REVIEWREVIEW
��������� ������������� 10� ��������
Fundamentals of Mass Spectrometry�Isotope Ratio Mass Spectrometry�
����Keisuke N6<6D
��������������� ����� Geochemical Research Center, Graduate School of
Science, University of Tokyo, Bunkyo-ku, TOKYO, JAPAN
The basic physical aspects of atoms and isotopes, as well as the physical and chemical processes responsiblefor variations in isotopic ratios are overviewed. The major techniques in current use for isotope ratio measure-ments are stable isotope mass spectrometry (MS), noble gas MS, thermal ionization MS, inductively coupledplasma MS, secondary ion MS, and accelerator MS. The types of ion sources suitable for use in isotope ratio MSare electron ionization for gases, thermal ionization for non-volatile elements, inductively coupled plasmaionization for the majority of elements, and sputtering ionization by means of a high energy positive or negativeion beam for solid target elements. A variety of ion detection methods using a Faraday cup, a Daly collectorsystem, and an ion counting system with a secondary electron multiplier are capable of covering a wide dynamicrange of ion beam intensity, from�10�8 to�10�19 A. Methods used for data processing and for evaluating thereliability of data for the isotope ratios that are obtained using MS are described�
(Received September 9, 2010; Accepted January 14, 2011)
1. � � !
������������ !�"�#�$ �%& '()(#*+,-./�,�(0& �$ ��1�.2���"��3�%4���567�89:;<=,�>?� @A:B�.& C�.6D>D>:*+#�$ �%EFGF:� ���H.I<J& 5K& "& LM.N�J� �JD�B�%O;<JP=� O(O(6& '#�$ �#QDR� #�PE:9���.& �#S�,6?;%D��B�#,P:DEFGF:T����B�%,P�=U& �$ ��D=�S�6& ����& VW�& XY�:9,6Z[B�#,P:D�#�:<JD�1)�7)� E .& \�& ]�^��& F=_#`�a�:9\4.�b.;;O��c.�d%eff��1)� ����.gDJ6& �hi�$ #jk�:l��Lm��J ���!"2�2), 4)�6)& �n*+#"M.go��$ p�R#$#QD� ��="#q�r%#s&3), 7)& '�#�$ �(t��="
u):96)&*+:�. �E(JD���$ .6& l��:Dv��$ �& l��J�#�$ .�O��hi�$ %��6)� "��3�,2�E(��#6& v��$ �& �h,2�Ie�wx�-b2��=7?%yz.& F=61$.[2�,P��{/�hi�$ ,���
2. � � �
0|,6& }~���J#�$ & gI��$ �#�)�H.fDJ���� ��#*+#�$ p����;f1�.2���"��3�,6& 2�1��:��$ #"�6O;<JDJ& "������#�E ��:O��������$� ���.2���B�%����,�e& "������# m/z2#QD.�3�4DJ�F;:�1�$�����5�#"��3�:9��:�3,��� �$ "��3�6�1�:�$ ¡$�'( # ¡�����¢$;f�1$,2���S6,�e& DO!� £¤¥¦ Ie� £§¥¦ .7(���3�,��� ¨8$#�D�$ �3�©?=U.6& ª4« ��31�*+¬#"#®¯; °e& v�:"���������I?.���±^�3²^�����³#��J#9��´µ$#.D¶·:¸:.;�& E .6"��3ª4« �¶·,¹$� #º:DXY.4[:9#<=�Z[B�%,P:D�
Correspondence to: Keisuke N6<6D, Geochemical ResearchCenter, Graduate School of Science, University of Tokyo, 7�3�1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113�0033, JAPAN, e-mail:[email protected]����& ��������������� �����& »113�0033 ��>?�¼0½ 7�3�1
J. Mass Spectrom. Soc. Jpn. Vol. 59, No. 2, 2011
� 35 �
2.1 �������6), 8)
��������������� � ������������� ���������� ��������� !���"#$��%&�'��()� *+'����%,-, ��./&01�2 ������� �3�(�� 4&4&��5��6���%,-, �7�89:0� ;�� <�� => !?����@ ��� ���A�%&01�2 �B�� C��D!� ! C����EFB/� "G#$�$H����IJ0K� ��B/��6�./&�9��4B:01�2 LM%/&01�L�$� �&�$N��'&�@ ���'O�P1$$H��1�2 � 4 � $N?���(�@ �'��()� 7Q#'��LMR01��J� �(�)*�L� �+#,*��-S�%&�2T.$H���U�� 1912/� J. J. Thomson�VWXW01Y�)Z�210 Ne��(& 20W[\�]B$ 22�W[\�S����^�(:�2 9�W[\$3�04_75� (CO2)� 2`[a\DNe���7�(NeH2)�b6' !�78$S9�� ,� Ne:.$c10�;$ 20� 22W[\�d<=�e.�(�9� !B/� 7Q#>*��-�^ 1��(�@ �'��(��f?gh�2 i�j� Ne�0k (D�-� j$lm%&�@An�(�)Z$L��(�0k :. !$L)� �(& 22�$H��B+�ChD&/&�L�$ :�9)2���'�0�1Y (eo1.60217733p10�19 C)
�':��B/ )� �'& (N)��& (Z)�E��& (A)�F�2 � 4 � AoZqN�(�2 i&r&���Gs�(�mno1.67493p10�27 kgcLtmpo1.67262p10�27 kg�(�2 �$=u081�'��L)v1wxyz{HI$(��J� JK�B+��L��� M|}N 10��1� 1~�{�������0�$�O��2 ���1Y�P3Q�0k$R�1S�1Y�' � �(��:��%11 �Gs�(meo9.10939p10�31 kgo0.511 MeV� ���$&T:0c)� ����0�1�#$�'�(�2 �7Q#'����1$L:0�,��J� i�1��&�R�1 Z�U�� ,��8%��'���V&��R�^��J� W&A��(&���2 $H��9&/�X��210�
A�?���� ,�� AZ�?����
�L�$YB&�2�(�JH�� �'� 12C�Gs�( ma(12C)
�210� ���L�$.�%&01�2muo1 uoma(12C)/12o1.6605402p10�27 kg
o931.494 MeVo1.49242 J
9�� 1���D�'��(mncLtmpL)�%1�(JH�� � 6���' 6�B/��%&01�12C��f�wxyz{��J�(�2 eZ$ Z���� N���'B/��%&����( mk
�� ���'��(�E����Dmo(Z mpqN mn)�mk
��(�[�11� f�wxyz{ DE� DEoDm c2�1� Einstein��(�wxyz{�R`\����(�299� c�]"���^ (2.99792p108 m/s)�(�2��(����L� Weiszacker�Bethe�M_�#�(����R�^�2
M(A, Z)o0.991955A�0.000840Zq0.018500A2/3
q0.10000(A/2�Z)2/Aq0.000750Z2/A1/3
qd (A, Z)
9���� ` 1��` 2�����(�EB/��f�wxyz{��a�������1�'�� ` 3��f�wxyz{��%1Fb��� ` 4���'���3�.&�f�wxyz{��%M ���� ` 5����$ �1�#cd��� ` 6�� A� Z�¡¢$L�T.'�£1����L�$F%&01�2
d�Ao¡� Zo¡�o�0.036A�3/4 ¤ ¥'T.d�Ao¡� Zo¢�oq0.036A�3/4 ¤ ¥'eT.d�Ao¢� Zof¦�o0 ¤ �H$T.
