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如果石头会说话之这个石头会说话 精选

已有 3384 次阅读 2022-3-29 09:20 |系统分类:科普集锦

专家走进孙老师的课堂

 

视频信息:

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2022-03-28

程哲 整理

专家信息:

吴石头

中科院地质与地球物理研究所

高级工程师

研究方向:激光原位U-Pb定点

研究项目:

1、副矿物LA-ICPMS U-Pb定年

2、元素/同位素微区分析标准物质研发

孙老师:

上节课我们开始了如果石头会说话系列,已经向大家介绍了石头的年龄,大家十分好奇石头的定年方法有哪些。今天为大家邀请到了这个方面的专家,这个专家不仅是定年方面的专家,还是一位会说话的石头。他就是中国科学院地质与地球物理研究所的高级工程师——吴石头。为什么叫“无石头”呢,我猜可能与他研究石头的方法有关,因为石头到他手里就没了。我们欢迎吴老师。

吴老师,您好!

吴老师:

您好,各位同学好。

孙老师:

吴老师您用的方法是激光的定年方法,我们在生活中其实也会用到激光。比如说医美方面,激光祛斑、激光近视眼手术。您用的激光和医学上或者生物学上一样吗?

吴老师:

我们在地学上用的激光和医学、工业上用的激光还是有差别的。现在医学上用的激光,比如近视手术,利用的是飞秒,用来改善近视,可以用飞秒快速切割的技术。飞秒现在在医学上有着举足轻重的作用。正是因为飞秒的广泛应用,飞秒激光技术曾经获得诺贝尔物理学奖,有兴趣的同学们可以查一下。在工业上激光技术也不同,工业上涉及到在硅板上或者硅片上进行一个非常精细的加工,比如刻一些规则的图案,一些小的几微米的束斑,或者一个横,或者一个竖,用来填充电子设备。这时候多数用飞秒,也有用纳秒的。相比于工业和生物来说,地学的激光是非常小众的。我们主要应用的是激光剥蚀,是用激光把矿物或者岩石样品进行激光剥蚀,就像一个小锤子敲一块岩石一样,用激光这个“锤子”把样品非常微区的地方敲出来一些粉末。粉末吹送到ICP里面电离,然后测量它的同位素比值。这其实是应用到了激光里面非常小的一个方面。

孙老师:

那吴老师您能展示一下这个仪器吗?

吴老师:

大家可以看到这个黑色的箱子就是一个激光器,激光器就是用来产生激光的,产生激光后会通过一个光路,里面包含反射镜、透射镜对激光进行聚焦、匀化,然后再次聚焦,一直到达样品表面,这样我们就可以使用激光器了。我们这个实验室主要是用来做年龄的,我们这里主要有两台激光器,黑箱子一台,还有一台是带孔的。两个激光器是有差别的,一个能量大,一个能量小。能量大的可以做一些矿物硬度比较大的实验。能量小的做一些矿物好做的实验。

孙老师:

我们同学们也有很多问题向吴老师请教,那我们把时间交给同学们。

同学:

吴老师您好,激光原位定年技术时至今日已经日趋成熟,您能帮我们简单介绍一下它的发展历史以及成就吗?

吴老师:

1980年出现商用ICP质谱,出现ICP质谱后,在1985年就有学者尝试用激光采样,然后连起ICP质谱使用。经过第一次尝试之后,由于当时质谱和激光的技术不成熟,一直到1995年,才有学者做出一个不像1985年那么初级的结果。因为随着仪器的迭代,1995年的时候有人率先尝试了利用激光做锆石的U-Pb年龄。虽然仪器迭代的比较好了,但是那时候精度依然比较差。那时候用的激光主要还是红外激光,激光剥蚀的部分效果比较差,所以导致定年的精度很差。又过了10年左右,在2004年发表了两篇激光做锆石U-Pb定年的标志性文章。那么从2004年开始到后面激光做锆石U-Pb是相对比较成熟的,可以正常对外服务,精度可以达到1.5%。这个技术成熟之后,又过了10年左右,大约2016年左右,因为全世界激光实验室的增加,虽然技术比较成熟,但是还需要与不同实验室比对。在2016年有学者写了一篇文章,来将各个实验室激光数据的参数进行标准化,直到现在国内第三方检测公司基本上技术十分成熟。具体的发展历史就是一开始的初级尝试,随着仪器迭代,有了稳定的输出。当这个技术成熟的时候,还需要对这个技术进行实验室之间的标准化。

同学:

吴老师您好,我想问一下激光定年技术相较于其他定年技术有什么优势吗?

吴老师:

现在对于U-Pb体系来说主要有三个技术,第一个就是非常古老的技术,也是一个基准,就是ID-TIMS(同位素稀释热电离质谱)。那么这项技术是最早做U-Pb定年的,大约在1960年出现这个技术。在1980年人们开始利用离子探针,利用离子束做微区年龄。到了我们刚刚说的1995年才出现激光技术。从这三个技术来对比,激光既有优点也有缺点。相对于热电离质谱来说,它是一个微区技术,可以进行微区定年。相对于离子探针,它最大的优点是速度快,离子探针做一个样品可能需要15分钟左右,而激光仅需要1分钟,并且激光的成本要低很多。因为一台离子探针将近3000万,而一台激光和质谱也就300万到500万左右。这就使激光更容易普及,再加上它的测试速度快,可以进行大量的样品分析,特别是碎屑锆石定年方面。相比于离子探针来说,它的缺点是分析精度和准确度要差一些。

同学:

吴老师,请问激光原位定年技术结果的精准度如何?误差是多少?

吴老师:

我们所能做到的激光的误差通常是在1.5%-3.0%,做到最好的也就是1%-1.5%。当然这个是跟实验室的仪器有关,比如实验室仪器老一些,它的灵敏度低,稳定性差。仪器新一些,它的稳定性好,精度会高一些。

孙老师:

好的,谢谢吴老师,谢谢这位会说话的石头!



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