氟 (F) 和氯 (Cl) 是地球系统中关键的挥发组分，在深地演化过程和地球宜居性形成中发挥着重要作用。然而，受其在熔体和流体中低丰度、强挥发性及易迁移性等固有特性制约，直接测定熔体和流体中的F、Cl含量面临极大挑战。磷灰石作为各类岩石中广泛分布的副矿物，其独特的晶体结构使其能够稳定容纳大量F和Cl，因此，准确测定磷灰石F和Cl含量，对于约束岩浆作用、变质、热液及相关的成矿过程具有重要意义。

 激光诱导击穿光谱 (LIBS) 是一种应用广泛的光谱分析技术，其原理是通过接收激光与样本表面相互作用产生的等离子体发射光谱，实现对样品中元素的定性和定量检测。LIBS具有对全元素分析的潜力，相较于电子探针分析 (EPMA) 和二次离子质谱 (SIMS) 等传统分析手段，具有无需样品前处理，操作便捷、分析高效、成本低廉等优势。近期，杨武斌研究员团队通过构建高精度LIBS分析方法，成功实现了磷灰石中的F和Cl含量的定量检测。

 F和Cl的最强的发射光谱位于紫外 (UV) 光谱范围 (<200 nm)，而其在可见光及近红外波长区域 (F：685.6 nm，Cl：837.6 nm) 的发射光谱强度极低，这一问题极大限制了低含量F和Cl的精准检测。为了解决该技术瓶颈，研究团队创新性地采用CaF和CaCl分子发射来替代F和Cl的原子发射，通过建立定标曲线，实现了对磷灰石中F和Cl的高效定量分析(图1)。

 本研究采用美国应用光谱公司（ASI）J200 Tandem QX飞秒激光诱导击穿光谱 (fsLA-LIBS)系统，构建了磷灰石中F和Cl含量的高精度定量分析技术。利用具有F和Cl含量梯度的磷灰石参考标准物质 (图2)，优化了fsLA-LIBS实验条件，并且建立了F (0.55 – 3.75 wt%) 和Cl (0.45 – 4.26 wt%)含量范围的单变量定标曲线，校准曲线的决定系数(R²)分别达到0.995 (F)和0.992 (Cl)。通过磷灰石参考标样的重复实验验证，结果显示，该方法的定量结果与其参考值绝对误差在0.10 wt%以内(图3)。本研究系统性地探讨了fsLA-LIBS技术用于原位分析天然磷灰石中F与Cl的关键实验参数，为建立可靠的高精度挥发分原位微区分析方法提供了实践指南。该方法未来可用于深海、深空等极端环境下的现场定量检测，在我国深海探测、深空探索及行星宜居性研究等领域具有广阔的应用前景。

图1 磷灰石标样MGMH#128441A的fsLIBS光谱。

图2 磷灰石标准参考物质实拍图

图3 fsLIBS与EPMA标定磷灰石 F和Cl的含量对比图

    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。该项研究获得了中国科学院战略性先导专项(XDA0430203)，国家重点研发计划(2021YFC2901705)和广东省科技计划项目(2024B0303390002)的资助。

 论文信息：

 Guo, Y.P.（郭云鹏）, Yang, W.B^*（杨武斌）, Yan, S.（严爽）, Gao, Z.L.（高振丽）, Niu, H.C.（牛贺才）, 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.