激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術是利用脈沖激光在待測樣品表面激發(fā)產(chǎn)生等離子體，通過等離子體發(fā)射的光譜波長和強度信息,，分別獲得待測元素的種類和含量信息,。基于LIBS技術的FireFly快速元素分析與成像系統(tǒng)可對海水,、海洋沉積物,、海洋生物進行全方位的元素分析，揭示海洋元素地球化學循環(huán)與沉積環(huán)境,、生物地球化學過程的相互作用,。

技術優(yōu)勢

低成本、無前處理：樣品測量無需前處理,，固體樣品測量無耗材,，元素測量成本低,。

高頻率、全元素檢測：測量頻率高,，可在短時間內(nèi)獲取大量數(shù)據(jù),，一次測量能夠獲取樣品的所有元素信息，為全面了解海洋元素組成提供保障,。

高分辨率 Mapping成像：可實現(xiàn)高分辨率的元素分布成像,，精確展示元素在樣品中的空間分布情況，有助于深入研究海洋元素地球化學循環(huán)的微觀機制,。

應用案例

海水元素分析：海水重金屬檢測,，工業(yè)廢水排海后的海洋化學研究

左上圖：海水樣品固定于濾紙后的圖片；左下圖：不同激光脈沖能量（30,、60,、90 mJ）下水溶液中Mn的校準曲線；右圖：不同水溶液中錳的典型 LIBS 光譜：（a）MnCl2 溶液中的錳,，（b）Mn,、Cr、Cd,、Cu 比例為 1:1:1:1 的混合溶液中的錳,，（c）海水中的錳，（d）用 Czerny–Turner 光譜儀檢測到的 MnCl2 溶液中的錳,。

  錳（Mn）在工業(yè)廢水和海水中過量溶解會對水生環(huán)境有害,，確定其含量對污染監(jiān)測和海洋地球化學及生物過程研究非常重要。傳統(tǒng)元素分析技術耗時且對樣品制備要求高,，文章利用LIBS快速元素檢測技術對模擬工業(yè)廢水和海水的 Mn 溶液進行檢測,，結(jié)果表明該方法在復雜環(huán)境中具有快速檢測 Mn 和其他重金屬元素的潛力。

  FireFly LIBS可對海水樣品進行快速,、全元素測量,，獲取海水中各種元素的含量和分布信息，為研究海洋元素地球化學循環(huán)提供基礎數(shù)據(jù),。

海洋沉積物元素分析：基于海洋沉積物的 LIBS 分析追蹤地質(zhì)時間尺度上的氣候變化

左圖：用(a) SBP圖像描述取心位置,，以及沉積物巖心的(b)粒度；右圖：01A,、02和03A巖芯中Mn,、Fe、Ca,、K,、Si和Sr的元素/鋁比（LIBS）

  基于元素組成的海洋沉積物地球化學研究可用于追蹤地質(zhì)時間尺度上的氣候變化，南極海洋沉積物的 LIBS 分析表明該技術可用于識別極地海洋沉積物的來源,，而本文則利用 LIBS 技術對北極海洋沉積物中的應用可行性進行驗證,。文章對比了3種技術的測量結(jié)果,，其中LIBS 數(shù)據(jù)與 ICP 數(shù)據(jù)更相符，能為北極沉積物中的元素含量提供更準確的定量分析,，ITRAX 和 LIBS 在元素平面分布上顯示出相似的模式,，但需要考慮沉積物粒度。其中LIBS 數(shù)據(jù)中大多數(shù)元素 / Al 比值在上部有明顯變化,，與沉積物來源有關,；Mn/Al 和 Fe/Al 比值的升高與西伯利亞河流排放和海岸侵蝕有關；顏色變化與元素比值相關,，驗證了LIBS 技術在北極沉積物元素剖面的定性和定量分析方面的潛力,。

  利用FireFly LIBS可以用于分析海洋沉積物中元素的組成和分布，了解元素在海洋沉積過程中的行為和變化,，探討海洋元素地球化學循環(huán)與沉積環(huán)境的關系,。

海洋生物元素分析：通過貝殼Mg/Ca 濃度比值反映捕獲季節(jié)

左上圖：貝殼樣本取樣過程；左下圖：4個貝殼標本的CF-LIBS和LA-ICP-MS光譜,；右圖：4個標本的CF-LIBS和LA-ICP-MS線性回歸。

  海洋軟體動物貝殼的化學成分可反映其過去所經(jīng)歷的環(huán)境條件,，其中 Mg/Ca 濃度比值與海表溫度（SST）有顯著相關性,。文章利用激光誘導擊穿光譜（LIBS）的高通量分析潛力，對 Patella depressa 貝殼中的 Mg/Ca 濃度剖面進行了比較分析,，其中CF - LIBS 方法成功應用于四個樣本,，兩種方法都能正確反映捕獲季節(jié)（夏季末），結(jié)果具有較高相關性（回歸系數(shù)為 0.63 - 0.81）,，平均相對誤差低于 10%,，證明 CF - LIBS 方法是確定 Patella depressa 貝殼中 Mg/Ca 摩爾濃度的可靠方法，這對未來古氣候和考古研究具有重要意義,。

  利用FireFly LIBS對海洋生物體內(nèi)的元素進行檢測,，可以研究元素在海洋生物體內(nèi)的積累、代謝和生態(tài)效應,，揭示海洋元素地球化學循環(huán)與生物地球化學過程的相互作用,。

FireFly應用領域

• 土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評估土壤肥力和污染情況,。
• 地質(zhì)勘探：用于巖石和礦物的元素分析,，輔助地質(zhì)勘探和礦物成分研究。
• 金屬材料檢測：分析金屬及其合金中的元素成分,，用于材料科學和質(zhì)量控制,。
• 環(huán)境監(jiān)測：監(jiān)測環(huán)境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素,，評估環(huán)境污染,。
• 生物材料分析：測定生物樣本（如毛發(fā),、血液、骨骼,、腫瘤等）中的元素,，用于生物醫(yī)學研究。
• 植物分析：用于植物組織中元素含量的測定,，幫助研究植物營養(yǎng)狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫

下的反應和耐受性,。

1. Xiu J, Zhong S, Hou H, et al. Quantitative determination of manganese in aqueous solutions and seawater by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) using paper substrates[J]. Applied spectroscopy, 2014, 68(9): 1039-1045.
2. Han D, Joe Y J, Ryu J S, et al. Application of laser-induced breakdown spectroscopy to Arctic sediments in the Chukchi Sea[J]. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2018, 146: 84-92.
3. Martínez-Minchero M, Cobo A, Méndez-Vicente A, et al. Comparison of Mg/Ca concentration series from Patella depressa limpet shells using CF-LIBS and LA-ICP-MS[J]. Talanta, 2023, 251: 123757.