]

Изотопное датирование [ править ]

Для геохронологии U-Th-Pb пучок первичных ионов (O 2 ) 1– ускоряется и коллимируется к цели, где он распыляет «вторичные» ионы из образца. Эти вторичные ионы ускоряются вдоль прибора, где последовательно измеряются различные изотопы урана , свинца и тория вместе с эталонными пиками для Zr 2 O + , ThO + и UO +.. Поскольку эффективность распыления различается для разных видов ионов, а относительный выход распыления увеличивается или уменьшается со временем в зависимости от вида ионов (из-за увеличения глубины кратера, эффектов зарядки и других факторов), измеренные относительные содержания изотопов не связаны с реальными относительными содержаниями изотопов. в мишени. Поправки определяются путем анализа неизвестных и эталонного материала (матричный материал с известным изотопным составом) и определения калибровочного коэффициента, специфичного для аналитического сеанса. [30] [31] [32]

Инструменты SHRIMP по всему миру [ править ]

Номер инструментаУчреждениеМесто расположенияSHRIMP модельГод ввода в эксплуатацию
1Австралийский национальный университетКанберрая1980 (на пенсии с 2011)
2Австралийский национальный университетКанберраII / mc1992 г.
3Кертинский технологический университетПертя1993 (на пенсии с 2020)
4Геологическая служба КанадыОттаваII1995 г.
5Хиросимский университетХиросимаIIe1996 г.
6Австралийский национальный университетКанберраRG1998 г.
7Геологическая служба США и Стэнфордский университетСтэнфордRG1998 г.
8Национальный институт полярных исследованийТокиоII1999 г.
9Китайская академия геологических наукПекинII2001 г.
10Всероссийский научно-исследовательский геологический институтСанкт-ПетербургII / mc2003 г.
11Кертинский технологический университетПертII / mc2003 г.
12Геонауки АвстралияКанберраIIe2008 г.
13Корейский институт фундаментальных наукОчангIIe / mc2009 г.
14Университет Сан-ПаулуСан-ПаулуII / mc2010 г.
15Университет ГранадыГранадаIIe / mc2011 г.
16Австралийский национальный университетКанберраSI / mc2012 г.
17Китайская академия геологических наукПекинIIe / mc2013
18Национальный институт передовых промышленных наук и технологийЦукубаIIe / amc2013
19Польский геологический институт - Национальный исследовательский институтВаршаваIIe / mc2014 г.
20Национальный институт полярных исследованийТокиоIIe / amc2014 г.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Сиверс, Натали Е .; Menold, Carrie A .; Гроув, Марти; Кобл, Мэтью А. (26 апреля 2017 г.). «Микроэлементы белой слюды и изотоп бора свидетельствуют об отличительных событиях инфильтрации во время эксгумации глубоко субдуцированной континентальной коры». Международное геологическое обозрение . 59 (5–6): 621–638. DOI : 10.1080 / 00206814.2016.1219881 . ISSN  0020-6814 .
  2. ^ Австралийская академия наук. «Интервью с австралийскими учеными: профессор Билл Компстон» . Архивировано из оригинала 9 августа 2010 года . Проверено 10 ноября 2010 года .
  3. ^ a b Фостер, Дж. (2010), «Строительство и развитие SHRIMP I: Исторический очерк.», Докембрийские исследования , 183 (1): 1–8, Bibcode : 2010PreR..183 .... 1F , DOI : 10.1016 / j.precamres.2010.07.016
  4. ^ a b Мацуда, Х. (1974), "Двойные фокусирующие масс-спектрометры второго порядка", Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики , 14 (2): 219–233, Bibcode : 1974IJMSI..14..219M , doi : 10.1016 / 0020-7381 (74) 80009-4
  5. ^ а б Клемент, SWJ; Compston, W .; Ньюстед, Г. (1977). «Дизайн большого ионного микрозонда с высоким разрешением» (PDF) . Труды Международной конференции по масс-спектрометрии вторичных ионов . Springer-Verlag. п. 12.
