纳米离子探针分析技术及其在地球科学中的应用

纳米离子探针在显著提高空间分辨能力的同时,仍然保留了较高的质量分辨、灵敏度和分析精度.它已经成为物质成分分析的重要新平台,广泛应用于空间科学、地球科学、生命科学和材料科学等领域.通过小至50 nm的Cs+离子束扫描样品表面,它可以同时获得多达7个元素或同位素的高空间分布图像.利用法拉梯杯接收信号时,C,O和S等稳定同位素的分析精度可以达到0.3‰~0.5‰(1SD).尽管这一精度与传统离子探针0.1‰的精度水平仍有差距,但是可以满足大部分的地球科学需求.中国科学院地质与地球物理研究所于2011年安装了中国第一台纳米离子探针(Cameca Nano SIMS 50L),本文在其工作原理和分析功能的基础上,介绍基于这台仪器研发的分析方法,以及它们在地球科学中的潜在应用,包括矿物环带中微量元素分布、超高空间分辨(2~5?m)的Pb-Pb和U-Pb定年、磷灰石和硅酸盐玻璃的水含量和H同位素分析、金刚石和石墨的C同位素分析、碳酸盐的O同位素分析、硫化物的S同位素分析等.此外,为了方便国内地球科学研究者使用纳米离子探针,本文还介绍了样品制备的具体要求.