9���� �(& (A)� 15L)"^1���(�B )LM�R�01�2 ��T.'��$ �f��d%$L:0c)�§M(A, Z)�(Z mpqN mn)¨/A
(mpo1.0072765, mno1.0086649)
��%1]! 1�g�)�f�wxyz{�"^1�1©�2 ��T.'��& (Z)��'& (N)�¡¢$"^MªB�0c)� T.$H��&�� Table 1$«�L�$ Z� N�¡&�$H�� 165��¥'�M�Z� N�h,�¢&�L��� �(&��%12H, 6Li, 10B,14N� 4$H��¬�(�6)2
2.2 ����� �4&4&�i�j)�����?�$'$H�=�@ �'���&B+��2 k$®�¯�v°$®�¯�_� (18O/16O)D�� (2H/1H)� 1,�±�01�"��������l�$m�:01��������� (3He/4He)� ²n$³:01�´[µ¶\·�op¸�qr5�5� (13C/12C) !'i�s�(�2), 3), 7), 10)2 99��� $H�=�Ot��^89�u¹�1MOB���2
2.2.1 �����������Fig. 1�º»$�'& (N)�v»$�& (Z)��:��w11)�e��«��'��(�2 9�w�� (�?� �Z�e.� � N�@ �� � 4 º$x¼�1��y�P1$$H� (isotope)�1�2 ,�� ½��)zJ
Table 1. T.$H��&
�& (Z) �'& (N) �(& (A) T.$H��&
¡& ¡& ¡& 165¡& ¢& ¢& 55¢& ¡& ¢& 55¢& ¢& ¡& 4
{ (2005)6)$L�2
K. Nagao
� 36 �
45��������� � � (Z)��� � (N)����� �����A���� ���� �� !"#�$%& (isobar)�#'( a)*��4He�+ (Z,2, N,2)
�$-�� �+ . /01�234� Z� N� 2567�#�*8�2( + 9��� �:�; !/0�2 b�)*��� �� � 1<=>?� � 1<@A3$%& �B4C�� �*8�2( D���; !/0�2 bE )*F:� KG; !HI�2; HI)*��� � 1<=��� � 1<@A3$%&�B4JK��*8�2(�AL235U �M=N 7.04O108P� F238U �M=N 4.47O109P� �Q�R� 7S� 8S� a)*� 4S� 6S� b�)*!T?U��207Pb�208Pb��26)(V�WX3Weiszacker�Bethe�MYZ[\�]^!_>? b�)*�`#?aA2( ��^� A!b��2�A�c��de� d,0���� Z�fg? 1h�/i���2 (Fig. 2a)( /i��jklmn�o2U�� 1
g.pqg�#( A�r��de�� Z�r���Q�s� 2d56���2 Z�c�� 2h�/i���t2(Fig. 2b)( K�/i� �Z�r� �jklmn�o2u������� s�U��\��v#�w234��x��2 Z�c��y>�%#!T��2z���234�� )*�t�#y��pq�2( ��s'�{|�34�A� Z�r��$%&�u�pq�2����t26)(g.g� �� ������ b�!$}� 2</0g?� Z�c��!T�~���s�U�� Z�r���)*�2y�y�2( ��)*^!�% b )*(double beta decay)�##� )*���j4?v#34�����#M=N!y`��2( ��g?� 130Te
. 130Xe �M=N 7.5O1020P�F82Se. 82Kr �M=N9O1019P� ����26) (Table 2)( �% b)*���2����������\����� ��\��of�g?#234� Q�M=N!�42���i��[���34�o. ���?#26), 12)(%# ThF U��� a)*!T�g�#���[�� �3��� !��g?� !���( � ��
Fig. 1. � �� �� ¡ ��� �!¢g3+ £(� � Z�$¤��� ��¥�2+ !"#�$¦&�#'( �3� � ���� �������+ !$%&� �� ������ ��¥�2y�!$�� &�#'(
Fig. 2a. Fig. 1�$%&!¡ ��>3+ �\��§^£( A�c��de� /i��¨K©ªm��2 1<��U����� «�\��¬t#+ � b�)*F; HI (EC))*�s�U���*1�2(
Fig. 2b. A�r��de� Z�rc�s� 2h�/i���¦®�2( Z�r��de�U��+ ��`pqg'2��¯g?� Z�c��U���pqg�#( Table 1�¢�� A� Z�r��U�$¦&� 165<pq�2��¯g?� A�r�� Z�c� �Nyc�� �U�$¦&� 4<g.pqg�#���¯°g?#2( �� 4<�$¦& (2H, 6Li, 10B, 14N)�Weiszacker�Bethe�MYZ[\�]^�m±��o�# A²15�³#+ ��2(
Table 2. �% b)*�2�Q�´
µ M=N �P�a) ´48Ca 5O1019 48Ti76Ge 1.6O1021 76Se82Se (1.0¶1.5)O1019 82Kr96Zr 2O1019 96Mo
100Mo 8O1018 100Ru110Pd 110Cd124Sn 124Te130Te 8O1020 b) 130Xe136Xe 136Ba130Bac) 2O1021 130Xe150Nd 7O1018 150Sm
·�+ (2005)6)�s2(a) ¸�l�3�¹�l( #�5�º���ly�2(b) Takaoka (2004)12)�»¼�s2(c) 2bE )*
$¦&�\��½
� 37 �
����������� ������������������������ b������� Table 3 �!�"#� a ���$%&��� �'(�)�*�238U +", 244Pu �-./. 5.45010�7 1 1.25010�3
"#���2345�613)� 785.��9��":%*�;�<���9�=8 ���><'(?� �@�ABC����D��E�F�(16�� GH "#�I����*� �� JK �� �9��L� ���><'(���� �9�=8 M�NF- JK 'O��$�PQ�R�1?% �)S� �9�=8 ���><'(?�TUSUV��$���W��X5�Y��Z�5.%��1), 2), 4) ( "#��� �9� ��178�� �[\N� Table 4 �!�
2.2.2 ��������� ��������(.��*�9� �]S���\�%^%<�6� �
_ ����9�NF��JK�+�%E� 4��9�=8 ��6`W5.� ( "#��9�=8 ��*a1?%�9�V ]! M��'b?%+�� ]!c�d�9��"1?%#F.%�� ef�gC��?%�� 2 I��� h����
*ijk$�� (1/2)hn ���� - h�_ n *lm]! %&n�o'�� ( ��� ]! p���9��
qF.��� k$�� ���r9*s��9� �� i#6t��9�NF����"�Eu� ?�6:%� s��9�1t��9�NF��JK�vw 2 � ��6�9�xl%y���z��*� -./. �� �9�*{|N�p�� ( "#�gC�� ����}(5.��9���*� )~���6*�?% 2
�+ �,6�85.�1<�X�� -� �,��(5.�JK �9��E'(���� �,V� �9� M��W�?%%y6.85.�f� ���X�E/�5.%�� "[�$F.�JK+",�,=��{�*� �9��]f��1E�{.%�� JK���NF�0����3�����O1��7,�":%E�1��9���6><'(5.�(16#F.%��3), 7) ( "#�xl%y�+~��9���2*�3��f z� i#64<�6� 7��'(�"#����E 5��5��"#���*�.��� (.�6?%� ������� �7���� ��L
�� 2 � �9�6� ��S���- �86�{.%�[1< "#�9�o:�;�'(��9���E�� 2 � �9� i 1 j ]!� mi 1 mj� ��1�86�{.�� �9��-./. Rji 1 rji� �9� i �_� Ni 1 ni 1��1� G "#�Q¡���" (Ray-
leigh fractionation) ¢�<5.�13) ln(rji/Rji)£[(mi/mj)1/2¤1]ln(ni/Ni)
( "#��9� ��*� ¥=>¦ §?NF��?�¨6�8©¨1?%�{.�6F@A ª�«���"#�� �@¬B� ¨ ®�NN{�¨KS¯K �9��g1?%E`W5.�
2.2.3 ��������� ���� ������� ��� !��"#$14)
°C±V�*²³°C´ (galactic cosmic ray) 1µ¶.�� a1?%D�NF��u��� (·GeV)E�6
Table 3. �� �'(��� '
�� F¢a) �¸b)
232Thc) sf 1.40010�11
235U sf 7.04010�11
238Uc) sf 5.45010�7
244Pu sf 1.25010�3
252Cf sf235U nf
a) sf: &��� � nf:���GH�� b) Ozima and Podosek (2002)13)
c) ���I¹JKº*45�6� nf E'(�
Table 4. L»���1- M��� N¼U+",��F¢ '
L»��� M�� N¼U ��� ��F¢3H 3He 12.32 b�
10Be 10B 1.50106 b�
14C 14N 5,715 b�
26Al 26Mg 7.10105 b�, EC36Cl 36Ar, 36S 3.010105 b�, EC39Ar 39K 269 b�
40K 40Ar, 40Ca 1.270109 EC, b�
53Mn 53Cr 3.70106 EC87Rb 87Sr 4.8801010 b�
129I 129Xe 1.570107 b�
138La 138Ce 1.0501011 b�
146Sm 142Nd 1.030108 a147Sm 143Nd 1.0601011 a176Lu 176Hf 3.7801010 b�
