193 nm准分子激光是当前激光剥蚀质谱分析中应用最广泛的波长之一。然而，对于萤石、石英等高透明度矿物，常规193 nm准分子激光剥蚀常常显得“力不从心”。通常需要很高的能量密度才能实现有效剥蚀，且容易伴随热应力碎裂和边缘损伤。波长更短、光子能量更高的深紫外激光，是改善这类矿物剥蚀效果的可能途径之一。

图1 157 nm激光剥蚀系统及剥蚀坑SEM图像

针对该问题，我系袁洪林教授团队以商用157 nm F2准分子激光器为核心，与相干公司合作，建成国内第一个地学领域的157nm深紫外激光剥蚀质谱分析实验室，并将这一深紫外波长成功应用于地矿样品的微区原位分析。157 nm激光的单光子能量为7.9 eV，与萤石、石英等透明矿物之间的能量耦合效率较高。仅需约2.6 J cm-2的能量密度即可完成有效剥蚀，约为193 nm激光所需能量的十分之一；所得剥蚀坑底部平坦、边缘清晰，萤石样品未观察到明显的热应力碎裂（图1）。

图2 157 nm激光剥蚀系统光路设计

实现这一目标的主要困难在于光路设计。157 nm激光在空气中衰减严重，易被氧气和水分子吸收，难以像常规波长那样通过开放光路传输。本研究采用高纯氮气对密封光路进行全程吹扫，以隔绝激光与大气接触；并设计了密封式的光学传输、能量衰减、光束整形与同轴观测等模块（图2）。初步性能验证显示，该激光剥蚀系统对主流微量分析标样分馏指数接近1，基体效应较弱；USGS和MPI-DING的多种标准物质微量元素定量相对误差多在±10%以内；锆石U-Pb定年结果与推荐值偏差不超过1%（图3）；原位Hf-B同位素分析结果在不确定度范围内与推荐值一致。

图3 157 nm激光剥蚀锆石U-Pb年龄结果

该系统的建立，为深紫外157 nm激光在剥蚀质谱分析中的应用提供了一个可行的技术方案，也为后续更短波长激光剥蚀技术的探索积累了经验。对于高透明度矿物及珍稀样品的微区原位分析而言，157 nm激光提供了一种值得关注的低温剥蚀思路。相关成果发表于自然指数（Nature Index）收录的分析化学权威期刊《Analytical Chemistry》。西北大学博士生彭德义为论文第一作者，陈开运高级工程师与袁洪林教授为共同通讯作者。

论文信息：Deyi Peng（彭德义）, Zhian Bao（包志安）, Kaiyun Chen*（陈开运）, and Honglin Yuan*（袁洪林）. Initial performance evaluation of an ultraviolet 157 nm laser ablation system for ICP-MS analysis. Analytical Chemistry, 2026. doi: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c03922.