激光剥蚀电感耦合质谱仪（LA-ICPMS）的应用引发了地球科学领域分析技术的变革，相关技术已成为研究岩石、矿物和矿床成因的核心工具之一。为了弥补LA-ICPMS 无法定量检测C-H-S-F-Cl 等挥发性元素的短板，杨武斌研究员团队近年来在飞秒激光剥蚀进样系统上同时配置了激光诱导击穿光谱仪（LIBS）和电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS），从而构建了一套fsLIBS+fsLA-ICPMS 同步分析系统。该分析系统可同步实时获取光谱与质谱信号，可以实现矿物原位主量、微量和挥发份等覆盖全元素的定量检测。然而，在实际应用中，两种技术对剥蚀池内载气的物理化学需求存在冲突：LIBS信号的激发增强通常依赖于氩气（Ar）较低的电离能和较高的电子密度，而LA-ICPMS则受益于氦气（He）的高热导率和优异的气溶胶传输效率。因此，如何在剥蚀环境中平衡气体对光谱和质谱元素分析精确度和准确度的影响，是制约系统实现高精度定量分析的关键问题。

 针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所杨武斌研究员采用美国应用光谱公司J200 Tandem QX飞秒LIBS-ICPMS，探讨了不同流速配比的氦-氩混合气在联用系统中对光谱和质谱元素分析性能的影响机制。以地质标准参考样品NIST SRM 610为主要研究对象，设计了12组氦气/氩气不同比例呈梯度变化的混合气进行实验。通过对比研究发现，随着混合气中氩气比例增加，等离子体的扩散受到抑制，电子浓度上升，从而显著提升了LIBS的光谱发射强度。但与此同时，氩气的引入也改变了气溶胶的粒径分布与传输稳定性，对LA-ICPMS信号产生不利影响。同时还发现，LIBS信号强度的提升伴随着相对标准偏差（RSD）的增大(图1)。LA-ICPMS各元素信号则在氦气作为主要成分的环境气中有更好的强度和稳定性(图2)。上述发现反映了气体组成对等离子体演化与气溶胶传输过程的复杂调控。

 通过对实验数据的多方面评估，本研究提出并验证了该同步分析系统的最佳工作参数。结果表明，当载气流速设定为 700 ml/min 氦气与 400 ml/min 氩气时(图3)，系统能够在获得可靠质谱分析精度的前提下，同时获得高信噪比的光谱信号。在此优化条件下，LA-ICPMS 的元素分馏效应得到有效抑制，测定值与推荐值的高度吻合证明了该方案在定量分析中的可靠性。该研究不仅定量评价了气体组成对飞秒激光分析系统的影响，更为光谱和质谱同步分析方法在其它应用领域的广泛推广提供了一个成功范例。

图1 飞秒LIBS信号稳定性和强度受不同比例氦氩混合气的影响

图2 飞秒LA-ICPMS信号强度和稳定性受不同比例氦氩混合气的影响

图3 不同比例氦氩混合气体条件对fsLIBS和fsLA-ICPMS信号强度的同步影响

 该研究由中国科学院广州地球化学研究所与美国应用光谱公司、劳伦斯伯克利国家实验室合作，相关成果于近日发表在国际学术期刊Journal of Analytical Atomic Spectrometry之上。该项研究得到了广东省科技计划项目（2024B0303390002）、中国国家重点研发计划（2021YFC2901705）以及中国国家自然科学基金（42302092）的资助。

 论文信息：

 Gao, Z.L. (高振丽), Yang, W.B. (杨武斌), Qu, P. (屈潘), Yan, S. (严爽), Liu, C.Y. and R. E. Russo, 2026. Influence of gas flow on elemental analysis using a tandem femtosecond LIBS and LA-ICPMS system. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 41, 1042-1047. https://doi.org/10.1039/D5JA00338E