激光濺射冷聚焦飛行時間質(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酸溶解消化消解，然后以原子光譜或質(zhì)譜進行檢測。近年來，固體樣品的直接分析方法越來越受到人們的關(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)備時間，特別是在固體樣品難以溶解或溶解過程中所加試劑污染性很強的情況下，固體元素直接分析法具有其他分析法無法比擬的優(yōu)越性。另外，直接分析法避免了樣品溶解過程中產(chǎn)生的污染和待測元素

2、損失等問題，從而獲得更加準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。 質(zhì)譜分析法因為具有定性能力強、靈敏度高、檢測限低，測量線性范圍寬等特點，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，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、合中存在的問題長期未能得到解決。由激光電離產(chǎn)生的離子具有高達上千電子伏特的能量分散，是常規(guī)質(zhì)譜的質(zhì)量分析器無法承受。少量低電離能的元素過度電離，產(chǎn)生二價或多價離子，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)荷比的離子無法得到有效地分離，降低了儀器的分辨本領(lǐng)。 廈門大學(xué)現(xiàn)代分析科學(xué)教育部重點實驗室原子光譜研究小組一直致力于飛

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

5、取得以下優(yōu)點和效果：(1)使用射頻多極桿對激光電離產(chǎn)生的高能量分散離子進行冷卻和聚焦，解決激光電離源與質(zhì)譜分析器的匹配問題；(2)在離子源中引入輔氣，成為多價離子降價的載體，去除多價離子的干擾峰，使譜圖清晰易讀；(3)對固體樣品進行無標(biāo)樣定性乃至半定量分析，無需尋找和購置昂貴的固體標(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間質(zhì)譜儀的設(shè)計