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多接收-电感耦合等离子体质谱实验室

发布日期：2020-09-24

　　emc易倍多接收-电感耦合等离子体质谱实验室（MC-ICP-MS）

　　所属系统：地球物质成分与物质性质分析系统

　　实验室主任：王浩副研究员

　　实验室介绍：

　　MC-ICP-MS实验室针对地学领域的科学问题，研发了一系列原位微区U-Pb定年和Sr-Nd-Hf同位素分析方法，并将这些方法广泛应用于岩石成因示踪、大陆地壳形成及造山带演化，尤其是在花岗岩的岩浆混合成因、变质作用过程中Hf同位素行为、大陆造山带的演化、金伯利岩的成岩时代和原始源区等诸多地学领域。

　　实验室保持高效、开放、合作的工作模式，吸引了大批国内外知名学者来实验室开展分析与合作研究。近五年来，先后有澳大利亚、美国、英国、德国、印度、韩国、香港、台湾等18个国家和地区的科学家来实验室进行合作研究，并取得了大量突出的成果。利用MC实验室分析数据所发表的国内外SCI论文自2005年之来一直呈增加趋势，使MC-ICP-MS实验室逐步成为国际原位微区分析的重要基地，不仅提升了我国在该领域国际上的地位和影响，也为国内外地学科学家提供了一个良好的现代地球化学化学分析技术平台。

　　实验室建设思路：

　　1. 针对科学问题，拓展和发展新的测试方法；

　　2. 培育既能进行技术研发、又能进行科学研究的人才队伍；

　　3. 建成以激光方法为主、溶液方法为辅的国际水平的实验室。

　　对外服务：

　　1. 锆石/斜锆石原位微区U-Pb年龄、微量元素和Hf同位素同时分析

　　锆石和斜锆石是自然界岩石中常见的副矿物，蕴含着岩石形成时代、源区和复杂成岩过程以及大陆的形成、演化等的地质信息。我们在实验室建设的初期建立了锆石/斜锆石Hf同位素原位分析技术。针对不同同位素/元素指标的统一性问题，我们又创造性地开发了U-Pb年龄、Hf同位素和微量元素联机同时分析的新方法，实现了同一部位取样获得多种同位素/元素成分信息，并将这一方法广泛应用到岩石成因示踪、大陆地壳形成及造山带演化等诸多地学领域。

　　2. 单矿物原位微区Sr-Nd同位素分析

　　Sr-Nd同位素是地球化学领域应用最广的同位素体系。但一直以来，该同位素主要通过溶液法进行测定，它不仅费时、耗力，而且不能得到微区的信息。我们通过细致的工作，开发出了单矿物激光原位Sr-Nd同位素分析技术，从而使我们成为世界上少数几个能开展此方法研究的实验室。目前能够测定的矿物包括斜长石、方解石、榍石、磷灰石、钙钛矿、独居石、氟碳铈矿、烧绿石等。特别是钙钛矿U-Pb年龄、微量元素和Sr-Nd同位素分析方法的建立，为解决金伯利岩的时代与成因提供了重要的研究工具。

　　3. 单矿物Sr-Nd-Hf多元同位素分析

　　Sr-Nd-Hf多元同位素体系联合应用极大地消除了单一同位素体系示踪所导致的地质多解性。如何开发既适合定年又能够同时进行多元同位素测定的矿物，从而引领分析技术的发展，是我们重点考虑的问题。在这一思路指导下，我们对多种矿物进行了探索，主要包括铈铌钙钛矿、异性石、钙钛锆石、钛锆钍矿等。我们对世界上主要产地的异性石经过全面的分析后发现，该矿物不仅适合U-Pb定年，而且是Sr-Nd-Hf多元同位素测定的良好对象，这也是目前发现的唯一能够同时获得U-Pb年龄和Sr-Nd-Hf同位素的矿物，具有重要的应用前景。

