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SHRIMP II en Curtin University , Australia

La microsonda de iones sensible de alta resolución (también microsonda de iones sensible de alta resolución de masa o SHRIMP ) es un instrumento sectorial de espectrómetro de masas de iones secundarios (SIMS) de doble enfoque y gran diámetro producido por Australian Scientific Instruments en Canberra, Australia . Similar a las microsondas de iones de geometría grande IMS 1270-1280-1300 producidas por CAMECA , Gennevilliers, Francia y al igual que otros instrumentos SIMS, la microsonda SHRIMP bombardea una muestra al vacío con un haz de iones primarios que pulveriza iones secundarios. que se enfocan, filtran y miden según su energía y masa.

El CAMARÓN se utiliza principalmente para aplicaciones geológicas y geoquímicas. Puede medir las abundancias isotópicas y elementales en minerales en una escala de 10 a 30 μm de diámetro y con una resolución de profundidad de 1 a 5 μm. Por lo tanto, el método SIMS es adecuado para el análisis de minerales complejos, como se encuentra a menudo en terrenos metamórficos , algunas rocas ígneas , y para el análisis relativamente rápido de conjuntos estadísticamente válidos de minerales detríticos de rocas sedimentarias. La aplicación más común del instrumento es la geocronología de uranio-torio-plomo , aunque el SHRIMP se puede utilizar para medir algunas otras mediciones de la relación de isótopos (por ejemplo, δ 7 Li o δ 11 B [1]) y abundancia de oligoelementos.

Historia e impacto científico [ editar ]

El SHRIMP se originó en 1973 con una propuesta del Prof. Bill Compston , [2] tratando de construir una microsonda de iones en la Escuela de Investigación de Ciencias de la Tierra de la Universidad Nacional Australiana que excediera la sensibilidad y resolución de las sondas de iones disponibles en ese momento en orden. analizar granos minerales individuales. [3] El diseñador óptico Steve Clement basó el instrumento prototipo (ahora denominado 'SHRIMP-I') en un diseño de Matsuda [4] que minimizó las aberraciones en la transmisión de iones a través de varios sectores. [5]El instrumento fue construido entre 1975 y 1977 con pruebas y rediseño de 1978. Las primeras aplicaciones geológicas exitosas ocurrieron en 1980. [3]

El primer impacto científico importante fue el descubrimiento de granos de circonio Hadean (> 4000 millones de años) en el monte. Narryer en Australia Occidental [6] y luego en las cercanas Jack Hills . [7] Estos resultados y el método analítico SHRIMP en sí fueron inicialmente cuestionados [8] [9] pero los análisis convencionales posteriores fueron parcialmente confirmados. [10] [11] SHRIMP-I también fue pionero en estudios de microsonda de iones de sistemas isotópicos de titanio , [12] hafnio [13] y azufre [14] .

El creciente interés de las empresas comerciales y otros grupos de investigación académicos, en particular el profesor John de Laeter de la Universidad de Curtin (Perth, Australia Occidental), llevó al proyecto en 1989 para construir una versión comercial del instrumento, el SHRIMP-II, en asociación con ANUTECH, el brazo comercial de la Universidad Nacional de Australia. Los diseños ópticos de iones refinados a mediados de la década de 1990 impulsaron el desarrollo y la construcción del SHRIMP-RG (geometría inversa) con una resolución de masa mejorada. Otros avances en el diseño también han llevado a múltiples sistemas de recolección de iones (ya introducidos en el mercado por una empresa francesa años antes), mediciones de isótopos estables de iones negativos y trabajo en curso para desarrollar un instrumento dedicado para isótopos estables a la luz. [15]

Se han instalado quince instrumentos SHRIMP en todo el mundo [16] [17] y los resultados de SHRIMP se han informado en más de 2000 artículos científicos revisados ​​por pares. SHRIMP es una herramienta importante para comprender la historia primitiva de la Tierra, ya que ha analizado algunos de los materiales terrestres más antiguos, incluido el Acasta Gneiss [18] [19] y ha ampliado aún más la edad de los circones de Jack Hills. [20] Otros hitos importantes incluyen las primeras edades U / Pb para el circón lunar [21] y la apatita marciana [22] . Los usos más recientes incluyen la determinación de la temperatura de la superficie del mar del Ordovícico , [23]el momento de los eventos de la Tierra de bolas de nieve [24] y el desarrollo de técnicas de isótopos estables. [25] [26]

