月壤分析最新突破
近日，中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室的研究团队（ 薛丁帅高级工程师和刘艳红高级工程师为并列第一作者 ）联合中国科学院国家天文台在《Analytical Chemistry》发表嫦娥六号月背土壤样品的最新研究，使用 X 射线荧光（XRF）与飞秒激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（fs LA-ICP-MS）联用技术，对嫦娥6带回的月背土壤样品中的主量元素、次量元素和痕量元素进行了精准分析，为探索月球起源与演化提供关键数据。
2024 年 6 月，嫦娥六号从月球背面南极 - 艾特肯盆地带回 1935.3 克月壤样品，这是人类首次在月球远侧采样。
对月背土壤的精确分析，可以加深对月球演化的理解，且由于艾特肯盆地等区域受到早期撞击事件的抛射，可能挖掘到深部物质甚至月幔样品，精确分析这些土壤样品，有助于揭示月球内部结构和物质成分，助力月球资源的开发。
艾特肯盆地
文章摘要
2024年6月，嫦娥六号（CE6）月球任务从月球背面返回了第一批月球土壤样本。该项研究使用串联X射线荧光（XRF）和飞秒激光烧蚀剥蚀电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术分析了两个CE6月球土壤样本中的10种主要元素、1种次量元素和31种痕量元素。针对珍贵月壤样品，使用XRF进行主要元素分析，实施了硼酸锂熔片自动和手动制备相结合的方案。仅需30mg高度稀释的熔片样品（熔剂与样品的比例为100:1），即可准确定量样品中的所有元素组成。同时，改进制备硼酸锂熔片方法，熔融过程无需脱模剂，从而有效地避免了Br对Mn的干扰。此外，使用飞秒激光进行大面积线扫描，以增加采样体积，以解决在高稀释比熔融玻璃盘中通过ICP-MS进行微量元素分析的挑战。这种串联元素分析技术允许使用快速直接的制备方法测量单个样品的主要和痕量元素含量，该方法有效地解决了难熔矿物（如锆石）的问题，同时显著减少了这些珍贵样品的样品使用量，提高了样品制备效率。
研究概览图
研究亮点 | 微量样品的“黄金处理方案”
针对珍贵月壤，研究团队创新采用硼酸锂熔融法制备玻璃熔片：使用M4 燃气自动熔融制样系统（Malvern Panalytical），仅需 30mg 样品与硼酸锂溶剂（67% Li B O :33% LiBO ）按 1:100 比例混合，在 1050℃下熔融成均匀玻璃熔片。该方法不仅高效消解锆石等难熔矿物，还通过优化制备流程，提升玻璃片平整度，确保分析代表性。
优化1：省去脱模剂的使用
避免元素干扰：传统方法中使用的脱模剂（NH?Br）会导致 Br 的Kα 线与 Mn 的Kα 线部分重叠，干扰 Mn 的测定。省去脱模剂后，可有效消除这一干扰，提高 Mn 元素分析的准确性，从对比实验中较低的 J?值也能体现出方法精度的提升。
改善熔片成型：添加脱模剂会使硼酸锂溶剂流动性过强，难以完全覆盖铂金模具，导致熔片成型不合格。省去脱模剂后，熔融混合物流动性更适宜，有助于形成合格的圆形玻璃熔片。
优化2：改进操作方式
模具无需移出熔样机：无需将模具架从 M4 熔样机中取出，直接将预热的铂金模具放在模具架上接收熔融混合物。避免了玻璃熔体再通风孔上冷却过快，导致熔片不容易成型和熔片薄厚不均现象。
快速操作确保成型：将熔融混合物倒入模具后，迅速夹紧模具并用镀铂钳子搅拌熔融混合物，直至形成圆形玻璃片。这种操作减少了熔片因冷却不均而出现的厚度不均现象，提升了熔片质量。
图1 使用M4自动熔样机改进前后熔片制备程序的比较：（a）拆除模具架，将铂金模具定位在冷却位；（b）将白金模具直接放置在模具架上。
图2 熔片的厚度。（a）不含脱模剂的标准圆形玻璃熔片（6.0g助熔剂和0.6g样品）。（b）使用手动旋转技术制备的玻璃熔片，不含脱模剂（3.0g助熔剂和0.03g样品）。（c）使用手动旋转技术制备的玻璃熔片，其中含有脱模剂（3.0g助熔剂和0.03g样品）。
研究亮点丨XRF, 主量元素的“核心担当”
该项研究中选择使用Axios Mineral波长色散X射线荧光光谱仪（Malvern Panalytical）对制备的熔片样品进行分析， 并借助来自7家机构的45种认证参考物质，利用马尔文帕纳科Super Q软件构建校准模型，采用理论系数法结合实验系数法进行校正基体和谱线干扰，为 XRF 分析月壤等样品精准定标。严谨的校准策略成为 XRF 技术可靠检测的关键支撑，保障月壤元素分析数据准确 。XRF在此项研究中的具有如下特点：
规避干扰：省去脱模剂（NH?Br），避免 Br 对 Mn 的衍射峰干扰，显著提升 Mn 测定精度（图 1）；
图1 Br Kα的XRF图谱与Mn Kα的图谱部分重叠
数据可靠：XRF对 SiO?、P?O?等主量元素的测定结果与标准参考物质高度吻合，优于 LA-ICP-MS（图 2）；与XRF相比，fs LA-ICP-MS对SiO2和P2O5的分析准确度和精度降低，这表明Si和P的非金属特性在激光烧蚀分析过程中会引起明显的基体效应。
图2 XRF测量值与CRM（GBW07104和GBW07105）的认证值一致，而fs LA-ICPMS始终产生较低的值，分析精度降低（图S7a-d）。这种系统性偏差在CE6月球土壤分析中同样明显（图S7e）
高效协同：与 LA-ICP-MS 联用，实现同一玻璃片上主量与微量元素的同步分析，减少样品消耗的同时缩短流程。
关键数据速览
实验证实，嫦娥六号月壤主量元素以 SiO?（~45.8%）、Al?O?（~14.3%）、TFeO（~17.2%）为主，微量元素中 Ni、Zr 含量分别约 260μg/g 和 116μg/g（表 1）。
表1 CE6月背土壤样品元素组成
结论
Conclusion
该研究表明使用硼酸锂熔融的制备技术具有简单、高效、可靠以及与各种分析方法兼容等优点，使其成为许多实验室样品制备的首选。均匀制备的固体玻璃熔片，确保耐酸矿物的完全分解以及高场强元素的溶解(Ta, Hf, Nb, Zr)。该方法有助于XRF与fs LA-ICP-MS联用，实现同一个熔片样品的同步分析，以准确定量月壤中主量、次量和痕量元素（10种主量、1种次量、31种痕量元素）。该方法还可以减少样品消耗、缩短检测流程，高效支撑多维度成分研究，为未来深空探索其他小行星和火星样本提供技术参考。
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