　　4. 副矿物激光原位U-Pb定年分析

　　为了有效确定地质体演化史，厘定自然界缺乏锆石/斜锆石样品的形成时代，实验室在研制标样的基础上，先后研发了锆石、榍石、独居石、磷钇矿、黑钨矿、石榴石、铌钽矿、氟碳铈矿等矿物的U-Pb激光原位测年方法。这些方法为限定复杂地质过程的时代提供了重要的研究工具，结合原位微区Sr-Nd同位素分析，可有效示踪岩石源区、岩浆混合、地壳混染、变质作用等复杂的地质过程。

　　规范的分析方法描述见：附件

　　仪器简介：

　　1. 仪器原理：

　　多接收-电感耦合等离子体质谱仪的基本结构和原理：

　　1）进样系统：包括液体进样和固体进样两种方式。液体样品通过雾化器进行雾化并送入电离源，固体样品需经过激光剥蚀后由载气送入电离源；

　　2）电离源：用于实现样品离子化的模块。ICP（电感耦合等离子体）即为MC-ICP-MS的离子源，样品被送入该模块被电离成离子（具体原理参考附件中的“Plasma Source”)；

　　3）采样锥和截取锥：离子源形成的等离子体炬处于常压下,离子传输系统和质量分析器分别需要低、高真空的环境。提取接口由采样锥、截取锥及扩散室组成,实现了真空环境的过渡和等离子体气流的提取。等离子体气流在采样锥口处德拜长度约为10-5mm, 远小于锥孔直径, 因此等离子体通过采样锥的过程可看作中性气流的运动。在真空压差的作用下, 等离子体气流在扩散室迅速膨胀为超声射束。。由于电子密度的下降速度较电子温度快, 在截取锥孔处德拜长度增大为 10-2 mm 数量级,但仍小于截取锥孔直径, 因此气流准中性的状态延续到了截取锥后。随后, 电子密度进一步下降, 在提取透镜的负电压下出现电荷分离, 负电荷粒子被排斥, 形成正离子束。

　　4）离子透镜系统：将离子束传输至ESA模块（静电分析器），通过透镜组电压参数的调整优化，实现离子传输率最大化的同时，将离子束调整至最优的形状；

　　5）ESA（静电分析器）：它的作用是实现离子束的能量聚焦，为后续磁式质量分析器提供最佳的离子束入射状态，以实现最佳的质量分辨率；

　　6）离子状态调谐透镜系统：位于磁式质量分析器的入口处和出口处，用于离子束形状的调整和实现质量分析器分析质量范围扩展；

　　7）磁式质量分析器：整个仪器的核心，实现质量分析。其原理就是不同质量数的离子在磁场运动中的偏转半径不一样，从而实现不同质量离子的分离。它是一种位置分辨的质量分析器,区别于四级杆质量分析器(7500a);

　　8）检测器：经过磁式质量分析器分离的不同质量的离子被检测器检测从而输出其对应质量数的离子强度，实现半定量或定量分析。多接收的含义也就体现在检测器上，即有多个检测器同时检测不同质量数的离子。在本实验室的MC-ICP-MS上配有9个检测器（法拉第杯），也即能够同时检测9个不同质量数的离子。

