双电离源（辉光放电∕激光溅射电离）四极杆质谱仪的研制.pdf

《双电离源（辉光放电∕激光溅射电离）四极杆质谱仪的研制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4O卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究快报第7期2012年7月ChineseJournalofAnalyticalChemistry983～988DOI：10．3724／SP．J．1096．2012．20285双电离源(辉光放电／激光溅射电离)四极杆质谱仪的研制李灵锋李卫峰王小华杭纬黄本立(厦门大学化学化工学院分析科学重点实验室，厦f-j361005)摘要本研究将辉光电离源与激光溅射电离源巧妙地结合在同一台仪器中，使固体样品在离子源腔体中既能辉光电离，也能激光电离；并且使用同一质量分析器，两种离子源的结果可以相互比对，进而得到更为准确的分析结果。

2、此仪器主要由真空系统、离子源、离子传输系统、四极杆质量分析器及检测与数据采集系统等组成。实验中分别用两种离子源测试了标准样品SRM1262b，并获得了半定量结果。结果表明，仪器具有定性能力强，分析速度快，检测灵敏度高等优点，对固体样品元素分析的检出限可达p∥g量级。实验表明，激光溅射电离质谱的性能优于辉光放电质谱。关键词激光电离；辉光放电；四极杆质谱；固体样品直接分析1引言固体样品中元素的分析在电子、冶金、地质和半导体工业等领域具有极其重要地位。传统的固体元素分析方法通常采用强酸溶解消化，然后以原子光谱或质谱进行检测一。但是固体溶解分析法需要大量的样品制

3、备时间，并且在样品溶解过程中难免会产生样品污染和待测元素损失等问题，从而产生较大的误差。而固体直接分析法在这些方面具有无法比拟的优势，具有样品前处理简单、分析速度快、样品消耗量少、无毒及灵敏度高等优点】，因而科研工作者越来越重视固体样品直接分析的研究。目前，固体直接元素分析法主要包括辉光放电光谱或质谱(GD-AES／MS)t5～、激光溅射电感耦合等离子体质谱(LA_ICPMs)、X射线荧光光谱(Ⅺ)”、激光诱导击穿光谱(LIBS)t】、二次离子质谱(SIMS)㈣和激光电离质谱(LIMS)[15~17]等方法。辉光放电质谱法的真正发展是源于早期辉光放电发射

4、光谱法的持续应用与发展。辉光放电质谱法具有元素间灵敏度差异小、基体效应低、能分层取样等优点，已成为了一种用于各种材料成分分析和深度分析的有效手段【l。Ol。激光电离质谱法可以追溯到20世纪60年代初1，因具有原位、实时、准无损分析的优势以及较好的微区空间分辨率，因此备受关注。然而，在传统的激光电离质谱仪中，激光电离是在真空中进行的，高能的激光电离产生的离子具有很大的初始动能及能量分散(可高达keV量级)[22,23]，会显著降低谱图的分辨率，且低电离能的元素会过度电离，产生二价或多价离子，严重干扰了谱图的解析。本研究在离子源处加入了氦气作为辅助气，通过三

5、体碰撞等方式使离子动能大大降低(仅有几到十几电子伏特)，并显著减少了多价离子，提高了分拣的准确性。辉光放电属于低压气体放电的现象。辉光放电存在的溅射及电离过程使得它用于质谱的离子源。这种溅射一激发及电离过程是非常复杂的。通常认为，主要有3种粒子参与了溅射过程，包括放电气体离子、快中性原子和二次离子。放电气体离子来源于气体放电，而快中性原子通常由快速运动的离子经电荷交换而产生的，二次离子通常是指试样本身的离子，这些离子来自于被溅射出来的试样原子，其中有相当一部分还未扩散到阴极辉区就被电离而又受到电场的作用吸回阴极，引起自溅射。辉光放电的溅射将一个可以代表阴

6、极试样组成的大批原子输入到等离子体中进一步被电离。这个电离过程目前认为主要是通过电子碰撞解离和彭宁碰撞电离而发生的。在辉光放电的负辉区电子密度高达10“cm-，还存在大量的亚稳态气体原子，高密度的电子和亚稳态气体原子通过碰撞使溅射出来的样品原子电离。具体2012-03-20收稿；2012-05-02接受本文系国家基础科学人才培养基金项目(NoJ1030415)及北京吉天仪器有限公司资助E-mail：weihang@xmu．edu．cn984分析化学第4O卷的溅射及电离过程的描述见文献[18，24，25]。通过测定这些离子就能获得样品的成分信息。高能脉冲激

7、光经聚焦透镜聚焦于样品表面时，很容易就能产生10’～10W／cm的功率密度，此时被照射的微区表面在10。s内被加热，形成等离子体，其中央温度可达20000~50000Kt。在此条件下，物质将被直接溅射成气态成分而离开表面，产生爆炸式的原子化和离子化效果，进而形成大量的激发态原子和离子，不同元素具有近似等同的相对灵敏度因子[27】。一般认为，激光电离是主要包括逆韧致辐射碰撞电离、光致电离和彭宁碰撞电离等各种电离机制的综合结果1。在真空条件下，高能激光溅射产生的离子具有10eV的动能及能量分散，而且还会产生多价离子。而引入了辅助气体后，大大减小了离子的平均自

8、由程，使高能离子通过碰撞而降低了能量。而且辅助气体对等离子体有所束缚，电子扩散要