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    磁質(zhì)譜的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)展

    2022-02-26 09:47:08張兆清趙雅平王志強(qiáng)劉權(quán)衛(wèi)侯留東
    化學(xué)分析計量 2022年2期
    關(guān)鍵詞:分析器質(zhì)譜儀電離

    張兆清,趙雅平,王志強(qiáng),劉權(quán)衛(wèi),侯留東

    (中國核電工程有限公司,北京 100840)

    質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心部件,樣品中的核素因質(zhì)荷比的不同在質(zhì)量分析器中被分開,然后在檢測器中檢測,最終得到元素或同位素含量。磁鐵作為質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器時,具有高分辨率、高精度、高靈敏度等特點(diǎn),磁鐵配以不同類型的離子源和檢測器,組成不同類型的磁質(zhì)譜儀,可對液體、固體樣品中的痕量及超痕量元素、同位素以及樣品表面進(jìn)行分析。磁質(zhì)譜儀廣泛應(yīng)用于冶金、環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、材料學(xué)、核科學(xué)、考古學(xué)、海洋科學(xué)等領(lǐng)域。

    在質(zhì)譜學(xué)中,質(zhì)譜儀的分類可根據(jù)其用途分為有機(jī)質(zhì)譜、無機(jī)質(zhì)譜、同位素質(zhì)譜,也可以根據(jù)其離子源的不同分為熱電離質(zhì)譜、輝光放電質(zhì)譜、電感耦合等離子體質(zhì)譜等[1],而根據(jù)質(zhì)量分析器歸類的研究少之又少,近年來,關(guān)于質(zhì)譜儀的具體研究層出不窮,但尚未有系統(tǒng)總結(jié)磁質(zhì)譜儀的發(fā)展、原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用的報道。筆者系統(tǒng)地梳理并分析了6 種磁質(zhì)譜儀的發(fā)展、原理、優(yōu)缺點(diǎn),并對不同磁質(zhì)譜儀的主要測量對象和應(yīng)用學(xué)科進(jìn)行了分析。

    1 磁質(zhì)譜儀的發(fā)展

    質(zhì)譜儀根據(jù)其質(zhì)量分析器的不同,可以分為四級桿質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀、磁質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀等。1912 年,英國著名物理學(xué)家湯姆遜用一臺簡陋的拋物線裝置進(jìn)行正電射線的研究,發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)荷比為22 的峰,進(jìn)一步證明了這個峰為氖的一個同位素(22Ne)[2],這臺簡陋的拋物線裝置就是質(zhì)譜儀的雛形,而使得“帶電射線”偏轉(zhuǎn)的分析器就是磁鐵。

    1919 年,阿斯頓成功研制了一臺具有速度聚焦功能的質(zhì)譜儀,其質(zhì)量分析器包括一個電場和一個磁場;此后,阿斯頓通過彎曲電場、提高磁場強(qiáng)度(1.6 T)等措施優(yōu)化了質(zhì)譜儀,借此成功測量了超過30 種元素同位素的自然豐度,因此獲得了1922 年的諾貝爾化學(xué)獎。從二十世紀(jì)初到四十年代,質(zhì)譜儀主要以磁質(zhì)譜為主,用來標(biāo)定元素質(zhì)量和同位素豐度。隨后,磁質(zhì)譜儀逐漸滲透到無機(jī)化學(xué)元素分析及同位素分析的基礎(chǔ)研究,以及有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和組成分析中。二十世紀(jì)后半葉,磁質(zhì)譜的快速發(fā)展主要?dú)w因于離子源的發(fā)展及與質(zhì)譜儀的結(jié)合。1948年,發(fā)明了第一臺熱電離質(zhì)譜儀(TIMS),60 年代中期,提出了靜態(tài)二次離子質(zhì)譜(SIMS),1985 年,發(fā)明了輝光放電質(zhì)譜(GD-MS),1992 年,發(fā)明了多接收質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)。對于需要高分辨、高精度、高靈敏度樣品的分析,尤其是同位素的分析,磁質(zhì)譜儀是不可替代的最佳選擇之一。四級桿質(zhì)譜儀的分辨率低(0.7~1.0),可以滿足大多數(shù)常規(guī)樣品分析,但對于產(chǎn)生載氣(如Ar 氣)、溶劑或樣品譜干擾的樣品來說,無法分辨這些干擾因素;飛行時間質(zhì)譜儀同樣存在分辨率不夠的問題(不高于2 000);離子阱質(zhì)譜儀則存在精度低、動態(tài)范圍窄的缺點(diǎn)。近年來,離子光學(xué)技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,在消除高階像差和邊緣場效應(yīng)方面起到了非常重要的作用,使得磁質(zhì)譜技術(shù)在理論設(shè)計上更加深入和精確。另外,隨著電磁鐵的精密加工技術(shù)(如層壓式磁鐵)、快速掃描技術(shù)的發(fā)展,彌補(bǔ)了以往磁鐵加工精度差、穩(wěn)定性差、掃描速度慢、磁滯效應(yīng)明顯等缺點(diǎn),因此,近年來的磁質(zhì)譜儀往更精細(xì)、更復(fù)雜、更高性能方向發(fā)展。

