納米離子探針地質大學武漢

1. 礦物材料學屬於哪個學科礦產資源化學屬於哪個學科 是地質學一級學科裡面的嗎！

礦物學是地學基礎，而礦物材料學似應歸入材料科學。
一般不叫礦產資源化學。
有礦物岩石化學，重點是岩礦分析。
有地球化學，主要測量（區域）岩石的化學成分，用來找礦的目的性強。

2. 二次離子質譜法

一、內容概述

離子探針（Ion Microprobe）全稱為二次離子質譜儀（Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS）。離子探針技術問世於20世紀60年代，70年代後開始應用於地球科學，在阿波羅登月和太空研究計劃的基礎研究中發揮了非常重要的作用。經過40多年的努力，離子探針技術得到日趨完善。目前，大型離子探針能夠分析元素周期表中除稀有氣體以外幾乎全部元素及其同位素。最新一代儀器在原有的儀器性能基礎上，針對非傳統穩定同位素組成的特點和快速發展需求，在離子傳輸系統和磁場控制等方面進行了顯著的改進和提高，大幅度提高了傳輸效率和儀器靈敏度。迄今為止，全球已經有數十個實驗室裝備了17台SHRIMP 系列離子探針、23台 Cameca-IMS 1270/1280/1280HR大型離子探針和31 台Cameca NanoSIMS，涉及的研究領域包括地球早期歷史與古老大陸演化、造山帶構造演化、岩石圈演化與地球深部動力學、天體化學與比較行星學、全球變化與環境、超大型礦床形成機制等。

Cameca IMS-1280（HR）離子探針是國際新型的大型二次離子質譜儀。裝備有氧和銫2個一次離子源，具有先進的離子透鏡系統，高離子傳輸效率；採用大半徑磁場與靜電場分析器實現二次離子的雙聚焦，解析度最高達40000。配備有5個檢測器系統（法拉第杯或電子倍增器）和1個CCD。

Cameca NanoSIMS 50L型納米離子探針把原來的一次離子傾斜入射改成垂直入射，並使一次離子流和二次離子流共同使用一套共軸透鏡系統。一次離子流垂直入射可達到縮小束斑直徑，最小達到50nm水平，獨特的接收器系統，可同時分析7種元素或同位素。同時測量的最大元素與最小元素的質量比可達到22，即Mmax/Mmin＝22。高空間分辨功能可用於生物樣品和地外樣品的元素/同位素分布圖像研究。

二、應用范圍及應用實例

（一）離子探針U-Pb體系精確定年

離子探針U-Pb定年可以應用於多種副礦物，測量U-Pb年齡需要相應的礦物標准。採用Cameca IMS-1280的大半徑磁性多接收系統和樣品表面吹氧技術，可實現對顯生宙樣品²⁰⁷ Pb/ ²⁰⁶ Pb的分析精度＜0.2%或更好，這樣不需要U-Pb年齡標准，就將SIMS法測量樣品Pb/Pb 年齡的應用極限從前寒武紀推進到了中生代。樣品表面吹氧技術降低了斜鋯石的「光軸效應」，可以測量斜鋯石的U-Pb年齡（圖1）。

應用Cameca IMS-1280型離子探針特有的一次離子束高斯照明模式，代替常規離子探針定年中使用的平行光照明模式，獲得了5 μm直徑的鋯石U-Pb高精度定年結果（圖2），實現了國際離子探針高精度高空間分辨微區原位定年技術的突破。

圖1 中生代斜鋯石樣品的Pb-Pb和U-Pb年齡高精度測試

圖2 低於5μm尺度高精度鋯石U-Pb定年

（二）納米離子探針太陽系外物質的發現

太陽系外物質是非常微小的，只有隕石在宇宙中穿行時可能吸附極其微量的樣品。納米離子探針可以分析極其微小物質的元素和同位素組成（圖3）。通過對比研究，可以識別出微量太陽系外物質的存在。

（三）IMS-1280HR法鋯石精確定年

該法可以直接測量²⁰⁷ Pb/ ²⁰⁶ Pb同位素比值，不需要U-Pb年齡標准。SIMS法通常情況下可以用來研究鋯石和其他老於1.0 Ga的富鈾礦床的Pb/Pb 年齡，但因為分析精度的限制，很難用於相對年輕的樣品（＜1.0 Ga，尤其是顯生宙）。IMS-1280HR的大半徑磁性多接收系統，核磁共振磁體控制器和氧源注氧技術實現了顯生宙鋯石²⁰⁷ Pb/ ²⁰⁶ Pb的分析精度＜0.2%或更好（圖4）。

（四）IMS-1280HR法分析穩定同位素Mg和C

微米級高精密鎂（Mg）同位素分析在研究有關太陽系早期事件的時間方面可以提

圖3 微區C/N同位素識別出太陽系外物質

圖4 Qinghu鋯石的U-Pb SIMS分析譜圖

圖5 鎂橄欖石中的同位素分析

（δ²⁵Mg和δ²⁶Mg比值，重現性為0.2～0.3（1δ），MRP（50%）：5000～8300）

供大量有用的信息。IMS-1280HR多接收模式下對鎂及其穩定同位素的質量分辨能力（MRP）＞5000（圖5）。

三、資料來源

Bowman J R，Moser D E，Valley J W et al.2011.Zircon U⁃Pb isotope，δ¹⁸ O and trace element response to 80 m.y.of high temperature metamorphism in the lower crust；sluggish diffusion and new records of Archean craton formation.American Journal of Science.in Press

http://www.cameca.com/instruments⁃for⁃research/ims1280.aspx

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Liu Y，Li X H，Li Q L et al.2011.U⁃Pb zircon dating at a scale of ＜5 micron by the CAMECA 1280 SIMS using a Gaussian illumination probe（2011）.Anal.At.Spectrom.，26：845

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