shrimp锆石定年过程中的交叉污染

shrimp锆石定年过程中的交叉污染

1粉碎粒度的制备锆的选法已经知道，但很难将所选的锆晶体变质，并对岩石中不同粒度的锆进行分类。然而，在制备过程中，很难避免交叉污染。笔者所接触到的不同选矿实验室分选出的锆石,几乎都存在交叉污染。根据经验来看,非锆石年代学实验室附属的选矿实验室人员,或者接触锆石年代学较少的人员,对避免样品间交叉污染的重要性一般认识不足。分选出的锆石颗粒不完整,是因为岩石的粒度破碎得过细,只要将岩石的粒度加以调整,就可以解决。确定岩石粉碎的粒度,最好根据薄片中发现的最大锆石的粒径大小确定。交叉污染则不易杜绝,主要原因:一是目前中国选矿实验室使用的设备不易拆开清洗,许多部件不能用水冲洗,而仅仅用空气吹是远远不够的;二是选矿环境不洁净,如空气不洁、尘埃不易清除。另外,选矿人员的认识不足,也是重要原因。避免污染的最好的办法是更换现有选矿设备,新选矿设备要能够完全拆开,并可以用水冲洗,另外要改善选矿环境,墙壁和地面要用不掉粉末的材料装修,保持空气浮尘较少。在现有的选矿条件下,尽量避免交叉污染的办法:①将能够拆卸的选矿设备的部件拆卸后,用水冲洗,并用卫生纸擦净,直至卫生纸上没有岩石碎渣为止;对于不能用水冲洗的部件,可用卫生纸蘸水擦拭;②对于鳄式粉碎机,经过如此处理后,在出样口铺上白纸,空转15～30min,以使残留的碎渣被震落,当白纸上无残渣掉落时为止;③如果样品易于采集,则可用样品来清洗设备,即将样品的一部分先破碎、粉碎并丢弃,然后再处理该样品其余待用部分。一般而言,用较大的岩石样品来分选锆石,交叉污染混入的锆石比例就会降低;④对于特别重要的样品,可以用鳄式粉碎机将样品粉碎成1～2cm大小,用刷子和清水清洗表面,干燥后用钢钵捣碎至所需粒度。在将岩石粉末进行粒度分选时,要用一次性筛网。锆石进行淘选时,洗涤剂加清水就可清洗干净以前使用的器皿,以避免污染。使用摇床时,要将能够拆卸的部件拆卸并清洗干净,其他部位用清水尽量清洗干净。重新安装后,在水流的条件下,不加样品使摇床运转15～30min,直至接样器皿中没有发现残存岩石颗粒为止,否则,需要重新拆卸清洗。2样品对象模型或目标的制备2.1样品的安装和安装将双面胶纸粘贴在平坦的玻璃板上,在粘贴双面胶时要将其与玻璃板之间的空气驱赶干净,以使将要粘贴锆石的双面胶表面所有部位都能处于同一平面,以利于粘贴锆石和抛光。制作的样品靶为圆柱形,其底面直径为1英寸(2.54cm),由于进行SHRIMP测定时固定靶需要占据靶边缘3mm宽的一个圆环,再考虑到测定中离子流的最佳位置,故锆石应该粘贴在靶中心1cm的圆周范围内(可预先在双面胶上划出)。一般将一个样品的锆石粘贴成长条状,可用双面胶上取下的白纸,在其中切割出所需要的小长条空洞,放置在双面胶纸上,将锆石颗粒放置其中。粘贴下一个样品时,需要仔细检查其他部位是否粘有刚才的锆石,可将此片白纸(在显微镜下确认没有粘有锆石)移动到合适位置进行,一个样品要基本按照粒度大小依次排列锆石颗粒。如果粒度相差不很大,最好将各个长条平行排列。要将各样品粒度大的一端置于一侧,粒度小的一端置于另一侧。不同样品的粒度最好接近,否则,各个长条之间也要按照锆石粒度大小的顺序排列。以上的这种排列,便于将来打磨和抛光。在粘贴中,要将锆石平放,不能直立或倾斜,并略用力向下压,使其粘贴牢固。每粘贴完一个样品,要在笔记本上做出记录,并画出示意图。