[发明专利]一种激光同步双剥蚀系统及其剥蚀方法

说明书

本发明公开了一种激光同步双剥蚀系统及其剥蚀方法，该激光同步双剥蚀系统包括单激光束整形子系统、以及双路调光子系统；所述单激光束整形子系统包括激光器、轴棱锥对、微光学元件、聚光镜、以及微孔转盘；所述双路调光子系统包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、第一反射物镜、第二反射物镜、第一角度调谐滤光片、第二角度调谐滤光片、第一投影物镜、以及第二投影物镜。该方法包括：利用单激光束整形子系统来生成单激光束，并对所述单激光束进行整形；利用双路调光子系统来将经整形的所述单激光束分为第一光束和第二光束，并将所述第一光束和所述第二光束分别引导到样品和内标物质上，以实现对所述样品和所述内标物质的同步剥蚀。

技术领域

本发明涉及地质分析领域，特别涉及一种激光同步双剥蚀系统及其剥蚀方法，以实现地质样品原位微区分析。

背景技术

“工欲善其事，必先利其器”，地球科学研究的发展离不开仪器及分析技术的进步。以地学研究中的同位素地球化学与地质年代学为例，它们是研究岩石圈形成和演化过程中物质和能量随时间在空间上迁移的主要手段。传统同位素组成和微量元素测定采用的是溶液进样方式，是一种整体分析方法(Bulk analysis)，只能得到样品的平均组成。但由于地质过程的复杂性，天然矿物大多存在一定的成分环带，而这些环带蕴含着整体分析所不能揭示的大量地质信息。因此，如何获取天然矿物内部同位素组成和微量元素的变化是同位素地球化学和地质年代学研究的迫切需求。

上个世纪八十年代，随着激光剥蚀(Laser Ablation，LA)方法的出现，电感耦合等离子体质谱仪(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometry,ICP-MS)与LA联用技术(LA-ICP-MS)不断的完善和发展，激光剥蚀原位微区分析系统得以构建，使得快速原位微区测定地质体等自然样品(如岩石、矿物)的微量元素和同位素组成变为现实。

LA-ICP-MS的基本原理是将激光束聚焦于样品表面使之熔蚀气化，由载气将样品气溶胶颗粒送至ICP-MS的电感耦合等离子体离子源中进行电离，电离后的离子经静电透镜组传输至质量检测器进行检测，随后在检测器上获得对应的分析信号，经由软件处理后，最终获得微量元素和同位素组成信息。

相对于传统溶液雾化(SN-ICP-MS)分析的烦琐和耗时，LA-ICP-MS分析不仅具有高空间分辨率(申请人所在实验室已实现束斑直径为5微米的空间分辨率)、低样品消耗量和高效快速(无需进行繁琐的样品前处理，单点分析时间少于3分钟)的特点，而且背景及氧化物/氢氧化物干扰低。因此，基于LA-ICP-MS的激光原位微区微量元素和同位素组成分析方法已被广泛地应用于地球科学研究的各个领域，被认为是现代同位素地球化学发展的重大进展。

LA-ICP-MS分析方法具有诸多优点，但也存在问题，它无法与SN-ICP-MS一样，以固体进样的方式外加内标元素测定微量元素含量和校正元素分馏，具体如下。

A、激光剥蚀原位微区分析微量元素的问题：SN-ICP-MS方法分析样品微量元素含量时，须在样品溶液内外加已知含量(浓度)的元素(例如铟或铑)，将其作为内标元素(即内标物质)以便准确测定样品微量元素含量。但是，目前LA系统的工作模式是单剥蚀模式(某一时刻激光只能剥蚀一个样品)，样品和内标物质不能同时被同一束激光同时剥蚀，因此，LA-ICP-MS方法无法采用固体进样外加内标元素来测定样品的微量元素含量，进而影响其分析数据的准确度。