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【实验室奇妙之旅】矿物微区分析实验室

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为了认识、观测和分析地球以及地球内部发生的物理和化学过程,地球科学家们建立了多种不同尺度的观测工具。

卫星遥感



显微镜下的矿物

激光剥蚀


遥感卫星、地震波探测、地质观察,是从相对宏观的尺度来认识地球。本实验室则是从相对微观的尺度去认识地球。本实验室的分析尺度,一般在几个到几十微米的尺度。虽然分析的对象都是肉眼观察不了的地质对象,各种矿物或者玻璃,但我们的目的是为了认识宏观的过程,包括岩体的年龄、山脉的历史、大陆的形成,乃至地球的演化。

为什么能实现这样的目的呢?正如老祖宗所说的“见一叶而知秋”,这是因为科学家的大脑中已经有了地球或者大陆或者山脉或者岩体的大致图像,总体脉络,所以我们才能见微而知著,不会犯盲人摸象的错误。


图|激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱。

左为193 nm的紫外激光,右为电感耦合等离子体质谱。

具体而言,我们使用的是一套波长为193 nm的紫外激光,利用激光把需要分析的物质剥蚀下来,利用氦气把物质送到电感耦合等离子体质谱中进行相应的分析

这套仪器目前主要做两件事,一是各种副矿物的定年,主要有锆石U-Pb定年、榍石U-Pb定年、独居石U-Th-Pb定年,只要矿物中的U含量有十几个ppm或者更高,理论上都可以进行U-Pb定年;二是矿物或玻璃的微量元素分析,几乎所有的矿物微量元素都能分析。

除了地质样品之外,考古或者生物的样品都可以用它进行分析,例如瓷器、头发或者指甲。

这套仪器的优点主要有:空间分辨率高,激光束斑最小为4微米,可以对感兴趣的微小区域进行分析,例如人的头发丝,我们可以对发根或者发梢分别进行分析,得到其微量元素变化特征;二是速度快,对一粒锆石,我们只需要2分钟就可以完成一个分析点的U-Pb定年;。三是可以分析的元素范围广,质量数从2-260的元素都可以分析;四是灵敏度高,大部分元素的检出限都很低,达到ppb甚至ppt级别。


图|实验室常用标样。每一个标样都足够我们进行百万次的分析。


供稿:张少兵教授课题组

美编:渡鸦

石头科普工作室出品


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