Metal-silicaat Partitioning bij hoge druk en temperatuur: experimentele methoden en een protocol bij Highly onderdrukken Siderophile Element Inbegrepen

Het algemene doel van deze procedure is het bepalen van de partitie van sterk siderofiele elementen tussen metaal- en silicoonsmelten. Dit wordt bereikt door eerst een synthetische silicoonsmelt en metaalstartmateriaal voor te bereiden. Sterk acidofiele elementen worden geïntroduceerd als goudgecoate kralen of gecentreerde mengsels van platina, iridium en ijzer, door HSC's fysiek te scheiden van de silicoonsmelten of door een sterk reduceermiddel toe te voegen.

De vorming van metaal-oxiden die de chemische analyse bemoeilijken, kan worden voorkomen. De tweede stap is om een grafieten monsterkapsel eerst te vullen met het metaal en vervolgens met de silicaatstartmaterialen, zodat deze in een gravitatie-stabiele configuratie aanwezig zijn. Voltooi daarna de volledige assemblage van de monstercomponenten en plaats deze in een zuigercilinder of een multi-aambeeldapparaat, afhankelijk van wat passend is.

De laatste stap is het onder druk zetten van het monster en het vervolgens verhitten tot de gewenste temperatuur; nadat er voldoende tijd is verstreken om een evenwicht te bereiken, wordt het monster gesmoord door de stroomtoevoer naar de weerstandsverwarming te onderbreken. Uiteindelijk wordt laserablatie-inductief gekoppeld plasmamassaspectrometrie gebruikt om de sporenelementconcentraties in het gesmolten silicone te meten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van hogedrukmethoden die metaalinsluitingen niet onderdrukken, is dat ambiguïteit en de analyse van bepaalde cphi-elementen worden vermeden.

Bij het siliciumsmelt wordt een Baltische samenstelling gebruikt als startmateriaal voor het silicone. Aangezien samenstellingen met een sterkere neiging tot depolymerisatie moeilijk tot glas te koelen zijn, worden de gewenste hoeveelheden van de component-oxiden of carbonaatpoeders afgewogen en in een agaatvijzel toegevoegd voor een ijzervrije menging. Het afwegen van ongeveer vier gram zou voldoende startmateriaal moeten opleveren voor een uitgebreide reeks experimenten.

Voeg ethanol toe aan de agaatvijzel tot de poeders zijn ondergedompeld. Maal vervolgens gedurende ten minste twee uur met een agaatstamper om zowel de samenstelling als de korrelgrootte van het mengsel te homogeniseren. Plaats de vijzel, zodra deze volledig is gehomogeniseerd, onder een warmtelamp van 250 watt op een afstand van ongeveer 20 centimeter.

Nadat het poedermengsel is opgedroogd, wat 20 tot 60 minuten kan duren, wordt het overgebracht naar een Illumina- of Maite-kroes om het mengsel te decarbonateren. Plaats de kroes met het poedermengsel in een moffeloven op kamertemperatuur en verhit deze gedurende drie tot vijf uur tot 1 273 Kelvin. Laat het mengsel gedurende de nacht in de oven op 1 273 Kelvin staan.

Bewaar het resulterende basaltpoeder in een desiccator totdat de monstercapsule geladen kan worden. Raadpleeg het tekstprotocol voor de bereiding van het sterk acidofiele elementbronmateriaal in de vorm van goudgecoate kralen of gecentreerde mengsels van platina-iridium en ijzer. Laad de grafietmonstercapsule door eerst het sterk ophile elementbronmateriaal in te brengen en vervolgens synthetisch masalpoeder toe te voegen totdat de capsule gevuld is.

Het gebruik van een gravitatie-stabiele opstelling minimaliseert de kans op omkanteling tijdens het experiment en is bedoeld om dispersie van de metallische fase door mechanische werking te voorkomen. Plaats een kleine hoeveelheid droog magnesiumoxidepoeder op de bodem van de holte die is ontworpen om de monstercapsule te bevatten. Dit vlakt het taps toelopende oppervlak af dat is ontstaan bij het boren van het gat en vermindert op zijn beurt de schuifkrachten tijdens de monstercompressie die de capsule kunnen doen barsten. Nadat alle eerder vervaardigde componenten zijn geassembleerd, zoals beschreven in het tekstprotocol, wordt een stuk loodfolie van 30 micron dik om de assemblage gewikkeld, waarbij een klein deel van de folie over het blootliggende uiteinde van de onderste bariumcarbonaathuls wordt gevouwen.

