Протокол описывает метод очистки и разделения вас и Th нуклид в подводной гидротермальной сульфидной образца с Fe совместного выпадения и извлечения хроматографии для 230Th-U дисравновесия датировки.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Разделение урана и тория для 230Th-U Знакомства подводных гидротермальных сульфидов
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Возраст подводного гидротермального сульфида является значительным показателем для оценки размеров гидротермальных месторождений руды. Изотопы урана и тория в образцах могут быть разделены на 230Th-U датировка. В этой статье представлен метод очистки и разделения вас и Изотопов в подводных гидротермальных сульфидных пробах. Следуя этому методу, отделенные вам и Th фракции могут соответствовать требованиям измерения с помощью мультиколлектора индуктивно соединенных плазменной масс-спектрометрии (MC-ICPMS). Возраст образца гидротермального сульфида можно вычислить путем измерения современных соотношений активности 230Th/238you и 234U/238U. Для этого эксперимента необходима суперчистая комната. Очищенные регенты и материалы используются для уменьшения загрязнения в ходе выборочных процессов. Также используются баланс, плита и центрифуга. Образец сульфида порошкообразный для анализа и менее 0,2 г образца используется. Кратко, образец взвешивается, растворяется, добавляется к 229Th-233U-236U двойной всплеск решения, Fe совместно осаждали, и разделены на анион-обмен ясной миски извлечения колонки. Приблизительно 50 нг U потребляется для 230Th-U датировка образца сульфидов MC-ICPMS.
Введение
Подводные гидротермальные сульфиды являются постоянным источником металлов, таких как железо, медь, цинк и свинец. Они также рассматриваются как экономически жизнеспособные ресурсы серебра и золота. Расположение и размер ы отложений являются рекордными за всю историю гидротермального вентиляции на морском дне. Датировка гидротермального сульфида может дать важную информацию о формировании и изменении механизма месторождения сульфидной руды, истории гидротермальной активности морского дна и темпах роста крупных сульфидных месторождений1,2 , 3. 238U-234U-230Th disequirium датировка является эффективным изотопным методом оценки возраста для гидротермальных сульфидов4,5,6,7, 8,9,10,11,12, где необходимо очищение и разделение вас и Изотопов Т. Этот текст описывает протокол для вас и Th изотопов разделения и 230Th-U знакомства сульфидов образца MC-ICPMS.
Геологические материалы, которые содержат вас и Th остаются нетронутыми в течение нескольких миллионов лет, и состояние светского равновесия между всеми нуклидами в радиоактивной серии устанавливается. Однако сочетание химической растворимости и факторов ядерной отдачи часто приводит к неравновесию, при котором члены серии распада отделены друг от друга в результате таких процессов, как осаждение, транспортировка и выветривание. Например, при формовании сульфидного месторождения состояние 238U, 234вас и 230Th является неравновесием, а долгоживущие 238вы можете распадаться постепенно к недолговечной 234вам и 230Th впоследствии. Предполагая, что i) система остается закрытой по отношению к вам и Изотопам Т, и (ii) начальное количество 230Th и 232Th, включенных в образцы сульфида, равно нулю, можно определить время осаждения путем измерения современного коэффициенты активности 230Th/238вы и 234U/238U. Тем не менее, начальное количество Th не равен нулю в образце, и мы предполагаем, что начальное 230Th/232Th атомное соотношение составляет 4,4 и 2,2 х 10-6. Применимый диапазон датировки этого метода составляет примерно 10-6 х 10лет 13,14. Однако большая разница между обилием урана и тория затрудняет измерение. Следовательно, очень важно установить химическую процедуру для U-Th датировка MC-ICPMS.
