40Ar/39Ar法是利用K的衰變體系，基于K-Ar法發(fā)展而來。K-Ar法需測定樣品中的母體同位素40K和放射性成因40Ar*的含量。天然物質(zhì)K同位素組成基本恒定，所以只需要測定樣品的K總量，便可計算得出40K含量。為此一般將樣品分成兩份，一份用于精確測定Ar同位素，另外一份用于測定K含量。而40Ar/39Ar法則是通過對樣品輻照，利用快中子轟擊39K，將其轉(zhuǎn)換成39Ar，通過測量產(chǎn)生的39Ar來計算K含量。為此，樣品輻照是40Ar/39Ar法的重要環(huán)節(jié)。
（1）輻照通量監(jiān)控。將已知年齡的標樣與樣品一起進行輻照，是監(jiān)控輻照通量的重要途徑。目前，凝灰?guī)r中的透長石因其形成于火山快速噴發(fā)過程，可通過旋回地層法，或與鋯石U-Pb年齡進行交叉驗證，獲得高精度的40Ar/39Ar年齡，而受到廣泛關(guān)注，比如國際透長石標樣FCs。但縱覽國際國內(nèi)透長石標樣研究（表1）可知，主要研究應(yīng)用的標樣均集中在新生代，暫無中生代標樣的報道。這與凝灰?guī)r易蝕變，難保存的特性有關(guān)。
為此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室張萬峰工程師，鄭德文正高級工程師及其合作者通過廣泛樣品篩選，最終選擇中生代形成至今依舊能完好保存的黑曜巖為研究對象，并對福建云山晚白堊世的黑曜巖中的透長石進行詳細研究（圖1）。結(jié)果標樣，該透長石樣品具有均勻的K含量(7.95 ± 0.18 wt.%)和Ca含量(0.15 ± 0.01 wt.%) （圖2），多份樣品的階段加熱年齡為93.29 ± 0.46 Ma到 93.49 ± 0.29 Ma（2se, 圖3），單顆粒透長石年齡為93.74 ± 0.31 Ma (2sd，圖4)。該黑曜巖中鋯石SIMS U-Pb年齡為93.80 ± 0.58 Ma （2sd）。透長石40Ar/39Ar年齡與鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致，表明從黑曜巖中所開發(fā)40Ar/39Ar定年透長石標樣可媲美與凝灰?guī)r中的透長石，并填補中生代透長石標樣的空缺。
表1 已公開發(fā)表的40Ar/39Ar定年標樣匯總
圖1 （a）福建永泰云山破火山雜巖地質(zhì)簡圖；（b）野外照片；（c）YS01黑曜巖手標本；（d）YS01顯微鏡下特征。
圖2 YS01 透長石（a）BSE及（b）K和（c）Ca元素面掃描結(jié)果
圖3 透長石階段加熱結(jié)果
圖4 YS01透長石單顆粒全熔40Ar/39Ar定年結(jié)果
（2）輻照參數(shù)選擇。樣品在輻照過程中，既要保證中子活化可以產(chǎn)生足夠量的39ArK，還要盡可能降低各種干擾作用，特別是40Ar和36Ar的干擾。為此Turner(1971)建議以40Ar/39ArK = 300為參數(shù)選擇的最大值，當質(zhì)譜計具有合適的分辨率、系統(tǒng)本底低的情況下，該比值可放寬到~1000。該條件確定了圖5中參數(shù)選擇的下限。隨著分析技術(shù)的發(fā)展及儀器性能提升，輻照參數(shù)的選擇將可以進一步放寬。
為此，張萬峰工程師，鄭德文正高級工程師等通過優(yōu)化稀有氣體質(zhì)譜儀儀器性能，提升實驗室自動化控制水平，降低系統(tǒng)本底，通過標準空氣來評估當前分析儀器性能，結(jié)果表明當40Ar/39ArK = 5750時，依舊可以獲得優(yōu)于1%的分析精度（圖5）。并基于深圳大學(xué)的微型反應(yīng)堆，與劉國卿教授開展合作，對樣品進行低累計輻照通量處理，測試結(jié)果表明當樣品僅接收低輻照劑量照射時（~1015n/cm2），依舊可獲得優(yōu)異結(jié)果（圖6），進一步驗證作為輻照通量參數(shù)選擇下限的40Ar/39ArK 比值可達~5000。降低樣品累計輻照劑量，有利于減少輻照后的冷卻時長，縮短40Ar/39Ar定年周期，提高實驗安全性及可靠性。這將為輻照后產(chǎn)生高放射性的樣品輻照參數(shù)選擇提供理論指導(dǎo)。
圖5 J值與樣品年齡、K/Ca比關(guān)系圖
圖6 40Ar/39Ar定年結(jié)果
（3）實驗室設(shè)備研制。實驗室一般采用自主設(shè)計的純化系統(tǒng)、氣體提取系統(tǒng)等外部設(shè)備，并與商業(yè)化的質(zhì)譜分析系統(tǒng)耦合使用，為此難免降低了整套系統(tǒng)的全自動化程度，限制了實驗的重現(xiàn)性及儀器的使用效率，并且極大提高工作強度。張萬峰工程師將傳統(tǒng)手動控制去氣的過程實現(xiàn)全自動化，各個部件可實現(xiàn)特定的去氣模式，有效避免各部件在去氣過程中因熱導(dǎo)率的差異導(dǎo)致的漏氣（圖7）；該裝置還能進行程控處理，外部設(shè)備控制，實時監(jiān)控系統(tǒng)真空度，外部設(shè)備工作狀態(tài)，實現(xiàn)異常報警等功能。該裝置提高儀器維護效率，降低工作強度，為低本底分析要求提供技術(shù)支持。該裝置還易于擴展至具有類似需求的實驗室，歡迎與有意提升自動化程度的實驗室開展合作，共同研制適用的自動化控制裝置。
圖7 氬氬實驗室釋氣控制、狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)
以上研究成果發(fā)表于《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》（2篇）和《地球化學(xué)》上，該研究受到南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項（GML2019ZD0202），國家自然科學(xué)基金（42288201），廣州地球化學(xué)研究所功能開發(fā)項目（GIG-GNKF-202002，GIG-GNKF-201801）的資助。
論文信息：
1、Wan-Feng Zhang (張萬峰)*, De-Wen Zheng （鄭德文）, Peng-Li He （賀鵬麗）, Yi-Gang Xu （徐義剛）, Yan-Qiang Zhang （張彥強）, Yu-Lian Zhang （張玉蓮）, Jun-jie Wang （汪俊杰）, 2022. Sanidine in obsidian and its applicability in neutron flux monitor development for 40Ar/39Ar dating.
2、Wan-Feng Zhang (張萬峰)*, De-Wen Zheng （鄭德文）, Guo-Qing Liu （劉國卿）*, Yi-Gang Xu （徐義剛）, Ying-De Jiang（蔣映德）, 2021. Optimization of irradiation parameters for 40Ar/39Ar dating by Argus VI multi-collector mass spectrometry, 46(3), 547-561.
3、 張萬峰*，邱華寧，鄭德文，蔣映德，白秀娟，40Ar/39Ar定年自動去氣系統(tǒng)的研制及其性能，2020，49（5），509-515.
4、張萬峰，張玉蓮，鄭德文，肖明，一種稀有氣體質(zhì)譜儀的超高真空樣品腔，實用新型專利，ZL202120081151.X
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