  6. ^ Froude, DO; Ирландия, TR; Кинни, PD; Уильямс, IS; Compston, W .; Уильямс, IR; Майерс, Дж. С. (1983), «Ионная микрозондовая идентификация земных цирконов возрастом 4 100–4 200 млн лет», Nature , 304 (5927): 616–618, Bibcode : 1983Natur.304..616F , doi : 10.1038 / 304616a0
  7. ^ Compston, W .; Pidgeon, RT (1986), "Jack Hills, свидетельства более древних обломочных цирконов в Западной Австралии", Nature , 321 (6072): 766–769, Bibcode : 1986Natur.321..766C , doi : 10.1038 / 321766a0
  8. ^ Moorbath, S. (1983), "Наиболее древние породы?", Nature , 304 (5927): 585-586, Bibcode : 1983Natur.304..585M , DOI : 10.1038 / 304585a0
  9. ^ Schärer, U .; Allègre, CJ (1985), "Определение возраста австралийского континента с помощью анализа циркона по метакварциту горы Наррайер", Nature , 315 (6014): 52–55, Bibcode : 1985Natur.315 ... 52S , doi : 10.1038 / 315052a0
  10. ^ Фаннинг, CM; Маккаллох, MT (1990). «Сравнение изотопной систематики U – Pb в цирконах раннего архея с использованием термоионизационной масс-спектрометрии с изотопным разбавлением и ионного микрозонда». Третий международный архейский симпозиум, Перт. Объем расширенных тезисов . С. 15–17.
  11. ↑ Амелин, Ю.В. (1998), "Геохронология обломочных цирконов Джек-Хиллз с помощью точного анализа изотопного разбавления U-Pb фрагментов кристаллов", Химическая геология , 146 (1-2): 25-38, Bibcode : 1998ChGeo.146 .. .25A , DOI : 10.1016 / S0009-2541 (97) 00162-9
  12. ^ Ирландия, TR; Compston, W .; Хейдеггер, Х.Р. (1983), «Изотопные аномалии титана в гибонитах из углистого хондрита Мерчисон», Geochimica et Cosmochimica Acta , 49 (9): 1989–1993, Bibcode : 1985GeCoA..49.1989I , doi : 10.1016 / 0016-7037 ( 85) 90092-4
  13. ^ Кинни, PD; Compston, W .; Уильямс, И.С. (1991), "Исследование изотопов гафния в цирконах с помощью ионного зонда", Geochimica et Cosmochimica Acta , 55 (3): 849–859, Bibcode : 1991GeCoA..55..849K , doi : 10.1016 / 0016 -7037 (91) 90346-7
  14. ^ Элдридж, CS; Compston, W .; Уильямс, IS; Walshe, JL (1987), «Микроанализ на месте для соотношений 34 S / 32 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. ^ a b Ирландия, TR; Clement, S .; Compston, W .; Фостер, JJ; Holden, P .; Jenkins, B .; Lanc, P .; Schram, N .; Williams, IS (2008), "Развитие ШРИМС", австралийский журнал наук о Земле , 55 (6): 937-954, Bibcode : 2008AuJES..55..937I , DOI : 10,1080 / 08120090802097427
  16. ^ «Расположение пользователей SHRIMP» (PDF) . 2009. Архивировано из оригинального (PDF) 19 февраля 2011 года . Проверено 13 августа 2010 года .
  17. ↑ Стерн, Р. (2006), «Машина времени для геонаук Австралии» , AusGeo News , 81 : 15–17, заархивировано с оригинала 6 сентября 2008 г.
  18. ^ Bowring, SA; Уильямс, И.С. (1999), «Прискоанские (4,00–4,03 млрд лет назад) ортогнейсы из северо-западной Канады», Вклад в минералогию и петрологию , 134 (1): 3–16, Bibcode : 1999CoMP..134 .... 3B , doi : 10.1007 / s004100050465
  19. ^ Стерн, РА; Бликер, В. (1998), «Возраст самых старых горных пород в мире, очищенных с использованием канадской SHRIMP. Комплекс гнейсов Акаста, Северо-Западные территории, Канада» , Geoscience Canada , 25 : 27–31[ мертвая ссылка ]
  20. ^ Wilde, SA; Вэлли, JW; Пек, WH; Грэм, С.М. (2001), «Доказательства существования континентальной коры и океанов на Земле 4,4 млрд лет назад по обломочным цирконам» (PDF) , Nature , 409 (6817): 175–178, Bibcode : 2001Natur.409..175W , DOI : 10.1038 / 35051550 , PMID 11196637  
  21. ^ Compston, W .; Уильямс, IS; Мейер, К. (февраль 1984 г.), «U-Pb геохронология цирконов из лунной Брекчии 73217 с использованием чувствительного ионного микрозонда с высоким массовым разрешением», Journal of Geophysical Research , 89 (Приложение): B525 – B534, Bibcode : 1984JGR .. ..89..525C , DOI : 10,1029 / jb089is02p0b525