    磁分析器和不同的離子源組合成具有特殊功能或特殊應(yīng)用的質(zhì)譜儀,如熱電離質(zhì)譜儀(TIMS)、高分辨率電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(HR-ICPMS)、多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)、激光共振電離質(zhì)譜儀(LRIMS)、加速器質(zhì)譜儀(AMS)、輝光放電質(zhì)譜儀(GDMS)、二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)等。目前,磁質(zhì)譜儀已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)和環(huán)境科學(xué)、考古、核工業(yè)、半導(dǎo)體、食品、天體、生命科學(xué)、司法學(xué)等各行各業(yè)中。

    2 磁質(zhì)譜分析儀簡介及其應(yīng)用

    2.1 熱電離質(zhì)譜儀

    原子或分子在高功函數(shù)、高熔點(diǎn)的金屬帶熱表面產(chǎn)生離子的現(xiàn)象叫做熱電離,熱電離離子源和磁分析器、離子探測器組合成熱電離質(zhì)譜儀,熱電離即可產(chǎn)生正離子,也可以產(chǎn)生負(fù)離子,因此熱電離質(zhì)譜儀分為正熱電離質(zhì)譜(PTIMS)、負(fù)熱電離質(zhì)譜(NTIMS)。熱電離質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

    圖1 熱電離質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖

    表面熱電離源的金屬帶溫度、樣品蒸發(fā)率和離子化效率之間呈一定的數(shù)學(xué)關(guān)系,通過調(diào)節(jié)電流改變金屬帶表面的溫度,可以控制離子束的強(qiáng)度,因此,其離子源的能量色散比較低(不高于0.5 eV),不需要采用雙聚焦的高分辨就可以獲得較好的選擇性,基于此,TIMS 僅采用扇形磁場為分析器的單聚焦分析器。熱電離質(zhì)譜儀配備多個離子檢測器(如法拉第杯),可同時檢測多個同位素,有效消除因時間因素導(dǎo)致的離子源及電子學(xué)不穩(wěn)定而帶來的誤差,因此,熱電離質(zhì)譜儀測定同位素具有極高的精度,已然成為同位素精密測量的典型方法。

    目前,世界上生產(chǎn)表面熱電離質(zhì)譜儀的公司主要有3 家,分別是英國Isotopx 公司(型號:Phoenix)、美國Thermofisher 公司(型號:TRITON Plus)、美國Ametek 公司(型號:Nu TIMS),3 種表面熱電離質(zhì)譜儀主體結(jié)構(gòu)相似,主要區(qū)別如下:

    (1)Nu TIMS 的離子檢測器為固定杯,通過變焦離子透鏡可改變質(zhì)量色散,適應(yīng)不同的同位素,使同位素入射到固定位置的法拉第杯;TRITON Plus和Phoenix 均為移動杯,可以自動調(diào)節(jié)法拉第杯的位置。

    (2)Phoenix、Nu TIMS 在檢測超低量同位素時,均采用了Daly 檢測器技術(shù),以此提高離子計數(shù)器的線性范圍。

    (3)TRITON Plus 的離子加速電壓高達(dá)10 kV,而Phoenix 和Nu TIMS 則為8 kV,加速離子的能量越高,越有利于提高離子檢測的分辨率。

    朱明燕等[3]建立了TIMS 測定鈾礦石樣品中234U/238U、230Th/232Th、228Ra/226Ra的方法;Moriguti等[4]首次克服了Li 的同位素6Li 和7Li 測量時需要的質(zhì)量色散大,以及Li 元素在陽離子樹脂上吸收弱的問題,采用TIMS 對6Li 和7Li 進(jìn)行分析,測量精度達(dá)到0.79‰。Johnson 等[5]采用加入雙內(nèi)標(biāo)54Fe-58Fe的方式測量Fe 的同位素,測量精度為±0.2‰。Walczyk[6]采用N-TIMS 以FeF4-負(fù)離子的形式分析Fe 同位素,可以降低電離溫度,測量重復(fù)性達(dá)到0.5‰;Yokoyama[7]通過RPQ-SEM 測量230Th/232Th同位素比值,重復(fù)性達(dá)到0.5%。王凡等[8]采用掃描電鏡和熱電離質(zhì)譜結(jié)合的方法對單微粒中鈾的同位素比值進(jìn)行測定,不僅能保持原有的TIMS 高精度的測定,同時,還可以通過電鏡和X 射線能量色散譜儀結(jié)合完成含鈾微粒的尋找和鑒別,即縮短了分析流程,又提高了分析效率。

