Studium geochemických systémů metodou ICP-MS s laserovou ablací

Mgr. Monika JAROŠOVÁ

Doctoral thesis

Study of geochemical systems by ICP-MS with laser ablation

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá studiem geologických vzorků pomocí hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem ve spojení s laserovou ablací (LA-ICP-MS). V teoretické části disertační práce jsou popsány základní principy a instrumentace hmotnostní spektrometrie s indukčním plazmatem a laserové ablace společně s aplikacemi LA-ICP-MS v geochemii a stručným popisem geologických vzorků. Experimentální část a výsledky jsou rozděleny do čtyř podkapitol. První podkapitola je zaměřena na studium vlivu teploty na výsledky získané pomocí LA-ICP-MS. Bylo zjištěno, že účinné chlazení vzorku v průběhu celé analýzy přispívalo k minimalizaci frakcionace související s termálními efekty během ablatování vzorku laserovou ablací. V případě 266 nm laseru dochází ke snížení poměru U/Th, sloužícího ke zjištění stupně frakcionace z 1,29 na 1,03. Pro potvrzení prospěšného efektu chlazení vzorku během ablace 266 nm laserem byla provedena analýza kovového referenčního materiálu PG-1. Druhá část se věnuje použití LA-ICP-MS v geologii, konkrétně analýze apatitů z Třebíčského masivu, jejichž složení odpovídá apatitům mafických granitů I-typu a apatitům felsických granitů I-typu. Apatity mafické variety vykazují vyšší obsah LREE a současně vyšší poměr LREE/HREE ve srovnání s apatity felsické variety. Mezi jednotlivými segmenty Třebíčského masivu nebyly zaznamenány významnější rozdíly v obsahu studovaných prvků, kromě boňovského a tasovského segmentu, které vykazují vyšší obsahy radioaktivních prvků, LREE a HREE. Třetí část práce je zaměřena na hmotnostně spektrometrické zobrazování prostorové distribuce lanthanu, ceru, neodymu, samaria a thoria v zrnech allanitu. V jádru krystalu a také v nejmladší vrstvě vnější části zrna byl nalezen vyšší obsah REE a Fe. Navíc byla potvrzena přítomnost apatitů ve studovaných zrnech allanitu. Porovnáním 2D map prostorové distribuce lanthanu, ceru a thoria z LA-ICP-MS zobrazování s výsledky RTG analýzy bylo zjištěno, že obě metody poskytují nejen vynikající korelaci charakteristických rysů, ale i srovnatelné kvantitativní výsledky. Čtvrtá, poslední podkapitola se zabývá charakterizací a studiem stability, homogenity a indikativní hodnoty laboratorních skleněných referenčních materiálů, které mohou být využity pro kvantitativní stanovení uranu a thoria v geologických vzorcích.

Abstract:

This dissertation thesis deals with analysis of geological samples by LA-ICP-MS. In the theoretical part of thesis the basic principles and instrumentation are given together with its application in geochemistry and brief description of geological samples. The experimental part and results are divided into four sections. The first part is focused on the influence of temperature on results obtained using LA-ICP-MS. It was observed that the fractionation related to thermal effects can be minimized if the temperature of ablated material is remarkably lowered during the entire time of analysis. In the case of 266 nm laser the calculated value of U/Th ratio decreased from 1,29 to 1,03. In order to confirm the beneficial effect of cooling the sample during ablation with 266 nm laser wavelength, the metallic reference material PG-1 was analysed. The second part deals with using this technique in geology, specifically analysis of apatites. Their composition corresponds with apatite of mafic I-type granites and apatites of felsic I-type granites. Mafic apatites have higher content of LREE and higher ratio of LREE to HREE in comparison to felsic apatites. There are not big differences in REE contents of apatites in individual segments, although the two southern segments (Boňov and Tasov) occur to have higher contents of radioactive elements, both LREE and HREE+Y. The third part focuses on LA-ICP-MS and RTG spatial distribution of selected elements in allanite grains. The higher content of REE and Fe is found in the nucleus of the crystal and also in the youngest, external layer of the grain. Also the presence of apatites is confirmed in studied grains of allanite. LA-ICP-MS two-dimensional maps of allanite were compared with maps obtained using RTG analysis. It is found both methods give similar results. The fourth part deals with the determination of stability, homogeneity a value assignment of secondary glass reference materials which can be used for the analysis of thorium and uranium in geological samples.

Keywords

LA-ICP-MS, geologické vzorky, hmotnostně spektrometrické zobrazování, referenční materiály

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 12. 2016

Thesis defence

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry