近日，我校国家市场监督管理总局重点实验室（稀土产品检测与溯源）（以下简称“实验室”）柯于球副教授课题组围绕稀土元素掺杂CaF₂晶体LA-ICP-MS微区分析开展深入研究并发表多篇学术论文。其中，“Study on ablation behavior and mechanism for accurate determination of rare earth elements in CaF₂crystals by UV-LA-ICP-MS”成功发表在分析化学领域国际知名期刊《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》（SCI一区），“Preparation of REE-doped CaF₂single crystals for accurate determination of REE concentrations in CaF₂crystals via UV-LA-ICP-MS”发表在《Talanta》（SCI一区）。

氟化钙（CaF₂）晶体对紫外光的吸收较弱，这使得其成为理想的光学材料。但在激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析过程中，氟化钙晶体的这一特性会导致紫外激光剥蚀系统对其剥蚀效果不佳，出现典型的“崩塌”式不可控剥蚀，导致分析过程中进样量不稳定，进而引入分析误差。为实现CaF₂晶体在LA-ICP-MS分析中的可控剥蚀，获得稳定的剥蚀效果，本研究深入探究了晶体表面粗糙度和激光能量密度对其剥蚀行为的影响，在此基础上，建立了晶体表面激光热-力耦合剥蚀模型，深入探究了LA-ICP-MS与CaF₂晶体之间的剥蚀行为和相互作用机制，由此获得了最佳粗糙度和能量密度，可为CaF₂基体样品LA-ICP-MS定量分析提供理论指导。

图1紫外激光与CaF₂晶体剥蚀过程模拟及理论计算图

基于上述研究确定的条件，本研究进一步开发CaF₂晶体LA-ICP-MS微区分析方法。具体而言，采用Bridgman-Stockbarger技术制备了两个不同浓度的稀土掺杂CaF₂单晶（CaF₂-05和CaF₂-005），并利用紫外-可见光谱、背散射电子成像和阴极发光分析等手段考察了其光学性能，利用LA-ICP-MS点剥蚀分析和元素成像分析考察其中稀土元素的分布均一性。进而，以CaF₂-05为外标，建立了CaF₂晶体LA-ICP-MS定量微区分析方法，并对方法的检出限（LOD）、准确度和精密度进行了系统探究。结果表明，以CaF₂-05为基体匹配校正标准对未知样品CaF₂-005进行测量，其相对误差在-10.78% ~ 12.44%范围内，相较于非基体匹配校正结果（如使用NIST SRM 610为外标，所得结果的D_r基本大于- 20%）有显著提升。由于当前缺乏与萤石矿基体匹配的LA-ICP-MS微区分析参考物质，CaF₂-05作为校正标准在精确测定CaF₂基体样品（如天然萤石）中的稀土元素浓度方面具有巨大潜力，本研究为萤石矿中稀土元素准确定量分析奠定了坚实基础。

图2CaF₂晶体及其生长示意图

    图3晶片宏观照片及其飞秒LA-ICP-MS半定量元素成像图

此外，实验室柯于球副教授指导我校应用化学212班本科生周庆玲等人开展尿酸型尿结石LA-ICP-MS微区分析，相关研究论文“Preparation of matrix-matched calibration standards for accurate determination of elemental concentrations in uric acid stones by LA-ICP-MS”近期也发表在分析化学领域高水平期刊《Analytical Methods》（SCI三区）。

以上工作得到了国家自然科学基金、江西省自然科学基金、国家市场监督管理总局重点实验室（稀土产品检测与溯源）开放研究基金、江西省教育厅科技研究计划和江西理工大学博士启动基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.sab.2024.107091

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.127393

论文链接：https://doi.org/10.1039/D4AY01440E