锆、 铪和铌是多目标地球化学样品分析的重要元素, 传统的湿法前处理很难将这些高场强元素完全消解, 致使测定的结果偏低, 且传统的湿法有消解用酸、 碱量大, 前处理流程长, 污染环境等缺点。 激光诱导击穿光谱(LIBS)在分析地球化学样品时有独特的优势, 尤其是对于那些常规条件下消解不完全的元素。 采用激光诱导击穿光谱对土壤样品中的锆、 铪和铌元素进行定量分析, 首先对激光的输出能量, 光谱仪采集延迟时间以及激光器的光斑直径等实验条件进行优化。 对比激光输出能量从0.0~4.4 mJ的测定土壤样品中的锆、 铪和铌元素的准确度, 当选用1.6 mJ时, 可得到最佳的实验结果。 其次分析光谱仪采集延迟时间对测定土壤样品中的锆、 铪和铌元素的影响, 结果显示0.5 μs是最佳的采集延迟时间。 最后, 对比激光不同的光斑直径得到测定结果, 发现50 μm的光斑直径测定稳定性最好。 还对测定模式和样品制备压力进行了对比研究, 结果表明利用激光诱导击穿光谱对土壤样品中锆、 铪和铌测量时在制样压力2 000 kN, 采用动态模式, LIBS信号的稳定性和定量分析的精确度都是最好的。 在最佳的实验条件(激光输出能量1.6mJ、 光谱仪采集延长时间0.5 μs和激光光斑直径50 μm)和制样压力2 000 kN采用动态模式对9个国家一级标准物质中的锆、 铪和铌元素进行光谱检测, 其测定值与推荐值基本吻合, 3个国家一级标准物质精密度不超过11%, 能满足地球化学样品的分析要求。 综上, 建立了激光诱导击穿光谱分析土壤样品中的锆、 铪和铌元素含量的方法, 解决了锆、 铪和铌元素湿法消解不能完全消解和测定结果偏低的问题, 具有分析效率高, 操作简单, 无污染, 同时也为固体进样技术的发展提供了参考。

传统的激光诱导击穿光谱(LIBS)多应用于物质定性分析, 是因为该仪器在定量分析时存在重复性差, 检测结果准确度差等缺点, 没有达到定量分析对准确度和精密度的要求。 近年来, LIBS技术在硬件方面和软件方面得到快速发展, 基于LIBS技术突出的优点, 简单快速, 使得该方法作为一种强有力的检测手段, 实现了一次进样同时定量检测多种元素, 并取得了较为满意的测定结果。 为了将LIBS技术应用到土壤样品中稀土元素的定量分析, 本方法对LIBS技术的工作条件进行了优化, 并筛选出最佳的工作条件: 激光输出能量(1.6 mJ)、 脉冲延迟时间(0.1 μs)、 光斑直径(100 μm)、 激光频率(20 Hz)、 缓冲气的流量(0.3 L·min^-1); 待分析样品采用超高压制样技术, 使样品的塑化效果得到有效改善, 表面更加致密平整, 有效降低了样品的粉末效应, 且随着制样压力的增加, 样品的特征的显示谱图基线明显较少, 噪声降低, 提高了信背比和测定结果的精密度; 在激光剥蚀过程中采用剥蚀新鲜面的方式, 可以大大降低热效应的影响, 提高测定结果的准确度; 同时, 采用土壤标准物质(基体匹配法)作定标曲线, 大大降低基体效应的影响, 分析结果的准确度也得到改善。 该方法经过国家一级标准物质的验证, 测定值和认定值基本一致, 表明该方法较为准确可靠。 从全部结果分析, 轻稀土元素分析结果的准确度较差, 但是该方法实现了一次进样多元素同时测定, 推动了LIBS技术发展, 尤其是在勘查地球化学领域的应用和发展, 也为LIBS技术推广应用到其他领域提供了新的思路。