激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法

一、内容概述

固体微区分析技术由于具有测定样品中元素三维变化的能力，在分析科学的发展中一直是处于令人关注的前沿领域。自从Gray等结合等离子体质谱和激光剥蚀进样方法，于1985 年开创了激光剥蚀电感耦合等离子体（LA-ICP-MS：laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry）联用的固体原位微区分析新技术以来，LA-ICP-MS以其原位（insitu）、实时（realtime）、快速、高灵敏度、较好的空间分辨率、多元素同时测定并可提供同位素比值信息等多项技术优势，得到了广泛的认同，特别是在岩石矿物等样品的微区痕量元素分析中有很大的优势。20 多年以来，LA-ICP-MS不仅在地球科学微区技术发展中发挥了重要作用，而且延伸到材料科学、环境科学、海洋科学、生命科学等领域。近年来，高分辨质谱仪技术的普遍应用，激光器从红外向紫外、从纳秒向飞秒的性能方面的不断提升，剥蚀、进样技术的不断改进，使元素检出限、分析精密度等得到很大改善；多接收质谱仪技术的应用使LA-ICP-MS不仅可以进行U-Pb同位素定年，而且可以进行Lu-Hf等同位素体系的分析，分析精密度可与TIMS技术媲美。目前，分馏效应、基体效应和校正研究、包裹体等特殊样品分析、标准物质研制、绿色整体分析技术研究是该技术的热点问题。

二、应用范围及应用实例

（一）纳秒和飞秒激光器基体效应研究

Pécheyran等（2007）通过红外飞秒激光与紫外266 纳秒激光剥蚀 NIST 600 进行检测线定值的结果表明，红外飞秒激光剥蚀时，质谱的检测限比纳秒激光剥蚀时降低了一个数量级。同时，他们通过不同激光剥蚀测定了NIST 612中的41个元素，飞秒激光剥蚀的41个元素的分馏因子都接近1，显示可忽略分馏效应；而纳秒激光对一些元素如Pb、Au、In、Cs 等明显大于1，存在严重的分馏效应。

（二）同位素测年

Poitrasson等（2000）用LA-ICPMS、EMPA、BSE及Raman光谱分析研究了3 个地区3种不同类型热液改造独居石颗粒的年龄及几个不同程度的改造过程。研究包括阴离子交代、随化学组成的变化而产生的由单斜到六方的结构转换、Th的流失、独居石的溶解与凝聚以及在溶解过程中其他矿物的交代等的绿泥石化、绢云母化和云英岩化改造过程。Ballard等（2001）用SHRIMP验证了ELA-ICP-MS测得含矿长英质斑岩的U-Pb同位素年龄结果，结合分析已有的Re-Os及Ar-Ar结果，认为智利北部丘基卡尔塔（Chuquicamata）斑岩铜矿经历了两期火成事件和两期热液活动。

（三）包裹体研究

Halter 等（2002）通过剥蚀整个熔融包裹体及其周围的主岩，将分析信号去卷积后分为主岩和包裹体的信号，量化 ICP-MS相对灵敏度系数的变化和包裹体相对剥蚀速率的变化，使未暴露和化学成分复杂的包裹体分析变得可行。但该方法需要内标来测定主矿和熔融包裹体混合激光剥蚀信号的相对贡献。Zajacz 等在2007 年优化了该方法，避免了使用已知内标元素，而是通过共沉淀矿物相测量熔融包裹体，并模拟下降的一条液相线估计正确的整体组分（correct bulk composition）以得到量化结果。由于许多岩石受岩浆混合的影响，共沉淀主要在含有大量包裹体的共生纹理中（textures）巩固（confirmed），所以该方法在矿物相共沉淀中应用非常成功。由于准分子193纳米激光短波长、均化的激光束非常适合单个石英流体包裹体剥蚀，其与四极杆 ICP-MS 结合是目前最有前途的分析流体包裹体的技术。

三、资料来源

Ballard J R，Palin J M，Williams I S et al.2001.Two ages of porphyry intrusion resolved for the super⁃giant Chuquicamata copper deposit of northern Chile by ELA⁃ICP⁃MS and SHRIMP.Geology，29（5）：383～386

Halter W E，Pettke T，Heinrich C A et al.2002.Major to trace element analysis of melt inclusions by laser⁃ablation ICP⁃MS：methods of quantification.Chemical Geology，183（1/4）：63～86

Pécheyran C，Cany S，Chabassier P et al.2007.High repetition rate and low energy femtosecond laser ablation coupled to ICPMS detection：a new analytical approach for trace element determination in solid samples.Journal of Physics：Conference Series，59（1）：112～117

Poitrasson F，Chenery S，Shepherd T J.2000.Electron microprobe and LA⁃ICP⁃MS study of monazite hydrothermal alteration：Implications for U⁃Th⁃Pb geochronology and nuclear ceramics.Geochimica et Cosmochimica Acta，2000，64：3283～3297

Zajacz Z，Halter W.2007.LA⁃ICPMS analyses of silicate melt inclusions in co⁃precipitated minerals：Quantification，data analysis and miner⁃al/melt partitioning.Geochimica et Cosmochimica Acta，71（4）：1021～1040