Hochfrequenz-Plasma Ionenquelle für SIMS

• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506247122

Seit 2014 ist am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg eine hochauflösende Ionensonde in Betrieb. Einmalig an einer deutschen Hochschule können damit Isotopen- und Spurenelementverteilungen auf der Mikro- bis Nanoskala hochpräzise quantifiziert werden. Um weiterhin zukunftweisende isotopische Mikroanalytik in den Geo- und Umweltwissenschaften mit hoher nationaler und internationaler Strahlkraft verwirklichen zu können, ist die Anschaffung einer neuartigen hochbrillianten Hochfrequenz (HF)-Plasma Ionenquelle notwendig. Eine derartige, erst seit wenigen Jahren kommerziell verfügbare Quelle hat zahlreiche Vorteile gegenüber dem bislang für die Analytik positiver Sekundärionen eingesetzten Duoplasmatron. Sie zeichnet sich durch hohe Primärstrahlstabilität, geringen Wartungsaufwand im Routinebetrieb und verbesserte Primärstrahldichten aus. Während sich erhöhte Primärstrahlstabilität positiv auf die Reproduzierbarkeit von Analysen auswirkt, bedeutet die höhere Primärstrahldichte bei vergleichbarer lateraler Auflösung eine höhere Primärstrahlintensität bzw. eine höhere laterale Auflösung bei gegebenem Strahlstrom. Dadurch lassen sich für zahlreiche Anwendungen die Spotdurchmesser, vorgegeben durch die örtlich aufzulösenden Strukturen, und die Primärstrahlintensität, maßgeblich für Sekundärionenrate und daher für Sensitivität, Messgenauigkeit und -dauer, optimieren. Darüber hinaus können viele feinskalige Strukturen mittels HF-Plasmaquelle erstmals der isotopischen Analyse erschlossen werden. Neuartige Anwendungsgebiete liegen in der Quantifizierung geologischer und kosmologischer Zeitskalen, die auf der Analytik lang- und kurzlebiger Isotopensysteme in oft zonierten Mineralen basieren. Wichtige Anwendungen erstrecken sich dabei von der Frühzeit des Sonnensystems (Meteoriten), über Prozesse der Subduktionsinitiation und Gebirgsbildung (in-situ U-Th-Pb Petrochronologie), bis hin zu Zeitskalen der Magmenentwicklung aktiver Vulkane (Ungleichgewichtsdatierungen an akzessorischen Mineralen und Diffusionsmodellierung von Spurenelementen in Hauptmineralphasen). Darüber hinaus wird es ermöglicht, Spurenelementverteilungen in natürlichen Archiven mit bislang unerreichter räumlicher Auflösung zu messen, um daraus Paläoumweltbedingungen mit höchstmöglicher zeitlicher Feinskalierung zu rekonstruieren (z.B. Nannofossilien, Speläothemen). Das Ionensondenlabor ist integraler Bestandteil eines modernen Gerätepools zur mikroanalytischen Charakterisierung von Geomaterialien in Heidelberg (Rasterelektronenmikroskopie mit korrelativem Mikro-Raman, Elektronenstrahlmikrosonde, Rückstreuelektronendiffraktometrie, Kontakttiefenprofilometer, konventionelle und konfokale Lichtmikroskopie). Mit einer leistungsfähigen isotopischen Mikroanalytik, wie sie nur durch SIMS geleistet werden kann, wird dieses Potential in neuartiger Weise ergänzt und auch weiterhin einer breiten Nutzerbasis aus den Geowissenschaften und angrenzenden Disziplinen zugänglich gemacht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochfrequenz-Plasma Ionenquelle für SIMS
• Gerätegruppe: 1720 Spezielle Massenspektrometer (Flugzeit-, Cyclotronresonanz-, Ionensonden, SIMS, außer 306)
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Leiter: Professor Axel Karl Schmitt, Ph.D., bis 6/2023; Professor Dr. Mario Trieloff, seit 6/2023