【摘 要】
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古气候学是研究地球过往气候的一门学科,目的是预测未来气候变化,解决环境污染、资源紧缺等问题。通过研究气候代理物（冰芯、贝壳、石笋等）中元素空间分布,推断古气候演化规律,对自然环境变迁具有重大的意义。基于激光诱导击代理穿光谱（Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS）的元素成像技术,是基于原子光谱的新型分析检测技术。高能量的脉冲激光经过聚焦后,按照预定顺序扫
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古气候学是研究地球过往气候的一门学科,目的是预测未来气候变化,解决环境污染、资源紧缺等问题。通过研究气候代理物（冰芯、贝壳、石笋等）中元素空间分布,推断古气候演化规律,对自然环境变迁具有重大的意义。基于激光诱导击代理穿光谱（Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS）的元素成像技术,是基于原子光谱的新型分析检测技术。高能量的脉冲激光经过聚焦后,按照预定顺序扫描样本的待测区域,光谱仪收集且检测等离子体发射谱线波长和强度,根据特征谱线定性定量地分析元素信息。基于LIBS的元素成像技术能够快速、准确、原位、微损地分析大面积复杂气候样本中元素空间分布,为反演气候提供多种数据,在环境检测领域具有较广泛的应用前景。准分子激光波长短、峰值功率高、分馏效应小,适合作为LIBS元素成像技术分析气候物的光源。因此,本文采用193 nm ArF准分子激光器作为光源,搭建准分子LIBS元素成像系统,研究了该系统重要参数的相关特性,并对典型样本进行气候反演研究,主要内容包括:（1）综述了气候样本中元素检测技术的研究进展,分析了激光诱导击穿光谱技术的工作原理,并对定性定量分析方法进行了归纳总结;（2）基于193 nm ArF准分子激光器,设计搭建了一套适用于气候代理物分析的准分子LIBS元素成像系统,包括笼式光路结构、聚焦结构、光谱检测装置以及同轴成像装置;（3）重点分析了准分子激光诱导等离子体的参数特性,根据理论公式计算等离子体温度和电子数密度,确认该系统已满足局部热平衡条件,同时,利用了准分子LIBS元素成像系统检测标准物质中Al/Ca、Fe/Ca、Mg/Ca、Si/Ca四种元素比值,得到四种元素比值的相对标准偏差均低于3%,可实现稳定的微区扫描分析;（4）采用系统微区成像技术对两种典型气候样本进行扫描,研究了样本不同生长周期内痕量元素Mg/Ca、Sr/Ca的分布变化,结果表明:钟乳石样本中Mg/Ca比值存在明显波动区域,可能是由于洞穴内降水量变大或温度升高,加速了钟乳石沉积速度;腹足纲贝壳和双壳纲贝壳中Mg和Sr元素富集区域存在差异,但Mg/Ca、Sr/Ca比值均表现出周期性强度变化,推断与季节更替相关联,为反演贝壳生长环境提供了有效依据。
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