Laser ablation split stream (LASS) between three ICP-MS for zircon petrochronology

Význam tématu

Studium zirkonů pomocí laserové ablaci a hmotnostní spektrometrie umožňuje současné získání izotopických hodnot U-Pb a Hf stejně jako koncentrací vzácných zemin (REE) z jediné ablační stopy. To dovoluje přesněji interpretovat stáří, zdroj magmatu a sledovat heterogenitu krystalů, což je klíčové pro pochopení geologické evoluce a provenience sedimentů.

Cíle a přehled studie

• Ověřit efektivitu metody LASS (laser ablation split stream) se dvěma membránovými čerpadly pro rozdělení aerosolu mezi tři ICP-MS přístroje.
• Zajistit simultánní měření U-Pb chronometrie, Hf izotopového poměru a trace­elementálních koncentrací REE z jedné ablační stopy.

Použitá metodika a instrumentace

• Laserová ablacia: Photon Machines Analyte G2 s HelEx II buňkou, kruhové stopa 50 µm, 10 Hz, 600 pulsů, fluence 4 J/cm², He proud 0,75 L/min vnější a 0,60 L/min vnitřní buňka.
• Diaphragmová čerpadla: KNF NMP 09 (0,75 L/min při 88 % efektivitě) a NMP 05 (0,40 L/min při 94 % efektivitě) pro odvod části aerosolu do dvou sekundárních přístrojů.
• ICP-MS systémy:
  • Neptune Plus MC-ICP-MS (Thermo Fisher) pro ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf, X skimmer a Jet sampler, Ar 0,94 L/min, N₂ 7 mL/min, integrace 1,049 s.
  • Element XR HR-ICP-MS (Thermo Fisher) pro U-Pb, Ar 0,81 L/min přídavný tok, sledované izotopy s segmenty 5–48 ms.
  • iCAP RQ Q-ICP-MS (Thermo Fisher) pro REE, Ar 1,10 L/min, dwell time 50 ms na izotop.
• Kalibrace a složky datové redukce: Iolite v3.31 (Igor Pro), DRS moduly U_Pb_Geochronology a Trace_Elements_IS, vlastní Hf DRS, externí standard 91500, interní standard Zr (91Zr), U-Pb bracketing.

Hlavní výsledky a diskuse

• ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf: RSD ≈100 ppm (1σ) u Plesovice, GJ-1 a Mud Tank; střední hodnoty lehce pod nebo v rámci referenčních hodnot (biasy do 100 ppm). GJ-1 byl přesný vůči literatuře.
• U-Pb: ²⁰6Pb/²³⁸U stáří 340±15 Ma (Plesovice), 613±10 Ma (GJ-1), 733±40 Ma (Mud Tank) (2σ), v souladu s referenčními hodnotami.
• REE: pro prvky >5 ppm RSD <10 %, chondritově normalizované profily odpovídaly dřívějším studiím LASS; prvky <0,1 ppm na detekční hranici.
• Membránová čerpadla zajistila stabilní rozdělení aerosolu bez paměťových efektů; nutné časové posuny pro synchronizaci signálů mezi přístroji a ladění délky tubingů pro minimalizaci oscilací.

Přínosy a praktické využití metody

• Simultánní získání izotopických a elementálních dat z jediné ablační stopy minimalizuje chyby při přiřazení rozdílných analýz.
• Umožňuje rychlé a efektivní vyhodnocení heterogenity vzorků a přímé spojení stáří a geochemického původu zirkonu.
• Variabilní čerpadla jsou cenově dostupná, snadno ovladatelná a mohou být nasazena v běžných geochemických laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření LASS na další izotopové systémy (Sm-Nd, Pb-Pb) a stopy kovů.
• Optimalizace membránových čerpadel a buňkových komor pro vyšší stabilitu a citlivost.
• Integrace se softwarovými balíky pro automatizaci datové redukce a kvality dat.
• Využití v sedimentární provenienci, krystalizaci magmatických zón a environmentálních studiích.

Závěr

LASS metoda s přidanými membránovými čerpadly pro třícestné rozdělení laserového aerosolu prokázala vysokou reprodukovatelnost a přesnost ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf, U-Pb stáří i REE koncentrací v zirkonech z jediné ablační stopy. Tento přístup zvyšuje spolehlivost petrochronologických a geochemických studií.

Reference

• Kylander-Clark A., Hacker B., Cottle J., Chem. Geol., 2013, 345, 99–112.
• Frick D.A., Schuessler J.A., von Blanckenburg F., Anal. Chim. Acta, 2016, 938, 33–43.
• Müller W., Shelley M., Miller P., Broude S., J. Anal. At. Spectrom., 2009, 24, 209–214.
• Paton C., Hellstrom J., Paul B., Woodhead J., Hergt J., J. Anal. At. Spectrom., 2011, 26, 2508–2518.
• Sláma J. et al., Chem. Geol., 2008, 249, 1–35.
• Fisher C.M., Vervoort J.D., Dufrane S.A., Geochemistry, Geophys. Geosystems, 2014, 15, 121–139.
• Woodhead J.D., Hergt J.M., Geostand. Geoanal. Res., 2005, 29, 183–195.
• Jackson S.E. et al., Chem. Geol., 2004, 211, 47–69.
• Black L.P., Gulson B.L., J. Austr. Geol. Geophys., 1978, 3, 227–232.
• Anders E., Grevesse N., Geochim. Cosmochim. Acta, 1989, 53, 197–214.