基于LA-ICP-MS表面原位分析技术测定热电离质谱仪灯丝支架上铀的沉积分布

热电离质谱法(Thermal ionization mass spectrometry,简称TIMS)是一种测量同位素丰度比的经典分析方法,在地质学和核工业领域得到广泛应用。热电离质谱法测铀同位素丰度比时一般采用三带结构,由于铀的第一电离能较高,需要较高的电离温度,长时间测试蒸发出铀化合物或电离出的铀离子在灯丝支架上沉积,影响灯丝支架上悬浮高压与源电压间的绝缘电阻,降低两者之间的电压差,导致绝大部分离子因动能不足无法进入离子透镜,最终影响离子流的稳定性,引起测试时信号产生波动。针对热电离质谱仪灯丝支架铀沉积导致的灯丝支架绝缘失效问题,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,简称LA-ICP-MS)对灯丝支架铀沉积分布进行了分析,取得以下结果:建立了LA-ICP-MS原位表面分析技术,其最佳激光频率为10 Hz,能量密度为6 J·cm-2,束斑直径为60μm。校准曲线相关系数R2=0.9992,表明建立的方法线性关系良好。应用建立的方法,测定了灯丝支架表面铀沉积的分布特征。结果显示:灯丝支架表面铀沉积随着灯丝支架使用时间的增加,对应的绝缘电阻变小;并沿着支架向两端延伸,铀沉积量逐渐降低。铀沉积主要集中在电离带灯丝支架中心上端,且蒸发带上铀沉积量明显低于电离带。同时绝缘挡片可以有效降低陶瓷绝缘体上铀的沉积,因此可以通过增大绝缘挡片来提高灯丝支架的绝缘效果。

新一代高精度高灵敏度的表面热电离质谱仪(Triton TI)的Nd同位素测定

利用在南京大学成矿作用研究国家重点实验室建立的新一代高精度高灵敏度的表面热电离质谱仪 (TritonTI) ,可以实现比以往更高精度的Nd同位素测定。 3个国际溶液标样的反复测定结果NdLaJolla :14 3 Nd/ 14 4 Nd为 0 .5 1184 2± 4 ;NdJN di 1:14 3 Nd/ 14 4 Nd为 0 .5 12 10 4± 6 ;NdJMC :14 3 Nd/ 14 4 Nd为 0 .5 115 87± 10。 1个国际岩石标样的测试结果BCR 2 :14 3 Nd/ 14 4 Nd为 0 5 12 6 2 4± 3。上述测试结果与国际上很多实验室的测试结果一致 ,但测试精度优于以往。综合分析表明 ,利用这一最新型号的表面热电离质谱仪 (TritonTI) ,可以实现高精度的Nd同位素组成测试 ,测试精度一般优于 5× 10 -6。

腾冲、长白山年轻火山岩铀系不平衡热电离质谱法年代学研究

在国内首次建立了铀系不平衡热电离质谱法年轻火山岩年龄测定的试验流程,并研究了云南腾冲、吉林长白山天池火山岩的年龄。划分出腾冲晚更新世以来的5个喷发期次:220 ka、80 ka、20 ka、12.8～13 ka、0.75～0.79 ka和长白山天池全新世以来的3次喷发:5.3 ka、1.0ka、0.75 ka。这些年龄值和其他的方法所得的结果基本一致,表明本方法的可靠性。此外,还介绍了铀系不平衡法火山岩年代学的基本原理,讨论了样品的封闭性、火山岩中钍同位素初始组成均一性等问题。

热电离质谱(TIMS)U-Th年龄测定及其应用研究初探

尝试了用热电离质谱方法测定南海第四纪珊瑚的Ｕ－Ｔｈ年龄，并利用国家铀系年龄标准物质ＧＢＷ０４４１３来监测分析结果的合理性。结果显示，ＧＢＷ０４４１３的ＴＩＭＳ年龄与作为推荐值的α记数方法测定结果一致，反映出其可靠性；而年龄在１ｋａ左右的珊瑚样品的ＴＩＭＳ年龄与１４Ｃ年龄一致，＞５ｋａ样品的ＴＩＭＳ年龄老于１４Ｃ年龄。

