Het protocol beschrijft een methode voor het zuiveren en scheiden van de u en de nuclide in onderzeese hydrothermische sulfide monster met Fe co-neerslag en extractie chromatografie voor 230th-U verstoorde evenwicht dating.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Scheiding van uranium en thorium voor 230th-U daterend uit onderzeese hydrothermische sulfiden
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De leeftijd van een onderzeese hydrothermische sulfide is een belangrijke index voor het inschatten van de grootte van hydrothermische ertsafzettingen. Uranium en thorium isotopen in de monsters kunnen worden gescheiden voor 230th-U dating. Dit artikel presenteert een methode om te zuiveren en scheiden u en th isotopen in onderzeese hydrothermische sulfide monsters. Na deze techniek kunnen de afgescheiden u en de th-fracties voldoen aan de meetvoorschriften door multi-Collector inductief gekoppelde plasma massaspectrometrie (MC-ICPMS). De leeftijd van het hydrothermische sulfide monster kan worden berekend door de huidige activiteitverhoudingen van 230Th/238u en 234u/238u te meten. Een super schone kamer is noodzakelijk voor dit experiment. Gereinigde regenten en benodigdheden worden gebruikt om de verontreiniging tijdens de monster processen te verminderen. Balans, kookplaat en centrifuge worden ook gebruikt. Het sulfide monster wordt gepoederd voor analyse en er wordt minder dan 0,2 g monster gebruikt. Kort, het monster wordt gewogen, opgelost, toegevoegd aan 229Th-233u-236u dubbele Spike oplossing, Fe co-neergeprecipiteerd, en gescheiden op een anion-uitwisseling hars extractie kolom. Ongeveer 50 ng U wordt verbruikt voor 230th-U dateren van sulfiden monster door MC-ICPMS.
Inleiding
Onderzeese hydrothermische sulfiden zijn een gestage bron van metalen zoals ijzer, koper, zink en lood. Ze worden ook gezien als economisch levensvatbare middelen van zilver en goud. De locatie en de grootte van de deposito's zijn een record van de geschiedenis van hydrothermale ontladingen op de zeebodem. Het dateren van een hydrothermische sulfide kan belangrijke informatie verschaffen over het vormings-en wijzigings mechanisme van de sulfide erts storting, de maritieme activiteit van de zeebodem en de groeisnelheid van grote sulfide deposito's1,2 , 3. 238u-234u-230th verstoorde evenwicht dating is een effectieve isotopen methode van leeftijdsbepaling voor hydrothermische sulfiden4,5,6,7, 8,9,10,11,12, waar de zuivering en scheiding van u en th-isotopen noodzakelijk is. Deze tekst beschrijft een protocol voor u en de scheiding van isotopen en 230th-U dateren van sulfiden monster door MC-ICPMS.
Geologische materialen die u en de th zijn blijven gedurende enkele miljoenen jaren en een staat van seculier evenwicht tussen alle nucliden in de radioactieve reeks is gevestigd. Een combinatie van chemische oplosbaarheid en nucleaire terugslag factoren creëert echter vaak een evenwicht, waarbij de leden van de serie Decay van elkaar worden gescheiden door middel van processen zoals depositie, transport en verwering. Bijvoorbeeld, wanneer een sulfide storting wordt gevormd, de staat van 238u, 234u en 230th is van evenwicht, en de lange levensduur 238u geleidelijk verval naar korte levensduur 234u en 230vervolgens. Ervan uitgaande dat (i) het systeem gesloten blijft met betrekking tot u en de isotopen, en (II) het initiële bedrag van 230th en 232th opgenomen in sulfide monsters is nul, is het mogelijk om de tijd van depositie te bepalen door het meten van de huidige activiteitsverhoudingen van 230Th/238u en 234u/238u. De aanvankelijke hoeveelheid th is echter niet nul in het monster, en we gaan ervan uit dat de eerste 230th/232th atomaire ratio 4,4 ± 2,2 x 10-6is. Het toepasselijke dating bereik van deze methode is ongeveer ~ 10-6 x 105 jaar13,14. Echter, het grote verschil tussen de overvloed van uranium en thorium maakt meting uitdagend. Vandaar, het is zeer belangrijk om een chemische procedure voor U-th dating door MC-ICPMS vast te stellen.
