高温高圧下における金属珪酸塩パーティション化：実験方法と非常に親鉄元素介在物を抑制するためのプロトコル

本手順の全体的な目的は、高親鉄元素の金属融体とシリコン融体間における分配を決定することです。これは、まず合成シリコン融体と金属出発物質を調製することによって達成されます。高親鉄元素は、金コーティングされたビーズ、あるいは白金、イリジウム、鉄の中心混合物として導入され、シリコン融体からHSCsを物理的に分離するか、または強力な還元剤を導入することで処理されます。

化学分析を困難にする金属相の形成は回避可能です。第2のステップは、グラファイト試料カプセルにまず金属を、次にケイ酸塩の出発原料を充填し、重力的に安定した配置にすることです。次に、試料構成部品の組み立てを完了させ、状況に応じてピストンシリンダー装置またはマルチアンビル装置のいずれかに装填します。

最終ステップとして、試料に加圧し、その後目的の温度まで加熱します。平衡状態に達するのに十分な時間が経過した後、抵抗加熱器への電源を切断して試料を急冷します。最終的に、レーザーアブレーション誘導結合プラズマ質量分析法を用いて、シリコン融液中の微量元素濃度を測定します。金属介在物の抑制が行われない高圧法と比較した本手法の主な利点は、曖昧さが回避され、特定のcphi元素の分析が可能になることです。

シリコン融液には、シリコン出発物質としてバルチック組成を用います。脱重合しやすい組成はガラス状に急冷することが困難であるため、必要な量の成分酸化物または炭酸塩粉末を量り取り、アゲート乳鉢に入れて、鉄分が含まれない状態で混合します。約4gを量り取れば、一連の広範な実験に十分な出発物質が得られるはずです。

粉末が浸るまでアゲート乳鉢にエタノールを加えます。次に、アゲート乳棒を用いて少なくとも2時間研磨し、混合物の組成と粒径を均一にします。十分に均質化した後、乳鉢を250 Wのヒートランプの下、約20 cmの距離に設置します。

粉末混合物が乾燥するまで（20〜60分かかる場合があります）、待ち、その後、混合物を脱炭酸するためにIlluminaまたはMaite製のるつぼに移します。粉末混合物を入れたるつぼを室温のボックス電気炉に入れ、3〜5時間かけて1,273 Kelvinまで昇温させます。その後、混合物を1,273 Kelvinの炉内に一晩保持します。

得られた玄武岩粉末を、サンプルカプセルへの充填準備が整うまでデシケーター内で保存します。金コーティングビーズ、または白金・イリジウムと鉄の中心混合物の形態による強好酸性元素源材料の調製については、テキストプロトコルを参照してください。グラファイトサンプルカプセルに、まず強好酸性元素源材料を挿入し、次にカプセルがいっぱいになるまで合成玄武岩粉末を加えて充填します。

重心を安定させた配置を用いることで、実験中の転倒の可能性を最小限に抑え、機械的な作用による金属相の分散を防ぐことができます。試料カプセルを保持するために設計された空洞の底部に、少量の乾燥酸化マグネシウム粉末を配置します。これにより、穴あけ時に形成されたテーパー面が平坦になり、その結果、テキストプロトコルに示されているように、以前に作成したすべてのコンポーネントを組み立てた後の試料圧縮時に、カプセルに亀裂を入れる可能性のあるせん断力が軽減されます。アセンブリの周囲に厚さ 30 micron の鉛箔を巻き付け、箔の一部を、露出した下部炭酸バリウムスリーブの端に折り返して覆います。

アセンブリを、ベースプラグとともに内径 12.7 millimeter の超硬合金製圧力容器に挿入し、圧力容器とベースプレートを油圧ラムの間に配置します。次に、外径 1.6 millimeter の 4 孔硬焼アルミナ管を用いて、C 型熱電対を作製します。アルミナ管は、上プレートの上面から約 1〜2 millimeter 突出する十分な長さにする必要があります。

両方のワイヤ組成物をチューブの隣接する穴に通します。端を180度回転させ、ワイヤが交差するように反対側の穴に固定します。熱電対をトッププレート経由でアセンブリに挿入し、接合部がサンプルの直上に来るようにします。

熱電対ワイヤの残りの部分を柔軟なテフロンチューブで絶縁し、端の10～20 millimeter分を露出させておきます。トッププレートとアッパーラムの間に必要なメタルスペーサーを配置します。組み立て時に、圧力容器の直上およびアセンブリの頂部とアッパーラムの間にマイラーシートを配置します。

これらのシートは、試料加熱回路を装置の他の部分から電気的に絶縁します。4つの穴が開いた硬質焼成イルミナチューブを用い、2本の電線をチューブの隣接する穴に通し、端を180度回転させて反対側の穴に固定することで、C型熱電対を作成します。電線の残りの部分は、短いイルミナチューブとテフロン絶縁材で絶縁し、端に10〜20 mmの裸線を残します。

