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同位素质谱仪讲座(1)地质过程与矿产资源国家重点实验室刘文贵研究员,地大特聘教授质谱概念质谱概念是在实践中不断完善的,一般地讲,能给出质量谱图的分析仪器统称为质谱(massspectrometer)信号强度质量数在扫描速度等相同的情况下,相邻峰距离越大,分辩率(Resolution)越高质谱概念减慢扫描速度或缩小质量数范围后信号强度质量数质谱概念在较窄的质量数范围内扫描,通常能得到平顶峰.同位素质谱仪的数据采集绝大多数是在峰平顶上进行的.信号强度质量数质谱的分类有机质谱:低分辨(lowresolution1000)organicMS高分辨(highresolution1000)organicMS无机质谱:通常是磁式质谱,即以磁场实现质量分离的MS.按所分析的样品形态可分为:固体质谱气体质谱按电离子方式可分为:热电离质谱(TIMS)电子轰击型质谱(EI,在GIRMS中广泛应用)电感藕合等离子体质谱(ICP)辉光放电质谱(GD)二次离子质谱(SIMS)各种类质谱技术交叉应用,很难统一分类.质谱的用途在核工、地质、农业、冶金、材料、环境、体育、贸易、医疗等领域有广泛应用.如:核材料的浓缩需要TIMS或GIMS来测定主要同位素所占比例.235U(固),UF6(气).Dioxin、兴奋剂、农药残余、高分子材料的结构要借助有机质谱检测.同位素定年或示踪需要用TIMS、GIRMS、SIMS等来测定同位素比值.在一定程度上可用来判定产品来源与真伪.医学上可无痛苦测定某些疾病.质谱的发展质谱的发展有60多年(较大规模生产算起）的历史,从最初的手工计算到今天的自动测量,经历了几次质的飞跃过程.70年代末,分子泵的应用,大大缩短了高真空的获得时间.提高了工作效率.80年代集成电路的广泛使用、计算机与质谱连用,提高了数据精度与准确度.90年代多接收技术的使用进一步提高了工作效率.2000年到现在,离子计数、高效FARADAY接收器、旋转放大器、超大规模IC、离子束缩放、激光、光缆通信、网络通信、内部加热、各种新型材料等的大量使用,使仪器整体感大大增强,自动化程度大大提高,用鼠标可完成绝大部分操作.同位素质谱仪可在ng或更低检测限下检测,分析精度和准确度达到以前无法想象的百万分之五.同位素质谱概念:能测定同位素比值的质谱.通常,同位素质谱采用磁场实现质量分离,即是磁式质谱.工作原理:样品分子或原子在离子源中被电离成离子,离子经过电场区域后获得动能向前运动,进入磁场区域后按质荷比大小分离,最后进入接收器检测.同位素质谱C磁式质谱公式推导:qU=½mv²……..(1)Bqv=mv²/R……(2)R=(2Um/q)½/B国际单位制R……偏转半径m……离子质量q……离子电荷m/q..质荷比U……离子源高压B……磁场强度v…….离子速度同位素质谱从质谱公式得出的结论:1,偏转半径R与磁场B成反比2,偏转半径R与高压U的平方根成正比3,偏转半径R质荷比m/q的平方根成正比问题:如果固定某接收器的位置和高压的大小,磁场从小到大变化(磁场扫描),那么,该接收器内接收到的离子质量将如何变化(假定接收单电荷离子)?同位素质谱几个名词1)离子源:使样品粒子电离的机构.常用的有热表面电离源(ThermalSurfaceIonizationSource),EI源(ElectronImpact),此外还有ICP源,FAB源,GD源等.2)离子源室:容纳离子源等的腔体,分析时处于高真空状态.3)磁铁:永久磁铁,电磁铁.产生的磁场单位是特斯拉(T).Field(IMS)1T4)接收器:法拉第桶(FARADAY),电子倍增器(SEM,即Secondaryelectronmultiplier),微通道电子倍增器(micro-channelSEM).数字式SEM或微通道SEM可与计数电路配合组成离子计数器IC(Ioncounting)或MIC(MicroIonCounting).同位素质谱几个名词5)放大器:将接收到的离子流信号放大的机构.FARADAY放大器的放大倍数在108-1012.TIMS的放大倍数通常为1011,有时也使用1010和10126)真空:空气分子很少时的状态.单位有Pa,mbar,Torr等.离子源室的真空通常应保持在10-7mbar到10-8mbar之间.7)泵:建立真空的机构,主要有机械泵也叫旋转泵(Rotarypump)、分子泵(Turbomolecularpump)、离子泵(Iongetterpump).机械泵利用偏心轴与旋转片间的配合,极限:10-4mbar.分子泵利用动片与定片间的配合,极限:10-9mbar.分子泵需要机械泵作为前级泵,不能单独工作.离子泵利用高压电离并吸附气体分子工作.极限:10-10mbar.同位素质谱几个名词8)分析管道:离子源室到接收器之间的管道.要求真空:10-8-10-9.9)多接收(multicollector):多于2个接收器(F)的系统.可在外部调节接收器间距离的多接收系统叫可调多接收.固体质谱TRITON用于Rb-SrU-PbSm-NdBRe-OsLa-Ce等的比值测定,定年气体质谱MAT253用于CNOSHSi等同位素比值测定,定年气体质谱DeltaXP及各种连续流进样装置用于CNOSH等同位素比值测定,定年,示踪等多接收ICPNEPTUNE用于Rb-SrU-PbSm-NdBRe-OsLa-CeFe等的比值测定,定年气体质谱MAT281核工专用高分辨有机质谱MAT95XP用于结构分析,环境检测,兴奋剂检测等高分辨单接收ICP质谱ELEMENTII用于元素含量分析