zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-4-13-20zldm-1399Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISНекоторые особенности линейного сканирования химического состава минеральных агрегатов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и лазерным пробоотбором (к вопросу о границах метода и режимов)Some features of linear scanning of the chemical composition of mineral aggregates using LA-ICP-MS: the modes and limits of the methodХвостиковВ. А.KhvostikovV. A.

Владимир Анатольевич Хвостиков

142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. ак. Осипьяна, д. 6

Vladimir A. Khvostikov

6 Akad. Ossipyana ul., Chernogolovka, Moscow obl., 142432

khvos@iptm.ruКупцовС. Н.KuptsovS. N.

Сергей Николаевич Купцов

196128, г. Санкт-Петербург, ул. Варшавская, д. 5А

Sergey N. Kuptsov

5a Varshavskaya ul., St. Petersburg, 196128

ПетровТ. Г.PetrovT. G.

Томас Георгиевич Петров

197136, г. Санкт-Петербург, ул. Гатчинская, д. 11 – 9

Thomas G. Petrov

11 – 9 Gatchinskaya ul., St. Petersburg, 197136

СоколовП. Б.SokolovPavel B.

Павел Борисович Соколов

197136, г. Санкт-Петербург, ул. Гатчинская, д. 11 – 9

Pavel B. Sokolov

11 – 9 Gatchinskaya ul., St. Petersburg, 197136

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАНРоссияInstitute of Microelectronics Technology and High Purity Materials RASRussian FederationООО НТФ «АСД»РоссияOOO NTF «ASD»Russian FederationООО «СОКОЛОВ»РоссияOOO «SOKOLOV»Russian Federation2021230420218741320Copyright © Хвостиков В.А., Купцов С.Н., Петров Т.Г., Соколов П.Б., 20212021Хвостиков В.А., Купцов С.Н., Петров Т.Г., Соколов П.Б.Khvostikov V.A., Kuptsov S.N., Petrov T.G., Sokolov P.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1399

При изучении состава зональных и полифазных твердых объектов (кристаллов, горных пород, сплавов и т.д.) исследователи часто используют рутинную процедуру линейного и 2D-сканирования методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и лазерным пробоотбором (ЛА-ИСП-МС). Однако при интерпретации данных в ходе решения подобных задач необходимо учитывать особенности, присущие методу. Одна из наиболее важных особенностей результатов анализа контрастных по составу объектов — асимметрия профиля концентрации элементов при переходе от больших содержаний к малым и, в меньшей степени, при переходе от малых к большим. Рассмотрены физические процессы, сопровождающие проведение анализа горных пород, имеющих указанные особенности. Оценена длительность времени искажения сигналов при больших различиях между содержаниями элементов при смене одной кристаллической фазы на другую. Для получения корректных данных при линейном и площадном сканировании методом ЛА-ИСП-МС сканирование следует проводить по точкам: в целях исключения влияния кратерных эффектов точки должны отстоять друг от друга на расстояние, равное 1,5 – 2,0 диаметрам лазерного луча. Получение достоверных результатов требует интервалов между измерениями длительностью не менее 2 – 5 с.

A routine linear and 2D scanning procedure using the inductively coupled plasma mass spectrometry with laser ablation (LA-ICP-MS) is often used when studying the composition of zonal and polyphase solid objects (crystals, rocks, alloys, etc.). However, the proper interpretation of the data necessitates taking into account the features inherent to the procedure. One of the most important features of the results obtained for the objects contrasting in composition is the asymmetry of the concentration profile of elements when going from high to low and, to a lesser extent, when going from low to high contents. Physical processes accompanying the analysis of rocks with the aforementioned features are considered. The duration of the time of signal distortion upon change of one crystal phase to another at large differences in the content of elements is estimated. To obtain the correct data for linear and 2D scanning using LA-ICP-MS, the scanning should be performed point by point: to avoid the influence of crater effects, points should be spaced 1.5 – 2.0 laser beam diameter apart. The goal of obtaining of reliable results requires also keeping the time intervals between measurements of at least 2 – 5 sec.

