Incorporation of U, Pb and rare earth elements in calcite through crystallisation from amorphous calcium carbonate; Simple preparation of reference materials for microanalysis

非結晶質カルシウム炭酸塩からの結晶化を介した方解石へのウラン,鉛及び希土類元素の取り込み; マイクロアナリシスのための標準試料の合成

宮嶋 佑典*; 斉藤 綾花*; 鍵 裕之*; 横山 立憲   ; 高橋 嘉夫*; 平田 岳史*

Miyajima, Yusuke*; Saito, Ayaka*; Kagi, Hiroyuki*; Yokoyama, Tatsunori; Takahashi, Yoshio*; Hirata, Takafumi*

LA-ICP-MSによる方解石の同位体分析における不確実性は、主にデータの正規化と検証のために使われる標準試料の均質性によって支配される。本研究では、元素・同位体組成の均質な方解石の標準試料を作製するために、元素をドープした試薬溶液から沈殿させたアモルファス炭酸カルシウムを経由して、熱と圧力をかけて結晶化し、U, Pbと希土類元素を方解石に取り込ませた。X線吸収スペクトルから、Uは合成された方解石中にU(VI)として存在し、水性のウラニル・イオンとは異なる構造で存在することが示唆された。本研究の方解石へのUの取り込み率は、既報研究に比べ高かった。合成した方解石中の元素濃度のばらつきは12%未満で、概ね7%以内であった。U/Pb比のばらつきが各元素濃度のばらつきに応じて3-24%程度である一方で、Pb/Pb比のばらつきは1%以下であった。この合成方解石を標準試料として用いて、天然の方解石標準試料(WC-1)の年代測定を行ったところ、3%以内の不確かさで年代が求められた。本研究で提示した合成手法は、元素濃度を任意に調整した均質な方解石の合成に有効であり、また、合成試料はU-Pb地質年代学のための天然標準試料に代わる有望なものである。

Uncertainty for elemental and isotopic analyses of calcite by LA-ICP-MS is largely controlled by the homogeneity of the reference materials (RMs) used for normalization and validation. In order to produce calcite RMs with homogeneous elemental and isotopic compositions, we incorporated elements including U, Pb, and rare earth elements into calcite through heat- and pressure-induced crystallization from amorphous calcium carbonate that was precipitated from element-doped reagent solution. X-ray absorption spectra showed that U was present as U(VI) in the synthesized calcite, probably with a different local structure from that of aqueous uranyl ions. The uptake rate of U by our calcite was higher in comparison to synthetic calcite of previous studies. Variations of element mass fractions in the calcite were better than 12% 2RSD, mostly within 7%. The Pb/Pb ratio in the calcite showed 1% variations, while the U/Pb ratio showed 3-24% variations depending on element mass fractions. Using the synthetic calcite as primary RMs, we could date a natural calcite RM, WC-1, with analytical uncertainty as low as 3%. The method presented can be useful to produce calcite with controlled and homogeneous element mass fractions, and is a promising alternative to natural calcite RMs for U-Pb geochronology.