Abstract

Crystals of titanite can be readily grown under ambient pressure from a mixture of CaO, TiO2 and SiO2 in the presence of molten sodium tetraborate. The crystals produced are euhedral and prismatic, lustrous and transparent, and up to 5 mm in length. Titanite obtained by this method contains approximately 4300 ppm Na and 220 ppm B contributed from the flux. In addition to dopant-free material, titanite containing trace alkali and alkaline earth metals (K, Sr, Ba), transition metals (Sc, Cr, Ni, Y, Zr, Nb, Hf and Ta), rare-earth elements (REE), actinides (Th, U) and p-block elements (F, S, Cl, Ge, Sn and Pb) have been prepared using the same procedure. Back-scattered electron (BSE) imaging accompanied by ion-microprobe (SHRIMP–RG) analysis confirms significant incorporation of selected trace-elements at structural sites. Regardless of some zonation, the large size of the crystals and broad regions of chemical homogeneity make these crystals useful as experimental starting material, and as matrix-matched trace-element standards for a variety of microbeam analytical techniques where amorphous titanite glass, heterogeneous natural titanite or a non-titanite standard may be less than satisfactory. Trace-element-doped synthetic crystals can also provide a convenient proxy for a better understanding of trace-element incorporation in natural titanite. Comparisons with igneous, authigenic and high-temperature metasomatic titanite are examined. The use of high-mass-resolution SIMS also demonstrates the analytical challenges inherent to any in situ mass-spectrometry-based analysis of titanite, owing to the production of difficult-to-resolve molecular interferences. These interferences are dominated by Ca–Ca, Ca–Ti and Ti–Ti dimers that are significant in the mass range of 80–100, affecting all isotopes of Sr and Zr, as well as 89Y and 93Nb. Methods do exist for the evaluation of interferences by these dimers and of polyatomic interferences on the LREE.

Abstract

Il est possible de synthétiser des cristaux de titanite à pression ambiante à partir d’un mélange de CaO, TiO2 et SiO2 en présence d’un bain fondu de tétraborate de sodium. Les cristaux ainsi produits sont idiomorphes et prismatiques, transparents et avec éclat, et atteignant jusqu’à 5 mm en longueur. La titanite ainsi préparée contient environ 4300 ppm de Na et 220 ppm de B, contribués par le fondant. En plus des cristaux dépourvus de dopant, il est possible de préparer la titanite contenant des alcalins et des métaux alcalino-terreux (K, Sr, Ba), des métaux de transition (Sc, Cr, Ni, Y, Zr, Nb, Hf et Ta), des terres rares, les actinides (Th, U) et les éléments du bloc p (F, S, Cl, Ge, Sn et Pb) selon la même procédure. Les images préparées avec électrons rétrodiffusés et les résultats d’analyses avec une microsonde ionique (SHRIMP–RG) confirment l’incorporation importante des éléments choisis aux sites structuraux. Malgré la présence d’une certaine zonation, la forte taille des cristaux et les grandes étendues d’homogénéité chimique rendent ces cristaux utiles comme matériau de départ dans les expériences, et comme étalons appropriés pour une variété de techniques d’analyse utilisant un microfaisceau et ciblant les éléments traces, et supérieurs à un verre de composition de titanite, ou des échantillons hétérogènes de titanite ou autres minéraux. Les cristaux synthétiques ainsi dopés peuvent permettre une compréhension accrue de l’incorporation d’éléments traces dans la titanite naturelle. Des comparaisons sont faites avec la titanite ignée, authigène, et métasomatique de haute température. Les résultats acquis avec la microsonde ionique à résolution de masses élevée démontre aussi l’existence de défis analytiques inhérents à toute analyse in situ de la titanite par spectrométrie de masse, à cause de la production d’interférences moléculaires difficiles à résoudre. Ces interférences sont surtout dues aux dimères Ca–Ca, Ca–Ti et Ti–Ti, qui sont importants dans l’intervalle de masses de 80 à 100, affectant tous les isotopes de Sr et Zr, de même que 89Y et 93Nb. Des méthodes existent pour permettre l’évaluation des interférences dues à ces dimères et des interférences polyatomiques affectant les terres rares légères.

(Traduit par la Rédaction)

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