Determination of Elemental Partition Coefficient for Siderophile Elements by Femtosecond Laser Ablation-ICP-Mass Spectrometry

飞秒激光烧蚀-ICP-质谱法测定亲铁元素的元素分配系数

• 批准号: 18204052
• 负责人: HIRATA Takefumi
• 金额: $ 31.45万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18204052/
• 关键词: 同位体; フェムト秒レーザー; ICP質量分析計; 金属試料; 鉱床試料; 局所白金属元素分析; 超高圧実験; 元素分配; 元素イメージング; 質量分析法; フェムトレーザー; 微量元素; 金属元素分配係数; 超高圧

地球や隕石母天体中での金属核(コア)の形成と進化を明らかにするためには、金属元素(親鉄性元素)の分配挙動を調べることが重要となる。そこで本研究では、フェムト秒レーザーを用いた次世代レーザーアブレーション試料導入法を設計・制作するとともに、既存装置である超高感度質量分析法(ICP質量分析法)への結合を行った。フェムト秒レーザーでは、従来のレーザーと比較して5-10万倍のエネルギー密度(W/cm2)が得られるため、金属・半導体試料のような熱拡散速度の速い試料に対しても安定した掘削・エアロゾル化が可能であることがわかった。その一方で、フェムト秒レーザーでは試料のエアロゾル化過程が従来のナノ秒レーザーとは異なることも明らかとなり、従来の試料セルおよびエアロゾル輸送機構では分析元素信号が不安定になるという問題もわかった。本研究ではヘリウムをキャリアーガスとして利用する新型セル形状を設計・製作するとともに、レーザー照射条件の最適化を図り、金属元素からも安定かつ再現性の高い分析データを得ることが可能となった。本研究で開発したレーザー試料導入装置をICP質量分析法に組み合わせ、いくつかの隕石試料から微量元素分析を行い、ケイ酸塩相と金属相間での分配係数を決定した。ニッケル、レニウム、オスミウムに関しては文献値と調和的な値が得られたが、一方でタングステンに関しては隕石間で有意な差があった。これは隕石母天体形成過程で物理化学状態が変化した可能性を示唆する。本研究を通じて得られた研究成果は、4つの国際学会で招待講演として発表し、国内外の研究者から高い評価を受けた。

为了阐明地球和陨石宿主体内金属核的形成和演化，研究金属元素（亲铁元素）的分布行为具有重要意义。因此，在本研究中，我们设计并创建了一种使用飞秒激光器的下一代激光烧蚀进样方法，并将其与现有设备——超灵敏质谱仪（ICP质谱仪）耦合。飞秒激光器可提供比传统激光器高50,000至100,000至100,000倍的能量密度（W/cm2），即使对于金属和半导体样品等热扩散率较高的样品也能进行稳定钻孔 - 研究发现可以实现气雾化。另一方面，也揭示了飞秒激光样品的气雾化过程与常规纳秒激光器不同，并且还发现常规样品池和气溶胶传输机制导致分析元素信号不稳定。在这项研究中，我们设计并制造了一种使用氦气作为载气的新池形状，并优化了激光照射条件，使得即使对于金属元素也能获得稳定且高度重现性的分析数据。我们将本研究开发的激光进样装置与ICP质谱联用，对多个陨石样品进行微量元素分析，并测定了硅酸盐和金属相之间的分配系数。发现镍、铼和锇的值与文献值一致，但对于钨，陨石之间存在显着差异。这表明陨石母体的物理化学状态可能在形成过程中发生了变化。该研究取得的研究成果在四次国际学术会议上作为特邀报告，受到国内外研究人员的高度评价。

项目成果

Isotopic Analysis of Calcium in Blood Plasma and Bone from Mouse Samples by Multiple Collector-ICP-Mass Spectrometry

• DOI: 10.2116/analsci.24.1501
• 发表时间: 2008-11
• 期刊: Analytical Sciences
• 影响因子: 1.6
• 作者: T. Hirata;M. Tanoshima;Akinobu Suga;Yu-Ki Tanaka;Y. Nagata;A. Shinohara;M. Chiba

Phase relations of iron and iron-nickel alloys up to 300 GPa ; Implications for the composition and the structure of the Earth's inner core

高达 300 GPa 的铁和铁镍合金的相关系；

• 发表时间: 2008
• 期刊: Earth and Planetary Science Letters
• 影响因子: 5.3
• 作者: Kuwayama;Y.;Hirose;K.;Sata;N.;Ohishi;Y.
• 通讯作者: Y.

レーザーアブレーションにおける試料再沈着と元素分別について

关于激光烧蚀中的样品再沉积和元素分离

• 发表时间: 2006
• 作者: J.S. Green;K.L. Lancaster;K.U. Akli;C.D. Gregory;F.N. Beg;S.N. Chen,D. Clark;R.R. Freeman;S. Hawkes;C. Hernandez-Gomez;H. Habara;R. Heathcote;D.S. Hey;K. Highbarger;M.H. Key;R. Kodama;K. Krushelnick;I. Musgrave;H. Nakamura;M. Nakatsutsum;平田岳史
• 通讯作者: 平田岳史

西南日本外帯,熊野酸性岩類に含まれる赤色・無色・灰濁色ジルコンのU-Pb年代および微量元素組成と珪長質マグマの成因

日本西南部外围地区熊野酸性岩中红色、无色、灰色锆石的U-Pb年龄和微量元素组成及长英质岩浆的成因

• 发表时间: 2007
• 期刊: 地質学雑誌 113(印刷中)
• 作者: Uemura;K.;折橋裕二(他4名)
• 通讯作者: 折橋裕二(他4名)

Sclerite formation in the fudrotherma-vent "scaly-foot" gastropod-possible control of iron sufide biomineralization by the animal

Fudrotherma中的骨片形成-排气口“鳞足”腹足动物可能控制硫化铁生物矿化

• 发表时间: 2006
• 期刊: Earth. PLanet. Sci. Lett. 242
• 作者: Y.Suzuki;R.E.Kopp;T.Kogure;A.Suga;K.Takai;S.Tsuchida;N.Ozaki;K.Endo;J.Hashimoto;Y.Kato;C.Mizota;Takafumi Hirata;H.Chiba;K.H.Nealson;K.Horikoshi;J.L.Lirschvink
• 通讯作者: J.L.Lirschvink