微量岩石样品中Rb-Sr和Pb一步分离及高精度热电离质谱测试

采用30μL Sr特效树脂微柱,一步分离微量岩石样品中Rb-Sr和Pb,其回收率均优于90%,流程试剂用量仅0.75 mL,分离时间约3 h,Rb-Sr流程本底优于5 pg,Pb流程本底优于50 pg。本方法具有样品用量少、本底低、回收率高、分离效率高等优点。结合高灵敏度TIMS分析技术,可以实现微量岩石样品高精度Rb-Sr和Pb同位素分析,对于珍贵样品如月岩、陨石和化石样品等具有重要应用价值。

电感耦合等离子体质谱、热电离质谱和二次离子质谱技术在核工业中的新进展

结合实例,回顾并展望了电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、热电离质谱(TIMS)和二次离子质谱(SIMS)技术的应用进展,特别是在核工业领域中的进展。讨论了未来相关质谱技术的发展方向,并指出目前存在的主要问题,探讨了可能的解决方案。

热电离质谱测定钙同位素过程中双稀释剂的选择

本研究从理论和实践两方面详细阐述了热电离质谱法(TIMS)测定钙同位素过程中双稀释剂种类的选择,以及样品与双稀释剂最佳稀释比的确定。结果表明:在TIMS测定中,42 Ca-43 Ca双稀释剂比目前常用的42 Ca-48 Ca和43 Ca-48 Ca双稀释剂更具优势。首先,尽管使用42 Ca-43 Ca双稀释剂可能产生较大的误差,但其与样品存在较大的稀释比区间,即42 Ca-43 Ca双稀释剂的最小误差变化更为稳定,可以允许更为宽泛的样品和稀释剂的混合比例;其次,42 Ca-43 Ca双稀释剂的平均质量数与目标比值44 Ca/40 Ca的平均质量数仅相差0.5,在样品量较少或者测量过程中分馏效应较大时,使用42 Ca-43 Ca双稀释剂做仪器分馏校正产生的偏差最小;最后,42 Ca和43 Ca易被同时接收且离子光学聚焦效应较小,可降低或消除仪器本身微小改变对信号不稳定性的影响,有利于保证数据精确度。综上,42 Ca-43 Ca双稀释剂可作为TIMS测量钙同位素的首选。

负热电离质谱法测量Os同位素组成的质量分馏校正

根据质量分馏校正和氧同位素干扰校正的原则 ,通过实践总结出一套处理数据的方法 ,包括不加稀释剂条件下采用美国 Finnigan MAT公司的推荐值 2 40 M/2 3 6M=3 .0 92 2 0 3 ,与本工作提出的归一化值 2 40 M/2 3 8M=1 .5 5 3 62 4进行质量分馏校正。理论上本实验室提出的归一化基准值适用于各种类型岩矿样品 ,该值与样品的 187Os/188Os比值无关。加稀释剂条件下采用循环迭代的方法 ,在每次迭代过程中得到新的归一化基准值 ,并进行氧同位素校正和质量分馏校正 ,最后得到样品的 Os含量和 187Os/188Os的值 ,实践表明通常情况下在 5～ 6次迭代后即可收敛 。

扫描电子显微镜结合热电离质谱测定单微粒中铀同位素比值

单微粒铀同位素分析是核保障环境监测技术的重要手段。作为现阶段应用最可靠且广泛的微粒分析技术之一,裂变径迹-热电离质谱(FT-TIMS)技术需依赖反应堆辐照,分析步骤繁琐,效率较低。扫描电子显微镜结合热电离质谱(SEM-TIMS)在保持原有TIMS的高测量精密度的同时,由扫描电子显微镜结合X射线能量色散谱仪(SEM-EDX)完成含铀微粒的寻找和鉴别,由微操作系统进行微粒转移,缩短了分析流程,提高了分析效率。本文应用建立的SEM-TIMS分析方法对已知同位素组成的单分散铀氧化物标准微粒进行了测量,测量结果与其标称值一致。

