第9章质谱技术概述.ppt

核分析基础及应用 主要内容 第一节 加速器质谱分析 第二节 电感耦合等离子体质谱分析 超灵敏质谱分析是由常规的质谱技术与核物理实验中粒子加速器技术和离子探测、计数技术相结合，而发展成的一种新的灵敏度很高的质谱分析方法。 能测定同位素比十分低的元素，能采用毫克重量的样品进行分析。 第一台质谱仪：1912年 为考古学和地质年代学研究中的放射性断代，提供了有效分析手段。 超灵敏质谱技术- Ultra Sensitive Mass Spectrometer(USMS) 加速器质谱分析- Accelerator Mass Spectrometer(AMS) 加速器质谱分析（AMS）是将放射性同位素原子电离后，在加速器中被加速至几兆或几百兆电子伏高能，根据不同质量和电荷态的离子在电磁场中的不同偏转，来鉴别和测量离子的一种分析方法。 一、基本原理 当质量为M、电荷为全q、速度为v的离子，在垂直于磁场方向进入一均匀磁场B时，在磁场力的作用下，离子将沿着半径为R的圆周运动，并有下列关系式存在： 同样，当这离子在垂直于电场方向进入一均匀静电场ε时，电场力的作用使离子偏转，并有下列关系式存在： 1.常规质谱分析的不足 离子仅加速到几keV，同质异位素的干扰，荷质比相同的核素干扰，分子离子的干扰，检出限10-8； 2.加速器质谱分析的优势 在MeV级能量下，采用剥离技术可消除分子离子干扰，可采用多种同质异位素分离技术，离子束传输特性改善，检出限达10-12 ～10-15 ；以分析放射性核素为主，主要有：14C、 10Be、 26Al、 36Cl、 41Ca、 129I。 3.质谱分析法有如下特点 （1）应用范围广。 测定样品可以是无机物，也可以是有机物。应用上可做化合物的结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、生产过程监测、环境监测、热力学与反应动力学、空间探测等。被分析的样品可以是气体和液体，也可以是固体。 （2）灵敏度高，样品用量少。 目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达50pg（pg为10?12g），无机质谱仪绝对灵敏度可达10?14 。用微克级样品即可得到满意的分析结果。 （3）分析速度快，并可实现多组分同时测定。 （4）与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及维修比较困难。对样品有破坏性。 二、仪器设备 加速器质谱计一般由离子源、注入系统、串列加速器、束流传输系统、高能分析系统、探测器、计算机控制与数据获取系统等部分组成。 1. 离子源 质谱仪的离子源种类很多: 电子电离源(Electron Ionization ，EI) 化学电离源(Chemical Ionization , CI ) 快原子轰击源（Fast Atomic bombardment, FAB） 电喷雾源(Electron spray Ionization，ESI) 大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI) 二、仪器设备 2. 注入系统 注入系统的作用是：对离子源的引出束流进行质量分析；对束流的传输加以匹配；实现不同同位素的交替注入或同时注入。 二、仪器设备 3. 串列加速器 串列静电加速器，端电压6～14MV。 小型串列加速器，端电压2～2.5MV。 4. 高能分析系统 静电分析器，可以确定离子的E/q值。 磁分析器，可对离子的动量进行分析，从而确定离子的(E/q)×(M/q)值。 交叉场分析器，使用相互正交的静电场与磁场对离子的速度进行分析，可以确定离子的(E/q)/(M/q)值。 E为离子的能量、M为离子的质量、q为离子的电荷态。 二、仪器设备 5. 探测器 入射离子穿过气体介质时可引发路径上的气体分子电离，所产生的电子-离子对的数目正比于入射离子的能损。电离电荷被电极板收集产生电脉冲。借助于电场的合理设计与运行条件的适当选择，可使所测量的电脉冲幅度正比于入射离子在相应电极板所围区域中的能损。由于能损率取决于离子的原子序数，故不同元素离子的能损值将有所不同。 二、仪器设备 6.计算机控制与数据获取系统 加速器及束线参数的调节、监测与优化； 测量过程的控制(交替注入、换靶等)； 数据获取及数据的在线处理； 数据的离线处理。 二、仪器设备 7.真空系统 质谱仪的离子源、质谱分析器及检测器必须处于高真空状态（离子源的真空度应达10?3～10?5Pa，质量分析器应达10?6Pa），若真空度低，则： （1）大量氧会烧坏离子源的灯丝； （2）会使本底增高，干扰质谱图； （3）引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型，使质谱解释复杂化； （4）干扰离子源中电子束的正常调节； （5）用作加速离子的几千伏高压会引起放电，等等。