需要注意的是,粘贴时要选择与研究目的相协调的锆石颗粒(例如,要测定花岗岩的年龄,就要选择花岗岩结晶时形成的锆石)。在不能排除污染的情况下,对于同一个样品中外观明显不同的锆石颗粒,选取时要慎重,以避免测定的数据难以解释。样品锆石粘贴完毕后,需要粘贴标准锆石,一般要粘贴两个标准——SL13和TEM,前者用于校正U含量,后者用于校正年龄(标准值分别为238×10-6和417Ma)。标准锆石不止这两个,只要合适都可以使用。标准锆石要粘贴在样品锆石的空间地带,离中心不要太远。2.2双胶纸下的环氧树脂将内径为1英寸(2.54cm)的聚四氟乙烯空心柱一端的内表面抹上凡士林油,垂直放置在已粘贴了锆石的双面胶表面,使锆石位于空心柱中心,然后略加压实,将空心柱粘贴在双面胶纸上,以避免环氧树脂流出。环氧树脂由EPIREZHARDENER(产品号:991404H)和EPIREZCOMPOUND(产品号:991404C)两种物质配制而成,其比例为1.4:10。一般称取EPIREZHARDENER约0.5g,这样得到的样品靶浪费较少。将两种物质放在同一容器中,用小木棍将其轻轻搅拌(搅拌时始终保持同一方向,并尽量避免引入空气),然后灌注在聚四氟乙烯的空心柱中,并注意驱赶树脂中的气泡,放置在电热板上过夜。电热板的温度50℃左右(最高温度不能高于70℃)。2.3样品研磨和研磨将搁置一夜的样品靶从玻璃板上取下,放到温度为70～80℃的烘箱中干燥约30～60min。用卫生纸蘸取无水乙醇擦洗样品靶,以去掉双面胶残余物和凡士林油。因SHRIMP要求样品靶的厚度为5～6mm,按照前述的环氧树脂量(总量约4g)制出的样品靶正好符合这个标准;如果样品靶的厚度大于6mm,则需要将多余的部分切割掉。在打磨锆石之前,要将没有粘贴锆石的另一面打磨成平面,并尽量使其与粘贴锆石的另一面保持平行,以便将来易于用透射光观察锆石,也便于在显微镜载物台上放置。打磨锆石时,要使用防水细砂纸(P2000),粗砂纸既容易将锆石打磨掉,又易于产生较深的擦痕而不利于抛光。打磨样品靶时手的动作要轻,不要在垂直于砂纸的方向上用较大的力。样品靶的运动轨迹要呈“8”字形,以使样品靶在各个方向上都受力。要边打磨边用水冲,这样可以在砂纸表面形成薄薄的水膜,减少锆石与砂纸间的摩擦力,既减少了将锆石从环氧树脂中脱落的机会,又使锆石不会很快就被磨损,同时又可将打磨下的碎渣从砂纸表面清除。要略微打磨,就用显微镜观察(样品靶要擦干净水),宁可慢,不可打磨过头。否则,需要重新制作样品靶,欲速不达。若大部分锆石颗粒打磨出中心(大致一半),表明打磨得正合适。此时,在显微镜下,同一颗粒的反射光和透射光显示的面积大小相同,即埋藏在树脂下的阴影部分很细小。当然,由于一个样品靶上的样品不止一个,粒度可能相差较大,不能要求所有颗粒都打磨到一半,此时只要大部分颗粒打磨出中心即可,以免打磨得过头,将较小的锆石打磨掉。另外,打磨时可以将样品靶表面与砂纸呈一小角度,与砂纸不完全接触,使粒度较小的部位离开砂纸,粒度较大的部位先打磨,在粒度较大的颗粒打磨了一定程度后,再将样品靶平置在砂纸上,使各个部位均匀打磨。抛光时,因抛光的效果与抛光砂的粒度(一般使用1和3micro的抛光砂)、多少有关,也与转速和时间、样品靶固定臂上压锭的重量有关,所以,没有统一参数设置。当在显微镜下观察时,锆石表面呈现光洁、平滑时,抛光已达到要求,此时环氧树脂上的擦痕亦较少、浅。