За последние 30 лет большинство исследований было сосредоточено на большем количестве измерений карбонатных материалов14,15,16,17 и менее на сульфидных отложениях11,12,18 ,19. Методы подсчета альфа-частиц традиционно используются для изучения 230Th/238U дисцизм подводных гидротермальных сульфидов1. Однако аналитическая неопределенность в 5-17% является ограничивающим фактором, влияющимна точность определения возраста сульфидов 1,8,9. Эти методы обычно страдают от использования относительно больших столбцов и объемов реагентов и необходимости нескольких проходов столбцов для очистки и разделения U-Th от образца. Последние разработки в MC-ICPMS значительно повысили точность измерений изотопных U-Th (lt;5) для возрастов14 и значительно уменьшили размер выборки (lt;0.2 g), необходимый для анализа. В этих работах, многие химические процедуры разделения были разработаны, и добились превосходных химических урожаев с низким химическим фоном12,13.
Здесь мы представляем протокол на основе химических веществ для получения образцов, которые являются достаточно чистыми для анализа MC-ICPMS. Подходит для датировки образцов гидротермального сульфида возраста злит;6 х 105 лет14. С помощью этого метода, разделенные вас и Th изотопные фракции могут отвечать требованиям измерения MC-ICPMS. Возраст образца гидротермального сульфида может быть рассчитан по степени неэквилибрии между 230Th и 234вас и между 234вы и 238U с помощью описанного уравнения распада активности.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Подготовка образца, реагентов и контейнеров
- Очистите капот дыма, hotplate и скамейке комнаты баланса для химического эксперимента с распыленным спиртом или ультрачистой водой.
- Подготовка к югу от вареной кислот (2 M HCl, 8 M HCl, 7 M HNO3, и 14 M HNO3), чистые клюви и любой аппарат перед образцом обработаны.
ПРИМЕЧАНИЕ: Образцы сульфида, представленные в этом исследовании, были собраны из недавно обнаруженных гидротермальных зон в южной части Атлантического океана. В этом процессе было использовано около 60 мг порошкообразного образца. Образец был собран в стеклянные флаконы и помещен в шкаф для хранения образцов.
2. Взвесить образцы
- Приготовьте очищенные 30 мл перфтороалкси (PFA) клюв. Этикетка дважды за пределами стакана (для предотвращения стирания).
- Взвесьте пустые клювы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Используемый баланс точен для 0.0001 g при условии, что все сосуды были полностью удалены их статическое электричество. - Прочитайте вес и запишите его.
- Налейте образец в стакан. Накройте крышкой и взвесьте образцы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Вес образца зависит от содержания 230Th. 230 г. Уровень th меняет с концентрацией U и возрастом образца. В целом, в общей сложности 100 нг от общего числа U достаточно для образца. - Добавьте немного ультрачистой воды с помощью бутылки, промыть внутреннюю стену и тщательно встряхните стакан.
ПРИМЕЧАНИЕ: Добавить достаточно ультрачистой воды покрыть все образцы.
3. Растворите и спайк образца
- Поместите образец, содержащий стакан, в капот дыма.
- Откройте крышку стакана. Добавьте 3 мл HNO3 (14 M) или аква-регию в образец с помощью пипетки.
- Поместите стакан на горячую панель, установите температуру горячей панели до 170 градусов по Цельсию и полностью растворите образец.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если в растворе все еще есть нерастворимые вещества, добавьте 12 M HCl, 22.6 M HF и 10.6 M HClO4, и используйте закрытый бак под давлением, чтобы обеспечить полное растворение образцов. - Оставьте раствор остыть, по крайней мере, 30 мин. Добавить 0,1-0,3 г 229Th-233U-236U шип решение известной активности в раствор.
ПРИМЕЧАНИЕ: Как правило, оптимальное соотношение 235U/233U составляет 10-20:1 в смешанном растворе. - Поместите раствор на горячую панель, установите температуру до 170 градусов по Цельсию и оставьте его на горячей плите, пока она не высохнет.
ПРИМЕЧАНИЕ: Испарение должно быть сделано медленно, когда образец приближается к сухости. - Растворите образец в 2 каплях HNO3 (0,04 мл, 14 М), и высушите его на плите при температуре 170 градусов по Цельсию снова.