In de afgelopen 30 jaar concentreerden de meeste studies zich op meer metingen van carbonaat materialen14,15,16,17 en minder op sulfide deposito's11,12,18 ,19. Alfa-partikel telmethoden zijn van oudsher gebruikt voor de studie van 230th/238U verstoorde evenwicht van onderzeese hydrothermische sulfiden1. De analytische onzekerheid van 5-17% is echter een beperkende factor die van invloed is op de nauwkeurigheid van de bepaling van de leeftijd van sulfiden1,8,9. Deze technieken hebben over het algemeen last van het gebruik van relatief grote kolommen en reagens volumes en de behoefte aan meerdere kolom passen voor zuivering en scheiding van U-th uit een monster. Recente ontwikkelingen in MC-ICPMS hebben de nauwkeurigheid van U-th isotopen metingen (< 5‰ voor leeftijden)14 aanzienlijk verbeterd en hebben de steekproefgrootte (< 0.2 g) die nodig is voor analyse significant verlaagd. In deze werken zijn veel chemische scheidings procedures ontwikkeld en hebben ze uitstekende chemische opbrengsten behaald met een lage chemische achtergrond van12,13.
Hier presenteren we een chemisch gebaseerd protocol om monsters te verkrijgen die voldoende schoon zijn voor MC-ICPMS-analyse. Het is geschikt voor het dateren van hydrothermische sulfide monsters van leeftijd < 6 x 105 jaar14. Met deze techniek kunnen de afgescheiden u en de isotopen fracties voldoen aan de meet vereisten door MC-ICPMS. De leeftijd van het hydrothermische sulfide monster kan worden berekend uit de mate van reageren tussen 230th en 234u en tussen 234u en 238u met behulp van de beschreven activiteit verval vergelijking.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. voorbereiding van het monster, de reagentia en de recipiënten
- Reinig de afzuigkap, de kookplaat en de balans ruimte Bank voor het chemisch experiment met gespoten alcohol of ultrapuur water.
- Bereid sub-gekookte zuren (2 M HCl, 8 M HCl, 7 M HNO3, en 14 m HNO3), schone bekers en alle apparaten voordat monster verwerkt.
Opmerking: sulfide monsters die in deze studie werden gepresenteerd, werden verzameld uit nieuw ontdekte hydrothermale zones in de Zuid-Atlantische Oceaan. In dit proces werd ongeveer 60 mg poeder monster gebruikt. Monster werd verzameld in glazen flesjes en in de monster opbergkast.
2. Weeg de monsters af
- Bereid gereinigde 30 mL perfluoroalkoxy (PFA) bekers. Label tweemaal buiten het bekerglas (om verwijdering te voorkomen).
- Weeg de lege bekers af.
Opmerking: de gebruikte balans is nauwkeurig tot ± 0,0001 g, op voorwaarde dat alle schepen hun statische elektriciteit volledig hebben verwijderd. - Lees het gewicht en noteer het.
- Giet het monster in het bekerglas. Dek af met een deksel en weeg de samples.
Opmerking: het monstergewicht is afhankelijk van de 230th-inhoud. 230 Th-niveau varieert met de U-concentratie en de leeftijd van het monster. In het algemeen is een totaal van 100 ng van totaal U voldoende voor het monster. - Voeg wat (~ 1 mL) ultrapuur water toe met behulp van een fles, spoel de binnenwand af en schud het bekerglas voorzichtig.
Opmerking: Voeg voldoende ultrapuur water toe aan alle samples.
3. Los het monster op en steek het
- Plaats het monster-bevattende bekerglas in de damp afzuigkap.
- Open het deksel van het bekerglas. Voeg met behulp van een pipet 3 mL HNO3 (14 M) of Aqua Regia toe aan het monster.
- Plaats het bekerglas op de kookplaat, stel de temperatuur van de kookplaat in op 170 °C en los het monster volledig op.
Opmerking: als er nog steeds onoplosbare stoffen in de oplossing zitten, voeg dan 12 M HCl, 22,6 M HF en 10,6 M HClO4toe en gebruik een gesloten tank met druk om ervoor te zorgen dat monsters volledig worden opgelost. - Laat de oplossing minstens 30 min afkoelen. Voeg 0,1 – 0,3 g 229Th-233u-236u Spike oplossing van bekende activiteit in de oplossing.
Opmerking: over het algemeen is de optimale verhouding van 235u/233u ~ 10 – 20:1 in de gemengde oplossing. - Plaats de oplossing op de kookplaat, stel de temperatuur in op 170 °C en laat deze op de kookplaat staan totdat deze droogt.