对于放射性损伤强烈的锆石,抛光后的表面也可能有麻点。2.4显微照像的加工显微照相的目的是为了在用SHRIMP测定时,选择合适的颗粒和标注测定点的位置——点号。在有些情况(如经历了复杂的地质演化,中高级变质作用等)下,需要拍摄样品靶的阴极发光图像(CL)。用镜头纸(或其他不掉毛且柔软的纸),沾取无水乙醇擦洗已抛光的样品靶表面2～3次,以便清除抛光砂和其他污物。照相时,应根据目的和锆石颗粒的大小选择合适放大倍数,并且最好将某一样品锆石颗粒的整体排列方向与显微镜的水平或垂直方向一致,这样便于视域的移动,且在照像时不易遗漏。注意,一般不要旋转显微镜的载物台。(1)拍摄较小放大倍数的一组照片,将其拼接起来成为一张反映样品靶的全貌图(澳大利亚人称其为Map),目的是为了确定各样品,包括标准锆石在样品靶上的位置。(2)拍摄较大放大倍数的系列照片——依次将样品靶上所有颗粒拍照,相邻视域要略有重叠。每个视域要照反射光和透射光各1张,以便在进行SHRIMP测定时,判断颗粒是否合适测定和标注点号。(3)将样品靶全貌图(Map)划分出若干区域并编号,每个区域要与上述(2)的每张照片相对应,与(4)协调。(4)照完毕后,将其输入到计算机中。将数码相机给出文件夹名称修改为样品号或靶号,照片文件名顺序依次为AAA—O1r、AAA—01t、……,其中“AAA”为样品号,“r”和“t”分别代表反射光和透射光,这样为图像起名便于以后识别。2.5镀层和样品清洗镀膜厚度约为5nm,使用的金丝的纯度为99.999%。镀金前,需要对样品靶仔细清洗,以除去其表面的普通铅(如果样品靶曾拍摄阴极发光图像,则更要仔细清洗)。镀金必须在进行了显微照像之后。做CL的需要镀金的厚度为2.5nm。样品靶清洗办法:将样品靶放到玻璃培养皿中,将高纯的石油醚(PETROLEUMSPRIT)倒入玻璃烧杯中,用镜头纸(或其他不掉毛的软纸)蘸取石油醚擦洗样品靶表面,以便去除样品靶表面的油污。用化学清洗剂,兑入温水,用纸蘸取擦洗样品靶。用高纯水(MilliQH2O)洗去残留的化学物质。清洗完毕后,在60℃烘箱中干燥30min就可以放到镀膜机中镀膜。镀金后,要尽快测定(清洗时要戴手套)。2.6其他样品的生产其他矿物(如独居石、硫化物)样品靶的制作,与锆石相似,只是因其硬度和韧性较低,打磨和抛光时更要小心,用力要轻。3锆样品的测定SHRIMP状态正常时,才能进行以下操作。3.1次离子源清洗后plagrange(1)注册(Login)。在计算机屏幕上双击SHRIMPⅡ图标,在注册栏中,输入测定者、靶号(Mount)、样品号等参数。测定数据将存储于测定者名下。然后,计算机对仪器进行检查,通过的显示绿色方块,未通过的显示红色方块。(2)开启一次离子源。打开气体源(氧气)阀门至一定位置(氧气压力的大小,可参考最近一次测定的记录。气压的大小和一次离子源清洗后运行时间的长短有关——清洗完毕运行一段时间后,通过离子的微孔会在一定程度上被堵塞,导致需要较高的气压。刚刚清洗后,氧气压力表的读数为200～250就可),待气压稳定后,打开一次离子源电源(ARCSupply),旋转按钮,使plasmacurrent表头的读数为180。(3)开启显示器,并旋转亮度调节钮到合适位置。(4)开启SampleStage程序,将要测定的样品靶移到视域中心。若显示器的图像显示不很清晰,可通过改变X(调焦)。