Определение микроэлементного состава и U-Pb-датирование апатита методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией на NexION 300S с приставкой NWR 213

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено определение микроэлементного состава и изотопных отношений Pb/U, Pb/Th и Pb/Pb в апатите методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией на приборе NexION 300S с приставкой для лазерной абляции (ЛА) NWR 213, описана процедура обработки экспериментальных данных. Определены оптимальные операционные параметры масс-спектрометра и ЛА-приставки, в том числе при определении микроэлементного состава и U/Pb-датирования из одного кратера размером 50 мкм и более. При определении микроэлементного состава апатита использовали стандартные синтетические стекла NIST SRM-612, -610; при измерении изотопных отношений применяли образцы сравнения (ОС) – апатиты Durango, Mun Mad и Mud Tank, проанализированные в лабораториях разных стран. По данным сканирующей электронной микроскопии проанализирована форма кратеров лазерной абляции в зернах ОС апатита; показана значимая неоднородность зерен по содержанию матричных и примесных элементов. Представлены метрологические характеристики методик за период измерения 2021–2023 гг. Повторяемость измерения изотопных отношений 206Pb/238U и 208Pb/232Th составляет 0.54 и 0.72, 7.5 и 14.3, 1.5 и 4.4% для Mun Mad, Durango, Mud Tank соответственно. Вариации содержания РЗЭ в образцах сравнения (sr) составляют 11–24, 5–13, 0.3–7% для Mun Mad, Durango, Mud Tank соответственно. Датировки ОС апатита в пределах неопределенности соответствуют таковым, полученным в мировых лабораториях. Методики опробованы при анализе ряда проб апатита из уральских объектов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. В. Червяковская

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Академика Вонсовского, 15, Екатеринбург, 620110

В. С. Червяковский

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук

Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Академика Вонсовского, 15, Екатеринбург, 620110

А. А. Пупышев

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620016

С. Л. Вотяков

Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наук

Email: zaitseva.mv1991@gmail.com
Россия, ул. Академика Вонсовского, 15, Екатеринбург, 620110