4. Феррик гидроксид совместное осадки для U-Th
- Приготовьте очищенные 15 мл центрифуговых трубок, пометьте и поместите их в трубку.
ПРИМЕЧАНИЕ: Добавить примерно 10 мг Fe (III) (FeCl3 в 12 M HCl) в центробежной трубки тщательно, если образцы содержат почти нет Fe. - Добавьте в стакан несколько капель (0,1 мл) по 2 М ЛЦ. Встряхните стакан осторожно и растворить образец полностью.
- Перенесите каждый образец в центрифужную трубку.
- Добавьте несколько капель аммиака (0,1 мл) до тех пор, пока кислота не будет нейтрализована; когда рН составляет 7-8, появляется красновато-коричневый осадок. вы и Th изотопы осаждаются Fe (OH)3.
ПРИМЕЧАНИЕ: Четкое решение содержит нежелательные ионы, такие как металлические элементы, Mg2", No3- и NH4OH. - Крышка центрифуги труб. Центрифуга при 2340 х г в течение 7 мин. Отбросьте супернатант
- Добавьте немного ультрачистой воды, чтобы вымыть осадок. Центрифуге, как выше, и повторить этот шаг в два раза больше.
- Растворите осадок с 1,5 мл 7 М HNO3. Перенесите его в соответствующий стакан.
- Добавьте 1 каплю HClO4 (для удаления органического вещества) и высушите его на плите при 170 градусах По Цельсия в течение примерно 30 мин.
5. Подготовка колонки обмена анионами
- Подготовьте небольшие столбцы политетрафтотрина (PTFE), как показано на рисунке1; вставьте фрит в каждую колонку медленно внизу на скамейке.
- Пипет очищал анион-обменные рании в столбцы. Положите столбцы на держатель.
- Заполните всю колонку ультрачистой водой. Добавить 1 каплю 14 M HNO3.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг выполняется в основном для удаления микроэлементов в столбце. - Добавьте 2 тома столбца (CV) 7 M HNO3, чтобы удалить микроэлементы. Затем повторите этот шаг.
Рисунок 1: Колонка ионного обмена, наполненная анионической биржевой мисиной. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
6. Очищение и разделение вас и Th фракций
- Растворите образец в 0,5 мл 7 М ННО3. Загрузите его на колонку тщательно.
- Пусть он капать через колонку в стакан отходов.
- Добавьте 2 резюме и 1 резюме 7 M HNO3 последовательно в колонку. Утюг и другие металлические элементы в образце удаляются, в то время как вы и Th удерживаются в мине на этом этапе.
- Добавьте 2 CV и 1 CV 8 M HCl в колонку последовательно к elute фракции тория. Соберите фракцию тория с помощью 7 мл очищаемого стакана PFA. Добавьте 1 каплю HClO4 в стакан и высушите фракцию на горячей плите при 170 градусах По Цельсия в течение 30 минут.
- Фракция урана Elute от мисиной с 2 CV 0.1 M HNO3 дважды. Соберите eluate в очищенном стакане PFA. Добавьте 1 каплю HClO4 и высушите его на плите при 170 градусах по Цельсию в течение примерно 30 минут.
- Подготовка и маркировка 2 мл флаконов емкости.
- Растворите каждый образец в 1 капле HNO3 и высушите его на плите при 170 градусах По Цельсия в течение менее 5 минут до тех пор, пока не останется 0,5 капли. Перенесите их вместе с 0,2 мл 2% HNO3 и 0,1% HF в соответствующие флаконы для измерения прибора.
Рисунок 2: Уран и тория фракции подводных гидротермальных сульфидов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
7. Измерение MC-ICPMS
- Измерьте фракции, собранные в ходе вышеуказанного процесса химической очистки, с помощью прибора MC-ICPMS высокого разрешения.
