Sensitive high-resolution ion microprobe
حساس ہائی ریزولوشن آئن مائکروپروب (حساس ہائی ماس ریزولوشن آئن مائکروپروب یا ایس ایچ آر آئی ایم پی بھی) ایک بڑے قطر کا، ڈبل فوکسنگ سیکنڈری آئن ماس سپیکٹرومیٹر (ایس آئی ایم ایس) سیکٹر کا آلہ ہے جسے آسٹریلیا کے کینبرا میں آسٹریلیائی سائنسی آلات نے تیار کیا تھا اور اب اسے بیجنگ میں چینی کمپنی ڈونی ٹیکنالوجی ڈویلپمنٹ کمپنی (ڈی ٹی ڈی سی) نے اپنے قبضے میں لے لیا ہے۔ CAMECA، جینیویلیئرز، فرانس اور دیگر SIMS آلات کی طرح تیار کردہ آئی ایم ایس 1270-1280-1300 بڑے جیومیٹری آئن مائکروپروبز کی طرح، SHRIMP مائکروپروب بنیادی آئنوں کی بیم کے ساتھ خلا کے نیچے ایک نمونے پر بمباری کرتا ہے جو ثانوی آئنوں کو چھڑکتا ہے جو مرکوز، فلٹر ہوتے ہیں، اور ان کی توانائی اور کمیت کے مطابق ماپا جاتا ہے۔ ایس ایچ آر آئی ایم پی بنیادی طور پر ارضیاتی اور جیو کیمیکل ایپلی کیشنز کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ 10 سے 30 مائیکرو میٹر قطر کے پیمانے پر اور 1 سے 5 مائیکرو میٹر کی گہرائی کے ریزولوشن کے ساتھ معدنیات میں آاسوٹوپک اور عنصر کی کثرت کی پیمائش کر سکتا ہے۔ اس طرح، ایس آئی ایم ایس طریقہ پیچیدہ معدنیات کے تجزیے کے لیے موزوں ہے، جیسا کہ اکثر بدلتے ہوئے علاقوں، کچھ آتش فشاں چٹانوں میں پایا جاتا ہے، اور تلچھٹ والی چٹانوں سے خارج ہونے والی معدنیات کے شماریاتی درست سیٹوں کے نسبتا تیز تجزیہ کے لیے۔ آلے کا سب سے عام استعمال یورینیم-تھوریم-لیڈ جیوکرونولوجی میں ہے، حالانکہ SHRIMP کو کچھ دیگر آاسوٹوپ تناسب کی پیمائش (مثال کے طور پر، δ7Li یا δ11B) اور ٹریس عنصر کی کثرت کی پیمائش کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاریخ اور سائنسی اثرات SHRIMP کا آغاز 1973 میں پروفیسر بل کمپسٹن کی ایک تجویز کے ساتھ ہوا، جس میں آسٹریلیائی نیشنل یونیورسٹی کے ریسرچ اسکول آف ارتھ سائنسز میں ایک آئن مائکروپروب بنانے کی کوشش کی گئی تھی جو انفرادی معدنی اناج کا تجزیہ کرنے کے لیے اس وقت دستیاب آئن تحقیقات کی حساسیت اور ریزولوشن سے تجاوز کر گئی تھی۔ آپٹک ڈیزائنر اسٹیو کلیمنٹ نے متسودا کے ڈیزائن پر پروٹو ٹائپ آلے (جسے اب 'ایس ایچ آر آئی ایم پی-I' کہا جاتا ہے) کی بنیاد رکھی جس نے مختلف شعبوں کے ذریعے آئنوں کی ترسیل میں انحراف کو کم کیا۔ یہ آلہ 1975 اور 1977 سے بنایا گیا تھا اور 1978 سے جانچ اور دوبارہ ڈیزائن کیا گیا تھا۔ پہلی کامیاب ارضیاتی ایپلی کیشنز 1980 میں ہوئیں۔ پہلا بڑا سائنسی اثر ماؤنٹ پر حدین (> 4000 ملین سال پرانا) زرکون اناج کی دریافت تھی۔ مغربی آسٹریلیا میں اور پھر بعد میں قریبی جیک ہلز میں۔ ان نتائج اور خود ایس ایچ آر آئی ایم پی تجزیاتی طریقہ پر ابتدائی طور پر سوال اٹھائے گئے تھے لیکن اس کے بعد کے روایتی تجزیے کی جزوی طور پر تصدیق ہوئی۔ ایس ایچ آر آئی ایم پی-I نے ٹائٹینیم، ہفنیم اور سلفر آئسوٹوپک نظاموں کے آئن مائکروپروب مطالعات کا بھی آغاز کیا۔ تجارتی کمپنیوں اور دیگر تعلیمی تحقیقی گروپوں کی بڑھتی ہوئی دلچسپی، خاص طور پر کرٹن یونیورسٹی (پرتھ، مغربی آسٹریلیا) کے پروفیسر جان ڈی لیٹر نے 1989 میں آسٹریلیائی نیشنل یونیورسٹی کے تجارتی بازو اینیوٹیک کے تعاون سے اس آلے کا تجارتی ورژن، ایس ایچ آر آئی ایم پی-II بنانے کے منصوبے کی قیادت کی۔ 1990 کی دہائی کے وسط میں بہتر آئن آپٹک ڈیزائنوں نے بہتر ماس ریزولوشن کے ساتھ ایس ایچ آر آئی ایم پی-آر جی (ریورس جیومیٹری) کی ترقی اور تعمیر کو فروغ دیا۔ ڈیزائن میں مزید پیشرفت سے متعدد آئن جمع کرنے کے نظام (جو پہلے ہی ایک فرانسیسی کمپنی نے برسوں پہلے مارکیٹ میں متعارف کروائے تھے)، منفی آئن مستحکم آاسوٹوپ کی پیمائش اور ہلکے مستحکم آاسوٹوپس کے لیے ایک وقف شدہ آلہ تیار کرنے میں جاری کام بھی ہوا ہے۔ اب دنیا بھر میں پندرہ ایس ایچ آر آئی ایم پی آلات نصب کیے گئے ہیں اور ایس ایچ آر آئی ایم پی کے نتائج 2000 سے زیادہ ہم مرتبہ جائزہ لینے والے سائنسی مقالے میں رپورٹ کیے گئے ہیں۔ ایس ایچ آر آئی ایم پی زمین کی ابتدائی تاریخ کو سمجھنے کے لیے ایک اہم ذریعہ ہے جس نے کچھ قدیم ترین زمینی مواد کا تجزیہ کیا ہے جس میں اکاسٹا گنیس بھی شامل ہے اور جیک ہلز اور سیارے پر سب سے قدیم امپیکٹ کریٹر سے زرکنز کی عمر کو مزید بڑھایا ہے۔ دیگر اہم سنگ میل میں قمری زرکون اور مارٹین اپاٹائٹ ڈیٹنگ کے لیے پہلا U/Pb دور شامل ہے۔ مزید حالیہ استعمال میں آرڈوویشین سمندری سطح کے درجہ حرارت کا تعین، سنوبال ارتھ کے واقعات کا وقت اور مستحکم آاسوٹوپ تکنیک کی ترقی شامل ہیں۔ ڈیزائن اور آپریشن پرائمری کالم ایک عام U-Pb جیوکرونولوجی تجزیاتی موڈ میں، (O2) 1-پرائمری آئنوں کی ایک بیم ڈوپلاسمٹرون کے کھوکھلی Ni کیتھوڈ میں اعلی طہارت والی آکسیجن گیس کے اخراج سے پیدا ہوتی ہے۔ آئنوں کو پلازما سے نکالا جاتا ہے اور 10 کے وی پر تیز کیا جاتا ہے۔ بنیادی کالم ہدف کی جگہ پر یکساں آئن کثافت پیدا کرنے کے لیے کوہلر روشنی کا استعمال کرتا ہے۔ اسپاٹ کا قطر ضرورت کے مطابق ~ 5 مائیکرو میٹر سے لے کر 30 مائیکرو میٹر تک مختلف ہو سکتا ہے۔ نمونے پر عام آئن بیم کی کثافت ~ 10 پی اے/ایم کیو ایم 2 ہے اور 15-20 منٹ کا تجزیہ 1 ایم کیو ایم سے کم کا ابلیشن پٹ بناتا ہے۔ نمونہ چیمبر بنیادی بیم نمونے کی سطح کے سطح پر 45 ڈگری واقع ہوتا ہے جس میں ثانوی آئن 90 ڈگری پر نکالے جاتے ہیں اور 10 کے وی پر تیز ہوتے ہیں۔ تین کواڈروپول لینس ثانوی آئنوں کو ایک ماخذ سلٹ پر مرکوز کرتے ہیں اور اس ڈیزائن کا مقصد دیگر آئن پروب ڈیزائنوں کے برعکس آئن امیج کو محفوظ رکھنے کے بجائے آئنوں کی ترسیل کو زیادہ سے زیادہ کرنا ہے۔ شوارز چائلڈ آبجیکٹیو لینس تجزیہ کے دوران نمونے کا عکاسی شدہ روشنی براہ راست خوردبین نظارہ فراہم کرتا ہے۔ الیکٹروسٹیٹک تجزیہ کار ثانوی آئنوں کو 1272 ملی میٹر رداس 90° الیکٹروسٹیٹک سیکٹر کے ذریعے ان کی حرکی توانائی کے مطابق فلٹر اور مرکوز کیا جاتا ہے۔ میکانکی طور پر چلنے والا سلٹ مقناطیسی شعبے میں منتقل ہونے والے توانائی کے سپیکٹرم کی باریک ٹیوننگ فراہم کرتا ہے اور آئنوں کو مقناطیسی شعبے میں منتقل کرنے میں انحراف کو کم کرنے کے لیے الیکٹروسٹیٹک کواڈروپول لینس کا استعمال کیا جاتا ہے۔ مقناطیسی شعبہ برقی مقناطیسی میں 1000 ملی میٹر کا رداس ہوتا ہے جو لورینٹز قوت کے اصولوں کے مطابق ثانوی آئنوں کو ان کے کمیت/چارج کے تناسب کے مطابق مرکوز کرتا ہے۔ بنیادی طور پر، کم بڑے آئن کے راستے میں مقناطیسی میدان کے ذریعے زیادہ بڑے آئن کے راستے سے زیادہ منحنی پن ہوگا۔ اس طرح، برقی مقناطیسی میں کرنٹ کو تبدیل کرنا ڈٹیکٹر پر ایک خاص بڑے پیمانے پر پرجاتیوں کو مرکوز کرتا ہے۔ ڈٹیکٹر آئن مقناطیسی شعبے کے فوکل پلین میں ایک کلیکٹر سلٹ سے گزرتے ہیں اور کلیکٹر اسمبلی کو ایک محور کے ساتھ منتقل کیا جا سکتا ہے تاکہ کسی دی گئی آئسوٹوپک نوع کے فوکس کو بہتر بنایا جا سکے۔ عام یو-پی بی زرکون تجزیے میں، آئن کی گنتی کے لیے ایک واحد ثانوی الیکٹران ضرب کا استعمال کیا جاتا ہے۔ ویکیوم سسٹم ٹربو مالیکیولر پمپ زیادہ سے زیادہ ترسیل اور آلودگی کو کم کرنے کے لیے ایس ایچ آر آئی ایم پی کے پورے بیم کے راستے کو خالی کر دیتے ہیں۔ نمونے کا چیمبر آلودگیوں، خاص طور پر پانی کو پکڑنے کے لیے ایک کریو پمپ کا بھی استعمال کرتا ہے۔ SHRIMP کے اندر عام دباؤ ڈٹیکٹر میں ~ 7 x 10−9 mbar اور پرائمری کالم میں ~ 1 x 10−6 mbar (آکسیجن ڈوپلاسمٹرون ماخذ کے ساتھ) کے درمیان ہوتے ہیں۔ ماس ریزولوشن اور حساسیت عام کارروائیوں میں، ایس ایچ آر آئی ایم پی زرکون سے لیڈ کے لیے حساسیت> 20 گنتی/سیکنڈ/پی پی ایم/این اے کے ساتھ 5000 کی ماس ریزولوشن حاصل کرتا ہے۔ U-Th-Pb جیوکرونولوجی کے لیے بنیادی آئنوں (O2) 1 کی ایک بیم کو تیز کیا جاتا ہے اور ہدف کی طرف ٹکرا دیا جاتا ہے جہاں یہ نمونے سے "ثانوی" آئنوں کو خارج کرتا ہے۔ ان ثانوی آئنوں کو اس آلے کے ساتھ تیز کیا جاتا ہے جہاں یورینیم، سیسہ اور تھوریم کے مختلف آاسوٹوپس کو Zr2O +، ThO + اور UO + کے لیے حوالہ چوٹیوں کے ساتھ لگاتار ماپا جاتا ہے۔ چونکہ چھڑکنے والی پیداوار آئن پرجاتیوں کے درمیان مختلف ہوتی ہے اور آئن پرجاتیوں کے لحاظ سے وقت کے ساتھ رشتہ دار چھڑکنے والی پیداوار میں اضافہ یا کمی ہوتی ہے (گڑھے کی گہرائی میں اضافے، چارجنگ اثرات اور دیگر عوامل کی وجہ سے)، ناپی گئی رشتہ دار آاسوٹوپک کثرت کا ہدف میں حقیقی رشتہ دار آاسوٹوپک کثرت سے کوئی تعلق نہیں ہے۔ اصلاحات کا تعین نامعلوم اور حوالہ جات (معروف آئسوٹوپک ساخت کے میٹرکس سے مماثل مواد) کا تجزیہ کرکے، اور تجزیاتی سیشن کے مخصوص انشانکن عنصر کا تعین کرکے کیا جاتا ہے۔ دنیا بھر میں ایس ایچ آر آئی ایم پی آلات حوالہ جات بیرونی روابط آسٹریلیائی نیشنل یونیورسٹی میں ایس ایچ آر آئی ایم پی لیب کی بنیاد آسٹریلیائی سائنسی آلات جیوکرونولوجیکل ڈیٹنگ کے طریقے ماس سپیکٹرومیٹری