一种独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法技术

本发明专利技术公开了一种独居石10μm小束斑LA‑Q‑ICP‑MS U‑Th‑Pb年龄测定方法，先直接引入浓度为1ppb的标准溶液样品到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，通过优化仪器参数，使

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质测试
，尤其涉及一种独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法。
技术介绍
独居石((LREE,Th)PO4)是轻稀土富集的矿物，广泛存在于沉积岩、变质岩及中酸性火成岩中，同时也是较为常见的热液副矿物。独居石通常具有较高的Th、U含量，低的普通Pb含量及较高的Pb封闭温度(～750℃)，是一种常用的地质年代计。尤其引人注意的是，独居石对地质作用过程中环境的改变比较敏感，极易记录热液活动信息，其成分域不仅记录着不同地质事件的发生时代，而且能够清楚地反映地质作用过程和热液活动历史，其U-Th-Pb同位素年代学研究具有重要地质意义。但正是由于对流体活动的敏感性，独居石容易遭受热液蚀变，形成复杂的成分分区。在进行微区原位分析测试过程中，要求分析束斑越小越好。电子探针化学法是常用的一种独居石微区原位U-Th-Pb测年方法，其分析束斑直径为1μm左右，具有很高的空间分辨率，但是电子探针的检出限高，通常难以测出年轻的或者U、Th含量较低的独居石样品中的Pb含量，无法给出U-Th-Pb年龄。激光剥蚀四级杆电感耦合等离子体质谱法也属于微区原位分析，且检出限低，用于独居石LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb定年的常用激光剥蚀束斑直径为32μm或24μm，以足够的进样量来保证Q-ICP-MS的高灵敏度，进而获得平稳信号以测定独居石的U-Th-Pb年龄。但独居石颗粒通常较小(～50μm)，且具有复杂成分分区，32μm或24μm的较大束斑一般只能获得混合的U-Th-Pb年龄，不仅数据难以解释，而且毫无地质意义，甚至引起错误的地质解释。当激光剥蚀束斑直径缩小为10μm时，能满足测试过程中对激光束斑大小的需求，但会导致测试灵敏度不够，检测信号稳定性变差，同时，在小束斑条件下，随着剥蚀坑的加深，检测信号会急剧下降，致使元素分馏程度剧增，难以准确测定独居石U-Th-Pb年龄。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法，旨在解决独居石颗粒通常较小且具有复杂成分分区，目前的32μm较大束斑只能获得混合的U-Th-Pb年龄，数据不准确而且毫无地质意义，甚至引起错误地质解释，而10μm小束斑会导致测试灵敏度不够，检测信号稳定性变差，同时，随着剥蚀坑的加深，检测信号会急剧下降，致使元素分馏程度剧增，难以准确测定独居石U-Th-Pb年龄的问题。本专利技术是这样实现的，一种独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法，所述独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法先引入1ppb标准溶液样品到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，优化质谱仪参数，使205Tl的响应强度大于200000cps/ppm，相对标准偏差为1％～2％，双电荷小于1.5％，氧化物产率小于1％；再引入人造玻璃NIST 610固体标准样品到激光剥蚀四级杆电感耦合等离子体质谱仪，匹配四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气Ar气及激光的载气He气；以独居石标准样品44069为剥蚀对象，采用激光剥蚀能量密度3J/cm2、激光脉冲频率4Hz，用10μm小束斑测定独居石的U-Th-Pb年龄。进一步，所述独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法包括以下步骤：步骤1、优化四级杆电感耦合等离子体质谱仪参数。由于仪器所处环境中温度、湿度的变化，导致相同的调谐参数设置下，元素响应强度、双电荷和氧化物产率等指标差别很大，需要通过调节矩管位置、采样深度、提取透镜电压、Omega透镜电压、RF功率、载气流量等参数，使1ppb浓度标准溶液中205Tl的响应强度(即灵敏度)大于200000cps，相对标准偏差(RSD)为1％～2％，双电荷(70/140)小于1.5％，氧化物产率(156/140)小于1％。具体调谐各项参数的步骤如下：配制1ppb标准溶液，并引入到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，监控205Tl的计数和RSD，以及156CeO+/140Ce和70Ce++/140Ce+比值，逐项、反复调谐各仪器参数；通常采样深度越小，205Tl的计数越高，RSD越小，但双电荷和氧化物产率也会升高；随着载气流量的升高，205Tl的计数会先升高再下降；碰撞池出口电压对氧化物产率基本无影响，但对双电荷产率影响很大；Omega透镜电压对中质量数的影响很大，对205Tl的计数略有影响；Omega偏转电压会引起轻、重质量数的反向变化；Plate Bias电压对灵敏度影响较大；还有一些参数的变化会引起灵敏度、双电荷和氧化物产率的无规律变化，只能反复调节以达到四级杆电感耦合等离子体质谱仪的最优检测状态。步骤2、匹配激光载气(He气)和四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气(Ar气)，使人造玻璃NIST 610标准样品在固定激光剥蚀参数(剥蚀束斑24μm，能量密度6J/cm2，脉冲频率7Hz)下，238U计数大于450000cps，相对标准偏差(RSD)小于3％。具体匹配过程如下：以人造玻璃NIST 610标准样品为测试对象，利用激光剥蚀进样到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，固定激光剥蚀参数(24μm，6J/cm2，7Hz)，保证进样量一样，四级杆电感耦合等离子体质谱仪的参数设置参照步骤1中优化后的参数，将He流量分别固定在700、750、800和850mL/min的量值下，改变Ar流量(变化范围：0.65～0.95L/min)，记录238U计数和RSD，通过比较，得到最优的He气和Ar气流量匹配。步骤3、优化激光器的参数。通过固定激光剥蚀束斑(10μm)，变换激光能量密度和脉冲频率的方式，探索适合独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定的激光剥蚀参数，使独居石的238U瞬时信号的灵敏度大于300000cps，且206Pb-238U的元素分馏指数小于3％。具体优化步骤如下：以独居石标准样品44069为测试对象，利用激光剥蚀进样到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，四级杆电感耦合等离子体质谱仪的参数设置参照步骤1中优化后的参数，激光载气(He气)和四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气(Ar气)流量设置参照步骤2中最优匹配，先固定束斑直径(10μm)和激光剥蚀能量密度(2J/cm2)，变换脉冲频率(1～7Hz)，采用单点剥蚀的方式，记录下每组条件下独居石标准样品44069的信号；然后固定束斑直径(10μm)和激光剥蚀能量(3J/cm2)，变换脉冲频率(1～7Hz)，采用单点剥蚀的方式，记录下每组条件下独居石标准样品44069的信号；最后对记录下的信号进行处理，筛出独居石238U瞬时信号的最高灵敏度，计算各组条件下独居石的206Pb-238U的元素分馏指数和206Pb/238U值的RSD，比较得到适用于独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb定年的最优激光剥蚀参数。步骤4、在优化后的四级杆电感耦合等离子体质谱仪和激光剥蚀参数下，利用10μm小束斑测定独居石U-Th-Pb年龄，使208Pb-232Th和206Pb-238U的元素分馏指数小于3％，208Pb/232Th和206Pb/238U同位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独居石10μm小束斑LA‑Q‑ICP‑MS U‑Th‑Pb年龄测定方法，其特征在于，所述独居石10μm小束斑LA‑Q‑ICP‑MS U‑Th‑Pb年龄测定方法先直接引入浓度为1ppb的标准溶液样品到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，通过优化仪器参数，使205Tl的响应强度大于200000cps/ppb，相对标准偏差为1％～2％，双电荷小于1.5％，氧化率小于1％；再利用激光剥蚀的方式引入人造玻璃NIST610固体标准样品到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，匹配激光器的载气He气和四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气Ar气，使238U的计数达到最高；再利用激光剥蚀的方式引入独居石标准样品44069到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，采用的激光能量密度为3J/cm2，脉冲频率为4Hz，用10μm小激光束斑测定独居石U‑Th‑Pb年龄。

