離子探針實驗室原創技術方法介紹

2024-08-30科學

導語：

中國科學院地質與地球物理研究所公共技術中心前身是1999年成立的「中國科學院地質與地球物理研究所公共支撐系統」，在中國科學院的大力支持下，經過20多年的發展，我所公共技術中心已發展為中國地球與行星科學領域具有國際先進水平的綜合性技術支撐服務平台。為進一步促進交流合作和大型儀器開放共享，科技平台處策劃了原創技術方法專題，詳細介紹各儀器平台研發的技術方法。

本期介紹離子探針實驗的原創技術方法。

高分辨離子探針U-Pb定年

U-Pb定年是離子探針的主要套用之一。提高分析的準確度和空間分辨率是該技術的兩個重要發展趨勢。

常規的離子探針技術可以在>10微米的空間分辨率下進行微區、原位的U-Pb定年分析。然而，對於礦物顆粒極小的天體樣品，常規的空間分辨率無法滿足需求。較大的分析束斑不僅會導致數據意義不明確，還容易造成不必要的普通鉛汙染，影響數據精度。

實驗室經過多年的技術探索，透過對傳統雙電漿離子源關鍵部件進行最佳化，大幅提高了離子源的能量密度。在不顯著犧牲分析精度的前提下將離子束斑從10微米減小到5微米，並最終降低到3微米以下，實作了超高分辨的U-Pb定年技術。

該方法在天體樣品尤其是嫦娥五號月球樣品的U-Pb年代學研究中發揮了重要的作用，支撐了十多個高水平研究工作。

代表性成果：

Liu et al., JAAS, 2011,26,845

超高精度離子探針Si同位素分析技術

Si是主要的造巖元素之一，自然界中有三個穩定同位素28Si，29Si和30Si。Si廣泛存在於各種巖石型別，參與了環境、生物、地質等多個迴圈，是一種潛在的同位素示蹤劑。在50年代同位素研究剛剛興起之際就已經得到了初步的研究，但是到目前為止仍被歸於「非傳統同位素」，其主要原因在於Si同位素在自然界尤其是高溫過程中變化範圍太小，對分析精度的要求極高。對於離子探針這種原位分析技術，其分析精度更加無法滿足要求。

針對Si同位素在早期地球動力學研究中的潛在套用，實驗室深入研究了影響Si同位素分析的多種因素。客製了專用的離子出口狹縫；升級了小訊號分析接收器；研發了一種用於校正樣品表面浮雕效應的數據處理方式，將離子探針的Si同位素分析方法精度提高了一倍以上，支撐了多項高水平的研究工作在Science Advance，Geology等刊物發表。

代表性成果：

Liu et al., JAAS, 2019, 34 ,5

動態多接收U-Pb定年分析技術

多接收技術的使用是提高質譜儀器分析精度的主要途徑之一。透過多接收技術可以同時接收多個元素、同位素訊號，在單位時間內提高儀器接收到的訊號總量。同時接收訊號還可以減少因為儀器參數不穩定造成的數據波動。實驗室已經使用多接收技術大幅提高了Pb-Pb同位素的分析精度。然而，由於多接收器同時接收的品質範圍有限，對於需要測量品質範圍196-270品質單位的U-Pb定年仍然無能為力，為了提高U-Pb定年的精度，實驗室在多次嘗試的基礎上開發出了動態多接收U-Pb定年分析技術。

該技術透過高品質分辨下的多接收跳峰技術，可在單次分析中同時獲得高精度的Pb-Pb和U-Pb年齡數據。為年輕樣品的諧和度判斷提供了高品質的數據基礎。也為嫦娥五號等珍貴地外樣品的定年提供了高精度的方法支持。