Diseño y operación [ editar ]

Columna principal [ editar ]

En un modo analítico de geocronología U-Pb típico , se produce un haz de iones primarios (O 2 ) 1− a partir de una descarga de gas oxígeno de alta pureza en el cátodo de Ni hueco de un duoplasmatrón . Los iones se extraen del plasma y se aceleran a 10 kV. La columna principal utiliza iluminación de Köhler para producir una densidad iónica uniforme en el punto objetivo. El diámetro de la mancha puede variar de ~ 5 µm a más de 30 µm según sea necesario. La densidad típica del haz de iones en la muestra es de ~ 10 pA / µm 2 y un análisis de 15 a 20 minutos crea un pozo de ablación de menos de 1 µm. [28]

Cámara de muestra [ editar ]

El rayo primario incide 45 ° con el plano de la superficie de la muestra con iones secundarios extraídos a 90 ° y acelerados a 10 kV. Tres lentes cuadrupolo enfocan los iones secundarios en una ranura de la fuente y el diseño apunta a maximizar la transmisión de iones en lugar de preservar una imagen de iones a diferencia de otros diseños de sondas de iones. [15] Una lente de objetivo de Schwarzschild proporciona una visión microscópica directa de luz reflejada de la muestra durante el análisis. [5] [29]

Analizador electrostático [ editar ]

Los iones secundarios se filtran y enfocan de acuerdo con su energía cinética por un sector electrostático de 90 ° de radio de 1272 mm . Una hendidura operada mecánicamente proporciona un ajuste fino del espectro de energía transmitido al sector magnético [28] y se utiliza una lente cuadrupolo electrostática para reducir las aberraciones en la transmisión de iones al sector magnético. [4]

Sector magnético [ editar ]

El electroimán tiene un radio de 1000 mm a través de 72,5 ° para enfocar los iones secundarios según su relación masa / carga según los principios de la fuerza de Lorentz . Esencialmente, la trayectoria de un ion menos masivo tendrá una mayor curvatura a través del campo magnético que la trayectoria de un ion más masivo. Por lo tanto, alterar la corriente en el electroimán enfoca una especie de masa particular en el detector.

Detectores [ editar ]

Los iones pasan a través de una hendidura colectora en el plano focal del sector magnético y el conjunto colector se puede mover a lo largo de un eje para optimizar el enfoque de una especie isotópica determinada. En el análisis típico de circón U-Pb, se utiliza un único multiplicador de electrones secundarios para el recuento de iones.

Sistema de vacío [ editar ]

Las bombas turbomoleculares evacuan toda la trayectoria del haz del CAMARÓN para maximizar la transmisión y reducir la contaminación. La cámara de muestra también emplea una bomba criogénica para atrapar contaminantes, especialmente agua. Las presiones típicas dentro del SHRIMP están entre ~ 7 x 10 −9 mbar en el detector y ~ 1 x 10 −6 mbar en la columna primaria. [28]

Sensibilidad y resolución masiva [ editar ]

En operaciones normales, el SHRIMP alcanza una resolución de masa de 5000 con una sensibilidad> 20 cuentas / seg / ppm / nA para el plomo de circón. [27] [28]

Aplicaciones [ editar ]

Datación por isótopos [ editar ]

Para la geocronología U-Th-Pb, un haz de iones primarios (O 2 ) 1− se acelera y se colima hacia el objetivo donde arroja iones "secundarios" de la muestra. Estos iones secundarios se aceleran a lo largo del instrumento donde se miden sucesivamente los diversos isótopos de uranio , plomo y torio , junto con picos de referencia para Zr 2 O + , ThO + y UO +. Dado que el rendimiento de la pulverización catódica difiere entre las especies de iones y el rendimiento relativo de la pulverización catódica aumenta o disminuye con el tiempo según la especie de iones (debido al aumento de la profundidad del cráter, los efectos de carga y otros factores), las abundancias isotópicas relativas medidas no se relacionan con las abundancias isotópicas relativas reales en el objetivo. Las correcciones se determinan analizando las incógnitas y el material de referencia (material emparejado con la matriz de composición isotópica conocida) y determinando un factor de calibración específico de la sesión analítica. [30] [31] [32]

Instrumentos SHRIMP en todo el mundo [ editar ]