Opmerking: verdamping moet langzaam worden uitgevoerd wanneer het monster droogheid benadert. - Los het monster op in 2 druppels HNO3 (0,04 ml, 14 M) en droog het op de kookplaat bij 170 °c.
4. Ferric hydroxide co-neerslag voor U-th
- Bereid de gereinigde 15 mL centrifugebuizen, label en plaats ze in de buis standaard.
Opmerking: Voeg voorzichtig ongeveer 10 mg Fe (III) (FeCl3 in 12 M HCl) toe aan de centrifugale buis als monsters bijna geen Fe bevatten. - Voeg enkele druppels (0,1 mL) van 2 M HCl toe aan het bekerglas. Schud het bekerglas zachtjes en los het monster volledig op.
- Breng elk monster over in een centrifugebuis.
- Voeg enkele druppels ammoniak toe (~ 0,1 mL) totdat het zuur wordt geneutraliseerd; Wanneer de pH 7 – 8 is, verschijnt er een rood bruin precipitaat. u en th-isotopen worden neergeprecipiteerd door de FE (OH)3.
Opmerking: de heldere oplossing bevat ongewenste ionen zoals metalen elementen, mg2 +, No3- en NH4Oh. - Dop de centrifugebuizen. Centrifugeer bij 2.340 x g gedurende 7 min. Gooi de supernatant weg
- Voeg wat ultrazuiver water toe om het precipitaat te wassen. Centrifugeer zoals hierboven en herhaal deze stap twee keer meer.
- Los het precipitaat op met 1,5 mL van 7 M HNO3. Breng het in het bijbehorende bekerglas.
- Voeg 1 druppel HClO4 toe (om organisch materiaal te verwijderen) en droog het op de kookplaat bij 170 °c gedurende ongeveer 30 minuten.
5. bereiding van de anion wissel kolom
- Bereid kleine polytetrafluorethyleen (PTFE) kolommen (~ 2,5 mL kolom grootte) zoals weergegeven in Figuur 1; plaats de frit in elke kolom langzaam onderaan op de Bank.
- Pipet-gereinigde anion-wisselings harsen in de kolommen. Plaats de kolommen op de houder.
- Vul de hele kolom met ultrapuur water. Voeg 1 druppel van 14 M HNO3toe.
Opmerking: deze stap wordt voornamelijk uitgevoerd om de traceer elementen in de kolom te verwijderen. - Voeg 2 kolom volumes (CV) van 7 M HNO3 toe om de sporenelementen te verwijderen. Herhaal deze stap.
Figuur 1: ionen wisselingskolom vullen met anionische wisselingshars. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
6. zuivering en scheiding van u en th-fracties
- Los het monster op in 0,5 mL van 7 M HNO3. Laad het voorzichtig op de kolom.
- Laat de kolom in het bekerglas in de vuilnisbak druppelen.
- Voeg 2 CV en 1 CV van 7 M HNO3 achtereenvolgens toe aan de kolom. Ijzer en andere metalen elementen in het monster worden verwijderd terwijl u en th in deze stap door de hars worden vastgehouden.
- Voeg 2 CV en 1 CV van 8 M HCl in de kolom achtereenvolgens om Elueer thorium Fractie. Verzamel de thorium fractie met een 7 mL met capaciteit gereinigd PFA bekerglas. Voeg 1 druppel HClO4 toe aan het bekerglas en droog de breuk op een kookplaat bij 170 °c gedurende ongeveer 30 minuten.
- Elute uranium fractie uit de hars met 2 CV van 0,1 M HNO3 tweemaal. Vang het eluaat op in het gereinigde PFA bekerglas. Voeg 1 druppel HClO4 toe en droog het op de kookplaat bij 170 °c gedurende ongeveer 30 minuten.
- Bereid en etiket 2 mL capaciteit flesjes.
- Los elk monster op in 1 druppel HNO3 en droog het op de kookplaat bij 170 °c gedurende minder dan 5 minuten tot 0,5 druppel overblijft. Breng ze samen met 0,2 mL van 2% HNO3 + 0,1% HF in de corresponderende flacons voor instrument meting.
Figuur 2: uranium-en thorium fracties van de hydrothermische sulfiden van de onderzeeër. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
7. MC-ICPMS-meting
- Meet de u-en th-fracties die via het bovengenoemde chemisch zuiveringsproces worden verzameld met behulp van een high-resolution MC-ICPMS-instrument.
