Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

Abb. 3: Tiefenprofil einer Referenzprobe, die mit einer bekanntem 13 C-Dosis
implantiert wurde. Die Fläche unter der 13 C-Kurve und der 13 C-Fluss des
Partikelbeschleunigers wird für die Kalibrierung von Kohlenstoff in Olivin
verwendet. 12 C wurde bestimmt, um eine Korrektur für die vorhandene Oberflächenkontamination
durchführen zu können.
An example of a SIMS depth profile measured on a reference material
implanted with a known dose of 13 C. The required calibration of the relative
sensitivity factor for carbon in olivine can be calculated from the area
under the 13 C curve and the known dose of 13 C. The 12 C isotope is used to
correct for the presence of surficial carbon contamination on the sample.
ten einmal ab. Tatsächlich haben Untersuchungen an Karbonaten,
die in Höchstdruckapparaturen synthetisiert worden
sind gezeigt, dass diese bei sehr hohen Drucken stabil
sein können, dass sie aber bei Druckentlastung schnell
instabil werden und CO 2 freisetzen können.
Bestimmung von Kristallwasser
Die richtige und reproduzierbare mikroanalytische Bestimmung
von Kristallwasser im Bereich von wenigen µg/g
ist schon seit langem eine große analytische Herausforderung
in den Geowissenschaften, ohne dass bisher allseits
befriedigende Lösungen gefunden wurden (Koga et al,
2003, Kurosawa et al., 1997, Deloule et al, 1995). Sehr
viele Untersuchungen konzentrieren sich auf die infrarotspektroskopische
Bestimmung von Kristallwasser in nominell
wasserfreien Silikaten, um Hinweise zur P-T-Abhängigkeit
und zum Mechanismus des Einbaus von Wasser in
das Kristallgitter zu erhalten. Da SIMS die Möglichkeit der
Bestimmung von geringsten Wasserstoffgehalten bietet,
kann man damit Kristallwasser bzw. OH – -Gruppen im
Mikromaßstab direkt bestimmen. Das Ziel unserer Untersuchungen
bestand darin, einerseits durch Gerätemodifikationen
einen minimalen 1 H-Sekundärionenuntergrund
zu erreichen und andererseits die analytischen Messbedingungen
zu optimieren, um niedrigste Nachweisgrenzen
für H 2O zu erreichen. Gleichzeitig sollten aber auch reproduzierbare,
quantitative Analysen im Bereich < 50 µg/g
routinemäßig möglich sein. In einem ersten Schritt konzentrierten
wir uns dabei auf die Bestimmung der Wasserstoffkonzentration
mittels 16 O – -Primärionen, im Anschluss
daran sollte auch die Anregung mit 133 Cs + -Primärionen
optimiert werden (Rhede und Wiedenbeck, 2006).
Die an der CAMECA ims 6f serienmäßig
vorhandene Probenschleuse besitzt nur
zwei Probenpositionen, so dass während
der Messung ein Probenhalter in der Vorvakuumschleuse
und maximal ein zweiter
in der Messkammer positioniert werden
kann. Da aber in der Regel mehrere
Probenwechsel am Tag erforderlich sind,
können die Proben vor einer Messung nur
eine sehr begrenzte Zeit im Vorvakuum
entgasen, bevor sie in die Messkammer
eingeschleust werden. Das dadurch bedingte
„schlechte“ Vakuum (mit einem
Druck von im Bereich von 10 –5 Pa) in der
Probenschleuse „verschlechtert“ beim
Probenwechsel auch das Vakuum in der
Messkammer erheblich, wodurch der
Signaluntergrund für Wasserstoff stark
ansteigt. Verbesserungen konnten hier
nur durch umfangreiche konstruktive
Änderungen erreicht werden, die wir selber
durchgeführt haben. Dazu war es notwendig,
eine relativ große Probenvorratskammer
zu entwickeln, die ständig
evakuiert bleibt. Der Probenwechsel sollte
über eine kleinere Vorschleuse erfolgen,
die dann sehr rasch auf UHV abgepumpt
werden kann (Abb. 4). Zusätzlich
zur Möglichkeit, mehrere Proben über Tage zu lagern und
zu entgasen, sollten auch häufig verwendete Referenzproben
dauerhaft in der Probenvorratskammer verbleiben
können. Eine solche Kammer mit 12 Probenpositionen
wurde als optimale Größe angesehen und in den GFZ-
Werkstätten konstruiert. Sie besteht aus einem 16-Positionenkarussel,
das auf einer UHV-Drehdurchführung
montiert ist, deren Achse parallel zur Probentransportrichtung
zeigt. Das Karussell besteht aus vier identischen
Cu-Blöcken, die jeweils drei Probenhalter aufnehmen
können. Jede vierte Position auf dem Karussell ist nicht
belegt, um mittels einer Transportstange den Probenwechsel
in die Messkammer zu ermöglichen. Zur Reduzierung
der Entwicklungskosten wurde die serienmäßige
vorhandene Transportstange an ihrem ursprünglichen
Platz belassen und die 2-Positionenkammer von CAMECA
als Vorschleuse weiter verwendet. Eine zusätzliche Transportstange
verbindet nun die Vorschleuse mit der Probenvorratskammer.
Des weiteren wurden in der Vorratskammer
und der Vorschleuse IR-Heizlampen und Thermoelemente
integriert, um Proben individuell heizen und deren
Temperatur in-situ messen zu können. Ein speziell entwickelter
Cu-Tank für flüssigen Stickstoff zur Kühlung der
Proben in der Vorratskammer vervollständigt heute den
Geräteumbau.
Der Einsatz eines mit flüssigem Stickstoff gekühlten Probentisches
(Wiedenbeck et al., 2004) sollte einerseits den
1 H-Sekundärionenuntergrund verringern und andererseits
die Untersuchung von Flüssigkeitseinschlüssen ermöglichen.
Außerdem wurde durch die Reduzierung der Probenentgasung
eine Verbesserung der Vakuumbedingungen
in unmittelbarer Nähe der Sekundärionenentstehung
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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