High precision in situ Rb-Sr age dating

Význam tématu

Radiometrické datování rubidiump chủstrontolem–stronciovým systémem (87Rb→87Sr) je klíčovým nástrojem pro určování stáří geologických vzorků. Přímé in situ metody umožňují získat prostorové rozlišení stáří na úrovni jednotlivých minerálů a zrn, což otevírá cestu k detailnímu pochopení geologických procesů, termální historie a heterogenity vzorků.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje schopnost hmotnostního spektrometru Thermo Scientific Neoma MS/MS MC-ICP-MS vybaveného kolizně-reakčním článkem a pre-cell magnetickým filtrem pro vysoce přesné in situ Rb–Sr datování široké škály geologických materiálů. Cílem je porovnat výsledky s tradičními ICP-TQ–MS i s konvenčními TIMS analýzami a ukázat přínosy plně statického multikolektorového měření.

Použitá metodika a instrumentace

Neoma MS/MS MC-ICP-MS kombinuje tři klíčové komponenty:

• Pre-cell magnetický filtr pro odstranění matrice a molekulárních interferencí v rozmezí hmotností 78–94 amu
• Hexapólový kolizně-reakční článek (CRC) s otáčivě-reakčním plynem SF₆ pro selektivní tvorbu reakcí Sr→SrF a potlačení interferencí 87Rb+
• Magnetický sektor a multikolektorový detektor se 11 Faradayho kelímky a zesilovači 10¹³ Ω pro simultánní měření izotopů Rb a SrF

Vzorky byly zaváděny laserovou ablací (ESL imageGEO193, lasrérový ablační generátor TwoVol3) při parametrech: fluence 3,5 J/cm², průměrná velikost stop 50–100 µm, frekvence 12 Hz, doba sběru 40 s. Data byla zpracována pomocí Iolite a interní normalizace na 88Sr/86Sr pro eliminaci masového biasu.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýzy referenčních skel (NIST SRM612, MPI-DING, USGS BCR-2G apod.) prokázaly vnější přesnost 87Sr/86Sr <1‰ (2 RSD) a 87Rb/86Sr <4 % pro většinu vzorků. Přesnost a reprodukovatelnost přibližují teoretickým limitám stanoveným pomocí počítacích statistik a Johnson-Nyquistova šumu. Ve srovnání s ICP-TQ–MS bylo dosaženo řádově lepšího rozlišení izotopových poměrů Sr.
Analýzy plagioklasu a K-feldsparu z Dartmoor a Shap granitů potvrdily zvýšení přesnosti dat o řád (0,6 % vs. 5 %) a shodu s TIMS výsledky (284,6±1,0 Ma). Biotit z garnetického fylitu s nízkým obsahem Sr umožnil díky statické multikolektorové geochronologii extrakci více izochron z jednoho ablačního bodu a odhalení intra-zrnné heterogenity.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší citlivost a přesnost in situ Rb–Sr datování ve srovnání s tradičními ICP-MS metodami
• Možnost simultánního měření Rb a SrF v jednom záběru pro minimalizaci chyb způsobených časovou nestabilitou
• Detailní mapování izotopové heterogenity minerálů na sub-milimetrové úrovni
• Rozšíření aplikací Rb–Sr geochronologie i na minerály s nízkou koncentrací Sr

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozvoj jednopixelového (single-spot) datování pro komplexní minerály s vícenásobnými uzávěrovými událostmi
• Použití alternativních reaktivních plynů a optimalizace CRC pro další eliminaci interferencí
• Integrace s prostorově-rozlišenou spektroskopií, elektronovou mikroskopií a jinými zobrazovacími technikami
• Využití v průmyslové geochemii, environmentální analýze a forenzních aplikacích

Závěr

Neoma MS/MS MC-ICP-MS představuje průlom v in situ Rb–Sr geochronologii. Kombinace pre-cell magnetického filtru, hexapólového CRC a statické multikolektorové detekce umožňuje extrahovat přesné a přesné izotopové poměry z různorodých geologických vzorků. Technologie otevírá nové možnosti pro detailní časové mapování geologických událostí a zkoumání procesů, které řídí vývoj zemské kůry.

Reference

1. Moens L.J. et al., Eliminace izobarických interferencí v ICP-MS, J Anal At Spectrom 16 (2001).
2. Tanner S.D. et al., Reaction cells and collision cells for ICP-MS, Spectrochim Acta Part B 57 (2002).
3. Vanhaecke F. et al., Sector field ICP–MS pro Rb–Sr geochronologii, Fresenius’ J Anal Chem 371 (2001).
4. Tillberg M. et al., In Situ Rb-Sr Dating of Fine-grained Vein Mineralizations, Procedia Earth Planet Sci 17 (2017).
5. Tillberg M. et al., In situ Rb-Sr dating of slickenfibres, Sci Rep 10 (2020).
6. Hogmalm K.J. et al., In situ Rb–Sr and K–Ca dating by LA-ICP-MS/MS, J Anal At Spectrom 32 (2017).
7. Craig G. et al., Project Vienna: Precell Mass Filter for CC-MC-ICPMS/MS, Anal Chem 93 (2021).
8. Dauphas N. et al., In situ 87Rb–87Sr analyses by LA-MC-ICP-MS/MS, J Anal At Spectrom 37 (2022).
9. Paton C. et al., Iolite: Software for MS data processing, J Anal At Spectrom 12 (2011).
10. Rösel D. & Zack T., LA-ICP-MS/MS Single-Spot Rb-Sr Dating, GeoStand Geoanal Res 46 (2022).
11. Bevan D. et al., In situ Rb–Sr dating by CC-MC-ICPMS/MS, J Anal At Spectrom 36 (2021).
12. Wise S. & Watters R., Certificate of Analysis: SRM 610 (2012).
13. Darbyshire D.P.F. & Shepherd T.J., TIMS Rb-Sr age of Dartmoor Granite, J Geol Soc 142 (1985).
14. Garbe-Schönberg D. & Müller S., J Anal At Spectrom 29 (2014).
15. Cruz-Uribe A.M. et al., Single spot Rb-Sr isochron dating, GeoStand Geoanal Res (in press).