金曜日セミナー:着任セミナー (2019年6月7日) 坂田周平 氏 (物質科学系研究部門 助教)

Development of U-Th-Pb dating and elemental quantification technique for young zircon using LA-ICP-MS


The geochronological studies using a combination of U-Th-Pb decay series in zircon have been widely applied to understand the insights of the geological and geochemical formation sequence of the samples.  Among the analytical tool to measure in-situ U-Th-Pb isotopic ratio data, ICP mass spectrometry combined with laser ablation sampling technique (LA-ICP-MS technique) can become a viable and versatile analytical tool to revolutionize our understandings of various igneous processes.  We have improved the U-Th-Pb dating of young zircon samples using LA-ICP-MS in aspects of the analytical technique and principle of this method. With wide detector dynamic range achieved by this study, more precise age determination for young zircon (<0.1 Ma) becomes possible.  Furthermore, new correction technique for initial disequilibrium effect and non-radiogenic Pb also allows to obtain more accurate age information.

Quantitative analysis of elemental concentration in geochemical samples is also important application area of this method.  However, the highly-ionization capability of this method easily occurs multiple mass interference from isobaric, polyatomic and multi-charged ion.  In this presentation, to overcome these problems, we would like to demonstrate the effectiveness of coupling tandem quadrupole ICP-MS (ICP-MS/MS) and collision/reaction cell (CRC) technique for in-situ analysis of zircons using laser ablation sample introduce technique.  With this technique, accurate and high-sensitive (ten times higher than conventional method) quantification of REEs in zircon can be achieved.  Several isotopes, which are difficult to monitor in normal LA-ICP-MS technique such as 31P, 45Sc, 48Ti, 204Pb, because of spectrum interferences, are also successfully measured.

In conclusion, present technique to obtain age and elemental information from young zircon becomes useful approach to understanding the high-temperature cooling history of magmas.

レーザーアブレーションICP質量分析法を用いた若いジルコンのU-Th-Pb年代測定および元素定量法の開発


ジルコン鉱物のU-Th-Pb年代測定法は試料の地質学的・地球化学的形成過程を理解する目的で広く用いられる手法である。ジルコン試料からU-Th-Pb同位体組成を得る代表的な局所分析法の一つに、誘導結合プラズマ質量分析法とレーザーアブレーション試料導入法を組み合わせた手法(LA-ICP-MS)があり、様々な火成活動の過程を理解するための強力なツールとなっている。我々はこれまでLA-ICP-MSを用いた若いジルコン試料の年代測定法について分析技術と年代測定法の原理の両面から改良に取り組んできた。その結果、イオン検出器の入出力直線性を拡張することで技術的には0.1 Maを切るジルコン試料の年代測定が可能となり、鉱物形成時の初生非平衡効果と非放射壊変起源鉛の寄与に関する新しい補正法も導入することで、より精確な年代測定法を確立した。

地球化学試料中の元素濃度定量もLA-ICP-MS法の重要な適用対象の一つである。しかしながら、高いイオン化能を持つこの手法では分析目的元素以外の同重体、多原子、多価イオン干渉を容易に引き起こしてしまうという欠点がある。本発表では、コリジョン/リアクションセルを備えたタンデム四重極型のICP-MSとレーザーアブレーション試料導入法を組み合わせることで、これらの干渉を効率良く取り除けることを示す。この手法を用いることで、より正確かつ高感度なジルコン中の希土類元素定量分析(従来法と比較して10倍程度高感度)が達成された。また、通常のLA-ICP-MS法では分析が困難とされる31P、45Sc、48Ti、204Pbといった同位体についても測定が可能となった。

本研究により、10万年程度の若いジルコンの年代測定とその結晶中の精確な元素組成の定量が可能となり、地中で起こっている高温のマグマ過程を理解するための有力な手法の一つとなる。