лазерная абляциямасс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмойполифазные твердые объектыаналитический профильусловия анализафизика анализаминералы в породахмежзеренное веществоlaser ablationinductively coupled plasma mass-spectrometrypolyphase solidsanalytical profileanalysis conditionsphysics of analysisminerals in rocksintergranular substanceReferencesSylvester P. (ed.) Laser Ablation ICP-MS in the Earth Sciences: Current Practices and Outstanding Issues. Vol. 40. — Quebec: Mineralogical Association of Canada, 2008. — 348 p.Sylvester P., Ed. Laser Ablation ICP-MS in the Earth Sciences: Current Practices and Outstanding Issues. Vol. 40. — Quebec: Mineralogical Association of Canada, 2008. — 348 p.Garcia C., Lindner H., Niemax K. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry — current shortcomings, practical suggestions for improving performance, and experiments to guide future development / J. Anal. At. Spectrom. 2009. Vol. 24. N 1. P. 14 – 26. DOI: 10.1039/b813124bGarcia C., Lindner H., Niemax K. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry — current shortcomings, practical suggestions for improving performance, and experiments to guide future development / J. Anal. At. Spectrom. 2009. Vol. 24. N 1. P. 14 – 26. DOI: 10.1039/b813124bLimbeck A., Bonta M., Nischkauer W. Improvements in the direct analysis of advanced materials using ICP-based measurement techniques / J. Anal. At. Spectrom. 2017. Vol. 32. P. 212. DOI: 10.1039/c6ja00335dLimbeck A., Bonta M., Nischkauer W. Improvements in the direct analysis of advanced materials using ICP-based measurement techniques / J. Anal. At. Spectrom. 2017. Vol. 32. P. 212. DOI: 10.1039/c6ja00335dАдамович Н. Н., Палесский С. В., Вотяков С. Л. Метод LA-ICP-MS в минералого-геохимических исследованиях: методические аспекты / Тезисы докладов XI Всероссийского петрографического совещания. Т. 1. — Екатеринбург, 2010. С. 32 – 33.Adamovich N. N., Palesskii S. V., Votyakov S. L. LA-ICP-MS method in mineral-geochemical research: methodological aspects / Proc. of XI All-Russian Petrographic Meeting. Vol. 1. — Yekaterinburg, 2010. P. 32 – 33 [in Russian].Вотяков С. Л., Адамович Н. Н., Киселева Д. В., Главатских С. П. Лазерная абляция как метод прямого микроэлементного анализа зерен минералов с масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой / Материалы Всероссийской молодежной научной конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования». — Миасс, 2009. С. 105 – 107.Votyakov S. L., Adamovich N. N., Kiseleva D. V., Glavatskikh S. P. Laser ablation as a method of direct microelement analysis of mineral grains with inductively coupled plasma mass spectrometry / Proc. of the All-Russian Youth Scientific Conference «Minerals: structure, properties, research methods», Miass, 2009. P. 105 – 107 [in Russian].Вотяков С. Л., Адамович Н. Н., Главатских С. П. Особенности лазерной абляции минералов как основа для разработки методик их локального химического анализа / Труды ИГГ УрО РАН. 2010. Вып. 157. С. 310 – 316.Votyakov S. L., Adamovich N. N., Glavatskikh S. P. Features of laser ablation of minerals as a basis for development of methods of their local chemical analysis / Trudy IGG UrO RAN. 2010. N 157. P. 310 – 316 [in Russian].Светов С. А., Степанова А. В., Чаженгина С. Ю. и др. Прецизионный (ICP-MS, LA-ICP-MS) анализ состава горных пород и минералов: методика и оценка точности результатов на примере раннедокембрийских мафитовых комплексов / Труды КарНЦ РАН. Сер. Геология Докембрия. 