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        多金属结核是深海早期成岩过程中最为广泛和关键的金属储库之一。包括钇和稀土元素（REY）在内的关键金属元素具有巨大的经济价值，因此，开展其源-汇过程和富集机制研究至关重要。元素成像是一种地球化学可视化技术，常用于指示元素浓度的空间分布规律，是矿物中元素的富集机制和赋存状态等研究的重要手段。然而，传统元素成像技术的分析时间长且空间分辨率低，其无论在大尺度（几毫米）还是小尺度（几十微米）应用场景中都面临很多问题，仍需改进和优化。

        我院孙晓明教授研究团队采用将低色散剥蚀仓和双同心注射器与激光剥蚀电感耦合等离子体飞行时间质谱（LA-ICP-TOFMS）联用，以40 ×40 ?m2和1 × 1 ?m2的激光束斑，分别对整个结核（10 mm × 9 mm）和微层结构微区（700 ?m × 350 ?m）进行元素可视化分析。结果发现，一些金属（如Cu、Co和Ni）的分布模式与Mn相似，结核内层至外层的元素含量呈现先降后增的变化趋势，表明结核的生长过程中可能经历了成岩作用和氧化还原环境的改变（图1）。同时也发现，生长边缘微区的稀土元素分布规律与大尺度中的有所差异，说明该类元素在短时间内（一百万年）的富集机制可能有所不同（图2）。

        该研究结果证实了在软质和多孔的材料上进行LA-ICP-TOFMS元素成像分析的可行性。此外，与传统的LA-ICP-QMS相比，本技术和方法具有的成像时间更短（大、小尺度成像时间仅分别为传统方法的8%和1%），空间分辨率更高（微区成像的激光束斑低至1 ?m2）等优点，极大地拓展了深海早期成岩作用样品的地球化学制图技术的应用（图3）。

图1 全结核LA-ICP-TOFMS微量元素成像图

图2 结核微区元素成像图

（a）具微层结构的微区BSE图；（b-f）LA-ICP-TOFMS微量元素成像图

图3 各种成像方法的检出限及空间分辨率

（修改自Chew. D, 2021）

        以上研究成果发表于中科院大类二区Top期刊《Ore Geology Reviews》（Peng Jinzhou, Li Ddengfeng, Hollings, Pete, Fu Yu, Sun Xiaoming, 2023. Visualization of critical metals in marine nodules by rapid and high-resolution LA-ICP-TOFMS mapping），论文第一作者为我院硕士生彭锦洲，通讯作者为贝博ballbet入口付宇副教授。

        以上研究得到国家自然科学基金和广州市科技计划项目资助。

        原文链接：https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2023.105342