Список литературы

  1. Pan Y.M., Fleet M.E. Compositions of the apatite-group minerals: Substitution mechanisms and controlling factors / Phosphates: Geochemical, Geobiological, and Materials Importance. Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2002. V. 48. P. 13.
  2. Poitrasson F., Hanchar J.M., Schaltegger U. The current state and future of accessory mineral research // Chem. Geol. 2002. V. 191. P. 3.
  3. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S., Fisher N.I. Apatite as an indicator mineral for mineral exploration: Trace-element compositions and their relationship to host rock type // J. Geochem. Explor. 2002. V. 76. P. 45.
  4. Chu M.F., Wang K.L., Griffin W.L., Chung S.L., O’Reilly S.Y., Pearson N.J., Lizuka Y. Apatite composition: Tracing petrogenetic processes in Transhimalayan granitoids // J. Petrol., 2009. V. 50. P. 1829.
  5. Spear F.S., Pyle J.M. Apatite, monazite, and xenotime in metamorphic rocks / Phosphates: Geochemical, Geobiological, and Materials Importance. Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2002. V. 48. P. 293.
  6. Kohn M.J., Penniston-Dorland S. Diffusion: Obstacles and opportunities in petrochronology // Rev. Mineral. Geochem. 2018. V. 83. № 1. P. 103.
  7. Engi M., Lanari P., Kohn M.J. Significant ages. An introduction to petrochronology // Rev. Mineral. Geochem. 2017. V. 83. № 1. P. 1.
  8. Kylander-Clark A.R. C. Petrochronology by laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry // Rev. Mineral. Geochem. 2017. V. 83. № 1. P. 183.
  9. Liu Y.-Sh., Hu Z.Ch., Li M., Gao Sh. Applications of LA-ICP-MS in the elemental analyses of geological samples // Chin. Sci. Bull. 2013. V. 58. № 32. P. 3863.
  10. Black L.P., Kamo S.L., Allen Ch. L., Davis D.W., Aleinikoff J.N., Valley J.W., Mundif R., Campbell I.H., Korsch R.J., Williams I.S., Foudoulis Ch. Improved 206Pb/238U microprobe geochronology by the monitoring of a trace- element-related matrix effect; SHRIMP, ID–TIMS, ELA–ICP–MS and oxygen isotope documentation for a series of zircon standards // Chem. Geol. 2004. V. 205. № 1-2. P. 115.
  11. Jackson S. Calibration strategies for elemental by LA–ICP–MS / Laser Ablation–ICP–MS in the Earth Sciences. 2008. V. 40. P. 169.
  12. Hager J.W. Elemental analysis of solids using laser-sampling inductively coupled plasma-mass spectrometry / Optical Spectroscopic Instrumentation and Techniques for the 1990s: Applications in Astronomy, Chemistry, and Physics. 1990. № 1318. P. 166.
  13. Jackson S.E. The application of laser- ablation microprobe inductively coupled plasma-mass spectrometry (LAM-ICP-MS) to in situ trace-element determinations in minerals // Can. Mineral. 1992. V. 30. № 4. P. 1049.
  14. Oosthuyzen E.J., Burger A.J. The suitability of apatite as an age indicator by the uranium-lead isotope method // Earth Planet. Sci. Lett. 1973. V. 18. P. 29.
  15. Chew D.M., Sylvester P.J., Tubrett M.N. U–Pb and Th–Pb dating of apatite by LA– ICPMS // Chem. Geol. 2011. V. 280. P. 200.
  16. Pochon A., Poujol M., Gloaguen E., Branquet Y., Cagnard F., Gumiaux Ch., Gapais D. U-Pb LA-ICP-MS dating of apatite in mafc rocks: Evidence for a major magmatic event at the Devonian-Carboniferous boundary in the Armorican Massif (France) // Am. Mineral. 2016. V. 101. P. 2430.
  17. Thomson S.N., Gehrels G.E., Ruiz J., Buchwaldt R. Routine low-damage apatite U–Pb dating using laser ablation-multicollector-ICPMS // Geochem. Geophys. Geosyst. 2012. V. 13. Q0AA21.
  18. Ризванова Н.Г., Скублов С.Г., Черемазова Е.В. Возраст гидротермальных процессов в центрально-иберийской зоне (Испания) по данным U-Pb датирования касситерита и апатита // Записки Горного института. Геология. 2017. Т. 225. С. 275. (Rizvanova N.G., Skublov S.G., Cheremazova E.V. Age of hydrothermal processes in the central iberian zone (Spain) according to U-Pb dating of cassiterite and apatite // J. Mining Inst. 2017. V. 225. P. 275.)
  19. Kosler J., Fonneland H., Sylvester P., Tubrett M., Pedersen R.B. U-Pb dating of detrital zircons for sediment provenance studies – A comparison of LA-ICPMS and SIMS techniques // Chem. Geol. 2002 V. 182. №. 2-4. P. 605.
  20. Stacey J.S., Kramers J.D. Approximation of terrestrial lead isotope evolution by a two-stage model // Earth Planet. Sci. Lett. 1975. V. 26. №. 2. P. 207.
  21. Tera F., Wasserburg G.J. U-Th-Pb systematics in three Apollo 14 basalts and the problem of initial lead in lunar rocks // Earth Planet. Sci. Lett. 1972. V. 14. P. 281.
  22. Jochum K.P., Stoll B. Reference materials for elemental and isotopic analysis / Mineralogical Association of Canada, 2008. V. 40. P. 147.
  23. Pearce N.J.G., Perkins W.T., Westgate J.A., Gorton M.P., Jackson S.E., Neal C.R., Chenery S.P. A compilation of new and published major and trace element data for NIST SRM 610 and NIST SRM 612 glass reference materials // Geostand. Newsl. 1997. V. 21. P. 115.
  24. McDowell F.W., McIntosh W.C., Farley K.A. A precise 40Ar–39Ar reference age for the Durango apatite (U–Th)/He and fission-track dating standard // Chem. Geol. 2005. V. 214. P. 249.
  25. Cochrane R., Spikings R.A., Chew D., Wotzlaw J.-F., Chiaradia M., Tyrrell S., Schaltegger U., Van der Lelij R. High temperature (>350 °C) thermochronology and mechanisms of Pb loss in apatite // Geochim. Cosmochim. Acta. 2014. V. 127. P. 39.
  26. Chew D.M., Petrus J.A., Kamber B.S. U–Pb LA-MC-ICP-MS dating using accessory mineral standards with variable common Pb // Chem. Geol. 2014. V. 363. P. 185.
  27. Yang Y.-H., Wu F.-Y., Yang J.-H., Chew D.M., Xie L.-W., Chu Zh.-Y., Zhang Y.-B., Huang Ch. Sr and Nd isotopic compositions of apatite reference materials used in U-Th-Pb geochronology // Chem. Geol. 2014. V. 385. P. 35.
  28. Sun Y., Wiedenbeck M., Joachimski M.M., Beier C., Kemner F., Weinzierl C. Chemical and oxygen isotope composition of gem-quality apatites: Implications for oxygen isotope reference materials for secondary ion mass spectrometry (SIMS) // Chem. Geol. 2016. V. 440. P. 164.
  29. Ryan C.G., Griffin W.L. GLITTER User’s manual. p.72.
  30. Norman M.D., Pearson N.J., Sharma A.L., Griffin W.L. Quantitative analysis of trace elements in geological materials by laser ablation ICPMS: instrumental operating conditions and calibration values of NIST glasses // Geostand. Newsl. 1996. V. 20. P. 247.
  31. Kooijman E., Berndt J., Mezger K. U-Pb dating of zircon by laser ablation ICP-MS: recent improvements and new insights // Eur. J. Mineral. 2012. V. 24. P. 5.
  32. https://www.originlab.com/origin#Introduction (дата обращения 20.02.2024).
  33. Vermeesch P. IsoplotR: A free and open toolbox for geochronology // Geosci. Front. 2018. V. 9. P. 1479.
  34. Gawęda A., Szopa K., Chew D. LA-ICP-MS U-Pb dating and ree patterns of apatite from the Tatra mountains, Poland as a monitor of the regional tectonomagmatic activity // Geochronometria. 2014. V. 41. № 4. P. 306.
  35. Apen F.E., Wall C.J., Cottle J.M., Schmitz M.D., Kylander-Clark A.R. C., Seward G.G. E. Apatites for destruction: Reference apatites from Morocco and Brazil for U-Pb petrochronology and Nd and Sr isotope geochemistry // Chem. Geol. 2022. V. 590. № 120689. P. 1.
  36. Taylor S.R., McLennan S.M. The Continental Crust: Its Composition and Evolution. Oxford: Blackwell, 1985. 312 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости погрешности измерения изотопного отношения 206Pb/238U (σ, %) в образцах сравнения апатита Mun Mad (1), Mud Tank (2), Durango (3) от операционных параметров ЛА-приставки: размера лазерного пятна (а) и частоты повторения импульса лазера (б).