Número de instrumentoInstituciónLocalizaciónModelo CAMARÓNAño de puesta en servicio
1Universidad Nacional AustralianaCanberraI1980 (jubilado en 2011)
2Universidad Nacional AustralianaCanberraII / mc1992
3Universidad de Tecnología de CurtinPerthI1993 (jubilado 2020)
4Servicio geológico de CanadáOttawaII1995
5Universidad de HiroshimaHiroshimaIIe1996
6Universidad Nacional AustralianaCanberraRG1998
7USGS y Universidad de StanfordStanfordRG1998
8Instituto Nacional de Investigaciones PolaresTokioII1999
9Academia China de Ciencias GeológicasBeijingII2001
10Todo el Instituto Ruso de Investigaciones GeológicasSan PetersburgoII / mc2003
11Universidad de Tecnología de CurtinPerthII / mc2003
12Geociencia AustraliaCanberraIIe2008
13Instituto de Ciencias Básicas de CoreaOchangIIe / mc2009
14Universidad de São PauloSao PauloII / mc2010
15Universidad de GranadaGranadaIIe / mc2011
dieciséisUniversidad Nacional AustralianaCanberraSI / mc2012
17Academia China de Ciencias GeológicasBeijingIIe / mc2013
18Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial AvanzadaTsukubaIIe / amc2013
19Instituto Geológico Polaco - Instituto Nacional de InvestigaciónVarsoviaIIe / mc2014
20Instituto Nacional de Investigaciones PolaresTokioIIe / amc2014

Referencias [ editar ]