    2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀

    熱電離質(zhì)譜儀具有離子能散小、測量精確度高等優(yōu)點(diǎn),但存在部分高電離能元素不易被電離、樣品前處理復(fù)雜等問題。高頻電感耦合等離子體(ICP)由于其激發(fā)溫度高(最高達(dá)10 000 ℃),元素周期表中的所有元素均可以被電離,故ICP 離子源和磁分析器結(jié)合即可電離所有元素,又可以進(jìn)行高分辨測量,因此廣泛應(yīng)用于元素及同位素測量。磁式的ICP-MS 主要分為高分辨等離子體質(zhì)譜儀(HRICP-MS)和多接收等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)。

    2.2.1 高分辨等離子體質(zhì)譜儀

    高分辨等離子體質(zhì)譜儀(HR-ICP-MS)通過Nier-Johnson 雙聚焦幾何結(jié)構(gòu),對進(jìn)入到分析器中離子的能量和動量同時進(jìn)行聚焦,達(dá)到高分辨的測量效果,然后通過磁場掃描或電場掃描對多種離子進(jìn)行檢測,高分辨等離子體質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    圖2 高分辨等離子體質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)

    HR-ICP-MS 最大的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高,可達(dá)到10 000(10%峰高)的分辨率,能將56Fe+和干擾雙原子離子40Ar16O+完全分開,具有出色的豐度靈敏度和檢出限。目前世界上主要有美國Thermofisher公司(型號:ELEMENT 2/XR)、美國Ametek 公司(型號:Nu Attom)兩個公司生產(chǎn)高分辨等離子體質(zhì)譜儀。兩者關(guān)鍵性能指標(biāo)大致相同,主要不同之處在于ELEMENT 2/XR 采用反Nier-Johnson 幾何結(jié)構(gòu),設(shè)置了3 檔分辨率(低、中、高),采用模擬計數(shù)和離子計數(shù)結(jié)合的計數(shù)模式,可以將儀器動態(tài)分辨率提高9 個數(shù)量級以上;ELEMENT XR 又設(shè)置了一個法拉第杯,線性范圍提升到了12 個數(shù)量級。Nu attom 采用正向Nier-Johnson 幾何結(jié)構(gòu),其分辨率多級可調(diào),檢測器為單一模式,通過一種專門的衰減模式達(dá)到高的動態(tài)范圍。

    李春華等[9]采用HR-ICP-MS 測定電子級氫氟酸中As、P、B、Zn 等痕量元素,測定As 時,由于存在38Ar37Cl 和40Ar35Cl 的干擾,選擇在高分辨率的模式下進(jìn)行測量,解決了干擾問題;陳黎明[10]采用HR-ICP-MS 測定半導(dǎo)體級氫氟酸中的雜質(zhì)元素,采用膜去溶進(jìn)樣系統(tǒng)直接進(jìn)行檢測,無需前處理,避免了前處理帶來的污染問題,方法檢出限為0.09~37.07 ng/L。何曉梅等[11]采用HR-ICP-MS測定高純二氧化鈦中26 種痕量雜質(zhì),測量檢出限為0.004~0.63 μg/g,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.5%。李月芳等[12]用HR-ICP-MS 測定中亞山地冰川雪冰中Al、Fe、Mn 等14 種超痕量元素,方法檢出限為0.03~40 ng/L。郭冬發(fā)等[13]采用HR-ICP-MS 測定鈾礦石樣品中234U/238U、230Th/232Th、228Ra/226Ra 同位素比值,用樹脂逐級分離U、Th 和Ra,然后測量同位素比值。Hetal 等[14]采用HR-ICP-MS 測量了環(huán)境樣品中的90Sr、234U、235U、238U、239Pu、240Pu 和241Am。

    2.2.2 多接收等離子體質(zhì)譜儀

    單接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在進(jìn)行測量時,通過電場掃描或磁場掃描順序得到離子的含量,而離子源中的氣壓、等離子體、離子光學(xué)透鏡的極間電壓和離子源的高壓、離子檢測系統(tǒng)隨時間變化引起的波動,可能會導(dǎo)致測量精度變差。而MC-ICPMS 由于在接收端設(shè)置了多個探測器,離子可同時進(jìn)入到不同檢測器中,消除了質(zhì)譜儀因時間變化而帶來精度變差的問題,多接收等離子體質(zhì)譜儀基本如圖3 所示。

