激光濺射冷聚焦飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的研制及應(yīng)用.pdf

1、固體樣品元素分析在冶金、地質(zhì)、礦產(chǎn)、環(huán)保、國(guó)防和半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域具有及其重要極其重要地位，固體樣品通常采用強(qiáng)酸溶解消化消解，然后以原子光譜或質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)。近年來(lái)，固體樣品的直接分析方法越來(lái)越受到人們的關(guān)注。與固體溶解分析法相比，直接分析法能夠節(jié)約大量的樣品制備準(zhǔn)備時(shí)間，特別是在固體樣品難以溶解或溶解過(guò)程中所加試劑污染性很強(qiáng)的情況下，固體元素直接分析法具有其他分析法無(wú)法比擬的優(yōu)越性。另外，直接分析法避免了樣品溶解過(guò)程中產(chǎn)生的污染和待測(cè)元素

2、損失等問(wèn)題，從而獲得更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 質(zhì)譜分析法因?yàn)榫哂卸ㄐ阅芰?qiáng)、靈敏度高、檢測(cè)限低，測(cè)量線(xiàn)性范圍寬等特點(diǎn)，一直受到人們的青睞。激光電離質(zhì)譜(LIMS)被認(rèn)為是沉睡的巨人。在激光能量為109～1010W/cm2時(shí)，樣品表面被輻射的微區(qū)在10-10秒內(nèi)被瞬間加熱，產(chǎn)生爆炸式的原子化，等離子體的中央溫度為20000～50000K，幾乎所有原子都被電離，而且不同元素的相對(duì)靈敏因子基本相同，都接近于1。然而，激光離子源與質(zhì)譜儀的結(jié)

3、合中存在的問(wèn)題長(zhǎng)期未能得到解決。由激光電離產(chǎn)生的離子具有高達(dá)上千電子伏特的能量分散，是常規(guī)質(zhì)譜的質(zhì)量分析器無(wú)法承受。少量低電離能的元素過(guò)度電離，產(chǎn)生二價(jià)或多價(jià)離子，嚴(yán)重干擾了譜圖的解析。而且在傳統(tǒng)的激光電離質(zhì)譜儀中，激光電離是在真空中進(jìn)行的，離子具有很大的能量分散。這些離子未經(jīng)冷卻，就被引入到質(zhì)量分析器，使不同質(zhì)荷比的離子無(wú)法得到有效地分離，降低了儀器的分辨本領(lǐng)。 廈門(mén)大學(xué)現(xiàn)代分析科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室原子光譜研究小組一直致力于飛

4、行時(shí)間質(zhì)譜的研究，曾于1994成功研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)垂直引入式微秒級(jí)脈沖輝光放電離子源飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(μs—GD—TOFMS)，填補(bǔ)了國(guó)家該項(xiàng)空白；何堅(jiān)博士與俄羅斯質(zhì)譜專(zhuān)家A．F．Dodonov一起合作，于2001年成功研制了一臺(tái)垂直引入式電噴霧離子源高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜，其主要性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。本論文研制的激光濺射冷聚焦飛行時(shí)間質(zhì)譜儀在利用原來(lái)的質(zhì)量分析器的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入離子冷卻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了激光離子源與飛行時(shí)間質(zhì)譜的聯(lián)接，

5、取得以下優(yōu)點(diǎn)和效果：(1)使用射頻多極桿對(duì)激光電離產(chǎn)生的高能量分散離子進(jìn)行冷卻和聚焦，解決激光電離源與質(zhì)譜分析器的匹配問(wèn)題；(2)在離子源中引入輔氣，成為多價(jià)離子降價(jià)的載體，去除多價(jià)離子的干擾峰，使譜圖清晰易讀；(3)對(duì)固體樣品進(jìn)行無(wú)標(biāo)樣定性乃至半定量分析，無(wú)需尋找和購(gòu)置昂貴的固體標(biāo)準(zhǔn)樣品。 本論文共分為六章， 第一章概述質(zhì)譜儀和激光器的發(fā)展，以及本課題的研究背景； 第二章介紹了激光濺射冷聚焦飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的設(shè)計(jì)