  22. ^ Терада, К .; Монд, Т .; Сано, Ю. (ноябрь 2003 г.), «Ионный микрозонд U-Th-Pb датирование фосфатов в марсианском метеорите ALH 84001», Meteoritics & Planetary Science , 38 (11): 1697–1703, Bibcode : 2003M & PS ... 38.1697T , DOI : 10.1111 / j.1945-5100.2003.tb00009.x
  23. ^ Троттер, JA; Уильямс, IS; Барнс, CR; Lécuyer, C .; Николл, Р.С. (2008), «Спровоцировало ли охлаждение океанов ордовикскую биоразнообразие? Данные конодонтовой термометрии», Science , 321 (5888): 550–554, Bibcode : 2008Sci ... 321..550T , doi : 10.1126 / science.1155814 , PMID 18653889 
  24. ^ Сюй, Бэй; Сяо, Шухай; Цзоу, Хайбо; Чен, Ян; Ли, Чжэн-Сян; Песня, Бяо; Лю, Дуньи; Чуаньминь, Чжоу; Xunlai, Yuan (2009), «Ограничения возраста U-Pb циркона SHRIMP на неопротерозойских диамиктитах Куруктаг на северо-западе Китая» (PDF) , Докембрийские исследования , 168 (3–4): 247–258, Bibcode : 2009PreR..168..247X , DOI : 10.1016 / j.precamres.2008.10.008
  25. ^ Икерт, РБ; Hiess, J .; Уильямс, IS; Holden, P .; Ирландия, TR; Lanc, P .; Jenkins, B .; Schram, N .; Фостер, JJ; Клемент, С.В. (2008), «Определение высокоточных соотношений изотопов кислорода in situ с помощью SHRIMP II: анализ эталонных материалов силикатного стекла MPI-DING и циркона из контрастирующих гранитов», Chemical Geology , 257 (1-2): 114-128, Bibcode : 2008ChGeo.257..114I , DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2008.08.024
  26. ^ Hiess, Джо; Беннетт, Викки; Nutman, Аллен; Уильямс, Ян (2010), «Архейский флюидный коровый каннибализм, зарегистрированный по низким δ 18 O и отрицательным ε Hf (T) изотопным сигнатурам гранитного циркона Западной Гренландии» (PDF) , Contributions to Mineralogy and Petrology , 161 (6): 1027-1050, Bibcode : 2011CoMP..161.1027H , DOI : 10.1007 / s00410-010-0578-Z
  27. ^ a b Вильямс, И.С. (1998), «Геохронология U-Th-Pb с помощью ионного микрозонда», в McKibben, MA; Хвостовики III, WC; Ридлите, WI (ред.), Применение методов микроаналитических к пониманию Минерализующих процессов , обзоры в экономической геологии, 7 , стр 1-35,. Дои : 10,5382 / Rev.07.01 , ISBN 1887483519
  28. ^ a b c d 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
  29. ^ Ридл, М. "Цель Шварцшильда" . Проверено 10 ноября 2010 года .
  30. ^ Claoué-Long, J .; Compston, W .; Робертс, Дж .; Фаннинг, С.М. (1995), «Два возраста карбона: сравнение датировки циркона SHRIMP с традиционным возрастом циркона и анализ 40 Ar / 39 Ar», Берггрен, Вашингтон; Кент, Д.В.; Aubry, M.-P .; Hardenbol, J. (ред.), Геохронология, временные масштабы и глобальные стратиграфическая корреляция , Специальные публикации в SEPM, с 3-21. Дои : 10,2110 / pec.95.04.0003 , ISBN 978-1-56576-091-2
  31. ↑ Black, Lance P .; Камо, Сандра Л .; Аллен, Шарлотта М .; Алейников, Джон Н .; Дэвис, Дональд У .; Корш, Рассел Дж .; Фудулис, Крис (2003), «ТЕМОРА 1; новый стандарт циркона для фанерозойской U-Pb геохронологии», Химическая геология , 200 (1-2): 155-170, Bibcode : 2003ChGeo.200..155B , doi : 10.1016 / S0009-2541 (03) 00165-7
  32. ↑ Black, Lance P .; Камо, Сандра Л .; Аллен, Шарлотта М .; Дэвис, Дональд У .; Алейников, Джон Н .; Вэлли, Джон В .; Мундил, Роланд; Кэмпбелл, Ян Х .; Корш, Рассел Дж .; Уильямс, Ян С .; Фоудулис, Крис (2004), "Улучшенная геохронология микрозондового зонда 206 Pb / 238 U путем мониторинга матричного эффекта, связанного с микроэлементами; SHRIMP, ID-TIMS, ELA-ICP-MS и документация по изотопам кислорода для серии стандартов циркона », химическая геология , 205 (1-2): 115-140, Bibcode : 2004ChGeo.205..115B , DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2004.01.003

Внешние ссылки [ править ]

  • Основание лаборатории SHRIMP в Австралийском национальном университете.
  • Австралийские научные инструменты