Quantcast

Ablation Characteristic of Ilmenite using UV Nanosecond and Femtosecond Lasers: Implications for Non‐Matrix‐Matched Quantification

Research paper by Zhen Li, Zhaochu Hu, Detlef Günther, Keqing Zong, Yongsheng Liu, Tao Luo, Wen Zhang, Shan Gao, Shenghong Hu

Indexed on: 27 Apr '16Published on: 26 Apr '16Published in: Geostandards and Geoanalytical Research



Abstract

Ilmenite (FeTiO3) is a common accessory mineral and has been used as a powerful petrogenetic indicator in many geological settings. Elemental fractionation and matrix effects in ilmenite (CRN63E‐K) and silicate glass (NIST SRM 610) were investigated using 193 nm ArF excimer nanosecond (ns) laser and 257 nm femtosecond (fs) laser ablation systems coupled to an inductively coupled plasma‐mass spectrometer. The concentration‐normalised 57Fe and 49Ti responses in ilmenite were higher than those in NIST SRM 610 by a factor of 1.8 using fs‐LA. Compared with the 193 nm excimer laser, smaller elemental fractionation was observed using the 257 nm fs laser. When using 193 nm excimer laser ablation, the selected range of the laser energy density had a significant effect on the elemental fractionation in ilmenite. Scanning electron microscopy images of ablation craters and the morphologies of the deposited aerosol materials showed more melting effects and an enlarged particle deposition area around the ablation site of the ns‐LA‐generated crater when compared with those using fs‐LA. The ejected material around the ns crater predominantly consisted of large droplets of resolidified molten material; however, the ejected material around the fs crater consisted of agglomerates of fine particles with ‘rough' shapes. These observations are a result of the different ablation mechanisms for ns‐ and fs‐LAs. Non‐matrix‐matched calibration was applied for the analysis of ilmenite samples using NIST SRM 610 as a reference material for both 193 nm excimer LA‐ICP‐MS and fs‐LA‐ICP‐MS. Similar analytical results for most elements in ilmenite samples were obtained using both 193 nm excimer LA‐ICP‐MS at a high laser energy density of 12.7 J cm−2 and fs‐LA‐ICP‐MS.Ilménite (FeTiO3) est un minéral accessoire commun et a été utilisé comme un indicateur pétrogénétique dans de nombreux contextes géologiques. Le fractionnement élémentaire et les effets de la matrice dans ilménite (CRN63E‐K) et le verre de silicate NIST SRM 610 ont été étudiés en utilisant les systèmes d'ablation laser (193 nm excimer ArF nanoseconde (ns) et 257 nm femtoseconde) couplé à un spectromètre de masse avec source à plasma induit. Les réponses concentration‐normalisées de 57Fe et 49Ti en ilménite étaient plus élevés que celui du NIST SRM 610 par un facteur de 1.8 en utilisant l'ablation laser femtoseconde (fs). Par rapport au laser excimer 193 nm, plus petit fractionnement élémentaire a été observée en utilisant le laser fs de 257 nm. Lors de l'utilisation de l'ablation laser excimer 193 nm, la plage sélectionnée de la densité d'énergie du laser a un effet significatif sur le fractionnement élémentaire dans ilménite. Les images de microscopie électronique à balayage des cratères d'ablation et de la morphologie des matériaux d'aérosols déposés ont montré plus d'effets de fusion et une zone de dépôt des particules à plus grande échelle autour du site d'ablation généré par ablation laser ns par rapport à ceux qui utilisent ablation laser fs. La matière éjectée autour des cratères formés par laser ns principalement constitué de grosses gouttelettes de matière fondue solidifiée; cependant, le matériau éjecté autour des cratères formés par laser fs est composée d'agglomérats de fines particules ayant des formes « grossier ». Ces observations indiquent des mécanismes d'ablation différents pour les lasers ns et fs. Un calibrage de matrice non adaptée a été appliqué pour l'analyse des échantillons d'ilménite en utilisant NIST SRM 610 comme matériau de référence pour les deux 193 nm excimer LA‐ICP‐MS et fs‐LA‐ICP‐MS. Les résultats analytiques similaires pour la plupart des éléments dans des échantillons d'ilménite ont été obtenus en utilisant à la fois 193 nm excimer LA‐ICP‐MS à haute densité d'énergie laser de 12.7 J cm−2 et fs‐LA‐ICP‐MS.