2015. № 7. С. 54 – 73. DOI: 10.17076/geo140Svetov S. A., Stepanova A. V., Chazhenkina S. Yu., et al. Precision (ICP-MS, LA-ICP-MS) analysis of the composition of rocks and minerals: methodology and evaluation of the accuracy of the results using the example of Early Cambrian mafit complexes / Trudy KarNTs RAN. Ser. Geol. Dokembriya. 2015. N 7. P. 54 – 73. DOI: 10.17076/geo140Адамович Н. Н. Метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией в применении к локальным определениям микроэлементного состава апатитов / Материалы V Всероссийской молодежной научной конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования». — Екатеринбург, 2013. С. 9 – 13.Adamovich N. N. Method of mass spectrometry with inductively coupled plasma and laser ablation in application to local determination of the microelement composition of apatites / Proc. of the V All-Russian Youth Scientific Conference «Minerals: structure, properties, research methods». — Yekaterinburg, 2013. P. 9 – 13 [in Russian].Зобенько О. А., Абрамова В. Д., Округин В. М. и др. Элементы-примеси в пирите Мутновского Au-Ag-полиметаллического месторождения (Южная Камчатка) по данным LA-ICP-MS / Российская молодежная научно-практическая Школа «Новое в познании процессов рудообразования». — Москва. ИГЕМ РАН, 2018. С. 156 – 159.Zoben’ko O. A., Abramova V. D., Okrugin V. M., et al. Impurity elements in the pyrite of the Mutnovsky Au-Ag polymetallic deposit (South Kamchatka) according to LA-ICP-MS / Proc. of Russian Youth Scientific and Practical School «New in Knowledge of Ore Formation Processes. — Moscow, IGEM RAS, 2018. P. 156 – 159 [in Russian].Каргин А. В., Носова А. А., Сазонова Л. В. и др. Состав ильменита как индикатор условий формирования промышленно-алмазоносных и безрудных кимберлитов Архангельской алмазоносной провинции / Петрология. 2020. Т. 28. № 4. С. 341 – 369. DOI: 10.31857/S0869590320040056Kargin A. V., Nosova A. A., Sazonova L. V., et al. Ilmenite from the Arkhangelsk Diamond Province, Russia: Composition Origin and Indicator of Diamondigecous / Petrologiya. 2020. Vol. 28. N 4. P. 315 – 337. DOI: 10.1134/S0869591120040050Носова А. А., Дубинина Е. О., Сазонова Л. В. и др. Геохимия и изотопный состав кислорода оливинов из кимберлитов Архангельской провинции (Россия): вклад мантийного метасоматоза / Петрология. 2017. Т. 25. № 2. С. 135 – 167. DOI: 10.7868/S086959031701006XNosova A. A., Dubinina E. O., Sazonova L. V., et al. Geochemistry and oxygen isotopic composition of olivine in kimberlites of the Arkhangelsk province: contribution of mantle metasomatosis / Petrologiya. 2017. Vol. 25. N 2. P. 150 – 180. DOI: 10.1134/S0869591117010064Сергеев С. А., Пушкарев Ю. Д., Лохов К. И., Сергеев Д. С. Обзор современных методов изотопной геохронологии (составная часть Геохронологического Атласа). — Санкт-Петербург, 2015. — 31 с.Sergeev S. A., Pushkarev Yu. D., Lokhov K. I., Sergeev D. S. Overview of modern methods of isotopic geochronology (an integral part of the Geochronological Atlas). — St. Peterburg, 2015. — 31 p. [in Russian].Filina M. I., Sorokina E. S., Botcharnikov R., et al. Corundum Anorthosites-Kyshtymites from the South Urals, Russia: A Combined Mineralogical, Geochemical, and U-Pb Zircon Geochronological Study / Minerals. 2019. N 9. P. 234. DOI: 10.3390/min9040234Filina M. I., Sorokina E. S., Botcharnikov R., et al. Corundum Anorthosites-Kyshtymites from the South Urals, Russia: A Combined Mineralogical, Geochemical, and U-Pb Zircon Geochronological Study / Minerals. 