187Re 187Os 4.301010 b�
232Th 208Pb 1.4001010 a235U 207Pb 7.040108 a238U 206Pb 4.470109 a, sf244Pu 131�136Xe etc. 8.00107 sf, a
§OI (2005)6) �½�
K. Nagao
� 38 �
���������������� 1 m���� ������� ��������������� ����� � !"������#$����%&� ���� ��'( �)���*�����+� �"� �������� !"���,����-�������� ./012�149Sm, 157Gd�3#� keV���4����5��+6���,��7 56� !+����-��������� ��%8����5%9��� !+�*�#� :�;3�$�5<�# =��+,� �������,>!5"�?@A�#� B��*�#,��C$D�+� ?@A�*��8(��%,E 3He
#� 1FGH����5 100&'("&) 1.5I10�8 cm3
STP .J7I10�13KL7 *� !+� ��%8�����#� M+�*�N&��C,-��*�O���5P�!� 10Be, 14C, 26Al, 41Ca, 35Mn�3#Q.�+R/S01234�5+ !+� �!�T678-�U�*��5+�+��5%&� ��,9:��,; !�<V5=4�+���WX .T678-'>7� T675��+?@�� 5%9��*�Y�5��%,$D�+���AB�"���Z[\� ,- $5%+]C�AB�"<V5=4�"DW .=4'>7 �3� ���E^5_�+ �)��FG,H�!+2)�
3. ��������� �1), 15)
�*�23�IJ#� K���L+�$���*�M��$D�L+��*��+1�`&� aB��+0123NO�bPJ�Q2#c�#:�;3dRS�`+� ET��*�#5+�IJ���c�aB !�+0123e#� UfVW�B"X�YfVWg%hZW�Mij'k"[\�Yf0123e�� 23�]$��23^45%9�a2l�!�+� bPJ5#� Z�[m2D5%+M+�*�5+�_[m2D5%+n�$�5+�%85� opLqr�`9"[m2����+[m2U5#� 012sa,"t 1,000���X�YVWf0123e,bcB�!�+� �!5���� de�juG\v�[f[m20123�%85[m2�opLqr�w,&,��Wj�gx�[m2,�D5���+Wj5#� hy[m2�012i��+E2sa,jz !+"{[\�Yf0123e,B�!� 012sa10,000���k��+NOO`+�[m2|;S#� }~G�r��u�[fZ�lm��B"noZo5+4��[m2��2��2F4�`+��"� [m2|;S5#� pq��*�[m2Zo��<�|;S�DXJ5r&s��5+�+O��� pq�|;S�B�pq��*��[m2�rHZo��D55+�+O�,`+� �t5.�"%85� �*�#5+�"{5#012i !�[m2|;S5uk�+B!�!��*��[m2Zo���T�vC5+�+��,wj�`+� ��"{5#� a) M+5�%vC[m2����+[m2U� b) VW�ZW��,M+���[m2�x�%,vC� sy��v�Y�"[m2�rH�[m2
|;S5uk k+0123Q� c) [m2�|;�%,EC�[\�"�� <z{5��+;{�n7��v|;S�3,jz !+� 01A���L�E �T�vC5+�+"{5#� |��}��}G����u��O<01A���L,H�!+�aO\j�`+� }G����u#� VW�"#ZW~��5�Y�"L+01�[m2�rH,�������rA����b9�|;S5k�+��5H�!+A���L����`+� ~�VW�ZW5������,`9�O� [m2�rH��5B�$�,c!�"{�M+�"Zo���5+,��+��*�#���55+�+"{5#� `+01qm��*�A���L�������[m2,01q,��+��01A���L5� �¡¢�£a�¤&�]�+��,\j�`+� ���,��C��+[<��*��5+�+Wj5� ������*�[m2��,����E�*��[m25hy !���55+���C�+IM����¥¦2§2A¨� (abundance sensitivity),B�!�+� �!# .01q m5gl+[m2Zo��7©.01qmª15gl+[m2Zo��7� �"#B�«q�+¬ !�g&� 01qm��*�5#��01q, 1tl��+�*���������+a{���
3.1 �����������*��0123#� �]��+$����DJ�0.n����[m2DopLqr��[m2�[m2�3(�5�&���37 �� n���52��+$��n�[m2D��23�+� $���;�TR��23�+�3�� �j�+23^4�0123NOO��+� �45� >J��*�012345<�� [m2D4�®{�.�+� 012i !"[m2�|;S#� �!�2345¯b�`+��� ��{�Q.�+�
3.1.1 ���������1), 2), 15), 16)
���0123e5ez��23�+^4�`&� [m2D5#bcZ�[m2D (electron ionization)[m2U�B+� ��^4�#� [m2U5ez !"�������J523�]$� .�"#2�7 �i�[m2D�+��,������� ¯��+23�]°���,23��0123e��D k+hyj�����C"{�bc#23�]$��2��i��;�TR��0123e5ez�+� ��%8�235#� �� (2H/1H)� ��(15N/14N)� ±� (16O/17O/18O)� �².K���34S/32S7�3��]��+� '³+M+�*�0123�?@A0123,`+2), 10)�����15)´ Z�[m2D[m2U#� Z����@A5 � k�°µZ��#��+��5%&��Z¶5[m2D�+O��`&� Nier,·v�"[m2U�`+"{ Nierf[m2U�O¸N!� E�¹��E�¹�º�P��+ (Fig. 3)� Z��opLqr, 70J100 eV
���5�C�$��[m2D��,����� �2FA�2�3�}�G»2�����+_Z��Z*¼70J100 V�R/��� ½�rH���[m2D ��¡Z*�b� k� �rHG[2�5`+@A�[m2
�*��0123
� 39 �
���� ������� �������������� kV������������� ���������� � �!"�������#$��%&'(�� 0.03 eV��)���������%&'(�����*+ #$��%&'(��,-������%&'(��./0������1+ �����2����/3 �4�� ����%&'(��./0+ 5�6����/�������./7�!���8"�"�����#$��9 �,-���:/%"� 9��&;��1�<'��( =>�$?@&ABC �)�+ ����/*D��+E�,���-#F$����G;���/�./�H�0"�./I8"JK���"�� 9����L1+ �����*D�)�2M��348��������)�����#$�N�O5��6�N�9 �P4��=7C ��/�./�H�0"�INQR8����1�+ �
�� �S9/:T������L;/6/� UV���:/4�� ����+E�GWG 10 mm<58��+ =>����INQR8�X?��Y@�� + 1APX?�8"KZ�9�+EGI���[K�
Fig. 3�B��4��������\]^� "K�_+ CDGI�� �������#$������`"���\]^���������$\AB���a���Lb�PcJK�Ed��� =>�e"��/\]^����c;I��Lb/��"�1+ �����J0`"����� O5/FZ��:/%*+ 5�6G"��������������$\AB�fK�H���fK/O5/6/��:/%"� I�J���KL�4�gM8���h5�N��1�+ OM������h5�iM�PZ+ ������� ��j�QkliM�PcJK8+ gM2M�m/KL�4����������� "dn�gMI�J���
+ R ��STo�pUD<�,-��VW8I�J�X8�Y)�qr�1"I��s0+ Zt�p�s"�ugMI�JZt�p (stable isotope geochemistry)v "K[\8]�^7�"�� gMI�J���Y�+ _`���#$ ab#$�cde�fw�g��xyz^\��*��{|����m�h���?'}~�������+ ab#$ �������JK�87�"� =McKinny2C2), 16)� 9��1�+ i�ijokjV��ij#$�kj#$ =CO2#$���9 P4�C �+ �J��lj�m��pU�n�o�o_`��#$ ��� p(����k��S�kjI�J�qM�+ ��r)�st������nP4�/+ 1 mg
<5���k�uv�1"�9 /����+ 3P_5�`"�n9�gMI�J���n�4�� 9�qM��1���k���pU�V��kj#$�N�K\/40+ ������m ����k�� BrF5�w1�V�+ xc�kjI�J�qM���n/y� 17�r)I��"��9�z{uvh��{��)� |U�V��uv�/���}~���2I�J����Y/+ 1990��GI��U�=1����1�� 9��)�+ uv#$xy\�#$ =*��\F�C ��:���xyz^\��*��}~U����m�h����� 9�JK���}~U�qM����I�J����e�����/I�J� 8�� 9��)��?B@^��) �1��1"I��9 /%*+ 9��:����p��I�J��}~U�qM��9 P3 8�3)� �����10), 17)� �#$ (He, Ne, Ar, Kr, Xe)P���������m�1"��J���n������� �G�+ 10�7GI 10�16 cm3 STP<5��*V��#$I�J��+ �#$�b�GI���Y��h��n[�+ 6r�gMI�J���n �8��1�#$���n ����"�� �#$ 5�j 23