Opmerking: u en de isotopenverhoudingen kunnen worden verkregen door het instrument te gebruiken door middel van de secundaire Electron multiplier (SEM)21 techniek. De instrument parameters13 staan vermeld in tabel 1. Thorium leeftijd werd berekend met behulp van de volgende vergelijking:
Initiële ratio van 234u tot 238u werd als volgt gemeten:
| Instrument | Parameter | Waarde |
| MC-ICPMS | RF-vermogen | 1325 W |
| Koel gas | 16,00 L min-1 | |
| Hulp gas | 1,78 L min-1 | |
| Monster gas | 1,00 L min-1 | |
| Lage resolutie | 300 ~ 400 | |
| CETAC Aridus II | Monster injectiesnelheid | 50 ~ 60 μL min-1 |
| AR sweep gas | 2 ~ 5 L min-1 | |
| Stikstofgas | 2 ~ 10 mL min-1 | |
| Temperatuur van de sproei kamer | 110 °C | |
| Temperatuur van de membraan oven | 160 °C |
Tabel 1: instrument parameters voor het meten van U-th-isotopen door MC-ICPMS (met gebruikmaking van het instrument vermeld in de tabel van de materialen).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Met behulp van deze Procure, een onderzeese hydrothermische sulfide monster kan volledig worden opgelost. Na dit protocol werd de th-fractie uit het hydrothermische sulfide-monster geellueerd met 8 M HCl. Ondertussen werd de U-Fractie van het hydrothermische sulfide-monster geellueerd met 0,1 M HNO3. u en de fracties werden opgelost in de 2% HNO3 (+ 0,1% HF) oplossing (Zie Figuur 2) en opgeslagen in injectieflacons met 2 ml capaciteit. Het mengsel we...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Er moeten enkele kritische stappen worden gevolgd om het succes van dit protocol te garanderen. Zorg ervoor dat alle operaties worden uitgevoerd in schone chemie ruimte onder de rook afzuigkap met schone luchtcirculatie. Zuivert alle regenten in dit proces van tevoren en reinig het apparaat voor gebruik. Los de monsters volledig op in het proces van het maken van de 7 M HNO3 oplossing die vervolgens wordt geladen op de 7 m HNO3-geconditioneerde harsen. Als er een onoplosbare substantie in het monste...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Deze studie werd financieel gesteund door experimentele technologie innovatie Stichting van het Instituut voor geologie en geofysica, Chinese Academie van Wetenschappen (nr. 11890940), en China Ocean minerale bronnen R & D Association project (No. DY135-S2-2-07).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| AG 1-X8 anion-uitwisselingshars | BIO-RAD | 140-1441 | Scheiding van zeldzame elementen |
| Ammoniak oplossing | Kanto Chemical CO., INC. | 1336-21-6 | Reagens |
| Glasmaatbuisjes | BOTEX | Geen | Staalverzameling |
| Zoutzuur | Sinopharem chemical reagent Co. Ltd | 7647-01-0 | Reagens |
| Fluorwaterstofzuur | EMD Millipore CO. | 7664-39-5 | Reagens |
| Neptune Plus | Thermo Fisher Scientific CO. | Geen | Apparatuur |
| Salpeterzuur | Sinopharem chemical reagent Co. Ltd | 7697-37-2 | Reagens |
| Perchloorzuur | Kanto Chemical CO., INC. | 32059-1B | Reagens |
| Ultrapuur water | Merck Millipore | Geen | Geproduceerd door Mill-Q Advantage-systeem |
| Veegpapier | Kimberley-Clark | 0123-12 | Vegen en schoonmaken |
| 2 ml maatbuisje | Nelgene | 5000-0020 | Staalverzameling |
| 229Th-233U-236U spike | Geen | Geen | Reagens |
| 7 ml PFA beker | Savillex | 200-007-20 | Staalbehandeling |
| 10 ml centrifuge | Nelgene | 3110-1000 | Staalbehandeling |
| 30 ml PFA beker | Savillex | 200-007-20 | Staalbehandeling |
Referenties
- Lalou, C., Brichet, E., Hekinian, R. Age dating of sulfide deposits from axial and off-axial structures on the East Pacific Rise near 12°500N. Earth and Planetary Science Letters. 75 (1), 59-71 (1985).
