J200飛秒激光進樣系統-小束斑（20ΜM）原位單點鋯石同位素比值準確性研究

前言
激光進樣-電感耦合等離子體質譜分析技術（LA-ICP-MS）自上世紀80年代中后期被應用以來，逐漸成為固體微區分析領域的研究熱點。此技術有效避免了酸溶、消解等復雜樣品前處理帶來的二次污染和可能的誤差引入，真正實現了微損、原位微區、快速進樣等功能，尤其針對礦物標樣、微量物證、寶玉石等珍貴樣品具有重要意義。但是，元素分餾效應一直是制約該技術發展的重要因素，特別是采用納秒級激光進樣系統在進行較小束斑（＜20μm）的原位單點分析時，元素的分餾效應非常明顯，影響數據分析準確度，較難作為常規實驗室分析方法使用。
為了更好地避免元素分餾效應的影響，本文實驗中，采用J200飛秒級激光進樣-多接收電感耦合等離子體質譜分析技術對鋯石進行了原位單點²³⁸U/²⁰⁶Pb比值的測定，用于探索飛秒級激光進樣-多接收電感耦合等離子體質譜技術在20μm較小激光束斑下，對鋯石進行原位單點分析時的數據準確性。
 
實驗儀器及參數設置
本次實驗采用美國應用光譜公司（Applied Spectra，Inc）J200  343nm飛秒激光進樣系統與Neptune  Plus多接收電感耦合等離子體質譜儀聯用（fs  LA-MC-ICP-MS），儀器實驗參數如下所示：
l 美國應用光譜公司J200  343nm飛秒激光進樣系統
Ø 飛秒激光器波長： 343 nm  
Ø 激光脈沖最大能量：120μJ

Ø 重復頻率：4 Hz
Ø 采樣方式：原位單點多脈沖
Ø 脈沖次數：190次
Ø 采樣激光束斑大小：20μm
Ø He氣流速：0.52 L/min
Ø Ar氣流速：1.2 L/min
 
l Neptune  Plus多接收電感耦合等離子體質譜儀
Ø 冷卻氣流量：15L/min
Ø 輔助氣流量：1.0L/min
Ø RF功率：1000W
Ø 提取電壓：2000V
Ø ²³⁸U靈敏度：50mv/ppb
Ø 取樣時間：54S（采集空白數據20S）
Ø 多接收杯結構
 

 
 
實驗方法
1、鋯石樣品測試前，首先對激光條件進行了校正及設置，采用J200飛秒激光進樣系統對NIST 610標準樣品進行了線性掃描（激光脈沖能量：100%；束斑大�。�20μm；重復頻率：20HZ），調節儀器參數使²³⁸U信號升至3V左右，并且信號平穩。
2、在最優激光條件下對鋯石樣品進行原位單點多脈沖采樣，激光能量為最大值的30%，取樣時間54S（空白數據采集20S）。在選取采樣位置時，由于此鋯石樣品內部具有明顯的巖漿振蕩環帶結構，避開存在。
 
裂隙的鋯石以及鋯石的核部，采用20um斑束，選擇環帶結構明顯的鋯石進行剝蝕。采樣位置如圖1所示，J200飛秒激光進樣操作界面如圖2所示：
 

 
實驗數據分析
1、MS信號強度穩定性及分餾效應，如圖3所示：

圖3：MS信號強度（紅色代表²³⁸U、藍色代表²⁰⁶Pb、綠色代表²⁰⁷Pb）

由圖3我們可以看到，在數據信號采集過程中，每一種同位素的信號強度相對來說比較穩定。同時，三種同位素信號強度的變化行為較為一致，元素的分餾效應較小，符合鋯石的基本特點。
 
2、同位素比值及RSD偏差，如圖4所示：

    
 
由圖4我們可以看到²³⁸U/²⁰⁶Pb比值數據穩定性相對較好，通過Excel軟件對原始數據進行分析，得到所有有效采集時間段內的²³⁸U/²⁰⁶Pb比值的RSD偏差約為3%。
 
結論
采用J200飛秒激光進樣系統對鋯石進行20μm原位單點采樣時，其元素分餾效應相對較小，通過質譜分析所得到的²³⁸U/²⁰⁶Pb比值數據穩定性較好，可以作為激光小束斑（20μm）原位單點測定鋯石同位素比值的常規實驗室手段。另外，通過J200飛秒激光進樣系統的優勢，或可實現微小束斑（5μm以下）鋯石同位素比值的測定。