�gMI�J+ �:�J7�37Ar 39Ar�p(����/��,m 81Kr8��JK8��dI�J��P�K� �#$p(o�(o�S8��Juv+ �����#$8���Juv+ ���i8� Juv��V��4�/����s0+ ¡�I�I�J�uv�,m�����¢��+ �:�J7��£P�8�� V���#$I�J��+ 3P��8¤�m�4���������`�¥� (¦10�7 Pa)��#$o�sJT_`�w��KK\/4�� �¥^���§$��$¨��$©+ �Juv����V���� v�4����'�ª\«¬�8��¡�®[���#$�¢�P¤��«^��£��¯- 8��[�+V���\F� =10�8 cm3 STP°±C �²K�:+ �����\F�/#^$�¤D���¥^���¥�����¦³�1�+ #^$�§1�_.&;�9 P´\�4�� �#$°<�µd#$ =N2,
CO28�C �¨¶��_` 800·<5����� Ti�Zr�µd#$��I��Vo�:�N��K�_V���#$���©w8�n��K� 9��
Fig. 3. Nier2���m� #$ª�j�I�J��1"I�+ Nier2���m+ [����������m P����� ����n+ 70¸100 eV<5�����J�«¬�N�+ "dn�������(EI)�4�� �¹^º�B �����l���������������!���*D�������»7�®���/#$���� �����®��� =�- VGI�¯ VC �+ ��¼��$ ��l���P���� ������������¼�_�����������+ ��$�����$\AB�*D������� ���'���� §°/�½U�±�+ %&'(��²7������/NI���/³´�4��
K. Nagao
� 40 �
���� ��������� ������ ����������� � �������� ������������� ��������� ������� 1���� ���!��"#$ �� ��� %�� & 10�5 Pa�'#$ ( �)*��+��"# ,��� ��������� �������� 10�6 Pa�� �����-(�.�/#� � 0���!""#(�.#$�'#$ 12�-%3��4 ������&'�(056� 1057) 810�189:;�� ���<*+,.+��'�� =-"#>?@?A.�B�C��(0 103D�� Xe<*/+,EFG5�0#18), 19)$
3.1.2 ���������� ����� (thermal ionization mass spec-
trometry)1), 16)H0GI# TIMS�'��( �B�C��(0 E �012�J�����K65�0#$ 3L ��� M4�N5*OP*67QR8�S8*OT*�UV5#� 9W�P*�'#�� <*��(05�X�� :Y;<Z[�X0�=>*����� �\]�^_` (87Sr/86Sr)� aBb`8143Nd/144Nd*O;� c (204Pb/206Pb/207Pb/208Pb)*O.'#$�B�d�1��?1��@e�AB"#$ C[CD� ����Ef� T�>g_`Qh�i�j�kl�m�\�FG��� nHop =��B�d�qr\"#$ ���� 2IJstK���kl�m�\�2I�I�� W��Lu��v# 8Mw6�Nx2,500x��V�; ���OP��.QR�� y zS��B������L#$ ( �B��12%�{|� �B�d>�}~�T���B��?`������"#$/�U�B�C�a:�? %0�� 8RbQ K; *O�V��'#.� ����:Q��W��zX�FG"#(�����B�C�a:�? 10�� �E�/#��.'#$ o�� 2)YZ� 10�� 8Cl, Br, I, Se,
S*O; �[ �B�������"#(�E�/#$TIMS \]�� ng�����0)^� ���(0������ ��_E�� 10 (�0.01�)<*/+,.�/#(��'#$^����� , C[`A����� a("#bc�8����d�e ��*O �f� o��`A����/�(o5#+�g '#<*�h���i!#(�.#$�'#$ ( ,� \�^� � ,��� \h�j�o5 4�?�:?`Q\k*bc�C[`A�>"# ,� ��?h lm�.�n �o�Qd����p/L�q"#��.'#$ _rU���o5 ����ET���� �B�d st*>g_`kl�m�\*O�FGo5���B�d�qr\o5#$�������� (inductively coupled plasma
mass spectrometry)1), 16)� ICP-MS�K65�0#$ Tl�� (uv(��wo5�0#xy�z�'#xy�27.12 MHzV � 40.68 MHz 1xy2I (1�2 kW)�{|� p��{���: �|}��'5 \?^
���o5#p % ��� 8~���Ar; �� {���:R�"#1xy2���T¡�2)��a:�?�����1W ��}¢��"�£�"# (Fig. 4)$ ��}¢R���� _��1%w2*O�Ar����2)�R�op# 8�¤; #>.'#.� 0� �2).R�"#�� 1xy2���a:�?�����}¢�*#$ ��}¢ W�� 5,000�8,000 K� 2) W��8,000�10,000 K� 1015 cm�3�� 7)���*#$ C[`A�¥�ET�� �67�a3��@?�T����}¢@e���o5#$ V � P*67�>?@?��"#(����� �¦ +,@e 5����CQ^��C��§�_`*O ¨©�ª������ �ª]«:�����}¢@e��#(�E�/#$ ��}¢@e���o5 67�� ��}¢ 1W ,��)Q�)E�fo5��B��*#$ ICP \] z-�10�B�C��'�� �B�C�a:�?. 8 eV�� ���¬ 100��B�Co5#.� 8 eV 11 eV�*#�-5� 90� 10����®�"#� �¯.'#$ICP �B�C���� ��B�C (TI)�/°#��,�10 89�3�� �z�B�C�a:�?� 7.1 eV�'�� TI�� 2,500 K� �B�C��.� 10�5;1)$ p % ��}¢� �B��±����i�B�kl�8�² 0.8�1.2 mm; �T���B� o5 @e�b³r\���I��� ( �|S.o��¨¢?�?� �´ 8�² 0.4�1.0 mm; �T���o� 0���� 5 ���S�I�"#$ ��� ( 10�B�C���EGµ� d����}¢� �B�.���S�T����B�¶����!"#·�� 1�� 1 100�� 1�"¸*0$ ���S���o5#�B��?`��a:�?�¹.�.'#(�����U��?`º���¸.'# ,� �� 10<*/+,��¢:^�>4h?�/ �= ¡J���&'�(0#20)$
3.1.3 ��������������� ���� (secondary ion mass spectrom-
etry)1), 16)H SIMS�K65�0#( ������� �����¢ kV�|£o5 �B� 8z¤�B�; �P*01�¥¦op �/� P*01�»�g7)�4��h?*O��E�w�o5#§[ �¤�B�����"#$ z¤�B�����Ar, Cs, Ga, O*O�¨L
Fig. 4. {�¼���}¢(\?^$ ICP-MS �B�d�'�� ª:½�����©�o5�\?^���o5 67��.1W ª:½���}¢���B�Co5� �¨¢?��?��T���S���o5#$ ��}¢�� ��:�Io5#1xy2I�{�o5�R�"#$
<* ���
� 41 �
��������� ���������� ����� � �������������������� ��!"# �$� ���%& ���� '��(#��)*+�,% 0.1)*+��- ������./01�2��3& �������( � 1410 nm���35�� �! 6�����789:�� � !�"#$%��!&'3& � 1;���(������!&'3& � �(�����)*�<��=���!>+,�3&���������!�- �. � � � /��01?2����341�5'�! �. � �����@��A (6,��- @B�*7�(C!��-����8�9D ���(#:E�����-;�!<=� � 789:�3&�$%>�?@�9D �A� 789:�3&�"#$%�)%AF2<�G�@B����H�!�- � 3%�BI�sputtered neutral mass spectrometry (SNMS)JC��3&KK- � 5� DEF��GC�<�G��789:�������! 01?2L����H�!�- M�. � H/NIJ�A%&!� �JK �� .OPQLM@B��=3&!���R�ST�UV�7W@B�N%�XO3& ������( F)�PY �AZ@B�[�\]�^3&�N%@XO��JK��QR��� � (����ST?@� ?2"(_6?2�`a��?2UT2bVWX@B�Yc3& deWf9*7?gh �A QR�Z[��\]QR��i^j� �!_k� `a�- � �����������(�?1� �� �A ��?2"(_�$�b�<=�� l,#�@m ������n#�L@�%�3HcbJ<=�� � �������� ?2�(#(������!d%& ?2�Z�)o�!�mp@ � e2���������*7 q0rfZf@Bg����@#2��?2I��B��h�! sQt�g������������*7� u+v�@B)%�i�j- ?2�k�����!I�lmw& �
3.1.4 ��������� ����������������� (accelerator mass spectrometry)1), 16)x
AMS�yl& ��- /� &�# 14C�<=�!z�mn2o{�pq��r2st�|=� @Buz}~���v%&!� � ?2�JK QR,%5'�wxy�Zfz�{7��|3�V<9W��!����QR�0R���q3& � ���� :����>+{��� ��� 14C/12C�<=� *7����D �z�mn2}@B��S�QR,%5'3&�r2� ~�1�^����W��!Zfz�{7��V<9W��!������q� � ������ �� keVsQt���� (Cs�)�������!r2k����ST� ���(# k����@#�m� 14N����! 14C�6��- 14N:E�!������ � ���*�- �J�!m/z�12, 13, 14��:E��������
