高分辨率空间外差光谱技术实现锂同位素精准定量分析

为解决锂同位素分析中质谱技术(MS)成本高、便携性差及传统光学光谱分辨率不足的问题，研究人员开发了基于空间外差光谱仪(SHS)与低压辉光放电源的高分辨率光学方法。该技术实现了189,000的 resolving power，可基线分离锂D线发射峰，检测限达30 pmol，并引入去卷积谱线恢复和 bootstrap误差传递策略提升定量准确性。该研究为便携式、免校准的光学同位素分析提供了新范式。

　　

锂作为最轻的金属元素，在新能源电池和地质研究中具有关键地位。其同位素⁶
Li/⁷
Li比值不仅能追溯锂矿地理起源，还影响锂离子电池电化学性能。然而当前主流检测手段——质谱技术(MS)存在设备笨重、成本高昂等问题，而传统光学发射光谱(OES)因分辨率不足难以区分仅相差15.8 pm的锂D线(²
P_3/2,1/2
←²
S_1/2
)。更棘手的是，等离子体光源的 Doppler展宽和 Stark展宽会进一步掩盖本已微小的同位素位移。

针对这一技术瓶颈，某研究机构团队在《Analytica Chimica Acta》发表研究，创新性地将定制化空间外差光谱仪(SHS)与低压氩气辉光放电源联用。SHS作为一种静态干涉光谱技术，通过干涉-衍射协同作用实现189,000超高 resolving power，而"冷"等离子体光源将谱线半峰宽控制在0.7 pm以下。研究团队还开发了基于去卷积的谱线恢复算法和 bootstrap误差传递模型，仅需普通工业相机即实现30 pmol检测限，成功解析出670.7764 nm(⁷
Li D₂
)、670.7915 nm(⁷
Li D₁
)和670.8072 nm(⁶
Li D₁
)三条特征峰。

关键技术包括：1) SHS光学系统设计实现 pm级分辨率；2) 低压辉光放电源抑制谱线展宽；3) 数字全息技术校正光束分离器(Cube)缺陷；4) 蒙特卡洛 bootstrap法量化同位素比误差；5) 采用LiNO₃
溶液建立500 ppb浓度梯度验证方法灵敏度。

【Results and Discussion】
通过分析干涉图样中的Fizeau条纹，发现光束分离器缺陷会产生仪器特异性伪影，但通过数字全息技术可有效校正。在670.8 nm波段实现0.53 pm/像素采样密度，使⁷
Li D₁
与⁶
Li D₂
的0.7 pm间隔成为唯一未解析峰。采用峰高比和峰面积比双标定策略，在7.25 μM锂浓度下获得±1.5‰的测量精度，接近MC-ICP-MS水平。

【Conclusion】
该研究首次证明SHS技术可实现实验室级锂同位素分析，其模块化设计为车载/在线监测奠定基础。通过相对跃迁概率测定，展现了免校准(calibration-free)分析的潜力。该方法可扩展至其他具有光学同位素位移的元素(如硼、钙)，为工业流程监控和野外地质调查提供新工具。作者Xunyu Li、Jens Riedel和Yi You特别指出，该技术未来可与微流控芯片结合，实现电池电解液的实时同位素监测。