Use and limitations of laser ablation ICP-MS in geoscience applications

Abstract

This dissertation contributes to applications of laser ablation plasma source mass spectrometry (LA ICP-MS) in Earth sciences. The primary goal of the thesis is to address some of the fundamental processes related to laser ablation of solid samples that result in decoupling of elements during laser ablation ICP-MS analysis. Better understanding of mechanisms that cause the elemental fractionation and matrix effects is necessary before the accuracy and precision of laser ablation ICP-MS analyses can be improved. The chemical and phase compositions of particles produced by laser ablation (266 nm Nd:YAG) of silicate NIST glasses and zircon were studied by SIMS and HR-TEM techniques with a particular focus on Pb/U fractionation. This is of great importance in geology as the Pb/U elemental fractionation hampered the precision and accuracy of the measured accessory mineral ages. The data suggest that chemical composition and mineralogy of particles produced at the ablation site during laser ablation differs from the original sample and varies with their size. This can result in elemental fractionation (non-stochiometric sampling) in material delivered to the ICP-MS for quantitative analysis. Evidence of the element fractionation is preserved in chemically zoned ejecta deposited around the ablation pit....

Tato disertace se věnuje aplikaci laserově ablační plazmové hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (LA ICP-MS) v geologických vědách. Jejím cílem bylo prozkoumat vliv frakcionace a složení matrice na přesnost a správnost analýz pro některé geologicky významné aplikace LA ICP-MS a připsat tyto vlivy některému ze základních procesů souvisejících s laserovou ablací pevných látek, které vedou k oddělení jednotlivý složek původně homogenní směsi v průběhu samotné analýzy. Lepší pochopení mechanismů, které způsobují prvkovou frakcionaci a matricové efekty, je nezbytné pro dosažení požadované přesnosti a správnosti při analýze geologických vzorků metodou LA ICP-MS. Chemické a fázové složení částic aerosolu vzniklého laserovou ablací (266 nm Nd:YAG) silikátového skla NIST 610 a zirkonu bylo studováno pomocí hmotové spektrometrie sekundárních iontů (SIMS) a transmisní elektronové mikroskopie (TEM) s důrazem na frakcionaci poměru Pb/U. Tento poměr je v geologii významný pro určování stáří akcesorických minerálů a jeho frakcionace v průběhu analýzy nepříznivě zkresluje přesnost a správnost datování těchto minerálů. Výsledkem této studie bylo zjištění, že během bodové analýzy se výrazně mění jak velikost částic, tak i jejich fázové a chemické složení jak ve vztahu ke složení původního vzorku,...