Войти
SHRIMP II в Curtin University, Австралия Чувствительный Ионный микрозонд с разрешением (также чувствительный ионный микрозонд с высоким массовым разрешением или SHRIMP ) представляет собой масс-спектрометр вторичных ионов с двойной фокусировкой большого диаметра ( SIMS) секторный прибор, произведенный компанией Australian Scientific Instruments в Канберре, Австралия. Подобно ионным микрозондам большой геометрии IMS 1270-1280-1300, производимым CAMECA, Gennevilliers, Франция, и подобным другим приборам SIMS, микрозонд SHRIMP бомбардирует образец под вакуумом пучком. первичных ионов, которые распыляют вторичные ионы, которые фокусируются, фильтруются и измеряются в соответствии с их энергией и массой.
SHRIMP в основном используется для геологических и геохимических применений. Он может измерять изотопные и элементарные содержания в минералах в масштабе диаметра от 10 до 30 мкм и с разрешением по глубине 1–5 мкм. Таким образом, метод SIMS хорошо подходит для анализа сложных минералов, которые часто встречаются в метаморфических территориях, некоторых магматических породах, а также для относительно быстрого анализа статистически достоверных наборов обломочных минералов. из осадочных пород. Наиболее распространенное применение прибора - уран-торий-свинец геохронология, хотя SHRIMP можно использовать для измерения некоторых других измерений изотопного отношения (например, δLi или δB) и содержания микроэлементов.
SHRIMP возник в 1973 году по предложению проф. Билл Компстон пытается создать ионный микрозонд в Австралийском национальном университете, который превосходит чувствительность и разрешение ионных зондов, доступных в то время, для анализа отдельных минеральных зерен. Дизайнер оптики Стив Клемент основал прототип прибора (теперь называемый «SHRIMP-I») на основе конструкции Мацуда, которая минимизировала аберрации при передаче ионов через различные секторы. Инструмент строился в 1975 и 1977 годах с испытаниями и перепроектированием в 1978 году. Первые успешные геологические применения произошли в 1980 году.
Первым крупным научным достижением стало открытие хадейцев (>4000 миллионов лет) циркона зерен на горе. Наррайер в Западной Австралии, а затем в близлежащем Джек-Хиллз. Эти результаты и сам аналитический метод SHRIMP изначально подвергались сомнению, но последующий традиционный анализ был частично подтвержден. SHRIMP-I также впервые провел ионные микрозондовые исследования изотопных систем титана, гафния и серы.
Растущий интерес со стороны коммерческих компаний и других академических исследовательских групп, в частности Проф. Джон де Лаэтер из Университета Кертина (Перт, Западная Австралия) в 1989 году в сотрудничестве с ANUTECH, Австралийским национальным институтом, руководил проектом по созданию коммерческой версии этого прибора, SHRIMP-II. Коммерческое подразделение университета. Усовершенствованная конструкция ионной оптики в середине 1990-х годов подтолкнула к разработке и созданию SHRIMP-RG (Reverse Geometry) с улучшенным разрешением по массе. Дальнейшие достижения в дизайне также привели к созданию нескольких систем сбора ионов (уже представленных на рынке французской компанией несколько лет назад), измерениям стабильных изотопов отрицательных ионов и постоянной работе по разработке специального прибора для легких стабильных изотопов.
Пятнадцать приборов SHRIMP уже установлены по всему миру, и результаты SHRIMP опубликованы в более чем 2000 научных статьях, прошедших экспертную оценку. SHRIMP является важным инструментом для понимания ранней истории Земли, поскольку он проанализировал некоторые из древнейших земных материалов, включая Acasta Gneiss, и еще больше расширил возраст цирконов из Джек-Хиллз. Другие важные вехи включают в себя первые U / Pb датировки лунного циркона и марсианские апатитовые датировки. Более недавние применения включают определение ордовик температуры поверхности моря, определение времени событий на Земле снежного кома и разработку методов стабильных изотопов.
Принципиальная схема прибора SHRIMP, иллюстрирующая путь ионного пучка. После рисунка 4, Williams, 1998. В типичном геохронологическом аналитическом режиме U-Pb пучок (O 2) первичных ионов производятся из разряда газообразного кислорода высокой чистоты в полом катоде Ni дуоплазматрона . Ионы извлекаются из плазмы и ускоряются до 10 кВ. В первичной колонке используется келеровское освещение для получения однородной плотности ионов в целевом пятне. Диаметр пятна может варьироваться от ~ 5 мкм до более 30 мкм при необходимости. Типичная плотность ионного пучка на образце составляет ~ 10 пА / мкм, а анализ в течение 15–20 минут создает абляционную яму размером менее 1 мкм.