  1. ^ Sievers, Natalie E .; Menold, Carrie A .; Grove, Marty; Coble, Matthew A. (26 de abril de 2017). "Evidencia de elementos traza de mica blanca e isótopos de boro para eventos de infiltración distintivos durante la exhumación de la corteza continental profundamente subducida". Revista Internacional de Geología . 59 (5–6): 621–638. doi : 10.1080 / 00206814.2016.1219881 . ISSN  0020-6814 .
  2. ^ Academia de Ciencias de Australia. "Entrevistas con científicos australianos: profesor Bill Compston" . Archivado desde el original el 9 de agosto de 2010 . Consultado el 10 de noviembre de 2010 .
  3. ^ a b Foster, J. (2010), "La construcción y desarrollo de SHRIMP I: Un esquema histórico.", Precambrian Research , 183 (1): 1-8, Bibcode : 2010PreR..183 .... 1F , doi : 10.1016 / j.precamres.2010.07.016
  4. ^ a b Matsuda, H. (1974), "Espectrómetros de masas de doble enfoque de segundo orden", Revista internacional de espectrometría de masas y física de iones , 14 (2): 219-233, Bibcode : 1974IJMSI..14..219M , doi : 10.1016 / 0020-7381 (74) 80009-4
  5. ^ a b Clemente, SWJ; Compston, W .; Newstead, G. (1977). "Diseño de una microsonda de iones de gran tamaño y alta resolución" (PDF) . Actas de la Conferencia internacional de espectrometría de masas de iones secundarios . Springer-Verlag. pag. 12.
  6. ^ Froude, DO; Irlanda, TR; Kinny, PD; Williams, IS; Compston, W .; Williams, IR; Myers, JS (1983), "Identificación con microsonda de iones de 4,100-4,200 circones terrestres de Myr-old", Nature , 304 (5927): 616-618, Bibcode : 1983Natur.304..616F , doi : 10.1038 / 304616a0
  7. ^ Compston, W .; Pidgeon, RT (1986), "Jack Hills, evidencia de circones detríticos más antiguos en Australia Occidental", Nature , 321 (6072): 766–769, Bibcode : 1986Natur.321..766C , doi : 10.1038 / 321766a0
  8. ^ Moorbath, S. (1983), "¿Las rocas más antiguas?", Nature , 304 (5927): 585–586, Bibcode : 1983Natur.304..585M , doi : 10.1038 / 304585a0
  9. ↑ Schärer, U .; Allègre, CJ (1985), "Determinación de la edad del continente australiano por análisis de circón de grano único de metacuartcita de Mt Narryer", Nature , 315 (6014): 52–55, Bibcode : 1985Natur.315 ... 52S , doi : 10.1038 / 315052a0
  10. ^ Fanning, CM; McCulloch, MT (1990). "Una comparación de la sistemática isotópica de U-Pb en los primeros circones arcaicos utilizando espectrometría de masas de ionización térmica de dilución de isótopos y la microsonda de iones". Tercer Simposio Arqueano Internacional, Perth. Volumen ampliado de resúmenes . págs. 15-17.
  11. ^ Amelin, YV (1998), "Geocronología de los circones detríticos de Jack Hills mediante análisis preciso de dilución de isótopos U-Pb de fragmentos de cristal", Chemical Geology , 146 (1-2): 25-38, Bibcode : 1998ChGeo.146 .. .25A , doi : 10.1016 / S0009-2541 (97) 00162-9
  12. ^ Irlanda, TR; Compston, W .; Heydegger, HR (1983), "Anomalías isotópicas de titanio en hibonitas de la condrita carbonácea de Murchison", Geochimica et Cosmochimica Acta , 49 (9): 1989-1993, Bibcode : 1985GeCoA..49.1989I , doi : 10.1016 / 0016-7037 ( 85) 90092-4
  13. ^ Kinny, PD; Compston, W .; Williams, IS (1991), "Un estudio de reconocimiento con sonda de iones de isótopos de hafnio en circones", Geochimica et Cosmochimica Acta , 55 (3): 849–859, Bibcode : 1991GeCoA..55..849K , doi : 10.1016 / 0016 -7037 (91) 90346-7
  14. ^ Eldridge, CS; Compston, W .; Williams, IS; Walshe, JL (1987), "Microanálisis in situ para relaciones 34 S / 32 S utilizando la microsonda de iones SHRIMP", International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes , 76 (1): 65-83, Bibcode : 1987IJMSI..76 ... 65E , doi : 10.1016 / 0168-1176 (87) 85011-5
  15. ^ a b Irlanda, TR; Clement, S .; Compston, W .; Foster, JJ; Holden, P .; Jenkins, B .; Lanc, P .; Schram, N .; Williams, IS (2008), "Development of SHRIMP", Australian Journal of Earth Sciences , 55 (6): 937–954, Bibcode : 2008AuJES..55..937I , doi : 10.1080 / 08120090802097427
  16. ^ "Ubicaciones de usuarios de SHRIMP" (PDF) . 2009. Archivado desde el original (PDF) el 19 de febrero de 2011 . Consultado el 13 de agosto de 2010 .
  17. ^ Stern, R. (2006), "A time machine for Geoscience Australia" , AusGeo News , 81 : 15-17, archivado desde el original el 6 de septiembre de 2008
  18. ^ Bowring, SA; Williams, IS (1999), "Priscoan (4.00–4.03 Ga) ortogneis del noroeste de Canadá", Contribuciones a la mineralogía y la petrología , 134 (1): 3-16, Bibcode : 1999CoMP..134 .... 3B , doi : 10.1007 / s004100050465
  19. ^ Stern, RA; Bleeker, W. (1998), "Edad de las rocas más antiguas del mundo refinadas utilizando el CAMARÓN de Canadá. El complejo Acasta gneis, Territorios del Noroeste, Canadá" , Geoscience Canada , 25 : 27–31[ enlace muerto ]