� >+{�. �!:�)�0)� d2 MeV��h 5�>+� � ����)���7"�J�3�!)%����# k���,%g�������!q�7)$5�>+� ���(# 3%�:�)�0)��Y./01��d � � /�6a@>�� �)����7�A��(# ���>+5����!��%�����%<�05���! 14C~%���:E��m���- � >+{�J���r2������� �*��C!���B���� dJK� 3oh L�3�� 12 C3��13C3�������r9��<=� �- 14C3��6����'{�M�� � ��'{�� �%���(C!��"�./01���@�� ���>��!:E�@ 14N3�@B�6����� ��H/� �$���_� 10¡�9J� d���C!��-���$��¢m�-h �$�_�Bw��<=� �- /�-# �fft� (10Be /9Be) r2 (14C/12C) q0)£t� (26Al/27Al) r0Qt� (41Ca/40Ca) ¤t2 (129I/127I)@B�¥�$�_�<=3&!� � �&%10Be, 14C, 26Al, 41Ca, 129I@B¢m�-&�#�$�!��¦!§�� �!�����5��� ¨���( ©��ST©��- � ���Cª�ST���«¬�J`5& � �������!���@C!w�� st�<=� 01��®& 129I@B� ��"`¡-����A *7�(C!��W���,%¤t2�5'� `a�- �
3.1.5 ������ !����"�#������$%��������� (resonance ionization mass
spectrometry)1)x RIMS�Jyl&!� �H/��¢=�%2%�¬./01�]$�£¤� DE<�G�¥� §�H3&�QR����!�¦1����H� H/�- � ¥%�¦1¯,�( 341,KB?@@���H�§° �A ��� ¨�?2",% h©?2L�ªBI�� � ���±��- l,#�@m DE�«K�²�<�G����!¢=�$�L���H� ��J±��@#KK- ���QR�<�G��>¬�7H�! �¦�<�G��01?2����H� /�(# �|��2�|QR®+@ JQL%&!� � 5� TOF-MS�`a¯�°{"�±i�A� 103³��¢m�- Xe�h�! �|�´�~¯q�<�G�>¬�7H"(_�¦���H�µ#²�!�$� �§ H/JNI3&!� 18), 19)� �¦���H�- /�w�J¶³NI´9�-# <�G�#�c9�µC!��¶·!�¸·3&!� �
3.2 ���&'����,%�'3&!�-;��-����i!¹���°%&�������� �- M¸���"�!6&º&,�� � »�$����)¹¼�� 6&º&¸�$���,&�[<*:�7f9W�J�� ���)¹�º» 5��¼�{�½��º¹)¹��!<=� � ���)¹¼��½�*7�����
K. Nagao
� 42 �
�������������� ������ ��������������� � ���������� ������ �!"#$��%�&� '(#$$#)�*+!,�$-��./01��� �������� 2��3.4���5/�6�! ��7'(#$$#)�89��7 :7;�<+ =�> ?@�A-��� �B ��� �������C�� D��E��F G��H������ I���J���KLM&� N;���2���OP���� QR ���2��ST�2�A ?I��2��U#2�AB �7VV� W/X/ !,�$- '(#$$#)�YZ�7.������ D��EG��H [V\]���^L/� �� ���!,�$-����������� � =�> ?_-`��� �B �!"#�$%�� �a&�0b&��� �E!"#' � �%�N;��� �P =�>�();�%�c*�+d7� eD�;fg,-./7��� ���h��i0�*+1���h 01;jk�29&� !"#��������%�34�l7�0m�%�nL/��� =�>�W/X/ ������LM+��o56 7%��p0L/&V�
3.2.1 �������1), 15)
��=�>����������3q3 10�9 A
7V1r�&8s�tm� �C�0b&� 10�19 A ?19�� 1�: ���=�>���B �u�C*t� 10�15 A:I��� =�>���������;<i0;v=>�'w(x�y#)7?zh[�@;<>7 A{C|M�B���7�&��}�� L.�sV@A~-�CO��;D�;f ;<>�A{���� ;<L/�B���7�&� I������������ �������y�����A����� ���W/X/ =�>�+V&�E���� ����� (Faraday cup)� ��� �!"#$ Q��%3/� !"#$��%�������&F01;��*b�y#)G kH��&8m (Fig. 5)�y#) I�Fb��� ��,�����,��kH7�� ����J���K�t��� LM [V=�>7L/&V� F�������N� keV
��-���*b&V �� y#) O#�PQ�&R�Sb&���l7�0��, �TE� �� PQ�0mi./�CO���y#)3.U���l7������, �39' ;G��l� l/�V9���� 'w(x�y#)��NWV�G�*�� y#)Fm� X�Y �� ?�Z3. 100 V:B �)�#���r�%V&CO�� U�����L�&V�y#)�=>L/����[���\3/&�L/��Z]XI��� ^*_, ����¡|/&V��� OP
¢�) �@£'�0b&� OP¢�)�0V���¤`�ab&b|./�� �����[c¥?1083. 1011 WB���&¢�!����L/� W c¥ de�fg��H��L/� 'w(x�y#)��L/x�
g�� l /- ��¤` h�¦��i}v§j�&V� [c¥�zh�?vc¥k ¨©��lLV* � �H�=��¢�)�F��2�ª�!�[c¥�m�&Z-[v� ?zh�¨80����;«"'$�lLVl7��^L/�[¬;7%���=�>���[�_>�F/./&<¨�n�/&V�������� (secondary electron multiplier)� kH �o� Fig. 6��� CO�� p�®q�hV6""���«�)��r (Cu-Be);f3.; 103. 20� �r7� �r����:�s��� c¥� ;<L/�����am���r3.;� [[�3.t[[�I�%3/� ¯�r�� 100 V: ��:�s�./&V7� u��F������0b&fg��CO���� O�7 � ��:�G�L/&PQ�W/X/ ����� CO���fgLM� l/. CO���O �7 ��:�G�L/&CO���p��l7�°mS�7� 1� ��� r� (r±1) CO���p��/²� n� �r�³v�� rn� �� >w�I�;<L/��N r� 2´3, n� 15´20�; �� 1� �� �� (1.6µ10�19 C)�� 1063. 108D�;<L/�F����x��� ¶y���~z93.�Z~z9:�t� l �� >w�[���am��&();+��=��/²� F����T;V7}��� F����x¶���>w ·-!�¸�L/� F�����V�C�������*�B���7�&¸�L/� ·-!�� Qz�y�����A�� B����'w(x�y#)7�{ B���;<>���}��� 'w(x�y#)0m8s;���� ��¹@�t�CO��;D��� [� ¦Vº»�¡0�7�r |K��lm� ;< ?�Ezh�6-�;G�� I�� �V�����}����C*|K��v�
Fig. 5. 'w(x�y#)� ���m-~�¡0L/� kH�³*�K�tmLM ³*[V����=�>�t� y#)�Fb����;<>�\FL/&� ��7�&�L/� ���y#)�#�PQ�&p�L/CO���y#)���¼l7�0���� �39' ;G��½��� �)�#���Y ���n+�
��� g,-~
� 43 �
���������� �� � �������������������
������� ������� !� �"#���$%�����&'(� )�*���'(�+,� -+./����0�1 (1.523 kV)�34 )�*��5��,����6�7��8����9�:;<��
Daly���= �>�������<���?@���Fig. 7�A<3B�� )�*��58C��D��� EF�G�H�IJ�K�+���� � �0�1 (10
215 kV)�./'(+L!� (Daly knob)�MNOP%(�Q��� "#� )�*��&<�� R(% )�*�� Daly knob��8$���S�H�T�@�U�VF�G�MNOP%(�Q��� �W<�� R�W�%&�'����6X�(��W�*��5?��<�R8�34� )�8��*�<�� -+� �>����+�,Y� � Z-�.�U�VF�G�/��[\�]^�_0?*�?N�� R�`&7 � �����*�1a<� Daly knob���0�1�./<�+,� �b������c<�23�@��� ���H]�FHd�3B�L!�/��ef4<�+,5g�h8i9���jk?l��6�� `&7����*��+�m�noI�F�p � W�*��5�78� B8Rq�9N�� :r�s�����*��,Y�3B�� 0���;�23���<t�u/=��vw�x��>�)?7�@�W�*��5�uyz� 107A;�m�noI�F�p�B%(�+,� ���[\�]^�_8C/<�R8�34 10{"|�}+�����s;�[~�<�R8�?N�21), 22)�
3.2.2 �������� �����*�<�,Y� `&7��DT��E+4�������#�F���G%��+,� U_n�s;�G%��@�� ���#��H���m��G%��$�� � ��F��� n�1/2 �n [\�J# ��?��>�����*���������'�<�+,� [\�J# �*��� ���23�@�� -+� `&7�����F�� �����`&v�8*�+�l�;���<��3����G���?� l�;�@�>��F���`&7�/��R8�� I;�0�*���B+,�2J�K�?@�� L � R�3B�G%��@�"#�MT�H��J��U_n���4N�*��,Y�3w� 100�"| ��� O#�MT�:*�+�B�� R(%�F����P��Q�+�R�S��9��,�� MT�:�*�+8*���8��T<� MT�:�*�U���88e� F��1g����,Y� � Q�+? ��¡��¢0?�,+XV+�9�£/<�R8e@������������ (ion counting)= 1W��`&7�XY<�����#� 100Z�A;"# (¤10�13 A)�3B��>����¥����¦�*�<�� � ���§�[I¨? �P?@�� '%��>�����[*��� )�*��5�)�©�ª?u/�+4Daly`&7�/��e� S�¨������W�*��5�x��:;<���F���+,� 10�17 AA;-?�v;?@�� |«�+3B�� �����#�¬��,Y� )�*��5�&\ ������$Z���H�����?� �H�#y�R8������#��#<�R8���� R�3B��H[\�J�]® � Fig. 8�A<3B���?*��9�^_?¦`����� Fig. 9��Ha0^b (pulse height distribu-
tion) � )�*��5$%�&\�Hs;8c;�A���4� &\�0�U_n��¯°�������#�$Z����� >�&\ )�*��5���dU��$%�&'(� )�*���'(+e�?x��e
Fig. 6. )�*��5� ���§�[I¨?�¦�*�?N��>������*�<�+,���78��/��� ���� ^±f²�/�� 100 VA;��T��g+(� ³�����+����34hi<� )�*�)�����´P�/j'(��R�3B�����'(+�*�¡µ��EF�G��¶,%(���7?�8��*�'(��'%��>������,Y� � EF�G����<��*k �·�������$Z���Hl���+,� �H[\�]^�_0?�����#<�R8�?N�� m��ª$%�&'(+ )�*�)�m��ª�´$B¸m � ��5�¹l�m��ª���T�?º-�»?�n��
Fig. 7. Daly`&7� s;�>����¥���*�<�+,���78��/��� ���+��� �0�1�$P+L!o�1a���Q���"#� )�*��h'¼�� R��* S�H�T�@�U�VF�G�´$w�/j'(� Q���U�VF�G��W'¼�� R�W�W½��%&�'����6X��$(+W�*��5�(N� �����[8��*�<�� )�*��5Mp�� �>������H[\�]^�_�eu/?N��
K. Nagao
� 44 �
���� ������� ������������������������������� ��������!��!�"#$�%�� ���$ Fig. 9
�&'(�� (���)�* +�� �����,����-� �.��/0� �1������!����2�%�3� S/N�$�� �,��$�%�� ��$45�����6 ,�,������!"�� 7/8���� 100#9 1:$%;�(�� 10
#9 1:$% (<10�20 A)�=&'/0������)>(����/0�������')� 2:�/0�$*+99?�,-�3#% @�,-�3/0�$./�%(A(�)���� B0�/0��1CD3���$2� E3�(,'F 4�/0�$,-��# 5����#4�����G6�%H 1:����#��67��3� 7I8#�$J"�� "�&'(G6��./�%(,+99?�9K+9 (t: dead time)#,, :L�6
7;�9K+9�<=��>?$��� B)@A(<=�;��&'(B�M'�
NNNm/(1OtNm)
""� N# Nm�<=@P&Q��RD367; S:7/
#T t�:� �C ��,�D4�EFGU# V�����HW��67��67X�YZ[39K+9S#T ��\ I��72�7#����"�&' �����J�/0���]%$]A(�#��^%����KA##) D4�EFGU�L_�M��3� �`� DalyaX(b#N ��c,��d��ef���$�O���������� gh�&P������,Qi2j�k�l�RS# "DC� ,30mn�o (operational
amplifier)�T(p�#�qr� ��$�Qi��D�L��st������UJ�MZD�,�� "D ��� /0�#��uvwlf VWRD��x�u�y�z XY�� V�XY+9#u�y�zZ[��s�����)��\${�CD�� "�UB���X#��]^_�|�}6$�\ 72`aq��&b���cd%�A����e~�6�X��r3#,r�)���(,$ �f�f)f1�gh����-� ij�CkI3� ����� l�_��~�m��n_R[�]^u�y�z� ,�o�c����c� n�� ]^mp7H��!�Fq��"# &\&'����7/8�a��)����� "�UB�r)� 1st%$t,"##�Qi J���uv�$(,"#���� B� "�&'(�xXYJUB$�oRD�%�P\ !,�w3 �3�T(&P�}6$gD�"#$�xRD��
3.2.3 ���� �����������y�z��� P,�� uvwlf {|��/0���]%� �� �},RD3~�5���/0�_RD3� ����%���$ �����zP&Q�������z�/0��F� &��9�x�%�n_(b�3� /0���C��%��; ��UgP&Quvwlf���2�/0���;$n_��"#$��� "�&'( o�T�C�HD$J"�/0�]%�d�Mr3�}y���\ ��� (��$���� RC /0��(b�9�� &�/0�]%�j���q3��� (+9n_)�}y���\ *C %����� /0�� P¡��H/0�]%�+9 n^� ���uvwlf &��}y��� ��� ���$ ¢�£uvwlf������7��}y/0��6¤ �+ ����"# &\ V�n^������%��,�����"#$�%�� B���A¥�RD3¢�£uvwlf��I3�j| ICP-MS��¦q�,§�$ ¢�£uvwlf�� T��¨r�,��
3.2.4 �������6 },RD����z�~��C���fRD3)�)��$ SIMS�vf©f ICP-MS(b�&' �����z;ª��z)�+ },����J)�������6���� «��/�x¬ ��) /0���
Fig. 8. ��������!"�H� 1#9 100�:$%;��&'/0��� (®10�14 A)�����jY ,�� 1:�/0��D4�EFGU(b�I��Fq� �7��E�¯#��7I��D4�EFGU����� �� ",3�to�n�o�I�� S/N ���°3�F FqX±�Wn�o±7/8#����G6�������) £²�³�n�j/©f�I�� @}+9 {|���s�������lf�7I�� u�´µfl����lf��¶�� 67+9���� V�9 {|�3����7��!·¸� 7/8v¹���,D4�EFGU�FqX�C'"# &\ 10#9 1:;��&'(=��&'(/0��6�)>(����
Fig. 9. ���p���� Fig. 8�FqX�I��RD��s���� @}+9�3\�:7#VDºD������s���� �������������$�� 1^��,�jY � "���&' D4�EFGU�CFqXq����»� J����7���s���$�h��� ~U D4�EFGU /0�$ 1:,-�3jY� V�� �FqRD3]%�],���$FqX�FqRD�3� V�Fq% 1�3�s��,���$RD�� £²�³�n�j/©f� ��#����s����� "�9� ¼¡½ �I�������!�¢£�����lf ���
�}y�����
� 45 �
���������������� ����������� ������������������ ���� ����������� ! �"#$%�&�' Table 5���&�()��� (isobar)
#$% �*#$% ��#$% � �'��+�������,�&�-�./012����3,�#$%�4��! Table 5� 5� �!�6"7 ' � ���#$ (M)�� ���#$��"#$%�#$��� (DM)89���8 %:�#$%�#$� �!#$��;��6"8�!&<�'�� � '�(= )���'�*+��"#$%�&� ,�- >#$��;�?@���A.�/0BCDE%FG. H�������/IJK�4L �MN�123� ICP-MS�?@�ODPQ�R4STU%VW�MN�123 XVW#$��;�#$%YBCDE%F= 56 CO2�Ar�4���&�() �! ���Z���8[A.$�7��8\�' 9[:����"#$%����� �]��;^8[������_���� �� ` =�<=8>?@!��! �ab XVW���]�� 20Ne]?c 22Ne��"�� CO2� 40Ar� 2*#$%-A�' d�e��'�8� &� 1*� 2*�64� H40Ar2f/40Arf� CO2
2f/CO2fL� Ne��g�
40Arf]?c CO2f�#$%-A�= hB�! N�
ICP-MS8 Ba����� 8\ 138Ba���8�138La�138Ce��"��!CD23)' ODPQ�ij2�E����?� klm�� La� Ce�no3�&���#$F�k@�pBF�� Ba�� �qr�Ga�3����H&�!
4. ���� � �����������
#$��'�= I ��'s���Jt#$%-AuK��8 �� �v21= �������LJ$�M[N�' wx�?@� �3:=��!�OP[�@!8�!