2019. N 9. P. 234. DOI: 10.3390/min9040234Elmaleh E., Schmidt S. T., Karampelas S., et al. U-Pb ages of zircon inclusions in sapphires from Ratnapura and Balangoda (Sri Lanka) and implications for geographic origin / Gems Gemol. 2019. Vol. 55. N. 1. P. 18 – 28. DOI: 10.5741/GEMS. 55.1.18Elmaleh E., Schmidt S. T., Karampelas S., et al. U-Pb ages of zircon inclusions in sapphires from Ratnapura and Balangoda (Sri Lanka) and implications for geographic origin / Gems Gemol. 2019. Vol. 55. N. 1. P. 18 – 28. DOI: 10.5741/GEMS. 55.1.18Muhlmeister S., Fritsch E., Shigley J. E., et al. Separating natural and synthetic rubies on the basis of trace-element chemistry / Gems. Gemol. Summer 1998. Vol. 34. N 2. P. 80 – 101.Muhlmeister S., Fritsch E., Shigley J. E., et al. Separating natural and synthetic rubies on the basis of trace-element chemistry / Gems. Gemol. Summer 1998. Vol. 34. N 2. P. 80 – 101.Rege S., Jackson S., Griffin W. L., et al. Quantitative trace-element analysis of diamond by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2005. Vol. 20. N 7. P. 601 – 611. DOI: 10.1039/b501374gRege S., Jackson S., Griffin W. L., et al. Quantitative trace-element analysis of diamond by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry / J. Anal. At. Spectrom. 2005. Vol. 20. N 7. P. 601 – 611. DOI: 10.1039/b501374gFraeser D. J., Watt F., Grime G. W., Tacacs J. Direct determinations of strontium enrichment on grain boundaries in a garnet lherzolite xenolith by proton microprobe analysis / Nature. 1984. Vol. 312. P. 352 – 354.Fraeser D. J., Watt F., Grime G. W., Tacacs J. Direct determinations of strontium enrichment on grain boundaries in a garnet lherzolite xenolith by proton microprobe analysis / Nature. 1984. Vol. 312. P. 352 – 354.Lung-Chuan K., Essene E. J. Petrology of spinel harzburgite xenoliths from the Kishb Plateau, Saudi Arabia / Contrib. Mineral. Petrol. 1986. Vol. 93. N 3. P. 335 – 336.Lung-Chuan K., Essene E. J. Petrology of spinel harzburgite xenoliths from the Kishb Plateau, Saudi Arabia / Contrib. Mineral. Petrol. 1986. Vol. 93. N 3. P. 335 – 336.Петров Т. Г., Ляпичев И. Г., Суслов Г. И., Книзель А. А. Межзеренное вещество в ксенолите шпинелевого лерцолита / Записки РМО. 1993. Ч. 122. № 2. С. 138 – 144.Petrov T. G., Lyapichev I. G., Suslov G. I., Knizel’ A. A. Intergrain matter in spinel lercolyte xenolith / Zap. RMO. 1993. Part 122. N 2. P. 138 – 144 [in Russian].Хубанов В. Б., Буянтуев М. Д., Цыганков А. А. U-Pb Изотопное датирование цирконов из PZ3-MZ магматических комплексов Забайкалья методом магнитно-секторной масс-спектрометрии с лазерным пробоотбором: процедура определения и сопоставление с SHRIMP данными / Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 1. С. 241 – 258. DOI: 10.15372/ GiG20160113Khubanov V. B., Buyantuev M. D., Tsygankov A. A. U-Pb dating of zircons from PZ3-MZ igneous complexes of Transbaikalia by sector-feld mass spectrometry with laser sampling: technique and comparison with SHRIMP data / Geol. Geofiz. 2016. Vol. 57. N 1. P. 241 – 258. DOI: 10.15372/GiG20160113Abduriyim A., Kitawaki H. Applications of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) to gemology / Gems Gemol. 2006. Vol. 42. N 2. P. 98 – 118.Abduriyim A., Kitawaki H. Applications of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) to gemology / Gems Gemol. 2006. Vol. 42. N 2. P. 98 – 118.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.