Original paper

The application of Raman spectroscopy in the study of fluid and melt inclusions

Thomas, Rainer; Davidson, Paul

Abstract

In this contribution we show, using several examples, that Raman spectroscopy is a very important qualitative and quantitative analytical tool in geochemical research, particularly in the field of melt and fluid inclusions. Due to the high lateral and depth resolution of 1 μm and 2 μm, respectively, volumes with dimensions in the order of 1 μm 3 and masses of 1 pg can be studied rapidly, with high resolution, with minimal, and in some case with no sample preparation. Examples of the detection of small known or unknown mineral phases (graphite, diamond, ramanite-[Cs] and others) are given. Because water does not cause interference, aqueous solutions can be advantageously studied with Raman spectroscopy. Moreover, one can use the OH-bands of the inclusion water as an internal standard for the quantitative determination of numerous dissolved species such as H3BO3, CO32-, HCO3-, and SO42- in a single measuring run. The development of Raman spectroscopy for the determination of water concentrations in natural melt systems (melt inclusion, glasses) opened a new chapter in the petrology. We can now determine water concentrations in glasses, from basaltic to granitic composition, in small samples down to diameters of about 5 μm from the ppm level to over 40% (g/g) non-destructively, and critically, in unexposed inclusions in a mineral matrix. For the granite-pegmatite system results of water determinations are shown by examples.

Kurzfassung

Im Beitrag zeigen wir an mehreren Beispielen, dass die Raman-Spektroskopie ein sehr wichtiges analytisches qualitatives und quantitatives Instrument für die geochemische Forschung und insbesondere für das Gebiet der Schmelz- und Flüssigkeitseinschlüsse ist. Infolge der hohen räumlichen Auflösung von 1 bis 2 μm können Volumina in der Größenordnung von 1 μm 3 und Massen von 1 pg mit minimalem Präparationsaufwand schnell untersucht werden. Beispiele der Bestimmung kleiner bekannter oder unbekannter Mineralphasen (Graphit, Diamant, Ramanit- [Cs] u. a.) werden vorgestellt. Da Wasser keine Interferenzen verursacht, können wässrige Lösungen vorteilhaft mit der Raman-Spektroskopie untersucht werden. Außerdem kann man die OH-Banden des Wassers der Einschlüsse als inneren Standard für die quantitative Bestimmung zahlreicher gelöster Spezies, wie z. B. H3BO3, CO32-, HCO3- und SO42- in einem einzigen Messdurchgang verwenden. Die Entwicklung der Raman-Spektroskopie für die Bestimmung der Wasserkonzentration in natürlichen Schmelzsystemen (Schmelzeinschlüsse, Gläser) öffnet ein neues Kapitel in der Petrologie. Wir können nun die Wasserkonzentration in Gläsern mit basaltischer bis granitischer Zusammensetzung in kleinen Proben bis herab zu 5 μm vom ppm Bereich bis über 40 % (g/g) zerstörungsfrei bestimmen. Dabei ist es auch möglich, Einschlüsse tief in der Matrix zu untersuchen. Für das Granit-Pegmatit-System werden exemplarisch die Ergebnisse der Wasserbestimmungen vorgestellt.

Keywords

raman spectroscopyfluid inclusionsmelts inclusionsdetermination of anionssupercritical fluidswater in glasses