　　2. 实验室仪器：

1）美国Thermo Fisher公司，型号为Neptune Plus的MC-ICP-MS，双聚焦磁式质谱仪。

2）美国Thermo Fisher公司，型号为Neptune的MC-ICP-MS，

　　双聚焦磁式质谱仪。

3）美国Thermo Fisher公司，型号为Element XR的HR-ICP-MS，高分辨磁式质谱仪。

4）美国Agilent公司，型号为7500a的Q-ICP-MS，四级杆质谱仪。

5）Coherent公司，型号为COMPex Pro的193nm激光剥蚀系统，准分子气体激光器。

6）Photon-machines公司，型号为Analyte G2的193nm激光剥蚀系统，准分子气体激光器。

　　
实验室成员：

1、王浩：实验室主任，副研究员。主要研究方向：变质岩年代学、岩浆岩地球化学、前寒武纪地质学。主要研究包括利用地球化学数据解译造山过程的变质记录与地壳演化，地球早期分异以及板块构造启动等过程。负责实验室研究方向的把握和实验室管理。 Email: wanghao@mail.iggcas.ac.cn 　　电话：010-82998751 　　办公地点：地3楼440房间
2、谢烈文：高级工程师。主要从事ICP-MS和MC-ICP-MS仪器维护、分析技术方法研发和岩石地球化学研究工作。曾先后研发锆石原位微区Hf同位素、锆石原位微区U-Pb、Hf同位素和微量元素联机分析方法，在国内外重要刊物上已发表30余篇论文。 Email：xieliewen@mail.iggcas.ac.cn 　　电话：010-8299 8162 　　办公地点：地3楼135房间
3、杨岳衡：正高级工程师，国家杰出青年科学基金获得者，刷卡系统仪器操作员。主要从事同位素地球化学研究。负责原位Sr-Nd同位素测试及质量监控工作，在国内外重要刊物上发表SCI论文10余篇。 Email：yangyueheng@mail.iggcas.ac.cn 　　电话：010-8299 8599 　　办公地点：地3楼137房间
4、黄超：高级工程师，精密仪器专业，负责仪器的日常维护、维修及运行，参与仪器及分析新方法的研究。 Email：huangchao@mail.iggcas.ac.cn 　　电话：010-8299 8670 　　办公地点：地3楼121房间
5、吴石头: 高级工程师, 主要从事SF-ICP-MS分析方法开发和微量元素地球化学研究, 负责LA-ICPMS锆石（其他副矿物）U-Pb定年，单矿物微区微量元素分析，溶液全岩微量元素分析。在国内外重要刊物上已发表7篇论文。 Email: shitou.wu@mail.iggcas.ac.cn 　　电话：010-8299 8670 　　办公地点：地3楼121房间
6、许蕾：工程师，主要从事同位素地球化学研究。负责原位Fe-S同位素方法研发和质量监控，实验预约及实验室收支费用等日常管理工作。 Email：leixu@mail.iggcas.ac.cn 　　电话：010-8299 8670 　　办公地点：地3楼121房间

　　实验方法相关论文及专利汇编：

　　2021

Wu S., Yang Y., Jochum K.P., Romer R.L., Glodny J., Savov I.P., Agostini S., De Hoog J.C.M., Peters S.T.M., Kronz A., Zhang C., Bao Z., Wang X., Li Y., Tang G., Feng L., Yu H., Li Z., Le Z., Lin J., Zeng Y., Xu C., Wang Y., Cui Z., Deng L., Xiao J., Liu Y., Xue D., Di Z., Jia L., Wang H., Xu L., Huang C., Xie L., Pack A., Worner G., He M., Li C., Yuan H., Huang F., Li Q., Yang J., Li X. and Wu F. 2021 Isotopic Compositions (Li-B-Si-O-Mg-Sr-Nd-Hf-Pb) and Fe2+/ΣFe Ratios of Three Synthetic Andesite Glass Reference Materials (ARM-1, ARM-2, ARM-3), Geostandards and Geoanalytical Research, 45, 719–745.
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2020

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Huang C., Wang H., Yang J.H., Ramezani J., Yang C., Zhang S.B., Yang Y.H., Xia X.P., Feng L.J., Lin J., Wang T.T., Ma Q., He H.Y., Xie L.W., Wu S.T. 2020. SA01-A new potential zircon reference material for micro-beam U-Pb age and Hf-O isotopic analysis. Geostandards and Geoanalytical Research. 44(1), 103-123.
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2019
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2018
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2017
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2016
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2015
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2014
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Wu, F. Y., Yang, Y. H., Xie, L. W., Yang, J. H., Xu, P. 2006. Hf isotopic compositions of the standard zircons and baddeleyites used in U-Pb geochronology. Chem. Geol., 234: 105-126.
2004
徐平, 吴福元, 谢烈文, 杨岳衡. 2004. U-Pb同位素定年标准锆石的Hf同位素. 科学通报, 49: 1403-1410. Xu, P., Wu, F. Y., Xie, L. W., Yang, Y. H., 2004. Hf isotopic compositions of the standard zircons for U-Pb dating. Chinese Sci. Bull., 49: 1642-1648.