テキストプロトコルに記載されている通り、溝を切り込む前に、ジルコニアスリーブとグラファイトヒーターを正八面体に挿入します。次に、熱電対を正八面体上部に挿入し、Illuminaカバーアームを溝に配置します。ジルコニアセメントを使用して熱電対周囲の空隙を埋め、乾燥させます。

熱電対の接点をグラファイトカプセルから絶縁するため、露出した電線が覆われるまで、正八面体の底部から酸化マグネシウム粉末を加えます。通常、露出した電線を囲むには50 milligrams未満の粉末で十分です。

粉末を隙間なく詰めるため、ドリルブランクを使用して緩んだ粉末を突き固めます。あらかじめ調製した試料材料をグラファイトカプセルに充填し、開口側から正八面体（オクタヘドロン）内に配置します。Illuminaプラグを挿入し、4つのタングステンカーバイドキューブ上での正八面体の組み立てを完了させます。

ポリ酢酸ビニルを用いて、立方体の切り欠かれた角に隣接する3つの面に、短いバルサ材を接着します。各面において、バルサ材を切り欠かれたエッジの対角にある四分面に配置します。各バルサ材のサイズは、高さと幅が約4.4 millimeters、長さが9 millimetersとなります。

ここに示す正八面体のサイズにするには、4つの立方体を組み立てて正方形を作ります。平面図では、木片が付いているものが2つ、付いていないものが2つ見えるように配置してください。切り落とされた辺が正方形の中心を向くように方向を合わせます。

正八面体を立方体の中心に配置し、切り落とされたエッジで支持されるようにします。次に、熱電対アームを、正方形の反対側の角から出るように角度を調整します。残りのタングステンカーバイド立方体を配置して、中心にOktaヒーターがある立方体を形成します。その際、木製部品が付いている立方体が、木製スペーサーのない上部の立方体の上に載るようにしてください。

次に、Sano ACRL型接着剤を用いて、組み立てた立方体の各面に厚さ約0.5 mmのG 10シートの正方形を接着します。30 mmの超硬合金製立方体を使用する場合は、55 mm × 55 mmのG 10シートを使用してください。2つの超硬合金製立方体には、抵抗加熱器に接触するための切り欠きがあり、これにより、これらの立方体に接触するシートのための電気加熱回路の一部が形成されます。2本の狭いスリットを切り、第1段と第2段の間の接点となるように銅箔を配置します。

次に、0.076 mm厚のマイラーをテキストプロトコルに示された寸法に2枚切り出し、乾燥PTFE潤滑剤でコーティングします。切り出したシートの1枚をリング内に配置し、下段の第1段階アンビルを挿入します。このアンビル自体も0.076 mm厚のマイラーで裏打ちされ、PTFE潤滑剤でコーティングされています。下段のアンビルは、回の間の測定時もそのまま配置しておくことができます。

組み立てたキューブを一段目のアンビル下部セットに配置し、圧力モジュールから出ているバランス調整済み熱電対線に熱電対アームを接続します。2枚目のプリカットMylarシートをリテイニングリングに配置し、一段目のアンビル上部セットを挿入します。上部セットは下部セットと同様に、Mylarを背面に配置し、同様に潤滑処理しておく必要があります。この構成により、一段目のアンビルとリテイニングリングの間で、潤滑されたMylar同士の接触が形成されます。

これにより、単一のMylarシート構成と比較して、ラムの推力摩擦による損失が約30%減少します。試料を必要圧力まで加圧した後、加熱ステップにおいて目的の保持温度に達するまで毎分100 kelvinの速度で加熱します。この際、ケイ酸塩ガラスへのオイル汚染を最小限に抑え、低酸素度を維持するために、試料RAM内のオイル量を調整する必要がある場合があります。高cphi元素の溶解度実験は、時間経過に伴う不均質性の存在によって最も容易に識別されます。

分解されたLA I-C-P-M-Sスペクトル。この不均一性は、包有物を含む部分と包有物自体の異なる割合でのアブレーションに起因する、スペクトル内のピークとトラフとして現れます。フリーガラスの表示例です。

比較のため、金属インクルージョンの形成を防ぐ手法を用いていない白金溶解実験の時間分解スペクトルをここに示します。また、本ビデオで概説した手法を用いて合成されたATEラン生成物の代表的な時間分解スペクトルも表示しています。これらのスペクトルの虚数成分は、実験ラン生成物のATE部分に分散したHSEインクルージョンが存在しないことを示しています。

ルテニウムスペクトルの均質性は、本アプローチが、同様の還元条件下で実施された従来のルテニウム溶解度実験で見られた金属インクルージョンの形成を回避することにも成功していることを示唆しています。このビデオを視聴することで、PIs、シリンダー、およびマルチアンブル装置を用いた金属相分配実験の準備ができるようになります。記載の方法で出発物質を調製することで、高親親水性元素の実験において分散した金属インクルージョンの発生を回避することが可能です。