负热电离质谱法测定黄土钙结核酸溶相硼同位素

黄土沉积中生物成因的钙结核是在古土壤的发育阶段由上层的碳酸盐淋滤并在古土壤的下部形成的次生碳酸盐。探讨了黄土钙结核硼同位素样品的处理方法 ,并利用负热电离质谱法 (NTIMS)测定低含量黄土钙结核中硼同位素组成 ,实验表明采用稀盐酸溶解样品、硼特效树脂分离提取样品中的硼是适宜的。黄土钙结核酸溶相的硼含量变化范围为 3.4～ 5 .7μg/ g,δ1 1 B值变化为 - 3.3‰～ +16 .9‰。硼含量和硼同位素组成有正相关关系。黄土和钙结核之间硼同位素组成有较大的差异 ,其原因可能与钙结核中更高的碳酸钙含量及水体的 p H值有关 ,黄土钙结核酸溶相中的硼同位素组成的初步结果表明其示踪黄土沉积环境的可能性。

热电离质谱铀系法测定碳酸盐标样

用高精度热电离质谱（ＴＩＭＳ）铀系法测定碳酸盐标样的年龄，测定结果与α谱仪铀系法进行比较，铀含量和年龄值均吻合。方法对Ｕ的回收率可达９５％，Ｔｈ为９２％。ＴＩＭＳ铀系法具有样品用量少、测试时间短、精度高的优点。

热电离质谱(TIMS)铀系法测定中的难点与对策

根据MAT 2 62质谱计的性能和U、Th同位素特征 ,本文探讨了热电离质谱铀系法测定中所遇到的难点 ,提出相应的对策 ,指导设计MAT 2

正热电离静态多接收偏硼酸铯离子测定硼同位素

利用表面热电离质谱仪(Triton TI)的'Zoom Quad'功能,采用静态多接收偏硼酸钯离子(Cs2BO2+)测定标准样品NIST951 H3BO3和珊瑚与有孔虫样品的硼同位素,研究了涂样量对硼同位素组成测定的影响,探讨静态多接收与传统的动态峰跳扫方法相比,在测定精度、准确度、样品量以及测试时间上的优势。实验结果表明,在测试精度和准确度相同的情况下,静态双接收所需样品量可以低至0.1μg,且测试时间可缩短一半。对0.1μg NIST951 H3BO3静态双接收测定的硼同位素比值11B/10B=4.05159±0.00023(2σm,n=10),与世界主要实验室的测试值相符。最后对0.1μg珊瑚和有孔虫样品进行了测定,也取得了较好的结果。

负热电离质谱测定硼同位素的涂样试剂比较

目前人们并未注意到利用负热电离质谱方法测定硼同位素所采用涂样试剂中BO-的同质异位素CNO-离子的存在和影响。对硼同位素测定采用的不同涂样试剂进行比较 ,结果发现在去硼海水和硝酸盐溶液中存在BO-2 的同质异位素CNO-离子 ,干扰离子不仅来自有机物 ,而且可能来自硝酸根。在硼同位素测定中 ,检查空白中的 4 3峰和 4 3/ 4 2比值是必要的。实验表明MgCl2

自动静态双接收高精度热电离质谱法测定硼同位素

在以Cs2BO2+离子进行硼同位素测定时,由于所测定的两种离子133 Cs211 B16 O2+(m/z 309)和133 Cs210B16 O2+(m/z308)具有极小的相对质量差(0.032%),一般的商业同位素热电离质谱计无法实现对这两种离子的同时全接收。为此,一些学者对某些商业仪器进行了改造或采用zoom技术,基本实现了对硼同位素高精度测定。本实验利用特制的Triton热电离质谱仪,以Cs2BO2+离子流的自动静态双接收进行硼同位素组成的测定。研究了不同离子流强度和不同带电流对250ng标准样品NIST 951H3BO3测定值及测试精度的影响,结果表明,当带电流在1 150～1 350mA之间变化或者离子流稳定在0.1～10V之间时,标准样品的硼同位素比值在4.052 63～4.053 38区间变化。导致二者一致的实验现象是由带电流强度造成的,当带电流越高时,产生的离子流相应也越高,因此可以采用相同的带电流控制不同样品的测试值和测试精度。在此基础上通过优化测试条件,摸索出硼同位素自动测试程序,并用该程序对标准样品及实际样品进行测定,无论是测试结果还是测定精度均能达到手动测试效果,节省了人力,提高了工作效率。

热电离质谱铀系定年测定过程中需考虑的因素

岩溶石笋、海洋珊瑚、湖泊沉积物等信息载体可以用热电离质谱 (TIMS)铀系技术定年。在对大量上述信息载体进行定年的基础上 ,作者认为很多因素值得考虑。本文多方面分析了热电离质谱测定过程中需考虑的因素 ,并对这些因素的确认或解决提供对策 ,以期能够提高样品年龄数据的真实可靠性 ,为正确认识过去全球环境变化规律 。

