[发明专利]一种基于大型二次离子质谱对锆石中“水”含量和氧同位素进行同时分析的方法

说明书

本发明公开了一种基于大型二次离子质谱对锆石中“水”含量和氧同位素进行同时分析的方法。本发明是基于仪器系统烘烤，循环钛泵烘烤抽气，尽可降低仪器内部背景值，并采用合金材料靶减少外部引入的杂质气体，辅以液氮冷冻，极大提高样品腔真空度，有效降低了检测下限，提高了分析精度，并基于大型二次离子质谱仪的高空间分辨率的特征，实现小颗粒锆石及其他名义上无水矿物的微区原位“水”含量及氧同位素同时分析。

技术领域：

本发明涉及矿物成分分析技术领域，具体涉及一种基于大型二次离子质谱对锆石中“水”含量和氧同位素同时进行微区原位定量分析的方法。

背景技术：

名义上无水矿物指的是理想化学式中不含H的矿物，例如橄榄石、辉石、锆石、石榴石和长石等，但在许多实验都表明其结构中含H，且一般以点缺陷形式进入矿物晶体中。地球科学界将所有含H的相都统称为含“水”相。因为微量结构“水”的存在，会对矿物乃至岩石的物理和化学性质产生极为显著的影响，因此其绝对含量测量的重要性已得到地球科学界广泛认同，并得到了越来越广泛的关注。

名义上无水矿物的原位微区分析方法主要有核反应分析法、红外光谱分析法、近红外光谱分析法以及二次离子质谱法。局限于特殊的样品处理过程和加速器装置，核反应分析的应用非常有限；而红外光谱法存在吸收系数不确定，基线扣除误差大，空间分辨率无法满足小颗粒无水矿物分析等缺点。对于小颗粒单矿物，特别是锆石，难以进行分析。假若锆石成因复杂，存在复杂的环带，则更难进行微区分析。利用二次离子质谱法能有效提高空间分辨率，但目前主要在真空度容易控制的小型二次离子质谱如CAMECA IMS 3f-7f系列仪器或者CAMECA NanoSIMS上得以实现，而且主要应用于熔体包裹体以及火山质斑晶等具有较高“水”含量样品的测定。

对于具有高灵敏度、高空间分辨率和高精度的大型磁质谱，例如CAMECA IMS1280-HR，其灵敏度是小型二次离子质谱CAMECA IMS 6f的17.5倍，对水含量的分析具有优异的特性。Turner et al.(2015)等已利用大型离子探针SHRIMP SI开展了硅酸盐玻璃和辉石、橄榄石等名义上无水矿物的水含量测试研究，但受限于样品腔真空水平，其检出限只有20-40ppm，高于红外光谱和小型离子探针的分析检出限，且也未对锆石颗粒的水含量进行分析。而CAMECA IMS 1280和CAMECA IMS 1280-HR中，局限于其较大的样品腔及高的背景值，其广泛的应用还未实现。

发明内容：

本发明的目的是通过降低CAMECA IMS 1280-HR大型二次离子质谱仪样品腔中真空度，降低背景值至可接受的不确定性范围内，建立一种利用大型磁质谱对矿物中“水”含量及氧同位素进行同时分析的方法。

本发明中涉及到被认为是名义上无水矿物的锆石“水”含量的分析，锆石的理论分子式是ZrO₂。由于锆石往往结晶颗粒都比较小，通常小于100μm，故二次离子质谱法是对其进行原位微区分析的最佳手段。目前为止，尚未有使用CAMECA IMS 1280-HR大型二次离子质谱进行锆石水含量分析的数据发布。在本发明中，我们采用CAMECA IMS 1280-HR大型二次离子质谱对锆石中“水”含量进行分析，并同时进行氧同位素测试，建立可行的方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于大型二次离子质谱对锆石中“水”含量和氧同位素进行同时分析的方法，其包括如下步骤：

1)以标样ZG2、ZG3、ZG4和91500以及待测未知样品制备成直径为1英寸、厚度为5mm的样品靶，置于50℃烘箱内存放；

2)将步骤1)所述样品靶置于镀金仪中进行镀金(镀金完成后若未及时实验，置于50℃烘箱内存放)，完成后转移至二次离子质谱仪的储藏室中，抽真空5～24h，同时对二次离子质谱仪进行烘烤释气2～24h，停止加热冷却至室温后，抽真空至真空度无明显变化；