磷灰石氧同位素的SIMS原位微区高精度分析方法建立及标样研发

Apatite [Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)], is a ubiquitous accessory mineral occurring in almost all major rock types. Its oxygen isotopic composition is a powerful tool for petrogenic studies. The oxygen isotopic composition of biogenic apatites is considered to be a reliable proxy of ancient environmental temperature. SIMS can obtain high precision determination of oxygen isotope results in a spatial resolution of ~20 um. The matrix effect, however, is a major problem of this micro-analysis technique. SIMS analysis has to use matrix matched external references to correct unknown samples. Those references must have homogeneous chemical composition, and isotopic composition. Therefore, the availability of well characterized natural or synthesized apatite-oxygen isotope references is fundamental for accurate SIMS measurements. Due to variation of F, Cl and OH content in apatites，it is also important to study how the mass bias change with different content of F, Cl, OH. This project aims to (1) develop a suite of nature or synthetic apatite oxygen isotope reference materials, which have different F, Cl and OH content (2) establish a matrix effect curve and analytical procedure for precise measurement of apatite oxygen isotope composition by large magnetic sector ion microprobe, and to pave a new avenue for apatite oxygen isotope studies.

磷灰石是一种普遍存在的副矿物，其氧同位素是研究岩石成因的有力武器。生物成因的磷灰石氧同位素被认为是可靠的古温度代用指标，具有重要的科学意义。二次离子质谱（SIMS）氧同位素分析具有快速、原位微区的优点，可以在约20 um的空间分辨率下获得高精度的氧同位素比值。由于基体效应的存在，SIMS分析必须使用基体匹配的外部参考物质才能准确获得未知样品元素含量或同位素比值，因此参考物质是否存在及其质量好坏是SIMS分析能否有效工作的关键。天然磷灰石样品中的F，Cl，OH含量不固定，很难找到与其化学组成完全一致的参考物质，因此研究不同化学组成磷灰石基体效应校正曲线也是建立SIMS磷灰石氧同位素分析方法的重要内容。本项目计划开发一套F，Cl，OH含量不同的天然或人工合成磷灰石参考物质,并建立SIMS高精度原位微区磷灰石氧同位素基体效应校正曲线和分析流程，以期为磷灰石氧同位素的研究提供新的技术支持。

磷灰石[Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)]是一种普遍存在的副矿物，其氧同位素是研究岩石成因的有力武器。生物成因的磷灰石氧同位素被认为是可靠的古温度代用指标，具有重要的科学意义。二次离子质（SIMS）氧同位素分析具有快速、原位微区的优点，可以在约20 um的空间分辨率下获得高精度的氧同位素比值。但是二次离子质谱仪的氧同位素分析会有基体效应存在，其分析过程需要参考物质对被分析物进行监控。参考物质是否存在及其质量好坏是SIMS分析能否有效工作的关键。天然磷灰石样品中的F，Cl，OH含量不固定，很难找到与其化学组成完全一致的参考物质，因此若能研究不同化学组成的磷灰石参考物质,并讨论不同含量参考物质之间是否存在基体效应，或者建立磷灰石氧同位素基体效应校正曲线和分析流程，将为磷灰石氧同位素的研究提供新的有力的技术支持。. 本研究对6种常用的磷灰石年龄参考物质(Emerald, Kovdor, McClure, Mud Tank, Otter Lake和Slyudyanka)和2种实验室内部样品(Qinghu和GEMS 203)进行了原位氧同位素和化学成分分析，以评估它们的氧同位素均一性和微束分析的适用性。结果表明，所有这些磷灰石参考物在化学成分上一般都是均匀的。而对于氧同位素，GEMS 203 (δ18O = 9.85 ± 0.40‰, 2SD)，Kovdor (δ18O = 6.55 ± 0.38‰, 2SD)和McClure (δ18O = 5.94 ± 0.42‰, 2SD)相对比较均匀，而Emerald (δ18O = 10.37 ± 0.45‰, 2SD), Mud Tank (δ18O = 6.35 ± 0.46‰, 2SD), Otter Lake (δ18O = 9.71 ± 0.47‰, 2SD), Qinghu (δ18O = 5.44 ± 0.49‰, 2SD)和Slyudyanka (δ18O = 17.49 ± 0.43‰, 2SD)均一性相对差一点，但是仍可以接受。