  20. ^ Wilde, SA; Valley, JW; Peck, WH; Graham, CM (2001), "Evidencia de circones detríticos para la existencia de corteza continental y océanos en la Tierra hace 4.4 Gyr" (PDF) , Nature , 409 (6817): 175-178, Bibcode : 2001Natur.409..175W , doi : 10.1038 / 35051550 , PMID 11196637  
  21. ^ Compston, W .; Williams, IS; Meyer, C. (febrero de 1984), "La geocronología U-Pb de los circones forman la brecha lunar 73217 usando una microsonda de iones sensible de alta resolución de masa", Journal of Geophysical Research , 89 (Suplemento): B525-B534, Bibcode : 1984JGR .. ..89..525C , doi : 10.1029 / jb089is02p0b525
  22. ^ Terada, K .; Monde, T .; Sano, Y. (noviembre de 2003), " Microsonda iónica U-Th-Pb data de fosfatos en el meteorito marciano ALH 84001", Meteoritics & Planetary Science , 38 (11): 1697-1703, Bibcode : 2003M & PS ... 38.1697T , doi : 10.1111 / j.1945-5100.2003.tb00009.x
  23. ^ Trotter, JA; Williams, IS; Barnes, CR; Lécuyer, C .; Nicoll, RS (2008), "¿El enfriamiento de los océanos desencadenó la biodiversidad del ordovícico? Evidencia de la termometría de conodontes", Science , 321 (5888): 550–554, Bibcode : 2008Sci ... 321..550T , doi : 10.1126 / science.1155814 , PMID 18653889 
  24. ^ Xu, Bei; Xiao, Shuhai; Zou, Haibo; Chen, Yan; Li, Zheng-Xiang; Song, Biao; Liu, Dunyi; Chuanming, Zhou; Xunlai, Yuan (2009), "SHRIMP zircon U – Pb age restrictions on Neoproterozoic Quruqtagh diamictites in NW China" (PDF) , Precambrian Research , 168 (3-4): 247-258, Bibcode : 2009PreR..168..247X , doi : 10.1016 / j.precamres.2008.10.008
  25. ^ Ickert, RB; Hiess, J .; Williams, IS; Holden, P .; Irlanda, TR; Lanc, P .; Jenkins, B .; Schram, N .; Foster, JJ; Clement, SW (2008), "Determinación de relaciones de isótopos de oxígeno in situ de alta precisión con un CAMARÓN II: análisis de materiales de referencia de vidrio de silicato MPI-DING y circonio a partir de granitos contrastantes", Chemical Geology , 257 (1–2): 114–128, Bibcode : 2008ChGeo.257..114I , doi : 10.1016 / j.chemgeo.2008.08.024
  26. ^ Hiess, Joe; Bennett, Vickie; Nutman, Allen; Williams, Ian (2010), "Canibalismo cortical asistido por fluidos de Archaean registrado por firmas isotópicas δ 18 O bajas y ε Hf (T) negativas de circón de granito de Groenlandia occidental" (PDF) , Contribuciones a la mineralogía y la petrología , 161 (6): 1027–1050, código bibliográfico : 2011CoMP..161.1027H , doi : 10.1007 / s00410-010-0578-z
  27. ^ a b Williams, IS (1998), "Geocronología de U-Th-Pb por microsonda de iones", en McKibben, MA; Shanks III, WC; Ridley, WI (eds.), Aplicaciones de técnicas microanalíticas para comprender los procesos de mineralización , Reviews in Economic Geology, 7 , págs. 1-35, doi : 10.5382 / Rev.07.01 , ISBN 1887483519
  28. ^ a b c d Stern, RA (1997), "La microsonda de iones de alta resolución sensible a GSC (CAMARÓN): técnicas analíticas de determinaciones de edad de zircón U-Th-Pb y evaluación del rendimiento" , Edad radiogénica y estudios isotópicos: Informe , 10 ( F): 1–31
  29. ^ Riedl, M. "Objetivo de Schwarzschild" . Consultado el 10 de noviembre de 2010 .
  30. ^ Claoué-Long, J .; Compston, W .; Roberts, J .; Fanning, CM (1995), "Dos edades carboníferas: una comparación de la datación de circón de SHRIMP con edades de circón convencional y análisis de 40 Ar / 39 Ar", en Berggren, WA; Kent, DV; Aubry, M.-P .; Hardenbol, J. (eds.), Geocronología, escalas de tiempo y correlación estratigráfica global , publicaciones especiales de SEPM, págs. 3–21, doi : 10.2110 / pec.95.04.0003 , ISBN 978-1-56576-091-2
  31. ^ Negro, Lance P .; Kamo, Sandra L .; Allen, Charlotte M .; Aleinikoff, John N .; Davis, Donald W .; Korsch, Russell J .; Foudoulis, Chris (2003), "TEMORA 1; a new zircon standard for Phanerozoic U-Pb geocronology", Chemical Geology , 200 (1–2): 155-170, Bibcode : 2003ChGeo.200..155B , doi : 10.1016 / S0009-2541 (03) 00165-7
  32. ^ Negro, Lance P .; Kamo, Sandra L .; Allen, Charlotte M .; Davis, Donald W .; Aleinikoff, John N .; Valley, John W .; Mundil, Roland; Campbell, Ian H .; Korsch, Russell J .; Williams, Ian S .; Foudoulis, Chris (2004), "Se mejoró la geocronología de la microsonda 206 Pb / 238 U mediante el monitoreo de un efecto de matriz relacionado con los elementos traza; SHRIMP, ID-TIMS, ELA-ICP-MS y documentación de isótopos de oxígeno para una serie de estándares de circón ", Chemical Geology , 205 (1–2): 115–140, Bibcode : 2004ChGeo.205..115B , doi : 10.1016 / j.chemgeo.2004.01.003

Enlaces externos [ editar ]

  • Fundación de SHRIMP Lab en la Universidad Nacional de Australia
  • Instrumentos científicos australianos