ПРИМЕЧАНИЕ: вы и Th изотопные соотношения могут быть получены с помощью инструмента, применяя вторичный электронный множитель (SEM)21 техника. Параметры инструмента13 перечислены в таблице 1. Возраст тория был рассчитан с использованием следующего уравнения:
Начальное соотношение 234вы к 238U было измерено следующим образом:
| Инструмент | Параметр | Значение |
| MC-ICPMS | Мощность РФ | 1325 Вт |
| Прохладный газ | 16.00 Л мин-1 | |
| Вспомогательный газ | 1,78 л мин-1 | |
| Образец газа | 1.00 Л мин-1 | |
| Низкое разрешение | 300-400 | |
| ЦЕТАК Аримус II | Коэффициент инъекций образца | 50-60 л мин-1 |
| Ar Sweep газа | 2'5 л мин-1 | |
| Азотный газ | 2'10 мл мин-1 | |
| Температура спрей камеры | 110 кв. | |
| Температура мембранной печи | 160 кв. |
Таблица 1: Параметры инструмента для измерения изотопов U-Th по MC-ICPMS (с использованием инструмента, перечисленного в таблице материалов).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Используя этот закупку, подводный гидротермальный сульфидный образец может быть полностью распущен. Следуя этому протоколу, фракция Th была выдавливана из образца гидротермального сульфида с использованием 8 M HCl. Между тем, U фракция гидротермального сульфида образца был eluted с 0.1 M HNO3. Вы и Th фракции были растворены в 2% HNO3 (0,1% HF) раствор (см. Рисунок2) и хранятся в флаконах емкостью 2 мл. Затем смесь была проанализирована MC-ICPMS.
...Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Для обеспечения успеха этого протокола необходимо предпринять некоторые важные шаги. Убедитесь, что все операции выполняются в чистом химическом помещении под дымом капот с чистым воздухоциркуляцией. Очистите всех регентов в этом процессе заранее и очистите аппарат перед использованием. Полностью растворите образцы в процессе изготовления раствора 7 M HNO 3, который затем загружается на 7 M HNO 3-кондиционированные раши. Если в образце есть какое-либо нерастворимые вещества, оно будет растворяться п...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Это исследование было финансово поддержано Экспериментальной технологии Инновационный фонд Института геологии и геофизики, Китайская академия наук (No 11890940), и Китай океана минеральных ресурсов R и D Ассоциации проекта (Нет. DY135-S2-2-07).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| AG 1-X8 Анионообменная смола | BIO-RAD | 140-1441 | Разделение редких элементов |
| Раствор аммиака | Kanto Chemical CO., INC. | 1336-21-6 | Реактив |
| Стеклянные флаконы | BOTEX | Нет | Сбор образцов |
| Соляная кислота | Синофарем химический реактив Co. Ltd | 7647-01-0 | |
| Реагент Фтористоводородная кислота | EMD Millipore CO. | 7664-39-5 | Реагент |
| Neptune Plus | Thermo Fisher Scientific CO. | Нет | Аппарат |
| Азотная кислота | Синофарем химический реактив Co. Ltd | 7697-37-2 | Реактив |
| Хлорная кислота | Kanto Chemical CO., INC. | 32059-1B | Реагент |
| Сверхчистая вода | Merck Millipore | Нет | Произведено Mill-Q Advantage systerm |
| Салфетка | Kimberley-Clark | 0123-12 | Протрите и очистите |
| флакон 2 мл | Nelgene | 5000-0020 | Сбор образцов |
| 229Th-233U-236U spike | Нет | Нет Реагент | |
| 7 мл стакан PFA | Savillex | 200-007-20 | Обработка образца |
| 10 мл центрифуга | Nelgene | 3110-1000 | Обработка образца |
| 30 мл стакан PFA | Savillex | 200-007-20 | Обработка образца |
Ссылки
- 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).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
Теги
