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激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）是直接对固体样品进行主、微量元素分析以及同位素比值测定的强有力工具。但在分析过程中的元素分馏及基体效应一直严重制约着分析结果的准确性与精密度,也一直是LA-ICP-MS分析研究中的热点和难点问题。如含U副矿物U-Pb年代学研究为探讨地质体时空演化、大陆动力学及热演化历史等地质事件提供了不可或缺的时间证据,但是LA-ICP-MS分析副矿物U-Pb年龄时存在的基体效应严重抑制了U-Pb年代学的广泛应用。本论文对纳秒和飞秒LA-ICP-MS分析过程中元素分馏机理进行了深入研究,提出水蒸气辅助非基体匹配副矿物U-Pb定年方法,极大地减小了不同副矿物间U-Pb年龄分析时的基体效应。1.激光剥蚀和ICP离子化过程引起的元素分馏效应研究。本文研究了LA-ICP-MS单点剥蚀时激光剥蚀过程导致的元素分馏效应和ICP离子化引起的质量负载效应。在较高补偿气流速下(如1.1 L min-1时),激光剥蚀束斑从55微米降低到15微米时,剥蚀初始阶段的U/Th比值也从1.8逐渐降低至1附近;而在较低补偿气流速下,激光束斑从55微米逐渐降低至15微米时,U/Th比值始终保持在1附近。说明质量负载对元素挥发-离子化行为有重要影响。在剥蚀初始阶段,Cu/Ca,Zn/Ca,Cd/Ca和Pb/Ca比值随着激光剥蚀束斑从15微米增加到55微米时而增加;随着剥蚀的进行而逐渐保持一致;在剥蚀最后阶段Cu/Ca,Zn/Ca,Cd/Ca和Pb/Ca比值随着激光剥蚀束斑从15微米增加到55微米时反而降低。ICP离子化引起的质量负载效应随单点剥蚀时间的增加和剥蚀束斑的减小而逐渐降低。而激光剥蚀引起的元素分馏效应则随单点剥蚀时间的增加和剥蚀束斑的减小而增加。这说明在激光单点剥蚀过程中,初始阶段主要是ICP离子化引起的分馏效应,随着剥蚀的进行,逐渐向激光剥蚀引起的分馏效应转变。为前人观察到的复杂元素分馏现象提供了很好的理论解释。2.样品载气对193 nm ns-LA-ICP-MS分析灵敏度的影响本文分别采用一种气溶胶局部提取的方式和传统的圆柱形剥蚀池系统研究了不同载气（氦气或氩气）对193 nm纳秒激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析灵敏度的影响。研究结果表明,当使用氦气替代氩气作样品载气时,圆柱形剥蚀池内不同的采样位置难熔元素信号增敏程度不同。采用了气溶胶局部提取的方式(局部提取剥蚀池采样点载气流速可达10 m s-1以上)对比研究不同载气条件下的信号灵敏度发现,在高载气流速下,使用氦气代替氩气作载气时只观察到轻微的信号增敏（约1-1.3倍）。这可能是由于在高流速载气条件下,氦气或氩气氛围中均产生小尺寸的气溶胶颗粒。进一步,通过向等离子体中加入少量的水蒸气,本文同样对比了局部提取方式和传统圆柱形剥蚀池条件下不同载气（氦气或氩气）对193nm LA-ICP-MS分析灵敏度的影响。结果表明,在湿等离子条件时,使用局部提取或传统的圆柱形剥蚀池在氦-氩不同载气条件下可获得相似的信号灵敏度。最后,分别在高载气流速下剥蚀采样或者“湿”等离子体环境下使用氩气作载气进行锆石U-Pb年龄分析,可获得与氦气环境下类似的分析结果。本论文工作对前人理论研究进行了颠覆性的纠正,进一步加深了对氦-氩载气使用机理的理解。3.样品载气对257 nm fs-LA-ICP-MS元素分馏效应和灵敏度的影响本文首次研究了不同样品载气（氦气、氩气、氦-氩混合气）对飞秒激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析中信号强度及元素分馏效应的影响。首次发现使用氦-氩混合气作为样品载气时获得的所有元素信号强度与使用氦气作载气时获得信号强度类似,采用氦-氩混合气作样品载气时元素分馏效应小,不同剥蚀束斑条件下获得的所有元素分馏因子均保持一致且更接近于1。采用氦-氩混合气作样品载气测试国际标准样品USGS和MPI-DING玻璃中的主微量元素含量可获得非常好的分析结果。在氩气和氦-氩混合气环境下,激光线扫描剥蚀时,以NIST610玻璃为外标可准确校正独居石的U-Pb年龄。为提高飞秒激光分析结果的准确性和精密度提供了重要的理论指导。4.水蒸气辅助-非基体匹配副矿物U-Pb年龄测试本文系统研究了氮气、氧气、水蒸气加入剥蚀池前后对非基体匹配分析副矿物（锆石、独居石、磷钇矿和榍石）U-Pb年龄时基体效应的影响。首次发现少量水蒸气引入剥蚀池前可显著降低基体效应。在不加任何反应气时,以NIST610玻璃为外标校正锆石、独居石、磷钇矿和榍石时206Pb/238U年龄测试值偏低约10-24%;水蒸气引入剥蚀池时,各副矿物（锆石、独居石、磷钇矿和榍石）年龄测试值与推荐值的偏差可降低至1-2%,这是因为将水蒸气引入剥蚀池内部极大的抑制了激光剥蚀过程和ICP离子化过程中基体有关的元素分馏效应。利用本文提出的水蒸气辅助剥蚀方法,使用193 nm准分子激光和213 nm Nd:YAG激光以NIST610为外标分析锆石、独居石、磷钇矿和榍石均可以获得准确的分析结果。开创性的解决了由于缺乏合适标样而无法对特定矿物进行U-Pb年龄分析的瓶颈问题。