飞秒激光（fs）已成为减少同位素分馏的理想选择。然而，传统的飞秒激光剥蚀系统在LA(-MC)-ICP-MS分析中仍然存在一些局限性。其能量分布不均导致的凹形剥蚀坑给单点分析带来了巨大的挑战。

西北大学地质系大陆动力学国家重点实验室袁洪林教授课题组与上海凯来技术团队合作研究，初步验证了使用新型振镜扫描仪进行原位分析的Genesis新型飞秒激光剥蚀系统的性能。相关研究成果“Evaluation of a Novel Femtosecond Laser Ablation System for In Situ Analysis Based on Two-Dimensional Galvanometer Scanners”已经发表在《Analytical Chemistry》上，并入选封面文章。

封面文章

研 究 背 景

LA-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS(多接收电感耦合等离子体质谱)由于具有高空间分辨率、样品制备简单等优点，已被广泛应用于地球科学、生物学、材料科学、环境科学等领域。尽管LA(-MC)-ICP-MS分析具有这些优点，但仍然存在基体效应和元素分馏等问题，影响了定量分析的准确度和精密度。同位素分馏可以发生在从气溶胶产生到质谱仪检测器的任何地方，主要起源于激光剥蚀过程、气溶胶传输过程以及ICP电离过程。通过不断优化激光的剥蚀条件产生更小、更均匀的气溶胶颗粒可以缓解这些问题。

研 究 成 果

该研究综合评价了一种基于二维振镜扫描系统（Galvo-fsLA，仪器型号Genesis，由上海凯来定制并提供技术支持）的新型飞秒激光剥蚀系统，其具有能量分布均匀、化学计量剥蚀、光路简单等特点。

图1 Galvo-fsLA-(MC)ICP-MS的设计原理示意图

研究首先考察了电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）信号对激光参数的敏感性，建立了与激光能量、重复频率、扫描剥蚀面积和振镜扫描频率的强线性相关关系。NIST SRM 610的元素分馏分析显示了最小的偏差，不同元素的分馏指数接近于1。随后，采用fsLA-ICP-MS测定6种标准物质玻璃的元素浓度，以评估飞秒激光（Galvo-fsLA）的元素定量能力。5个锆石标准物质的U-Pb谐和年龄与已报道的ID-TIMS年龄高度一致，证明了激光具有原位U-Pb定年的能力。最后，通过对放射成因Hf、Pb同位素和稳定Cu同位素的准确测定，验证了新的Galvo-fsLA用于同位素分析的可靠性，在不确定度范围内与参考值吻合良好。

Galvo-fsLA在NIST SRM 610上以~0.448μJ的能量、100kHz的激光重复频率、Galvo扫描频率为1Hz和可变扫描剥蚀区域产生的剥蚀坑

六种标准品元素分析的相对误差

六种标准物质元素分析的相对标准偏差

Mud Tank, Penglai, Qinghu, Tanz和Temora-1的U-Pb年龄的谐和图

使用Galvo-fsLA-MC-ICP-MS获得的四种标准物质的Pb同位素组成（平均值, ±2SD）

使用Galvo-fsLA-MC-ICP-MS测定的QT12、QT15和内标DL-01铜同位素组成参考物质

结果表明，GenesisGEO新型飞秒是一种用于固体样品原位分析的强大新工具，具有集成到ICP-MS和MC-ICP-MS中以增强分析可靠性的潜力。

研究成果发表于分析化学Analytical Chemistry（彭德义，包志安，陈开运，吕楠，聂小娟，田静，王忠强，梁燕，胡勇刚，袁洪林. Evaluation of a Novel Femtosecond Laser Ablation System for In Situ Analysis Based on Two-Dimensional Galvanometer Scanners. Analytical Chemistry, 2024. doi.org/10.1021/acs.analchem.4c01291）