Plaats de assemblage samen met een bodemplug in een wolfraamcarbide drukvat met een boring van 12,7 millimeter; positioneer het drukvat en de bodemplaat tussen de hydraulische rammen. Maak vervolgens een thermokoppel van type C met een viergat, hardgebakken alumina-buis met een buitendiameter van 1,6 millimeter. De alumina-buis moet voldoende lang zijn zodat ongeveer één tot twee millimeter van de buis uit het bovenoppervlak van de bovenplaat steekt.

Voer beide draadsamenstellingen door aangrenzende gaten in de buis. Draai de uiteinden 180 graden en bevestig ze in de tegenoverliggende gaten zodat de draden elkaar kruisen. Steek het thermokoppel door de bovenplaat en in de assemblage, zodanig dat de aansluiting zich direct boven het monster bevindt.

Isoleer de resterende thermokoppeldraden met flexibele Teflon-buisjes, waarbij aan het uiteinde een gedeelte van 10 tot 20 millimeter bloot blijft. Plaats alle metalen spacers die nodig zijn tussen de bovenplaat en de bovenste ram tijdens de montage. Plaats Mylar-vellen direct boven het drukvat en tussen de bovenzijde van de assemblage en de bovenste ram.

Deze platen isoleren het verwarmingscircuit van het monster elektrisch van de rest van de apparatus. Maak een thermokoppel van type C met een hardgebakken Illumina-buis met vier gaten door beide draden door aangrenzende gaten in de buis te voeren, de uiteinden 180 graden om te buigen en deze in de tegenoverliggende gaten te bevestigen. Isoleer de rest van de draden met een kort stuk Illumina-buis en vervolgens met Teflon-isolatiemateriaal, waarbij aan het uiteinde een gedeelte van 10 tot 20 millimeter blootliggende draad overblijft.

Plaats de zirkoniahuls en de grafietverwarmer in het octaëder voordat de groeven worden gesneden, zoals aangegeven in het tekstprotocol. Plaats vervolgens het thermokoppel in de bovenkant van het octaëder en positioneer de Illumina-bedekte armen in de groeven. Gebruik zirkonia-cement om de lege ruimte rond het thermokoppel op te vullen en laat dit drogen.

Om de thermokoppelverbinding te isoleren van de grafietcapsule, wordt er magnesiumoxidepoeder aan de basis van het octaëder toegevoegd totdat de blootliggende draden bedekt zijn. Meestal is minder dan 50 milligram poeder voldoende om de blootliggende draad te omringen.

Om een compacte pakking van het poeder te garanderen, gebruikt u een boorblank om het losse poeder aan te stampen. Vul een grafietcapsule met het eerder voorbereide monstermateriaal en plaats deze via de open zijde in het octaëder. Plaats de Illumina-plug om de assemblage van het octaëder op vier van de wolfraamcarbidekubussen te voltooien.

Gebruik polyvinylacetaat om korte stukjes balsahout te lijmen op elk van de drie vlakken die grenzen aan de afgesneden hoek van de kubus. Positioneer op elk vlak de stukjes balsahout in het kwadrant tegenover de afgesneden rand. Elk stukje balsahout moet ongeveer 4,4 millimeter hoog en breed zijn en negen millimeter lang.

Voor de hier getoonde octaëdergrootte worden vier van de kubussen samengevoegd tot een vierkant. Bekijk in het plattegrondbeeld twee breedtes en twee zonder aangehechte houten stukken. Richt de afgeknotte randen zo dat ze naar het midden van het vierkant wijzen.

Positioneer het octaëder in het midden van de kubussen zodat deze wordt ondersteund door de afgeschuinde randen. Richt de armen van het thermokoppel vervolgens zo uit dat ze uit tegenoverliggende hoeken van het vierkant komen. Plaats de resterende wolfraamcarbidekubussen zodanig dat er een kubus wordt gevormd met de Okta-verwarmer in het centrum, waarbij u ervoor zorgt dat de kubussen met aangehechte houten stukjes rusten op de bovenste kubussen die geen houten tussenstukjes hebben.