Y、Z分别用于水平和垂直方向的移动控制按钮。将锆石颗粒移到斑点位置之外(前次离子流打到样品靶上的位置)。(5)开启高压。将高压钥匙旋转至ON位置,并设置联动——在IVMS(IntelligentVacuumManagementSystem)面板上,将设置为:MainHV的Interlock=on。(6)察看一次离子流。打开Primary窗口,用WIEN程序做消磁(Degauss)处理。然后,打开Monitor,激活表头显示。此时可对一次离子流进行微调,使其达到最佳状态。3.2u3000结论(1)察看二次离子流。打开Acquisition程序,调出最近一次测定时采用的参数值。窗口中黑点位置代表当前质量峰,通过改变黑点的位置改变当前峰,默认质量峰为254(UO)。锆石年龄测定时一般采用的积分时间为:Zr2O(196)为2s,204Pb、Bkgrnd、206Pb均为10s、207Pb为20s,208Pb和238U为5s,232Th16O(248)和238U16O(254)为5s。根据离子流的强弱,可以适当减少或增加积分时间。(2)关闭离子流(Beamoff),然后将样品(锆石可用于校正除204Pb和背景值外所有的质量峰,长石可用于校正Pb的所有质量峰,特别是准确校正204Pb峰)移到斑点处。开启一次离子流(BeamOn)。(3)调出MassScan程序,对质量峰进行扫描(通过选择步长来确定扫描的质量范围),察看质量峰实际位置和机器目前认定位置的差异。(4)移动红色指针(Cursor)到峰中心,按其位置代表的质量数取代Acquisition程序中对应的质量数。(5)对所有的质量峰都做如上的操作,即校正质量峰中心。(6)值得注意的是,204Pb、207Pb和208Pb三个峰各自的左侧,存在其他峰的于扰,故正确的峰位置应该比峰中心略微偏右(质量数比峰中心值略大)。峰中心调整完毕后,就可进行测定。因为刚启动的仪器还未达到平衡,故也可以先将SHRIMP运行一段时间后,再校正峰中心。——找到一粒计划不测定的锆石,将二次离子流调整后,先不进行质量峰校正,直接测定十几组数据,使仪器预热。3.3测点位置和点号步骤:(1)BeamOff—将所要测定的锆石移动到斑点位置;(2)聚焦,显示器中锆石的图像最清楚,且与上次的斑点的位置基本相同;(3)BeamOn,Raster(清洗表面)2min;(4)在Secondary程序中,微调,使得离子流最大;(5)修改样品号,将点的位置储存;(6)测定SL13。如果测定的SL13(或其他标准锆石),用于校正其他锆石,则需要Acquisition中Set-up做相应的改变。测定锆石时,204Pb平均计数最好小于2.5Hz(1Hz=1cps,cps=countpersecond);(7)重复上述步骤,测定TEM;(8)重复步骤(1)～(6),测定样品。每测定一个点,都要在照片上标注点位置和点号。测定一个TEM点后,可测定3～5个待测样品点,一般使用一次仪器所测定的TEM的数据个数最好不小于10。在测定中,要避开锆石裂缝和包裹体部位。有时,为了测定锆石边缘的年龄,为避免与较内边成分混合,可以将斑点的一部分落到树脂上,只要普通铅不高就可。4点的测定可能产生的影响虽然笔者以前也使用过SHRIMP,但真正接触SHRIMP的时间并不长。就SHRIMP测定中的一些现象,笔者有一些思考,现提供给大家参考,也希望读者将来使用SHRIMP时提出更