新聞動(dòng)態(tài)郭云鵬、楊武斌等JAAS：飛秒誘導(dǎo)擊穿光譜（fsLIBS）定量分析磷灰石中氟-氯含量
?氟 (F) 和氯 (Cl) 是地球系統(tǒng)中關(guān)鍵的揮發(fā)組分，在深地演化過(guò)程和地球宜居性形成中發(fā)揮著重要作用。然而，受其在熔體和流體中低豐度、強(qiáng)揮發(fā)性及易遷移性等固有特性制約，直接測(cè)定熔體和流體中的F、Cl含量面臨極大挑戰(zhàn)。磷灰石作為各類巖石中廣泛分布的副礦物，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使其能夠穩(wěn)定容納大量F和Cl，因此，準(zhǔn)確測(cè)定磷灰石F和Cl含量，對(duì)于約束巖漿作用、變質(zhì)、熱液及相關(guān)的成礦過(guò)程具有重要意義。
?激光誘導(dǎo)擊穿光譜?(LIBS) 是一種應(yīng)用廣泛的光譜分析技術(shù)，其原理是通過(guò)接收激光與樣本表面相互作用產(chǎn)生的等離子體發(fā)射光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中元素的定性和定量檢測(cè)。LIBS具有對(duì)全元素分析的潛力，相較于電子探針?lè)治?(EPMA) 和二次離子質(zhì)譜 (SIMS) 等傳統(tǒng)分析手段，具有無(wú)需樣品前處理，操作便捷、分析高效、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。近期，楊武斌研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建高精度LIBS分析方法，成功實(shí)現(xiàn)了磷灰石中的F和Cl含量的定量檢測(cè)。
?F和Cl的最強(qiáng)的發(fā)射光譜位于紫外 (UV) 光譜范圍 (<200 nm)，而其在可見(jiàn)光及近紅外波長(zhǎng)區(qū)域 (F：685.6 nm，Cl：837.6 nm) 的發(fā)射光譜強(qiáng)度極低，這一問(wèn)題極大限制了低含量F和Cl的精準(zhǔn)檢測(cè)。為了解決該技術(shù)瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用CaF和CaCl分子發(fā)射來(lái)替代F和Cl的原子發(fā)射，通過(guò)建立定標(biāo)曲線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磷灰石中F和Cl的高效定量分析(圖1)。
?本研究采用美國(guó)應(yīng)用光譜公司（ASI）J200 Tandem QX飛秒激光誘導(dǎo)擊穿光譜 (fsLA-LIBS)系統(tǒng)，構(gòu)建了磷灰石中F和Cl含量的高精度定量分析技術(shù)。利用具有F和Cl含量梯度的磷灰石參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)?(圖2)，優(yōu)化了fsLA-LIBS實(shí)驗(yàn)條件，并且建立了F (0.55 – 3.75 wt%) 和Cl (0.45 – 4.26 wt%)含量范圍的單變量定標(biāo)曲線，校準(zhǔn)曲線的決定系數(shù)(R2)分別達(dá)到0.995 (F)和0.992 (Cl)。通過(guò)磷灰石參考標(biāo)樣的重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果顯示，該方法的定量結(jié)果與其參考值絕對(duì)誤差在0.10 wt%以內(nèi)(圖3)。本研究系統(tǒng)性地探討了fsLA-LIBS技術(shù)用于原位分析天然磷灰石中F與Cl的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)參數(shù)，為建立可靠的高精度揮發(fā)分原位微區(qū)分析方法提供了實(shí)踐指南。該方法未來(lái)可用于深海、深空等極端環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)定量檢測(cè)，在我國(guó)深海探測(cè)、深空探索及行星宜居性研究等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1 磷灰石標(biāo)樣MGMH#128441A的fsLIBS光譜。
圖2 磷灰石標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)實(shí)拍圖
圖3 fsLIBS與EPMA標(biāo)定磷灰石 F和Cl的含量對(duì)比圖
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????該研究由中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所與美國(guó)應(yīng)用光譜公司、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，相關(guān)成果于近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Analytical Atomic Spectrometry之上。該項(xiàng)研究獲得了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)(XDA0430203)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFC2901705)和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2024B0303390002)的資助。
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?論文信息：
?Guo, Y.P.（郭云鵬）, Yang, W.B?*（楊武斌）, Yan, S.（嚴(yán)爽）, Gao, Z.L.（高振麗）, Niu, H.C.（牛賀才）,?Jhanis J. Gonzalez, Chunyi Liu,?Richard E. Russo, 2026. Quantitative analysis of fluorine and chlorine in apatite by femtosecond laser induced breakdown spectroscopy.?Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 41, 1112–1118.?https://doi.org/10.1039/d5ja00404g.