Скачать (156KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости параметра элементного фракционирования η в образцах сравнения апатита Mun Mad (I), Mud Tank (II) и Durango (III) от размера лазерного пятна (а), плотности энергии (б) и частоты повторения импульсов лазера (в, г) при размере лазерного пятна 50 (в), 25 мкм (г) и изображения во вторичных электронах на сканирующем электронном микроскопе кратеров абляции с номерами, соответствующими точкам на рисунках (а)–(г). Для наглядности и анализа формы кратера угол наклона столика сканирующего электронного микроскопа порядка 7о.

Скачать (432KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Типичные временные зависимости сигналов (имп/с) от изотопов элементов Pb, U, Th, Ca, Hg и значения отношений 206Pb/238U (1), 208Pb/232Th (2) в образцах сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б), Mud Tank (в). Черные вертикальные пунктиры – моменты включения и выключения лазера; зеленые пунктиры – схематичное изображение аппроксимации временных зависимостей изотопных отношений и расчета точки пересечения линии регрессии с осью ординат.

Скачать (572KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграмма 206Pb/238U по отношению к 207Pb/235U с конкордией для образцов сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б) и Mud Tank (в) с корректировкой по модели Стейси – Крамерс. Белые эллипсы – средневзвешенные значения; N – число измерений.

Скачать (301KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Неоднородность распределения относительного стандартного отклонения (%) содержания микроэлементов в образцах сравнения апатита Mun Mad (1), Mud Tank (2) и Durango (3).

Скачать (106KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение РЗЭ, нормированное на хондритовый резервуар C1 [36], в образцах сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б), Mud Tank (в). Красные линии – по данным методики микроэлементного анализа Мэлем; черные – по совмещенной методике Мэлем-изот; зеленые – граничные значения содержание/хондрит для образца сравнения апатита Durango согласно базы данных GeoREM; синие – значения содержание/хондрит для образца сравнения апатита Mun Mad согласно данным [27].

Скачать (208KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Содержания РЗЭ, нормированые на хондритовый резервуар C1, в образцах сравнения апатита Mun Mad (а), Durango (б), Mud Tank (в), полученные по методике микроэлементного анализа Мэлем и по совмещенной методике Мэлем-изот. Погрешность – 1σ; вставки – области низких содержаний РЗЭ.

Скачать (214KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».