Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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erwartet, die zu niedrigeren Wasserstoffuntergrundsignalen
führen sollte. Während der Testphase des neuen Probentisches
traten jedoch Probleme auf. Beim Abkühlen
des Tisches mit flüssigem Stickstoff kam es zu Verformungen,
die einen Wechsel der Probe von der Vorschleuse
in die Messkammer verhinderten. Deshalb waren bisher
nur Testmessungen möglich, die jedoch gezeigt haben,
dass unsere Erwartungen bezüglich der Vakuumbedingungen
und der Reduzierung des Wasserstoffuntergrundsignals
erfüllt werden können. Wir werden versuchen, dieses
Problem in Zukunft zu beheben. Eine weitere Reduzierung
der störenden Restgase in unmittelbarer Umgebung
der Messprobe konnte durch den Einsatz einer
Extraktionsplatte (Getter) aus einer Zirkonlegierung erreicht
werden. Bei sehr geringen Konzentrationen (< 20 µg/g
H 2O) verkürzt sich die Messzeit damit um Faktor 5.
Probenpräparation: Zur Entwicklung der Wasserbestimmung
mit SIMS wurden natürliche Granatkristalle in
Edelsteinqualität als Referenzmaterial verwendet. Deren
Wassergehalte liegen zwischen 17 und 870 µg/g, die mit
anderen unabhängigen Methoden bestimmt wurden (Maldener
et al, 2003). Ein synthetischer Olivinkristall mit ca.
8 µg/g H 2O (bestimmt mit FTIR, Koch-Müller, pers. Mitteilung),
der 12 Stunden lang bei 1.100 °C getempert
wurde, diente als zusätzliche Referenzprobe. Alle „unbekannten“
Proben und Referenzmaterialien wurden auf
jeweils einer Quarzglasscheibe unter Verwendung von
möglichst wenig Epoxidharz eingebettet und poliert. Die
Proben wurden anschließend im Ultraschallbad in hochreinem
Ethanol gereinigt, bei 70 °C im Vakuum getrock-
Abb. 4: CAMECA ims 6f mit neuer Probenkammer und
veränderter Vorschleuse (Foto: M. Wiedenbeck, GFZ)
View of the ultra-high vacuum storage chamber, which was
developed at the GFZ Potsdam.
net, danach mit ca. 30 nm Gold beschichtet, dann sofort
in die Probenkammer angebaut und bei Druck < 3 x 10 –7 Pa
mindestens 3 Tage lang entgast. Vor jeder Messperiode
war es notwendig, das gesamte Gerät mindestens 48 h lang
bei ca. 100 °C auszuheizen, um das an den Kammer-innenwänden
adsorbierte H 2O zu entfernen. Mit dem neuen
Schleusensystem und einem speziellen Kühlfinger, der
permanent mit flüssigen Stickstoff gefüllt war (Abb. 1),
wurde immer ein Ultrahochvakuum bei einem Druck von
< 5 x 10 –8 Pa in der Messkammer während der Messungen
erreicht.
Messbedingungen: Ein 50 nA-Strahl von 16 O – -Primärionen
wird auf 22,5 kV beschleunigt und auf der Probenoberfläche
mit einem Durchmesser von 30 µm fokussiert.
Dieser Primärionenstrahl wird dann über einen Bereich
von 80 x 80 µm gerastert. Eine Energiefilterung der Sekundärionen
erfolgt durch –150 V-Probenoffset und ein
100 eV breites Energiefenster. Ein zusätzliches elektronisches
Fenster mit einer Größe von 20 x 20 µm, zentriert
über die Mitte des Rasters, stellt sicher, dass nur aus der
Kratermitte emittierte Ionen gezählt werden. Störende
Einflüsse der Kraterränder können damit eliminiert werden.
Pro Zyklus wird bei 1 H 10 s und bei 30 Si zwei Sekunden
lang gezählt. Die Sputterzeit, die bis zum Erreichen
der Gleichgewichtsbedingungen (d. h. konstantes 1 H+/ 30 Si+)
notwendig ist, hängt vom H 2O-Gehalt der Probe ab (bis
zu 120 min bei geringen Konzentrationen). Zur Erstellung
der Kalibrierkurven werden immer die letzten 50 Zyklen
jeder Messung gemittelt.
Die 133 Cs + -Primärionen werden auf 17,5 kV beschleunigt
und der 2 nA-Strahl zu einem ≈ 10 µm großen Fleck fokussiert
und über eine Fläche von 35 x 35 µm gerastert. Negativ
geladene Sekundärionen werden von der auf –7,5 kV
liegenden Probe extrahiert und die auftretenden positiven
Aufladungen durch einen Elektronenstrahl kompensiert.
Die Messungen wurden mit einer Massenauflösung von
M/∆M ≈ 3000, einem Energiefenster von 50 eV und ohne
Probenoffset durchgeführt. Durch Anwendung einer
100 µm-Feldblende werden nur Sekundärionen aus einem
Bereich mit ≈ 8 µm Durchmesser gezählt.
Die Kalibrierungskurven, die mit 16 O – und 133 Cs + -Primärionen
bei den oben beschriebenen Messbedingungen
erhalten wurden, sind über den gesamten H 2O-Bereich
sehr gut linear (Abb. 5). Bei beiden Verfahren streuten die
einzelnen Punktanalysen für die meisten Proben im
Bereich von ≈ 20 %, wobei nicht eindeutig zwischen der
externen Reproduzierbarkeit der Methode und einer realen
Inhomogenität der Proben im 10 µm-Bereich unterschieden
werden kann. Mehrmalige, unabhängige Messreihen
mit 16 O – -Primärionen zeigten wie sensibel die Rekalibrierung
der relativen Ionenausbeute ist. Trotz identischer
Einstellungen des Geräts und bei gleichen Vakuumbedingungen
wurden Unterschiede in der Steigung der
Kalibrierungsgeraden von bis zu 13 %. Für den synthetischen
Olivin variierte der gemessene H 2O-Gehalt innerhalb
einer Messperiode um 25 %; der absolute H 2O-Wert
für alle Messungen betrug 10 ± 3 µg/g. Im Vergleich dazu
wurde mit 133 Cs + -Primärionen ein H 2O-Gehalt von 7 ±
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