【技术特征摘要】
1.一种独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法，其特征在于，所述独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法先直接引入浓度为1ppb的标准溶液样品到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，通过优化仪器参数，使205Tl的响应强度大于200000cps/ppb，相对标准偏差为1％～2％，双电荷小于1.5％，氧化率小于1％；再利用激光剥蚀的方式引入人造玻璃NIST610固体标准样品到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，匹配激光器的载气He气和四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气Ar气，使238U的计数达到最高；再利用激光剥蚀的方式引入独居石标准样品44069到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，采用的激光能量密度为3J/cm2，脉冲频率为4Hz，用10μm小激光束斑测定独居石U-Th-Pb年龄。2.如权利要求1所述的独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法，其特征在于，所述的独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定方法包括以下步骤:步骤1,优化四级杆电感耦合等离子体质谱仪参数；由于仪器所处环境中温度、湿度的变化，导致相同的调谐参数设置下，元素响应强度、双电荷和氧化物产率等指标差别很大，需要通过调节矩管位置、采样深度、提取透镜电压、Omega透镜电压、RF功率、载气流量等参数，使1ppb浓度标准溶液中205Tl的响应强度大于200000cps，相对标准偏差为1％～2％，双电荷小于1.5％，氧化物产率小于1％；具体调谐各项参数的步骤如下：配制1ppb标准溶液，并引入到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，监控205Tl的计数和RSD，以及156CeO+/140Ce和70Ce++/140Ce+比值，逐项、反复调谐各仪器参数；步骤2、匹配激光载气He气和四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气Ar气，使人造玻璃NIST 610标准样品在固定激光剥蚀参数下，238U计数大于450000cps，相对标准偏差小于3％；具体匹配过程如下：以人造玻璃NIST 610标准样品为测试对象，利用激光剥蚀进样到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，固定激光剥蚀参数，保证进样量一样，四级杆电感耦合等离子体质谱仪的参数设置参照步骤1中优化后的参数，将He流量分别固定在700、750、800和850mL/min的量值下，改变Ar流量，记录238U计数和RSD，通过比较，得到最优的He气和Ar气流量匹配；步骤3、优化激光器的参数；通过固定激光剥蚀束斑，变换激光能量密度和脉冲频率的方式，探索适合独居石10μm小束斑LA-Q-ICP-MS U-Th-Pb年龄测定的激光剥蚀参数，使独居石的238U瞬时信号的灵敏度大于300000cps，且206Pb-238U的元素分馏指数小于3％；具体优化步骤如下：以独居石标准样品44069为测试对象，利用激光剥蚀进样到四级杆电感耦合等离子体质谱仪，四级杆电感耦合等离子体质谱仪的参数设置参照步骤1中优化后的参数，激光载气He气和四级杆电感耦合等离子体质谱仪的载气Ar气流量设置参照步骤2中最优匹配，先将激光束斑直径固定为24μm，在能量密度分别为2J/cm2，4J/c...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪双双，
申请(专利权)人：中国地质调查局西安地质调查中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61