- Lalou, C., Brichet, E. On the isotopic chronology of submarine hydrothermal deposits. Chemical Geology. 65 (3-4), 197-207 (1987).
- Lalou, C., Reyss, J. L., Brichet, E. Actinide-series disequilibrium as a tool to establish the chronology of deep-sea hydrothermal activity. Geochimica et Cosmochimica Acta. 57 (6), 1221-1231 (1993).
- Lalou, C., et al. New age data for Mid-Atlantic Ridge hydrothermal sites: TAG and Snakepit chronology revisited. Journal of Geophysical Research. 98, 9705-9713 (1993).
- Lalou, C., Reyss, J. L., Brichet, E., Rona, P. A., Thompson, G. Hydrothermal activity on a 105-year scale at a slow-spreading ridge, TAG hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge 26° N. Journal of Geophysical Research. 100 (B9), 17855-17862 (1995).
- Kadko, D. Radio isotopic studies of submarine hydrothermal vents. Reviews of Geophysics. 34 (3), 349-366 (1996).
- Lalou, C., Mu ̈nch, U., Halbach, P., Reyss, J. Radiochronological investigation of hydrothermal deposits from the MESO zone, Central Indian Ridge. Marine Geology. 149 (149), 243-254 (1998).
- Yejian, W., et al. Hydrothermal Activity Events at Kairei Field, Central Indian Ridge 25°S. Resource Geology. 62 (2), 208-214 (2012).
- Yejian, W., et al. Mineralogy and geochemistry of hydrothermal precipitates from Kairei hydrothermal field, Central Indian Ridge. Marine Geology. 354 (3), 69-80 (2014).
- Jun-ichiro, I., et al. Dating of Hydrothermal Mineralization in Active Hydrothermal Fields in the Southern Mariana Trough. Subseafloor Biosphere Linked to Hydrothermal Systems. , 289-300 (2015).
- Takamasa, A., et al. U-Th radioactive disequilibrium and ESR dating of a barite-containing sulfide crust from South Mariana Trough. Quaternary Geochronology. 15 (1), 38-46 (2013).
- Weifang, Y., et al. 230Th/238U dating of hydrothermal sulfides from Duanqiao hydrothermal field, Southwest Indian Ridge. Marine Geophysical Research. 38 (1-2), 71-83 (2017).
- Lisheng, W., Zhibang, M., Hai, C., Wuhui, D., Jule, X. Determination of 230Th age of Uranium-series standard samples by multiple collector inductively coupled plasma mass spectromerty. Journal of China Mass Spectrometry Society. 37 (3), 262-272 (2016).
- Wang, L., et al. U concentration and 234U/238U of seawater from the Okinawa Trough and Indian Ocean using MC-ICPMS with SEM protocols. Marine Chemistry. 196, 71-80 (2017).
- Hai, C., et al. Improvements in 230Th dating, 230Th and 234U half-life values, and U-Th isotopic measurements by multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry. Earth and Planetary Science Letters. , 82-91 (2013).
- Edwards, R. L., Chen, J. H., Ku, T. -L., Wasserburg, G. J. Precise timing of the last interglacial period from mass spectrometric analysis of 230Th in corals. Science. 236 (4808), 1537-1553 (1987).
- Edwards, R. L., Taylor, F. W., Wasserburg, G. J. Dating earthquakes with high precision thorium-230 ages of very young corals [J]. Earth and Planetary Science Letters. 90 (4), 371-381 (1988).
- Hai, C., Jess, A., Edwards, R. L., Boyle, E. A. U-Th dating of deep-sea corals. Geochimica et Cosmochimica Acta. 64 (14), 2401-2416 (2000).
- Ishibashi, J., et al. Dating of Hydrothermal Mineralization in Active Hydrothermal Fields in the Southern Mariana Trough. Subseafloor Biosphere Linked to Hydrothermal Systems. , Springer Japan. 289-300 (2015).
- Jaffey, A. H., Flynn, K. F., Glendenin, L. E., Bentley, W. C., Essling, A. M. Precision measurement of half-lives and specific activities of 235U and 238U. Physical Review C. 4, 1889-1906 (1971).
- Richter, S., Goldberg, S. A., Mason, P. B., Traina, A. J., Schwieters, J. B. Linearity tests for secondary electron multipliers used in isotope ratio mass spectrometry. International Journal of Mass Spectrometry. 206 (1-2), 105-127 (2001).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
