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。

热电离质谱仪谱峰拖尾原因分析及消除措施

针对热电离质谱仪由于强峰拖尾造成同位素比值测定结果不准确的问题,对谱峰产生拖尾的影响因素进行了分析,并提出了解决措施。结果表明:通过采取对离子源和法拉第接收杯进行清洗、以及对分析管道进行烘烤等措施可以减小谱峰拖尾,从而提高同位素丰度测量的准确性。

多接收热电离质谱仪法拉第杯检测器稳定性评价和检测效率的计算

测量过程中多接收热电离质谱仪的法拉第杯检测器长期暴露于离子束下,其性能会逐渐退化。为评价法拉第杯检测器的性能,在不考虑检测效率差异的前提下,采用6组不同法拉第杯组合测定了锶同位素标准物质NIST SRM987的87Sr/86Sr比值,以及一定周期内常用法拉第杯组合测定的钕143Nd/144Nd同位素比值。结果表明,不同法拉第杯组合测定结果存在显著差异,但常用法拉第杯组合在一定的周期内,结果重现性良好,说明检测器的检测效率虽发生变化,但性能基本稳定。针对6组不同法拉第杯组合测定的锶同位素标准物质的87Sr/86Sr比值,采用质量分馏指数校正模式,用规划求解函数计算了各个法拉第杯的检测效率,实现了法拉第杯检测器检测效率的修正,提高同位素比值测定的准确性。

中国科学院地质与地球物理研究所等用热电离质谱仪直接测定稀土中钕同位素比值

钕同位素在同位素地球化学与地质年代学研究中具有重要的应用价值。为准确获得143Nd／144Nd同位素比值，传统方法需要通过两阶段离子交换技术分离出纯净的钕，再采用热电离质谱仪（TIMS）或多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC—ICP—MS）进行测试。

直接熔融热电离质谱法测定硼硅玻璃中硼同位素比值

硼硅玻璃是目前压水堆应用最多的可燃毒物材料,产品中硼同位素组成的准确测定对燃耗预估及产品质量判定具有重要意义。文章基于直接熔融热电离质谱法,首先探讨了硅元素对硼酸中硼同位素测量结果的影响,结果表明:Si/B质量比小于9时,硅对NIST 951a硼酸标准物质测量结果无显著干扰,采用直接熔融热电离质谱法测定核电用硼硅玻璃中硼同位素比值具有可行性;随后,详细分析了Na/B摩尔比、甘露醇和石墨加入量3个参数对测试结果的影响,得到的最佳参数为Na/B摩尔比9、加入甘露醇及3μL石墨发射剂;最后,采用优化测试参数,对实际硼硅玻璃样品进行了测试,并以NIST 951a硼酸标准物质为外标对测量结果进行分馏校正,结果发现分馏校正后样品的不确定度来源主要是标准物质。研究成果可满足硼硅玻璃的燃耗预估及产品质量的快速判定需要。

一种热电离质谱离子化器电源的研制

离子化器电源是热电离质谱仪的关键器件,其核心是在样品离子化后为实现离子推斥的目的在输出电流上悬浮高压。针对热电离质谱仪的自主研制需求,通过对Howland电流源电路进行多路并联改进,实现输出大电流的能力,利用微控制器实现电流的精密可控输出调节,采用高压隔离方式在电流上实现悬浮高压等技术研制了一种离子化器电源。经过测试,该电源输出电流可控且稳定性较好,波动较小。在自主研制的热电离质谱仪上进行系统集成测试,采用Sr标准物质进行实验得出^(88)Sr和^(86)Sr同位素比值为8.3696,相对标准偏差RSD为0.045%,与标准值的相对误差为0.064%,表明设计的离子化器电源输出稳定,可满足热电离质谱仪的需求。同时也能为热电离质谱仪的研制提供技术保障,在热电离质谱仪的设计和应用方面具有一定的参考价值。

