Cryo-Laser-Ablation System (157+193nm) mit 'Triple-quad' Plasma-Massenspektrometer Cryo-LA-ICPMS/MS

• Fachliche Zuordnung: Geologie und Paläontologie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515081333

Wir beantragen Mittel für ein Cryo-Laser-Ablation-System mit dualer Wellenlänge (157+193 nm) und ein 'Triple-Quadrupol'-Plasma-Massenspektrometer, die zusammen eine funktionale Einheit, ein Cryo-LA-ICPMS/MS, mit einzigartigen analytischen Möglichkeiten bilden. Die wichtigsten Neuerungen dieses LA-Systems liegen in einer neuentwickelten großen Cryo-Zwei-Volumen-LA-Zelle und der wahlweisen Verwendung von zwei kurzwelligen Excimer-Laserquellen, nämlich der ultrakurzen 157 nm Wellenlänge neben 193 nm. Erstere zeigt für Eis eine ~10 Größenordnungen bessere Absorption, was LA für Eis mit geringen Aerosol-Konzentrationen deutlich verbessert und durch die größere LA-Zelle die systematische Untersuchung von längeren Eisbohrkernabschnitten ermöglicht. Dieses Dual-157-193 nm Cryo LA-System wäre deutschland- und auch weltweit einzigartig. In Kombination mit dem ‚fast washout funnel‘ der LA-Zelle und hohen Laserfrequenzen wird rasches 2D-Mapping möglich. Das 'Triple-Quadrupol'-Plasma-Massenspektrometer ist neben 157 nm-Cryo-LA die weitere es¬sentielle Komponente. Die Kombination von hoher Sensitivität, beispielloser ‚Abundance‘-Sensitivität und Massenselektivität (z.B. für m/z=87 oder 32), sowie rasches Scannen (>100 µs) durch das Massenspektrum ermöglicht extrem versatile Messmöglichkeiten. Das neue Cryo-LA-ICPMS/MS-System eröffnet bislang ungeahnte Forschungsfelder: Die stark verbesserte räumliche Auflösung resultiert in einer besser-als-jährlichen Zeitauflösung in tiefen, ausgedünnten Eisbohrkernen, was wir systematisch u.a. an ‚Abrupt Climate Change‘-Events der grönländischen Eisbohrkerne (Dansgaard-Oeschger-E.), anwenden wollen, um die atmosphärische (Staub)Dynamik während Kalt-/Warmübergängen zu rekonstruieren. Damit lassen sich u.a. Raten des natürlichen Klimawandels bestimmen. Vulkanausbrüche und deren atmosphärische Ausmaße (z.B. Tropo- vs. Stratosphäre) planen wir mittels in-situ Schwefel-(Isotopie)-Messungen zu detektieren; ebenso das Verhalten der Aerosole in sich rekristallisierendem Eis bzw. biologische Anwendungen an gefrorenen Gewebeproben. In-situ Rb/Sr-Datierungen planen wir an metamorphen Hellglimmern, z.B. Matrix vs. Einschlüsse zur prograden Metamorphose-Datierung, oder von Deformationsereignissen; ebenso von detritischen Glimmern analog zu Zirkonen, um vergangene Sedimentliefergebiete zu rekonstruieren. Sylvin ist ein wichtiges Ziel dieser Datierungen, z.B. relevant bei der Endlagersuche. In-situ U/Th-Ungleichgewichtsdatierungen, z.B. von spätpleistozänen Knochen oder Dentin kombiniert mit U-Uptake-Modellierung, werden möglich durch die bemerkenswert hohe ‚Abundance‘ Sensitivität eines ICP-MS/MS. Des Weiteren werden wir systematisch-vergleichend 157 vs. 193 nm LA z.B. für Sulfate, Sylvin, Karbonate oder Quarz evaluieren. Das FIERCE-Personal hat vieljährige Erfahrung im Design, Aufbau und Betrieb von LA-ICPMS Geräten, speziell auch mit Cryo-LA und ICP-MS/MS, und kann daher 157-193 nm Cryo-LA-ICP-MS/MS in idealer Weise implementieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Cryo-Laser-Ablation gekoppelt an 'Triple-quadrupole' Plasma-Massenspektrometer (cryo-LA-ICP-MS/MS)
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Goethe-Universität Frankfurt am Main
• Leiter: Professor Dr. Wolfgang Müller