激光烧蚀飞行时间质谱(LA-TOF-MS)结合LIBS/EDX技术实现锌同位素高分辨率快速分析

本研究通过激光烧蚀飞行时间质谱(LA-TOF-MS)结合激光诱导击穿光谱(LIBS)和能谱X射线(EDX)技术，建立了锌同位素的高精度快速分析方法。研究人员创新性地采用1 mm孔径铝盘与圆柱形磁滤器(～1 T)组合装置，通过优化电离/提取区电场强度，将Zn-64/66/68同位素的半峰宽(FWHM)降低至0.137-0.190 μs，测得同位素丰度(48.6%/27.9%/18.8%)与文献值误差<±0.1%，为环境监测、地质溯源等领域提供了高效分析方案。

　　

在元素分析领域，锌同位素作为重要的环境示踪剂，其精确检测对污染溯源、地质演化研究具有关键意义。传统质谱技术如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)虽精度较高，但存在样品前处理复杂、分析周期长等局限。激光烧蚀飞行时间质谱(LA-TOF-MS)因其快速、微损的优势崭露头角，然而离子速度分散导致的信号展宽问题长期制约着其分辨率提升。

针对这一技术瓶颈，Quaid-i-Azam大学的研究团队开展了一项创新性研究。通过将圆柱形磁滤器与精密孔径光阑集成到LA-TOF-MS系统，配合电场参数优化，成功实现了锌同位素的高分辨检测。相关成果发表于《International Journal of Mass Spectrometry》，为多技术联用的元素分析提供了新范式。

关键技术包括：1)采用99.99%高纯锌压片样本；2)激光诱导击穿光谱(LIBS)进行等离子体表征和元素定性；3)能谱X射线(EDX)交叉验证元素分布；4)创新性磁滤器-光阑组合装置(含1 T磁场和1 mm孔径铝盘)聚焦离子束；5)DC电源调控电离/提取区电场强度(200-600 V/cm)；6)示波器实时监测信噪比。

【材料】
研究选用Sigma Aldrich提供的99.99%光谱纯锌粉，添加1%粘合剂压制成均匀样品，确保LIBS二维扫描(5×5 mm²区域150×150激光点阵)和EDX验证的样本均一性。

【发射研究】
LIBS二维映射显示锌原子谱线(481.05/472.22 nm)强度变异系数<5%，EDX测得锌含量达98.84%，证实样品均匀性。观测到Zn I 334.5/330.26 nm等特征线，排除了Na/K/Ca等杂质干扰。

【结论】
通过系统优化电场参数，Zn-64/66/68同位素的FWHM分别从0.215/0.294/0.239 μs降至0.137/0.146/0.190 μs，分辨率显著提升。测得同位素丰度与标准值高度吻合(误差<±0.1%)，验证了方法的准确性。磁滤器装置有效抑制了离子速度分散，使离子飞行时间差异控制在1 μs内。

该研究首次实现了LA-TOF-MS与LIBS/EDX技术的协同应用：LIBS快速定性锁定元素组成，EDX提供表面形貌与定量补充，LA-TOF-MS精确测定同位素分布。这种"三位一体"的分析策略不仅适用于锌同位素研究，还可拓展至其他金属元素分析，为环境监测、考古鉴定等领域提供了高效解决方案。研究团队特别指出，该方法在工业过程监控、陨石成分分析等实时检测场景具有独特优势，未来可通过优化磁滤器几何参数进一步提升灵敏度。