Первичный пучок 45 °, падающих на плоскость поверхности образца с вторичными ионами, извлеченными под 90 ° и ускоренными при 10 кВ. Три квадрупольных линзы фокусируют вторичные ионы на щели источника, и конструкция направлена на максимальное пропускание ионов, а не на сохранение изображения ионов, в отличие от других конструкций ионных зондов. Линза объектива Шварцшильда обеспечивает прямой микроскопический обзор образца в отраженном свете во время анализа.
Вторичные ионы фильтруются и фокусируются в соответствии с их кинетической энергией на радиусе 1272 мм под углом 90 °. электростатический сектор. Щель с механическим управлением обеспечивает точную настройку энергетического спектра, передаваемого в магнитный сектор, а электростатическая квадрупольная линза используется для уменьшения аберраций при передаче ионов в магнитный сектор.
Электромагнит имеет радиус 1000 мм через 72,5 ° для фокусировки вторичных ионов в соответствии с их соотношением масса / заряд в соответствии с принципами силы Лоренца. По сути, путь менее массивного иона будет иметь большую кривизну в магнитном поле, чем путь более массивного иона. Таким образом, изменение тока в электромагните фокусирует определенные массовые частицы на детекторе.
Ионы проходят через щель коллектора в фокальной плоскости магнитного сектора, и сборка коллектора может перемещаться вдоль оси для оптимизации фокусировки данного изотопного компонента. В типичном анализе циркона U-Pb для подсчета ионов используется единственный вторичный электронный умножитель.
Турбомолекулярные насосы откачивают весь путь луча SHRIMP, чтобы максимизировать передачу и уменьшить загрязнение. В камере для образцов также используется крионасос для улавливания загрязняющих веществ, особенно воды. Типичное давление внутри SHRIMP составляет от ~ 7 x 10 мбар в детекторе до ~ 1 x 10 мбар в первичной колонке.
При нормальной работе SHRIMP достигает массовое разрешение 5000 с чувствительностью>20 импульсов / сек / ppm / нА для свинца из циркона.
Для U-Th -Pb геохронология: пучок первичных ионов (O 2) ускоряется и коллимируется в направлении цели, где он распыляет «вторичные» ионы из образца. Эти вторичные ионы ускоряются вдоль прибора, где последовательно измеряются различные изотопы урана, свинца и тория вместе с эталонными пиками для Zr 2. О, ThO и UO. Поскольку эффективность распыления различается для разных видов ионов, а относительный выход распыления увеличивается или уменьшается со временем в зависимости от вида ионов (из-за увеличения глубины кратера, эффектов зарядки и других факторов), измеренные относительные содержания изотопов не связаны с реальными относительными содержаниями изотопов. в мишени. Поправки определяются путем анализа неизвестных и эталонных материалов (матричный материал с известным изотопным составом) и определения калибровочного коэффициента, специфичного для аналитического сеанса.
| Номер инструмента | Учреждение | Местоположение | Модель SHRIMP | Год ввода в эксплуатацию |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Австралийский национальный университет | Канберра | I | 1980 (на пенсии в 2011 г.) |
| 2 | Австралийский национальный университет | Канберра | II / mc | 1992 |
| 3 | Технологический университет Кертина | Перт | II | 1993 |
| 4 | Геологическая служба Канады | Оттава | II | 1995 |
| 5 | Университет Хиросимы | Хиросима | IIe | 1996 |
| 6 | Австралийский национальный университет | Канберра | RG | 1998 |
| 7 | Геологическая служба США и Стэнфордский университет | Стэнфорд | RG | 1998 |
| 8 | Национальный институт полярных исследований | Токио | II | 1999 |
| 9 | Китайская академия геологических наук | Пекин | II | 2001 |
| 10 | Всероссийский научно-исследовательский геологический институт | г. Петербург | II / mc | 2003 |
| 11 | Технологический университет Кертина | Перт | II / mc | 2003 |
| 12 | Geoscience Australia | Канберра | IIe | 2008 |
| 13 | Корея, фундаментальные науки Институт | Очанг | IIe / mc | 2009 |
| 14 | Университет Сан-Паулу | Сан-Паулу | II / mc | 2010 |
| 15 | Университет Гранады | Гранада | IIe / mc | 2011 |
| 16 | Австралийский национальный университет | Канберра | SI / mc | 2012 |
| 17 | Китайская академия геологических наук | Пекин | IIe / mc | 2013 |
| 18 | Национальный институт передовых промышленных наук и технологий | Цукуба | IIe / amc | 2013 |
| 19 | Польский геологический институт - Национальный исследовательский институт | Варшава | IIe / mc | 2014 |
| 20 | Национальный институт полярных исследований | Токи o | IIe / amc | 2014 |