图说质谱仪TRITON离子源室真空问题的解决

热电离质谱仪TRITON的离子源室真空要求极高,一旦产生漏气,会导致离子流不稳定、甚至高压打火等故障,轻则无法采集数据、仪器不能正常工作,重则损坏仪器。本文特别针对离子源室真空漏气这一常见的故障现象作了详细描述,对产生故障的原因作了多方面认真分析,此案例中确定是样品转盘的驱动轴密封性能变差产生漏气。为了节约资金及尽快使仪器恢复正常工作,决定自行拆解维修,并以图片形式记录了其维修过程。

茅台地区酱香白酒硼同位素组成的初步研究

汪强等在题为"茅台地区酱香白酒硼同位素比较研究"一文中采用ICP-MS检测茅台地区不同厂家生产的酱香型白酒中11B/10B比率,得到的11B/10B比值为0.8713～1.0610,此值之低,值得怀疑。采用离子交换的方法提取硼后,采用VG354热电离质谱计和基于加石墨检测Cs2BO2+离子测定硼同位素的方法,初步测定了茅台地区浓香型与酱香型白酒的11B/10B比值分别为4.0184和4.0437(δ11B=-7.9‰和-1.6‰),落在地球物质硼同位素组成正常变化范围内,基本是可靠的,与汪强所报道的异常低的结果存在极大差别。对汪文中造成测定的11B/10B比值异常的可能原因进行的分析表明,汪强的测定结果是不可信的。

钙同位素分析测试技术进展

钙(Ca)同位素可以提供生物过程、地质过程许多重要的信息,近年来高精度Ca同位素方法研究取得了许多重要进展。目前测定Ca同位素仪器主要是热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)。本文介绍了近年来Ca同位素分析中样品消解、分离富集方法及质谱测定等方面的研究成果。利用TIMS双稀释剂法可以获得高精度的Ca同位素数据,是目前测定Ca同位素的主要方法。双稀释剂组合配比、样带选择、积分时间、杯结构设置和点样操作均会影响Ca同位素的测试精度,蒙特-卡洛模拟计算是优化Ca同位素测试条件的有效手段。

Ba同位素分析方法综述

随着实验技术的进步以及多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)和热电离质谱仪(TIMS)的发展,近年来Ba同位素的分析方法取得了显著进展。分析精度(δ^(138/134)Ba,2SD)从之前的1‰提高到好于0.05‰。文章综述了近年来高精度Ba同位素分析方法(溶液法)的发展历程,总结了国内外实验室关于不同类型样品的消解、Ba元素化学纯化流程以及Ba同位素质谱测定等方法,并对国内外多个实验室已发表的各类标准物质的Ba同位素组成进行统计。研究结果可为Ba同位素激光原位分析提供参考,为后续分馏机理解析和应用研究提供技术支撑。

陨石中铼锇同位素化学分离过程的几个重要影响因素

针对陨石中铼锇同位素比值高精度测定,选取6块不同类型的普通球粒陨石(吉林陨石、信阳陨石、武安陨石、肇东陨石、河北陨石和荷叶塘陨石)和2块铁陨石(南丹铁陨石和未命名铁陨石T-5)进行预处理和化学过程的一些条件实验。实验结果表明,陨石金属表面的锈迹清洗使用1 mol/L的HCl效果更佳;对于样品溶解,逆王水溶解效果比浓硝酸好,高温溶样溶解彻底,常温状态下用逆王水仅能溶解出陨石样品中约30%的Os;微蒸馏二次纯化可提高Os测定信号的稳定性和精度;稀释剂的浓度及加入量应与样品匹配,且达到平衡状态是高精度和高准确度的保障;普通球粒陨石取样范围在0.1—0.3 g(即样品中Os的绝对含量为100 ng)即可获取最佳信号强度和精度;本次实验全流程空白Os可控制至0.5—81 pg,Re可控制至4—77 pg。采用同位素稀释法,187Os/188Os比值的精度最好可至4×10-6(n=120,2SE)。