用于固體直接分析的質(zhì)譜儀器的研發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、目前,固體樣品的元素分析在電子、冶金、地質(zhì)、環(huán)境、空間探索和半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域具有極其重的地位。傳統(tǒng)的分析方法通常都是將固體樣品用強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶解消化,然后用光譜法或質(zhì)譜法進(jìn)行檢測。這一過程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且消化所用的強(qiáng)腐蝕性酸堿溶液大大增加了操作的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性,并且在樣品溶解過程中難免會產(chǎn)生樣品污染和待測元素?fù)p失等問題,影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。現(xiàn)代科學(xué)的飛速發(fā)展尤其是材料科學(xué)的進(jìn)步,對樣品的分析提出了更高的要求,例如對樣品進(jìn)行微區(qū)分析或深度

2、分析等,傳統(tǒng)的基于溶液的測試方法已不能滿足分析需求。因而,固體樣品直接分析方法的研究具有十分重要意義。
　　 相較于光譜法,質(zhì)譜法具有檢出能力更強(qiáng)、譜圖更簡單并且能分析同位素等特點(diǎn),因此本論文主要介紹了幾種用于固體樣品直接分析的質(zhì)譜儀器的研發(fā)及其應(yīng)用。下面簡要說明本論文的主要研究內(nèi)容和成果:
　　 第一部分內(nèi)容是關(guān)于激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)技術(shù)。LA-ICP-MS是一種用途廣泛的固體直接進(jìn)樣分析

3、的技術(shù)。它靈敏度高,能實(shí)現(xiàn)對固體樣品的表面分析和微區(qū)分析,是固體樣品痕量、超痕量元素直接分析最有應(yīng)用前景的方法之一。這部分工作主要是研制了一套激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng),并將其用于電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中,以及整套系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明,所研制的激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)與電感耦合等離子體質(zhì)譜相結(jié)合,不僅可以實(shí)現(xiàn)固體樣品直接進(jìn)樣,達(dá)到對固體樣品快速檢測的目的,而且儀器的靈敏度很高,分析能力良好。
　　 第二部分內(nèi)容是關(guān)于激光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(LI

4、-TOFMS)技術(shù)。LI-TOFMS技術(shù)在固體的直接分析方面具有優(yōu)越的性能和發(fā)展?jié)摿?。本課題組在LI-TOFMS技術(shù)的研究與發(fā)展做了大量的工作——引入了氦氣輔助式的激光電離源,并與垂直引入式飛行時(shí)間質(zhì)譜儀相結(jié)合。這部分工作首先為LI-TOFMS設(shè)計(jì)了一套延時(shí)可調(diào)高壓脈沖串的電路,結(jié)果表明,脈沖串電路的使用可以降低背景,提高信噪比;其次將原有的射頻多極桿離子傳輸系統(tǒng)改造為靜電透鏡傳輸系統(tǒng),并在飛行時(shí)間質(zhì)量分析器中安裝偏轉(zhuǎn)板以校正離子動(dòng)能,

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,靜電透鏡的引入大大減輕了離子傳輸時(shí)的質(zhì)量歧視效應(yīng);最后用LI-TOFMS對固體樣品直接分析進(jìn)行研究,結(jié)果表明,氦氣輔助式LI-TOFMS不僅可以實(shí)現(xiàn)對固體樣品金屬元素進(jìn)行直接分析,亦能對有機(jī)金屬化合物展開分析,更重要的是它可以直接快速靈敏地分析非金屬元素。對于多數(shù)的非金屬元素檢測動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到6個(gè)數(shù)量級,檢測限可到ppm級。
　　 第三部分內(nèi)容是關(guān)于輝光放電與激光電離雙離子源四極桿質(zhì)譜(GD/LI-QMS)技術(shù)。

6、輝光放電離子源由于其放電穩(wěn)定、能量分散較小、靈敏度較高以及結(jié)構(gòu)簡單成為固體樣品直接分析的重要手段。這部分工作首次將氦氣輔助激光電離源與四極桿質(zhì)譜儀相結(jié)合,克服了傳統(tǒng)激光電離源與四極桿質(zhì)譜儀不匹配的問題,并將輝光放電電離源與激光電離離子源結(jié)合在同一臺儀器中,研制了一臺輝光放電/激光電離雙電離源四極桿質(zhì)譜儀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所研制的儀器可以采用固體樣品直接進(jìn)樣方式,實(shí)現(xiàn)了對固體樣品快速檢測。該方法具有樣品前處理簡單、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)