MC-ICP Massenspektrometer
Final Report Abstract
Das Multikollektor-Massenspektrometer mit induktiv-gekoppeltem Plasma am Institut für Mineralogie wurde bzw. wird für sehr diverse Anwendungen in zahlreichen Forschungsprojekten genutzt. Diese reichen von Messungen der Isotopenverhältnisse an extraterrestrischen Materialien (Meteorite, Mondgesteine), terrestrischen Mantel- und Krustengesteinen, hin zu Sedimenten, Bodenproben und Erzen. Seit Inbetriebnahme des Geräts wurden mehrere Methoden teils neu bzw. weiterentwickelt. Die erwartet hohe Empfindlichkeit und Massenauflösung des Geräts erlaubt die Messung von kleinsten Mengen der relevanten Elemente (wenige Nanogramm, ng). Dies hat dass Spektrum der zu untersuchenden Materialien und Möglichkeiten bedeutend erweitert, und so mehrere neue Messverfahren am Institut für Mineralogie etabliert. Nd-Hf-Pb Isotopenmessungen an terrestrischen and extraterrestrischen Materialien werden routinemässig angewandt und sind Grundlage für eine Reihe wissenschaftlicher Projekte und Fragestellungen. Diese reichen der Zusammensetzung und Entwicklung des Erdmantels (Untersuchung von basaltischen Schmelzen und Peridotiten), der Genese von alkalinen Gesteinen (z.B. Karbonatite und Kimberlite), bis hin zu lagerstättenkundlichen und umweltrelevanten Themen. Ein zweiter Schwerpunkt liegt in der Datierung von terrestrischen und extraterrestrischen Materialien und der zu Grunde liegenden Prozesse mittels der Lu-Hf, Sm-Nd und Hf-W Zerfallssysteme. Die hohe Empfindlichkeit und Massenauflösung des Geräts ermöglichte in diesen Bereichen mehrere Neuentwicklungen: (1) Sr (Nd,Hf) Isotopenmessungen an nur ca. 100 Mikrometer grossen Schmelzeinschlüssen in Olivin aus basaltischen Laven, d.h. wenigen ng Sr (Nd, Hf). (2) Hoch-präzise Lu-Hf Isotopenmessungen an sub-ng Mengen von Hf für die Lu-Hf Datierung an kleinsten Mengen terrestrischen und lunaren Proben („Micro-scale geochronology”). (3) Die Bestimmung von stabilen S-Isotopenverhältnissen an ca. 100 mal weniger S als mit herkömmlichen Verfahren (Gas-Massenspektrometrie). Dies eröffnet völlig neue Perspektiven für die Analyse von geringen Schwefel an verschiedensten Materialien aus allen Bereichen der (Geo)Wissenschaften. (4) Die Messung von stabilen Cr-Isotopenverhältnissen mit der sog. Doppelspike-Methode. Hieraus resultierten neue Erkenntnisse über die Variabilität und Ursache von Cr-Isotopenfraktionierung in terrestrischen Gesteinen, die einen neuen Beitrag zum besseren Verständnis zur Differenzierung und Gesamtzusammensetzung der Erde und frühe Kernbildungsprozesse leisten. (5) Die Messung der stabilen Li Isotopezusammensetzung an geringen Mengen Li ermöglicht die Datierung von diversen geowissenschaftlichen Prozessen mit Hilfe der Li-Speedometrie. Auch hier wurde durch die hohe Empfindlichkeit, die verbesserten Auswascheigenschaften des Probenzufuhrsystems (Aridus II Zersäuber) und die resultierenden höheren “Signal-Noise” Verhältnisse eine verbesserte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit für die analysierte Probemenge erreicht, die Voraussetzung zur Durchführung dieser Arbeit waren. Zudem wird im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation mit dem Hersteller des Geräts eine neue Methode zur hochpräzisen Messung von 142Nd/144Nd Isotopenverhältnissen mittels MC-ICPMS entwickelt.
Publications
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(2015). A rapid and efficient ionexchange chromatography for Lu-Hf, Sm- Nd, and Rb-Sr geochronology and the routine isotope analysis of sub-ng amounts of Hf by MC-ICP-MS. J. Anal. Atom. Spectrom., 30(11), 2323-2333
Bast, R., Scherer, E.E., Sprung, P., Fischer-Gödde, M., Stracke, A., Mezger, K.
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(2015). Effects of simple acid leaching of crushed and powdered geological materials on high-precision Pb isotope analyses. Geochem. Geophys. Geosys., 16(7), 27
Todd, E., Stracke, A., Scherer, E.E.
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(2016). Plates or plumes in the origin of kimberlites: U/Pb perovskite and Sr-Nd-Hf-Os-C-O isotope constraints from the Superior craton (Canada). Chem. Geol., 442
Tappe, S., Brand, N.B., Stracke, A., et al.
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(2017). The 176Lu-176Hf systematics of ALM-A: A sample of the recent Almahata Sitta meteorite fall. Geochem. Persp. Lett., 3, 45-54
Bast R., Scherer E.E., Bischoff A.
