Radiogeeniset isotoopit ja hivenalkuaineanalytiikka

Isotooppigeologiset menetelmät ovat geologisen tutkimuksen perustyökaluja erityisesti kallioperän iän, kehityksen ja prosessien selvittämiseksi. Tärkein iänmääritysmenetelmä on U-Pb zirkonista, mutta myös lukuisia muita mineraaleja ja menetelmiä käytetään kivilajien alkuperän ja muiden geologisten prosessien tutkimukseen.

Espoon Tutkimuslaboratoriossa on useita isotooppigeologisia tutkimusmenetelmiä ja –laitteistoja, joista keskeisimpinä kaksi laserherätteistä massaspektrometriä, Nu Instruments TM AttoM ICP-MS (LA-SC-ICPMS) sekä Nu Instruments TM multi-collector ICPMS (LA-MC-ICPMS). Molemmat laitteistot kuuluvat Suomen Geotieteiden Tutkimuslaboratorion infrastruktuuriin.

LA-SC-ICPMS-laitteistoa käytetään geokronologiaan eli U-Pb in-situ ikämäärityksiin zirkoneista, monatsiiteista, titaniiteista ja perovskiiteista. Lisäksi laitteistolla voidaan tehdä äärimmäisen mittaustarkkuuden hivenalkuaineanalytiikkaa sekä kiinteistä näytemateriaaleista että liuoksista.

MC-ICP-MS-laitteistolla voidaan analysoida radiogeenisiä isotooppeja (mm. Li, Mg, Sr, Pb, S, U) vesistä, liuoksista ja kiinteistä näytteistä. Näytepreparointi tehdään nestekromatografialla perinteisten kennojen avulla, ja tietyissä tapauksissa käytetään ionikromatorgrafia anioinien (Cl, S) erottamiseen.

Isotooppisuhteet ilmentävät erilaisia geokemiallisia (redox) ja biogeokemiallisia reaktioita. Esimerkiksi Li-isotoopit ovat herkkiä rapautumisprosessien indikaattoreita, jotka fraktioituvat mineraalien, saostumien sekä vesifaasien välillä. Sr- ja Pb-isotooppeja voidaan puolestaan käyttää lähdealueiden tracereina, erityisesti luonnollisten (kallio- ja maaperä) sekä antropogeenisten (kemikaalit) lähteiden identifiointiin. S-isotooppien avulla voidaan tutkia hapetus-pelkistysolosuhteita.

Edellä mainittujen isotooppien lisäksi menetelmäkehitystä on meneillään Fe-, Cu-, Zn-, Cl- ja B-isotooppimittauksiin liittyen. Niiden avulla voidaan saada entistä tarkempaa tietoa mm. erilaisista rapautumisprosesseista. Ionikromatografia käytetään anionien (Cl, S) erottamiseen.

Massaspektrometria hivenalkuainemittauksiin

Massaspektrometrialla voidaan analysoida materiaalin hivenalkuainekoostumusta. Espoon Tutkimuslaboratorion laserherätteisellä korkean resoluution SC-ICP-massaspektrometrillä voidaan analysoida sekä kiinteitä että nestemäisiä näytematriiseja. Laitteisto on Nu Instruments TM AttoM High Resolution ICP-MS, johon on yhdistetty New Wave solid state deep UV (193 nm) laser. Laitteistosta käytetään lyhennettä LA-SC-HR-ICP-MS.

GTK:n LA-SC-HR-ICP-MS soveltuu useimpien alkuaineiden hivenainepitoisuuksien mittaamiseen. Hivenalkuaineanalytiikassa liuoksilla saavutetaan ppt-ppq-tason määritysrajat mitattavista alkuaineista riippuen. Kiinteillä aineilla (laser) määritysrajat liikkuvat ppm-ppb-tasolla.

Menetelmä soveltuu hyvin esimerkiksi refraktorisen eli sulfidien kiderakenteeseen sitoutuneen kullan ja PGE-metallien mittaamiseen laserin avulla suoraan hieistä.