热电离质谱法测定铀同位素过程中铼灯丝氧化对目标铀离子形成的影响

采用热电离质谱法(thermal ionization mass spectrometry,TIMS)测定铀同位素过程中,质量分馏效应会引起同位素比值测量值偏离真值,一般采用外标校正法对质量分馏效应进行校正,这要求测量过程中标准物质和样品产生一致的质量分馏行为。因此,除考虑点样的一致性外,测量过程中产生单一的目标离子也非常重要。本研究采用热电离质谱技术考察了铼灯丝氧化对铀同位素测定的影响。将1μg铀以硝酸盐溶液的形式点于铼样品带上,通过监测铀及其氧化物的离子流强度,发现铀主要存在U+和UOx+(x=1或2)的电离形态,并且灯丝表面氧化程度越高,UOx+的产率越高(UOx+/U+可达到1)。实验结果表明,灯丝去气过程过早使灯丝暴露于大气或点样过程中,以及使用较高的样品蒸干电流都会加剧灯丝的氧化。控制灯丝表面氧化或点样过程中加入石墨,可有效降低UOx+的产率,提高目标离子的电离效率。全蒸发测量结果表明,UOx+离子流强度大小对测量结果无明显影响,但通过降低UOx+的离子流强度,可提高测量结果的重现性,进而提高测量过程中分馏行为的一致性。该研究可为提高铀同位素测定过程中样品的利用率提供理论依据。

碳纳米管在铀的热电离质谱测量中的应用研究

为了研究不同规格碳纳米管对U+发射的影响,以碳纳米管(CNTs)作为铀测量的发射剂,通过考察它对离子流信号强度、稳定性以及235 U/238 U丰度比测量结果的影响,研究了碳纳米管对铀同位素丰度测量的作用,并对比了石墨、蔗糖以及不同规格碳纳米管的离子发射性能。结果表明,碳纳米管作为发射剂可显著提高U+产额、离子流信号稳定性以及测量精度,其中CNTs-3的效果相对最优,可使U+产额提高3倍以上。以CNTs-3作为发射剂,铀涂样量25ng时,235 U/238 U相对标准偏差小于0.2%(n=18);涂样量5ng时,235 U/238 U相对标准偏差为0.5%(n=18)。

热电离质谱法测定贵州郑家洞石笋的铀系年代及其古气候意义

本文报道了用高精度热电离质谱（ＴＩＭＳ）法测定的贵州郑家洞ＡＺＪ－２号石笋的铀系年代。该石笋经历了三个速度不同的生长阶段，顶部９０ｃｍ及底部２１ｃｍ生长迅速，ＴＩＭＳ铀系法高分辨率年代结果仍不足以给出其确切的生长速率。精确建立碳氧同位素演化时间坐标的困难，应是从新生碳酸盐提取古气候演变信息的重要制约因素之一。ＡＺＪ－２的生长起止年代为距今１４．７～１３．８万年，贵州在此期间可能处于温暖湿润的气候条件，似支持Ｗｉｎｏｇｒａｄ等认为氧同位素第５期始于距今１４．５万年的观点。本文数据也可解释为在距今１４．７和１３．８万年前。

同位素稀释热电离质谱法测定人血清中痕量铜和锌

采用热电离同位素稀释质谱法(ID-TIMS)准确测定了欧盟标准物质与测量研究院(EC-JRC-IRMM)组织的国际测量评估计划IMEP-17人血清样品中的痕量铜和锌。由于锌和铜都是易受污染的元素,本工作建立了仅用少量硝酸消解的低流程本底和适于热电离质谱测量的生物基体血清中痕量铜和锌的样品前处理方法;采用适当比例的硅胶和磷酸作为电离增强剂,在热电离质谱(TIMS)测量时获得了较高强度且稳定的铜和锌离子束;血清中痕量铜和锌的测量结果可直接溯源到国际单位mole。2种人血清样品中铜和锌测量结果的不确定度(k=2)分别为0.94%、0.83%和0.49%,测量值被EC-JRC-IRMM采用作为该样品的标准值。