Lijm vervolgens vierkante stukjes G 10-plaat van ongeveer 0,5 millimeter dik op elke zijde van de geassembleerde kubus met behulp van een Sano ACRL-type lijm; gebruik voor wolfraamcarbide kubussen van 30 millimeter G 10-platen met afmetingen van 55 millimeter bij 55 millimeter. Twee van de wolfraamcarbide kubussen hebben afplattingen die contact maken met de weerstandsverwarming en zodoende deel uitmaken van het elektrische verwarmingscircuit voor de platen die deze kubussen raken. Snijd twee smalle sleuven en plaats een stuk koperfolie zodat er een contactpunt ontstaat tussen de eerste en tweede fase.

Snijd vervolgens twee vellen Mylar met een dikte van 0.076 millimeter op de in het tekstprotocol aangegeven afmetingen en coating deze met een droog PTFE-smeermiddel. Plaats een van de voorgesneden vellen in de ring en voeg de onderste set aambeelden van de eerste fase in, die zelf zijn ondersteund door Mylar van 0.076 millimeter dik en gecoat met PTFE-smeermiddel. De onderste set aambeelden kan tussen de runs in op hun plaats blijven.

Plaats de geassembleerde kubus in de onderste set aambeeldjes van de eerste trap en verbind de armen van het thermokoppel met de gebalanceerde thermokoppeldraden die uit de drukmodule komen. Positioneer het tweede voorgesneden Mylar-vel in de retentiering en voeg de bovenste set aambeeldjes van de eerste trap in, welke voorzien moeten zijn van een Mylar-rugzijde en op dezelfde wijze gesmeerd moeten zijn als de onderste set. Deze opstelling resulteert in een gesmeerd Mylar-op-Mylar-contact tussen de aambeeldjes van de eerste trap en de retentiering.

Dit vermindert het verlies door wrijving van de ramstempel met ongeveer 30% in vergelijking met een opstelling met een enkele Mylar-folie. Zodra het monster onder de vereiste druk is gebracht, wordt het verhit met een snelheid van 100 kelvin per minuut totdat de gewenste verblijftemperatuur is bereikt; tijdens de verhittingsstap moet de olie in de monster-RAM mogelijk worden aangepast om een constante oliedruk, minimale contaminatie van het silicaatglas en een lage zuurstofaffiniteit te handhaven. Oplosbaarheidsexperimenten met sterk cfphi-elementen worden het gemakkelijkst geïdentificeerd aan de hand van de aanwezigheid van heterogeniteit in de tijd.

Opgeloste LA I-C-P-M-S spectra. Deze heterogeniteit manifesteert zich als pieken en dalen in de spectra die voortvloeien uit de ablatie van variërende proporties insluitingen ten opzichte van de matrix. Vrij glas wordt getoond.

Hier is het tijdsopgeloste spectrum van een platina-oplosbaarheidsexperiment ter vergelijking, waarbij geen methoden zijn toegepast om de vorming van metaalinsluitingen te voorkomen. Daarnaast worden tijdsopgeloste spectra getoond die typisch zijn voor ATE-runproducten gesynthetiseerd met de technieken die in deze video worden beschreven. De gelijkenis van deze spectra wijst op de afwezigheid van gedispergeerde HSE-insluitingen in het ATE-gedeelte van de experimentele runproducten.

De homogeniteit van het Ruthenium-spectrum suggereert dat deze aanpak ook succesvol is in het voorkomen van de vorming van metaalinsluitingen die werden aangetroffen in eerdere ruthenium-oplosbaarheidsexperimenten uitgevoerd onder vergelijkbare reducerende omstandigheden. Na het bekijken van deze video zou u in staat moeten zijn om metaalfase-partitie-experimenten voor te bereiden voor de PIs en de cilinder- en multi-amble-apparatuur. Door de startmaterialen voor te bereiden zoals beschreven, kunnen verspreide metaalinsluitingen worden vermeden in experimenten voor de sterk hydrofiele elementen.