地质年代学

根据所需的精密度水平的不同，地质样品 U–Pb 定年可采用多种技术。

无论是单收集器还是多收集器的 ICP-MS，结合激光烧蚀（LA），都能为多种地质样品的年龄与成因提供独特信息。 将两台甚至三台质谱仪联用，已成为研究锆石和独居石岩石年代学的强有力方法，例如，可在单个剥蚀坑中同时测定 U–Pb、Lu–Hf 和稀土元素（REE）。 高灵敏度对于能够分析小至数微米的样品至关重要。 借助高灵敏度的 Jet Interface 以及采用多个离子计数器的分析能力，Thermo Scientific Neoma MC-ICP-MS 与 Thermo Scientific Element XR HR-ICP-MS 能够为锆石、独居石及其他矿物中提供高精密度的原位 U–Pb 和 Lu–Hf 同位素数据。

为获得更高精度，可采用同位素稀释热离子化质谱法（ID-TIMS）。 该技术要求对母体-子体同位素比进行精确且准确的测定。由于 样品量小，尤其是衰变产生的放射性 Pb 含量较低时，需采用高灵敏度的离子检测系统。 因此大多数研究采用二级电子倍增器（SEMs）或 Daly 光电倍增器，以获得低背景噪音和高灵敏度。 然而，它们的线性范围有限，且需要动态峰跳转和耗时的交叉校准。此类序列式单接收器离子计数测量存在若干不足，包括样品利用率降低、离子流波动以及质量相关的检测效率差异。 此外，离子计数测量需要准确的死区时间校准。 多收集器分析有助于优化样品利用，并使精密度不受信号波动影响。10¹³ Ω 放大器技术可使小样品的精密度提高 4–5 倍。

在 Thermo Scientific Triton 系列 TIMS 仪器上，使用 10¹³ Ω电阻器对Faraday 杯上测得的所有 Pb 同位素进行静态采集，并使用轴向 SEM 测量 ²⁰⁴Pb，可实现高灵敏度检测并扩展线性范围。 单接收器和多接收器检测系统均显示出高度一致性，表明采用 10¹³ Ω 电阻器的静态测量流程可产出准确、精密的 U-Pb 同位素数据，并具有优异的外部重现性。该放大器技术有望推动高精密度 U-Pb 地质年代学的发展，并可能成为实现实验室间和实验室内 0.01% 水平重现性的重要进展。

我们的10¹³ Ω电阻器具有较大的动态范围和高信噪比， 可对所有相关 UO₂ 分子进行静态 Faraday 采集；在典型 U-Pb 样品加载量（相当于单颗锆石）分析中，也包括低丰度的 ²⁷²(UO₂) 分子。这使得可通过 ²⁷²(UO₂)/²⁷⁰(UO₂) 在线测定 ¹⁸O/¹⁶O 比值，并进行准确的逐线同量异位干扰校正，从而消除这类分析设置中的主要不确定性来源。

Matthias Willbold 研究小组的研究侧重于早期地球的演化，以及地球如何转变为适居行星。

铀-铅地质年代学为了解地球历史中各种地质过程的时间和速率提供了重要见解。

铼—锇（Re‑Os）方法的应用主要围绕辉钼矿和硫化物的分析发展而来。 该定年技术利用187Re衰变为187Os，常用于研究地球内部（地幔）的地球化学演化，并用于确定矿床的成因与年龄。 铼—锇计时器需要高灵敏度技术，以便对小量锇样品中的同位素丰度进行精密测量。

负热电离质谱(N‑TIMS) 是一种适用于多种元素的强效电离技术。 许多过渡金属能形成带负电荷的氧化物离子，对于具有高电子亲和能的元素可获得高离子产率。

使用N‑TIMS，地质学家能够以个位数 ppm 精密度分析样品。 较高的 Os 离子产率还支持低至 1 ng Os 的分析，使该计时体系可应用于非常小的样品。采用同位素稀释技术进行成功定年，依赖于对矿物样品的精细前处理以及合适加标浓度的选择。多接收 ICP-MS 则非常适合用于原位 Re-Os 同位素分析和较大样品的分析。

基于182 Hf 衰变为182 W 的 Hf-W 定年技术用于研究早期太阳系。 由于地外样品稀少，且这些样品中 Hf 与 W 的元素浓度有限，因此灵敏度对从球粒状陨石颗粒获取高精密度同位素信息至关重要。多接收ICP-MS结合了磁扇形仪器的优点与ICP离子源的出色电离效率，从而能够测量电离势较高的元素，例如Hf和W。 将 Hf-W 计时系应用于陨石材料，地质学家可以研究行星形成过程的时间以及其它细节。

铷的两种天然同位素之一 ⁸⁷Rb 会衰变为 ⁸⁷Sr，半衰期为 492.3 亿年。随着时间推移，⁸⁷Rb 的衰变会增加放射成因 ⁸⁷Sr 的含量，而其他 Sr 同位素的含量保持不变。

由同一硅质熔体结晶形成的不同矿物，其初始 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值与母熔体相同。 然而，由于Rb可取代矿物中的K且矿物具有不同的K/Ca比，因而这些矿物在起始时具有不同的Rb/Sr比。 经过足够长时间并产生显著的放射成因 ⁸⁷Sr 增长后，不同矿物中测得的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值会出现差异。因此，通过比较同一岩石样品中不同矿物的比值，科学家可以推断原始 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值，并确定岩石年龄。

铷-锶定年在分析上面临的挑战是⁸⁷Rb 会对 ⁸⁷Sr 产生同量异位干扰。 要将87 Rb与87 Sr分辨开来，需要约 M/ΔM ~300,000 的质量分辨能力，如此高的质量分辨率通常不是高精度同位素比质谱仪所能实现的。 碰撞/反应池（CRC）与电感耦合等离子体质谱仪的开发和联用，使原位放射成因 Sr 同位素分析成为可能。其原理是在碰撞池中使用合适的反应气体，使其与 Sr⁺ 离子反应，而不与产生干扰的 Rb⁺ 离子反应。Thermo Scientific Neoma MS/MS MC-ICP-MS 是一款专用碰撞池 MC-ICP-MS，配备磁扇形前置质量过滤器，可用于更广泛地质目标的高精密度原位 Rb-Sr 定年。使用 Neoma™ MS/MS MC-ICP-MS，可在高 [Sr] 材料上实现接近 TIMS 水平的 Rb/Sr 年龄精密度（0.6%），几乎比传统 TQ-ICP-MS 提高一个数量级。对于非均质材料（例如片岩中的云母），可在单个激光斑点内通过多个独立的 1 秒积分生成等时线，从而揭示单个斑点内多个不同年龄区域，并实现矿物中 Rb/Sr 年龄的高分辨率成图。