专利

　　　2021

吴石头, 吴亚东, 杨岳衡, 王浩, 黄超, 谢烈文. 一种同时测定橄榄石中的镁橄榄石值和微量元素方法中国. ZL 2020 1 0404435.8. 2021.04.09
黄超，《一种物质分析方法、装置和静电离子阱质量分析器》，ZL202010535945.9, 2021.10.29
黄超，《一种锆石铪同位素的检测方法》，ZL202010974890.1, 2021.08.24

　 2020

杨岳衡，《一种无需稀释剂的地质样品钐-钕同位素同时测试的方法》，ZL201910791476.4，2020.07.10.
2019
谢烈文，杨进辉，杨岳衡，刘景波，黄超，《一种测定锆石样品的铀铅年龄的方法》， ZL201710124041.5，2019.03.03.
谢烈文，《一种均匀气流激光剥蚀池及其应用》，ZL201711434961.3，2019.07.02.
杨岳衡，马倩，储著银，谢烈文，黄超，杨进辉，《一种镥-铪同位素质谱测试的方法》， ZL201810174335.3，2019.05.24.
2017
黄超；谢烈文；杨岳衡，《一种激光同步双剥蚀系统及其剥蚀方法》，ZL201711126032.6, 2017.11.15
2015
黄超，《一种实现电感耦合等离子体离子源工作在惰性气体环境的方法及装置》，ZL201510813422.5, 2015.11.23
2013
黄超,《一种实现质谱分析系统中独立仪器联动的系统和方法》，ZL201310299108.0，2013.07.17
黄超,《一种惰性气体磁式质谱仪及设计方法》，ZL201310299609.9，2013.07.17

　　用户须知：

　　emc易倍MC-ICP-MS实验室秉承开放和合作的宗旨，

　　欢迎国内外学者来实验室开展分析与合作研究！

　　用户填写“MC实验室_实验测试预约登记表”（见附件），提交至mclab@mail.iggcas.ac.cn信箱，

　　审核通过后通知具体的实验时间

收费标准：

测试项目（技术手段）	所内收费		所外收费		备注所有实验过程均由自己完成
测试项目（技术手段）	按时间	按点数	按时间	按点数	备注所有实验过程均由自己完成
锆石Hf同位素（LA-MC-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
锆石U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
榍石U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可 (定年前激光测试微量，检查²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值，小于0.5样品适合定年)
独居石U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
磷钇矿U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
氟碳铈矿U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
铌钽矿U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
黑钨矿U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可（预约实验前请先跟杨岳衡老师联系）
石榴石U-Pb年龄（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可（预约实验前请先跟杨岳衡老师联系）
矿物微量元素（LA-ICP-MS）	2.0万元 /24小时	100元/点	2.5万元 /24小时	120元/点	薄片或靶子均可
矿物Sr同位素（LA-MC-ICP-MS）	3.0万元 /24小时	150元/点	4.0万元 /24小时	200元/点	建议先作矿物微量 (提前激光测试微量，Sr含量大于1000ppm，Er/Sr或Yb/Sr小于0.1才适合激光Sr同位素)
矿物Nd同位素（LA-MC-ICP-MS）	3.0万元 /24小时	150元/点	4.0万元 /24小时	200元/点	建议先作矿物微量 (提前激光测试微量，Nd含量大于1000ppm)

收费标准自2020年10月1日起施行
以上收费标准本实验室保留决定权、解释权，如有变化恕不另行通知！

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　　实验室亿百体育：实验室位于emc易倍（健德桥东100米），emc易倍，地3楼119室。

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