LIBS成像技術(shù)在古氣候研究中的應(yīng)用

    古氣候?qū)W研究對于氣候變遷、自然演變發(fā)展、環(huán)境污染等有重要作用。通過氣候研究代理物中的元素空間分布，讓人們對過去、現(xiàn)在和未來的氣候及其環(huán)境變化有了更加深入的理解。目前，應(yīng)用于古氣候研究的元素檢測方法種類繁多。電子探針顯微分析儀在礦物元素檢測中應(yīng)用最為廣泛，前期樣品制備簡易、測定元素范圍廣，但耗費時間久、價格昂貴；ICP-AES能夠快速、準確地測定大量金屬元素，不足之處在于一般樣本需要預(yù)先轉(zhuǎn)化為溶液，并且成本較高；ICP-MS檢測靈敏度高，測定元素范圍廣、速度快，但樣本制備過程復(fù)雜，檢測環(huán)境要求高。  

    對大面積復(fù)雜樣本的迅速、準確分析，取得較長且連續(xù)的古氣候數(shù)據(jù)，這一任務(wù)需要新的元素成像技術(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LaserInducedBreakdownSpectroscopy）LIBS技術(shù)，是一種新興的元素檢測和分析技術(shù)。當激光作用于樣品表面時，在極短的時間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對等離子體發(fā)出的光譜進行收集分析，建立光譜與元素一一對應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素。目前已應(yīng)用于生態(tài)，地質(zhì)，中藥材，珠寶鑒定，材料檢測等諸多領(lǐng)域?；贚IBS的元素成像技術(shù)因為其固有的優(yōu)勢：無需樣品制備、快速分析、高空間分辨率、高靈敏度以及低成本投入等等，使得其在古氣候研究中顯現(xiàn)出巨大潛力。  

    已有報道基于LIBS的元素成像技術(shù)從碳酸鹽、硅酸鹽中提取Si,Al,Fe,Ca,Mg,Li,K等元素分布信息，成為研究元素沉積環(huán)境和沉積過程的證據(jù)；提取化石樣本中P,Ca元素含量來確定滅絕物種的飲食與環(huán)境之間的相互作用；研究洞穴沉積物中Mg,Sr,Mn等元素解釋了與植被和氣候變化有關(guān)的層狀結(jié)構(gòu)；同時，利用海洋動物外殼中的微量元素為表征海洋溫度、鹽度和污染提供了非常有價值的數(shù)據(jù)。  

    針對洞穴沉積物樣本剖面的二維元素分布，分析了樣本所包含的Al,Mg,K,Si,Ca,Sr,Fe,Na等主、次以及微量元素的分布情況，分布情況清晰明確，顏色的深淺表達元素富集的多少。如      下圖所示，其中i圖為自然狀態(tài)下的樣品圖。

    下圖為針對珊瑚樣本的多元素分布mapping的掃描結(jié)果，圖中清楚地顯示了年生長層的元素分布情況。 

    下圖為貝殼樣品的元素成分分布。此結(jié)果表明了元素分布與殼體的生長發(fā)育存在較強的相關(guān)性，不僅表現(xiàn)在水平方向上，同時表現(xiàn)在垂直方向上。 

    實驗裝置我們可以采用EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測器譜寬190-1040nm；三維全自動工作臺；樣品室可通入氦氣或氬氣。