4.1 ���������w&h�[�?@� ��#$���]��'���Q&�R�RS&�� ��#$��;�T�&� d������ ! #$��;8'� ��#$%o&�U8�-8��VyW�zX�{���?�
#$�|���#$%�d�e�y}��|�������{���! ~Y� ��#$%o�VyW�zX�����Z����� �[�����= I �|����#$%-A�Jtp��TuK��' #$��;�T��������������|�! ���#$��;�]�#$���� (mass discrim-
ination e#ect)��� ��� �'#$�����>?&���8���b� ��! #$��;�����Z8��#$�����?��hB��'\��'1�"��8 ����]�^RA.�� ������4�?�>?$�hB�!#$��������&�' ICP-MS�ODPQW8�����������m�ODPQ_�= `)�� a#$%o8�����bc��BCDE%F= d5 -���#$%Y�]�� #$%��e���#$%�2K��}� �2WQ���F�U8��f8�K�#$� �g� %�-�hi+�jk��l#$%�zX$�|��� %�-���m �n�¡@ �4�() �! #$��;8�� ��o�k¢�]��� ��A.= ��Jp��q��64�Z� #$%Y��T��Z8����"r��!>?=���&�' WF£%¤JK���� �?@� )l�Y���s������t¥&�4�A.8�u¦��m§ ���¨�{�� 86Sr� 88Sr�p��TuK�� ©���ª� ����86Sr/88Sr«0.119424)��?@�#$�����>?<=��H�v>? internal fractionation correction��@L!���J&� ����]�^RA.�w]A.� �o¬�� &�#$�����>?&�� ICP-MS�?TQIJK� ��� ����?����§=���V®JK�x�&� d�� �= I�#$����>?¯F�TQIJK�Qf20) 2y�%:���� $&�°\&� ±����]² �Wi#0�A.�°\&�� & ±�]��² �� ��_��zm³´TWi#0=�4�<=��! N� µ ��#$��8' A.VW�^RVW�¶·�¸�{&#$��;�T�&�� &�^RVW�� ��A.VW�� ����& ^RVW����= �_��|�nHvT1�L 8,��}~8�!��?@�>?<=�¹v>? (external fractionation correction)��@!Table 6�����©��^RA.�H!%:w&����}�#$�����¡�' wx�?@��3:=��8º»���� H�ab Beker,
20071)L!Rtrue/Rmeas«(1fepow)Dm (power low)
Rtrue/Rmeas«exp(eexpDm) (exponential low)
Rtrue/Rmeas«(1felinDm) (linear low)
��8 Rtrue]?c Rmeas'����V���� � epow, eexp, eli' 1#$���¡��J#$������[� Dm'%:���}�#$F��8�!
Table 5. �"#$%�#$� �!'���6"��
�"#$%� � �� �"#$% � �!�6"�
��#$% 87Sr� 87Rb� 285,000204Pb� 204Hg� 456,00014C3� 14N3� H�#$%���8� L
�¼#$% 20Ne� 40Ar2� 1,78021Ne� 63Cu3� 1,210
���#$% 17O� 16OH� 4,7103He� H3
� 40321Ne� 20NeH� 3,27056Fe� 40Ar16O� 2,500
�: ½M/DM½
K. Nagao
� 46 �
��� ���������� ���������������������������� !" (massdiscrimination)�#$�% &'�( Fractionation)mass bias�*+,�-./��*�0 �1(% 2.2.22�3�4+� fractionation(�&�����56�*�78���% mass discrimination(% �������92����% ����:���������������������������;<�=>��*�0 <?/@% fractionation�4����(MS2��<3A�&�BC��*���2D������% mass discrimination(E�!"�����?F<3A�G�?���2D�0
4.2 ����������H��IJ�K(% ����L �!"�#$�M����92�N%�&O�'?&O������?*()2P���A�% Q*��R"5�����2DS% */T�UVKWJX�Y2D�0 IJ�K�������M+M�������3�,Z2A?*-[(% IJ�K����<�C��./2D��\% IJ�K�0]<�12(DMT����2P/��*�0L !"3^2(% �4H4_5?`�67�a9��L % 5M�(8b9c)&de�:+;�M-�M5��L �% ���M�!"L �f[����g<�����56�h=>�D�0 -[�4��(% C�4+?i?�����Mj@5��L ���j�C�-D�0 C�4+?!"#$3^�H��i?�A���\�% BC�k*�4)5�&de25M�#$��.D<�C�)% &deE�-��Klm�nmo��pq�M�i?�r2A��sE���*�0 t �������H*�(FuE�-��G/?i?v�?�-[�H*�2% IwJ���J2���KL�P+0 M�xF
N��yt ���2(% 10�7 Paz{�Iw�|}<�C��.O�P~2DS% Iw���QR��m������<�0 S��������?`2(% i?5����TU�DM��\����mo2(�V�����WX?���Y"56���������\�0 C�4+?59�9?�Z�B�<�IJ�K�������������ABC��&d� �?��\% [\C�k*�����P++�2IJ�K�0](r\�]/2DS&d�^�_`�����C�2-D�0
4.3 ��� ����:2��5�������mo��C�(�a���bc�#CQFd���% L���J�a�<���e���;��(*?*0 �f�g��gh���<� K-Argh���4+�% �fJ�a�<�M��L (Ar)����E�iC �e��� �./�<�-[�D�0 ��jk(% �Ck��y>k�F 2A�0�Ck(% �M��jk2�����l�������mn�C�% '�������ol�������mn�C�����% E��C��Mol�����e����\�jk2DS% �mK���k (peak
height comparison method)�#���C�-D�0C�jk�pq(% ol��g<����a<��rj���2A�C�2DS% <3����59�9?/��4��a�C�����M��sfJ�yt ��?`��tD*M��*�0 uq(% �����C��y>k��3�`�C�2DS% ����v�&5(wx���C)yz���ol������Z�H���*?`���M��0 yt ���H��e������ ( 5�10 ZC��{-M��*�0
Table 6. �¡'yz|��}
L �� yz�� T¢
H 2H/1H yz£5 (Standard Mean Ocean Water) V-SMOW, SLAPLi 7Li/6Li �4 Li2CO3 L-SVEC (NIST SRM8545)B 11B/10B B(OH)3 ¤X¥ �NIST, ~¡yz�^¦� NIST SRM 951C 13C/12C ~¡�§�J�¨�% �©ª PeeDee�� Belemnite
f (Belemnitella americana)PDB, NBS18(CaCO3)
N 15N/14N Fu� yz£5 (Standard Mean Ocean Water)
N2(atm.)V-SMOW
O 18O/16O ~¡�§�J�¨�% �©ª PeeDee�� Belemnitef (Belemnitella americana)
VPDB
Mg 26Mg/24Mg «�Mg NIST SRM980Si 30Si/28Si f¬ NIST NBS-28S 34S/32S Canyon Diablo�sfJ�®��J�® (FeS) VCDTCl 37Cl/35Cl yz£5¯ SMOC, NIST SRM975Ca 44Ca/40Ca �4 CaCO3 NIST SRM915Cr 53Cr/52Cr �4 Cr(NO3)3 NIST SRM979Fe 56Fe/54Fe Fe IRMM-014Cu 65Cu/63Cu Cu NIST SRM976Sr 86Sr/88Sr �4 SrCO3 NIST SRM987Pb 206, 207, 208Pb/204Pb �4 PbCO3 NIST SRM081
°± (2007)3)% �k²�� (2002)8), �³´&dk (2010)17)�µ�0IAEA¶ ¡'·¸27¹NIST¶ ~¡yz�^º»qIRMM¶ ¼n½myz|�:�º»q
������
� 47 �
������4), 21)��� ������ ��� �������������� ��������� ���� !"������#�$�%&� � '�(���(��)�#����*�+ ��� ������,�-�./0��������� ��������!���������+ �����12�� 3�(4��5"�����(���6�-7������� �!����*&� ��(!6/������(�((��(!6/�8�#�" -#�+ ��������(��(6/�(�9$%��#���"��+ rx, rs,
rm��:�� '�� ����� � '�������� !�'�(��� “0”�#���� “1”(� [X0]
� [S0]�� '�1%;����(��� “0”(&���#��� ���<!"=>(%��<?-*�+
rm@([X0]rxA[S0]rs)/([X0]A[S0])
[X0]=B�C � D�����E��#���[X0]@F{(rmFrs)/(rmFrx)}[S0]
-'G��+$(H/GI/�%�� rm������JK�LMNO(����(�� �����JK"� '�(������� !�P�� ((�����)*����9��Q+E-R,��+ -.�!"�� ����SD�������T����SU� '�V/(�������E��+ $(�9� � '�V/(������#��9�� �G����� ��0W(���(X��!�����-YI��$�-*�+ 1KZ� [2( K-Ar$%��1�"�� [2��40K/G\3!"45���6]^_ 40Ar(��-)*�*�+ $(�9�[2�( 40Ar/36Ar���� �)*-*��9�38Ar�`a 100bD���!���������21)+
5. ��������� ��
5.1 ������������ ���������#�78��DcD�*�-� 9:#��� ������(%������(&���d9�" �� ef(*g�3h!����(3h��d9�" -*�+ �i�(" �� ����j%���;k��T�*�+ ����j��� ���<=��>?��������-�lMh��� @m��A"no"��pB#�q��( �����-�C���+ $�GDE(����r#�stuOv����!"� ���q(wE�*����x)#�+ $(%����F�� y&G!��z{M|}HI#�~J���� KL�;k^g!"@F/G�M8i����-NO#��9� ��(9E��P�!"EF�!"Q!� ��!�����&��(6/���#74�!"�#25)+������� WR�����F02G������ ����j>?���'��y&G!��!"'G��#ES(���/Gd9�T�FU�VWX��� ���:��(YZU�!6��� '��#��{M�(������5����(�*�+
1KZQ[AC�����j (TIMS)�\>� N{������j (ICP-MS)��� VW'��y&G!��!��E(Mj���!"VW���
� �(RFRi)2
n(nF1)
���"�� �]^�������+ $$�� Ri, R�����y&G!��!"'�wf(����(T�F�n����'����(wE�*� ��� n�100�+D�� �TVW'�����_�1�"��!"� �:�(���'�T�F(���(`���
� �(RmFRmi)2
nF1
�Q# �B^�������+ Rmi, Rm�wf(T�F�(T�F� n�T�F(wE�*�+������� 'G�����-@(�����`�ab�-7���F�*�-� � '�(@(����I/G��(�� � '�(���2/G6/G!���5��$��!�c�*�+ WR�VW'��� '���Wd��y&G!��!� 'G����F�VW'�(efF�(�1%;y&G!��(�����g!"6/G!��EF�!"Q#+ ��F-@(F/G�M8i��*g�� ��'��h:!"ij#�k�/G����j%��������D�(N���(�lE�,#�+ ������#�jm�� �n��0'�SD���(���-I/G���9�(�� (�����2/Gab��op#�$��!�c�*�+ !�-�"� #E( ��� ¡(��¢%�"%.<5G��VW'����#�$�%&� £�(��N����,#�qrs�W0i0¤¥#�$�-9t�*�+ D�� O¦§M��-¨K�©ªOu!"�� «I¬q��^$#�c����,#�(�� ®¯¡]VW'����Wv('���(�JK"°¦±(����§²³�#�$�-� ab�(7����°¦±�I´#��K�w*�*�+ $�!"'������� KL(�c���¢(µc�¶X!���F(ab��Q#+ ·�D���.� x���F���M8����¸y!� /0y&G!����7�©ªO�uz!"���(�*�+
5.2 �������������� ������¨�����j�������1%;���%�" ��"1&� ��(��� ����#�� ����� KL(�c� ��Y���� �����lM¹����8�#�+ Table 7��$�G(%Q8�1�D�9��(�*�+ ®º*d������(�����78%�"� ��+ Table 7��I/�%�� {�8��������(7�(�Q[AC�����j (TIMS)�*&������ 10�5=>�o"�\>� N{������j (ICP-MS)�� 10�5,
McKinney�4��������j� 10�4� |»�lM����j� 10�3� J}¼����j�� 14 C/12 C@10�12`����!�" 0.5½10�2`�(����
K. Nagao
� 48 �
�14C������� 50���� ����� TIMS,
ICP-MS� ������ ���� ���������������������������������������� TIMS ICP-MS����!�����"�#$���%���� #&�'�(��� �#)%�����*���� 3He/4He*)+ 14C/12C
���,#!"�#� ������$%-%#�������&'#����.�/���
6. � � �
��� (�)������01�23���� � #4)�*�+56� 7,*)+"-�8�./�9:�';�)0�� <#=>12?@8A#B��C�� 34��5D8EFG@8EH68E78#92:��,;I�./�JJK��L�5�<�6MMN� =>��� 7,"#����7,"O?#-��@P�A.�=� BC�*����?D�Q��R������#E���M��FG�� ������� HI���SJ K�#TL� (��23M��BU�(5V5�N(�4)(��� ����� OP�QK�����MJ#�R������� (#ST� �� �������W#XYZ[*)+XYZ$�� #7��ST�U\�� OP#� �*��VWK�J����#X�#Y]�� K�Z[\^J� �]�5�#_^ `abcdeZfJ#_g#hi�`a� � � ��b�cL�dMjklk#��� � mE#��%efn#gh�`a� oi��-%�H��jp� i��-%#qk'6�,�01� ��� �� rn�ls�(�'���#)%��W#t�mn���� uoJMpv�Ep��E�q�*)+�q�L� �Mr��jklk�wkxk#stJ#4)�u����
� � �#�v�w�yz�x{��|(�5��y��8}z#{~�|}~�� =v�5���%{�E���wZ������M��#�r����|�5������v��5�
� �
1) J. S. Becker, “Inorganic Mass Spectrometry,” John Wiley& Sons, Ltd. (2007).
2) p~��� ��2?�8A#B��� ����b��w��k� �� ��� ��w� (1983), p. 143
3) J. ���� ��2?�8#0��� ���� n��,�� ����Z�kE���Z (2007).
4) �~��� ��������� ���8��z (1998).5) “Radiogenic Isotope Geology,” ed. by A. P. Dickin, Cam-
bridge Univ. Press (1997).6) ��7 �� ������8�� �8� (2005).7) �� �� ��� � ����2?�8 �� 3���� ���8��z (2003).
8) 4p �� �� ¡� ¢£¤�� No. 1, 2 (2002).9) F. W. Aston, “Mass-Spectra and Isotopes,” New York
Longmans, Green & C. London Edward Arnold & Co.(1933).
10) p~��� ��O¥�8�� 10�>12?�8�� =�¦��� §�¨ z¡ (1976)� p. 444.
11) “Nuclides and Isotopes (5th ed.),” General Electric Co. &KAPL, Inc. (1996).
12) p~��� J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., 52, 159 (2004).13) M. Ozima and F. A. Podosek, “Noble Gas Geochemistry
(2nd ed.),” Cambridge Univ. Press, Cambridge (2002).14) =�¦�� �SJ�� |¢£ (1977).15) �����b��w��k�� �� ��� ��w� (1983).16) �2?�8O¥(�� �¤ ¥E©�¦§ª�� 4=2?�
8z/«¨� ©ª¬ (2010).17) M. Kusakabe, S. Maruyama, T. Nakamura, and T. Yada,
J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., 52, 205 (2004).18) J. D. Gilmour, I. C. Lyon, W. A. Johnston, and G. Turner,
Rev. Sci. Instrum., 65, 617 (1994).19) S. A. Crowther, R. K. Mohapatra, G. Turner, D. J.
Blagburn, K. Kehm, and J. D. Gilmour, J. Anal. At.Spectrom., 23, 938 (2008).
20) {�«� 2?�8� 31, 35 (1997).21) K. Nagao, A. Ogata, Y. N. Miura, and K. Yamaguchi, J.
Mass Spectrom. Soc. Jpn., 44, 39 (1996).22) N. Ebisawa, H. Sumino, R. Okazaki, Y. Takigami, N.
Hirano, K. Nagao, and I. Kaneoka, J. Mass Spectrom. Soc.Jpn., 52, 219 (2004).
23) T. Hirata, J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., 52, 171 (2004).24) R. H. Steiger and E. Jager, Earth Planet Sci. Lett., 36, 359
(1977).25) ¬ \� ¢£¤�� No. 2, 56 (2002)
Keywords: Mass spectrometry, Isotope ratio, Ion source, Ioncollector, Data evaluation
Table 7. ��� (�)�������#�
� �� ��® ��� � $�® �������
���Z¯e° 87Sr/86Sr 0.7 TIMS Faraday cup ±10�5
²Zc�³Z 182W/183W 1.85 ¯!´ ICPMS Faraday cup �10�4
°J 18O/16O 0.002 McKinney´MS Faraday cup 10�4
°J 18O/16O 0.002 SIMS 16O: Faraday cup 10�3
18O: SEMµ�� 3He/4He 10�5¶10�9 ±²D´MS 4He: Faraday cup 10�2
3He: SEM���³J 14C/12C 10�12¶10�16 AMS 14C: ´XYZ$�®
12C: Faraday cup �5·10�3
TIMS�Rµ¶�´��� �¸ ICP-MS�·¸r"�d¹���� �¸ SIMS�¹ºXYZ��� �¸ AMS�º»®��� �¸ SEM�¹º¶,¼½»¸¼½ -%/��®
�#���
� 49 �
Top Related