光譜質譜雙管齊下，雷射剝蝕分析儀讓地質高低濃度分析一次完成

想要有人說給你聽什麼是 LIBS/LA-ICP-MS嗎？

不要錯過我們五月的線上研討會。

你都用什麼分析儀器分析礦物呢？

地質科學領域中常需要觀測礦物礦石中元素化學組成，探索各種類岩石成岩因子及礦石礦物的成因追溯。一般應用在地質領域中的儀器有 XRF、EMPA、SEM-WDS/EDS 等。

然而，非破壞性檢測的 XRF 則無法測得原子序低於 Na 的元素；EMPA 類似於 SEM-WDS/EDS，可提供高解析度之分析圖像，但樣品需要真空及麻煩的前處理。且上述儀器具有分析濃度範圍及輕元素 (H、He、Li、C、N、O 等) 分析上的限制。

以往為了得到完整的樣品資訊，地質樣品通常需分批送到多個儀器端進行不同的分析，但這樣也會造成樣品分析深度及空間解析度在各個儀器尺度上的不一致，使得樣品資訊參考價值降低。為此，如今地質領域中更傾向使用能夠同時提供多種元素資訊的儀器如 LIBS 及 LA-ICP-MS 進行地質樣品元素分析。

雷射電漿可激發所有元素放光，即 LIBS 無元素種類分析上的限制，且可快速地在一般大氣條件下完成分析。2012 年 NASA 派到火星上的好奇號所使用的雷射化學照相儀器 (Laser ChemCam) 即為LIBS 技術，即時進行火星地質，土壤成分及岩石成分分析。

質譜儀在元素分析上的受限之處在於輕元素(H、He、Li、C、N、O 等)的分析限制 ，元素同位素或背景元素易產生譜線上的干擾，腔體需真空條件等等。但其能夠進行同位素及微量元素分析的特點是目前沒有儀器可取代的。

雖然 LIBS 有較高的偵測極限，也無法測定同位素，但其具有的優勢譬如無元素種類分析限制，快速獲得元素在樣品中的空間及深度解析資訊，無需真空條件等足以滿足一般環境樣品基質中主要元素的分析需求。

元素分析上，該如何選擇LA-ICPMS或是LIBS?

我們用以下的比較表讓大家了解這兩種技術的選擇。

如果元素濃度差異很大，或者同時要量測輕元素(C,H,N)，同位素及微量元素的分析，那樣品就要分開進行不同儀器的分析了嗎？

小孩子才做選擇，我全部都要！

Applied Spectra 所設計的 LIBS 能夠與市面上任何廠牌 ICP-MS 串聯，結合雷射剝蝕 LA 技術，光譜及質譜。前端 LA 進行樣品剝蝕，激發樣品放光進行光譜分析的同時，雷射電漿使樣品也產生熔化氣化反應形成奈米粒子，透過載流氣體送入質譜進行分析。只需要一次進樣，即可獲得光譜及質譜元素分析資訊。

LIBS/LA-ICP-MS 結構解析

LIBS/LA-ICP-MS 結合了光譜質譜的優勢，除了有效的固體進樣分析及空間解析外，也拓展了元素偵測濃度範圍 (ppb – %) 。而 LIBS 分析基質主要元素結果可作為樣品之間的基准校正，同時輔助質譜端的微量元素及同位素資訊，掌握樣品中除了待測元素外，其他基質元素整體性的變化。

點我看更多LIBS光譜/質譜儀資訊
 

LIBS 分析火成岩礦物礦物顆粒中的 Li 和 Be 含量
Janovszky, P., Jancsek, K., Palásti, D.J., Kopniczky, J., Hopp, B., Tóth, T.M., Gálbacs, G. (2021).

圖1. LIBS對火成岩樣本的Li和Be元素分析圖。顏色表示Li和Be的訊號強度，而框線顏色表示礦物類型。

LIBS 分析火成岩礦石：角閃石 Amphibole、長石 Feldspar、黑雲母 Biotite及石英 Quartz 中 Li 及 Be 的含量，發現黑雲母 Biotite 及角閃石 Amphibole 中含有最多的 Li 及 Be。

相關研究顯示黑雲母及角閃石是會發生 Mg ↔ Li 交換反應的礦物，因 Li⁺ 之離子半徑與 Mg²⁺ 相近，故在多數的礦石晶格層間 Li 會伴隨著 Mg 出現。同樣地，因 Be 氧化物 [BeO₄]⁶⁻ 與 Al 氧化物 [AlO₄]⁵⁻ 具有相似的化學行為，所以 Be 能夠取代矽酸鹽礦物中的 Al，就如圖中 Be 在黑雲母，角閃石及長石中的相對含量較高。石英因為結構中無可交換性陽離子，故 Li 及 Be 在石英中的含量最少。研究建議在花崗岩中以黑雲母及角閃石為開採 Be 及 Li 的目標礦物。

LIBS 串聯 ICP-TOF-MS 對氟碳鈰礦進行分析
Chirinos, J.R., Oropeza, D.D., Gonzalez, J.J., Hou, H., Morey, M., Zorbaa, V., & Russo, R.E. (2014).

圖 2. LIBS 與 LA- ICP-TOF-MS對氟碳鈰礦元素分析之2D元素分佈分析結果。其中Si、Ca及Al為LIBS分析資訊；而Ce、La、Nd、Pb、Mn及Fe為LA-ICP-TOF-MS分析資訊。

圖 3. LIBS 與 LA- ICP-TOF-MS 對氟碳鈰礦分析之3D元素分佈 (縱深Depth分析) 結果。其中Si和Ca為LIBS分析資訊；而U和Ce為LA-ICP-TOF-MS分析資訊。

研究為測試 LIBS 與 ICP-TOF-MS 串聯後的分析能力，選擇含有鑭系及錒係元素，成分異質性高的氟碳鈰礦 (Bastnäsite, (Ce, La)(CO₃)F) 進行分析。

圖 2 及圖 3 分別展示了一次進樣後，LIBS 與 LA- ICP-TOF-MS 同時提供的 2D 及 3D (縱深 Depth 分析) 元素分佈資訊。LIBS 進行氟碳鈰礦主要元素，即基質大量元素如 Si、Ca 及 Al 的分析；而 LA- ICP-TOF-MS 則負責微量元素 Ce、La、Nd、Pb、Mn、Fe 和同位素 ²³⁸U 及 ¹⁴⁰Ce 的部分。

圖 2 可以直接觀察到 Ce、La、Nd、Al 與 Fe、Mn 在特定的相同區域中具有相對高分析濃度，表示這幾種元素之間具有高度相關性。圖 3 中研究顯示 LIBS 與質譜儀串聯進行元素分析，在氟碳鈰礦這種成分異質性高的礦物中，仍然可以得到清楚且有明顯差異的元素 2D/3D 空間分佈資訊 mapping，表示 LIBS 與質譜儀串聯分析的分析技術在礦物分析上能提供良好分析品質數據。

研究顯示 LIBS 與質譜儀串聯進行元素分析，在氟碳鈰礦這種成分異質性高的礦物中，仍然可以得到清楚且有明顯差異的元素 2D/3D 空間分佈資訊mapping，表示LIBS與質譜儀串聯分析的分析技術在礦物分析上能提供良好分析品質數據。

在分析儀器中，LIBS 雖然沒有最低的偵測極限，但易操作，分析快速且適用於各種型態樣品的特性足以滿足各領域中一般快捷元素分析的需求。如今可加上 ICP-MS 的串聯組合，更是目前環境鑒識，地球科學元素分析領域中具有潛力的分析儀器。