TÖMEGSPEKTROMÉTEREK SZEREPE A FÖLDTUDOMÁNYBAN Palcsu László MTA Atommagkutató Intézet (Atomki) Környezet- és Földtudományi Laboratórium, Debrecen
Miről lesz szó? - Előzmények - Meglévő, hamarosan beszerzendő specifikus tömegspektrométerek sajátosságainak bemutatása
Az atomok tömegei a hidrogén tömegének egész számú többszörösei William Prout (1785 1850) Az atomok moláris tömegei a hidrogén moláris tömegének NEM egész számú többszörösei Francis W. Aston (1877 1945)
Tömegspektrumot kellene képezni! Tömegspektro/GRÁF/SZKÓP Joseph John Thomson (1785 1850)
Tömegspektrumot kellene képezni! Tömegspektro/GRÁF/SZKÓP: Ezek a berendezések olyan műszerek, amelyek az egyes részecskéket tömegük alapján különböztetik meg. Mindhárom műszer alapja az, hogy a beléjük eresztett elemeket ionizálják, majd pedig az egyes ionokat fajlagos tömegük (= tömeg/töltés) alapján szeparálják egymástól. Joseph John Thomson (1785 1850) A szeparált ionok detektálása azonban eltérő a háromféle műszer esetén. Tömegspektrográf: Tömegspektroszkóp: Tömegspektrométer: fotolemez fluoreszkáló képernyő elektronikus mérőeszköz (detektor)
Tömegspektrométerek felépítése Elektronika Ionforrás Vákuum Analizátor Vákuum Detektorok -Elektronbombázás -Ion-atom ütközés -termikus ionforrás -ICP -Mágneses eltérítés -Kvadrupól -Time-of-flight -Faraday-kalitka -Elektronsokszorozó
Elektronbombázásos ionforrás
ICP ionforrás
Cézium-bombázásos ionforrás
Tömegspektrométerek felépítése Elektronika Ionforrás Vákuum Analizátor Vákuum Detektorok -Elektronbombázás -Ion-atom ütközés -termikus ionforrás -ICP -Mágneses eltérítés -Kvadrupól -Time-of-flight -Faraday-kalitka -Elektronsokszorozó
Tömegspektrométerek felépítése U = I R U q = ½ m v 2
Tömegspektrométerek felépítése: kvadrupól tömegspektrométer
K/Ar tömegspektrométer Gyorsítófeszültség: 2 kv ( 40 Ar: 49 km/s) Háttér: 40 Ar 7*10-10 ccstp (<0,1 ezred mm 3 levegő) 40 Ar/ 36 Ar reprodukálhatósága: 0,8% Érzékenység: 1,35*10-4 A/mbar Kimutatási határ ( 36 Ar): 7*10-11 ccstp (3 femto-mol, 2 milliárd darab)
Új argonmérő tömegspektrométer
Stabilizotóp-aránymérő mérő tömegspektrométer (Hertelendi Ede féle)
Stabilizotóp-aránymérő mérő tömegspektrométer (Hertelendi Ede féle) d 2 H, δ 13 C, d 15 N, d 18 O, d 34 S
Stabilizotóp-aránymérő tömegspektrométer: Delta PLUS XP - Pontosság: 0,05-2!!! - 5 féle elem - Sokféle anyag
Clumped isotope tömegspektrométer (+Kiel-IV): MAT-253-plus (2017-ben, MTA Atomki, GINOP) - 13 C 18 O 16 O/ 12 C 16 O 2 arány - 5*10-5 - Pontosság: jobb mint 0,01 (0,1 ε-unit) - 10 8-10 12-10 13 Ω-os ellenállású Faraday-kalitkák
A legmodernebb gyorsítós tömegspektrométer (AMS) 14 C gyorsítós tömegspektrométer 14 C mérésre: MICADAS (AMS), MICADAS (MIni radiocarbon DAting System) 2011 ISOTOPTECH-ATOMKI
A legmodernebb gyorsítós tömegspektrométer (AMS) 14 C mérésre: MICADAS +200 kv még 820 km/s Nitrogén felhő, töltéscsere +200 kv pozitív C ionok még 820 km/s -40 kv negatív C ionok ( 14 N kiküszöbölve) 360 km/s 440 kv pozitív C ionok 1200 km/s MIni radiocarbon DAting System: (ETHZ Zürich, CH Vitalea Science, USA)
Ahogy 12 C-nyaláb áthalad a nitrogénfelhőn másodpercenként 12-szer A legmodernebb gyorsítós tömegspektrométer (AMS) 14 C mérésre: MICADAS
Baradla-barlangi cseppkövek 28,87 pmc 29,26 pmc <0,25 pmc 350 mm 25,15 pmc 21,77 pmc 19,16 pmc 0,56 pmc 456 mm <0,24 pmc
Nemesgáz tömegspektrométer: VG5400 - Folyamatosan getterezett (alacsony HD-H 3 szint) - 1730 cm 3 - Nagy felbontás (600 a 3 He-nál) - Érzékeny elektronsokszorzó
Hélium fluoritokban és karbonátos kőzetekben (Czuppon et al. 2014)
Szeged környéki felső-pleisztocén víztartó
A víztartó Ny-K-i metszete
Nemesgáz-eredmények
Dél-alföldi vizek nemesgáz-hőmérsékletei a 14 C- tartalom függvényében 16 14 12 12,4 C NGT ( C) 10 8 6 9,1 ± 0,8 C 4 3.3 C 2 0 0 5 10 15 20 25 30 14 C (pmc)
NGT a vízben oldott inorganikus szén radiokarbon korának függvényében
Új nemesgáz-tömegspektrométer: Helix SFT (2017-ben, Isotoptech Zrt., vállalati GINOP)
ICP-MS (Agilent 8800 Triple Quad)
ICP-MS (Agilent 8800 Triple Quad)
Példa ütközési cella előnyére
A cirkon kristályok lézer ablációja 25000 20000 B e ü té sszá m 15000 10000 5000 0 25 30 35 40 45 Idő, s Mérési eredmények 40 μm
A kor eredmények kiszámítása 0.10 600 Ma 0.08 206 238 Pb/ U 0.06 0.04 400 Ma ~320 Ma 0.02 200 Ma 0.00 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 207 235 Pb/ U Szalatnak-3 fúrás 1962 (Mecsek, 515 m) Rb-Sr kor 330-320 millió év
Képalkotás lézer ablációs technikával 1 cm 4 cm
Képalkotás lézer ablációs technikával
Képalkotás lézer ablációs technikával
MC-ICP MS: Neptune-plus (2017-ben, MTA Atomki, GINOP) - U/Th kormeghatározás - U/Pb kormeghatározás - Nem-konvencionális izotóparányok (pl. 87 Sr/ 86 Sr, δ 56 Fe)
100 μm Köszönöm a figyelmet!