    圖3 多接收等離子體質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)

    為了實(shí)現(xiàn)多個同位素的同時測量,MC-ICPMS 一般為正向Nier-Johnson 幾何結(jié)構(gòu),即離子先在電場中進(jìn)行能量聚焦,然后在磁場中根據(jù)不同質(zhì)核比被分開,再到不同的接收器進(jìn)行檢測。目前MC-ICP-MS 標(biāo)稱分辨率超過10 000,但其分辨率的定義與HR-ICP-MS 不同,就是所謂的“偽分辨率”,MC-ICP-MS 的高分辨率實(shí)際要低于HR-ICPMS 的分辨率3~4 倍。盡管如此,MC-ICP-MS 由于其具有同位素同時測量高精度的特點(diǎn),在生命科學(xué)、生態(tài)環(huán)境、食品、材料科學(xué)、核科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,甚至在一定程度上取代了TIMS。

    Fehr 等[15]采用MC-ICP-MS 測量早期太陽系中Te 和Zr 的同位素。Tim M Conway 等[16]用MC-HR-MS 進(jìn)行Fe、Zn、Cd 穩(wěn)定同位素比值的測量,采用雙內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行測量,測量精度0.02~0.2‰。李力力等[17]采用MC-ICP-MS 精確測量了鈾中的痕量钚同位素,當(dāng)鈾钚比高達(dá)1010時,測得239Pu /240Pu 的不確定度優(yōu)于5%。Wang 等[18]提出了Se同位素比值和重量的測量方法。Brems 等[19]分析了地中海周邊不同地區(qū)沙子中的Nd 同位素。激光剝蝕(LA)和MC-ICP-MS 聯(lián)用技術(shù)可直接對固體表面進(jìn)行激光剝蝕,進(jìn)而被引入到質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。侯可軍等[20]采用LA 和MC-ICP-MS 聯(lián)用技術(shù)對鋯石微區(qū)原位的U-Pb 進(jìn)行分析用以定年。

    2.3 激光共振電離質(zhì)譜儀

    不論是熱電離質(zhì)譜儀(TIMS),還是電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS),由于樣品中的諸多元素在離子源中同時被激發(fā),因此,無法完全消除同量異位素的干擾問題。盡管高分辨等離子體質(zhì)譜儀(HR-ICP-MS)的分辨率已達(dá)到10 000,但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到分辨同量異位素的能力,即使在化學(xué)前處理階段采用復(fù)雜手段進(jìn)行干擾同位素的分離,也無法完全消除。激光共振電離質(zhì)譜儀(LRIMS)將激光共振電離技術(shù)與質(zhì)譜儀結(jié)合起來,具有甄別元素的能力,其元素選擇性和靈敏度極高,可以有效解決同量異位素的干擾問題,已成為材料科學(xué)、生命科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、天體物理、核物理等領(lǐng)域的重要分析手段,激光共振電離質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

    圖4 激光共振電離質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)

    Wendt 等[21]采用LRIMS 分別對環(huán)境中89Sr、90Sr 進(jìn)行了測量,測量效率和同位素的選擇性分別為3×106個90Sr 原子(2 mBq)、1×108個89Sr 原子(15 Bq)。沈小攀等[22]采用LRIMS 測量鈾钚混合物中的痕量钚同位素比值,測量钚元素相對于鈾元素的選擇性在5×106以上,240Pu /239Pu 的相對偏差1.1%,有效避免了同量異位素的干擾和其他元素的拖尾干擾。Reder 等[23]采用LRIMS 對產(chǎn)壽命核素237Np 進(jìn)行了分析。Eliseev 等[24]采用激光共振電離質(zhì)譜法分析了194Au。楊金玲等[25]采用LRIMS 確定了钚源的制備及探測效率,比直接滴加源法提高3 個數(shù)量級。

    2.4 輝光放電質(zhì)譜儀

    樣品預(yù)處理是一個復(fù)雜且極其重要的過程,其好壞直接影響到分析結(jié)果,ICP-MS、TIMS 等一般均需要液體進(jìn)樣或進(jìn)行特殊制源,對于一些難溶的、復(fù)雜的固體樣品需要大量的預(yù)處理工作,極有可能帶來污染,且由于新試劑的加入,會隨之引入一些干擾因素,因此,可直接分析固體樣品的輝光放電質(zhì)譜(GD-MS)應(yīng)運(yùn)而生。輝光放電離子源(GD)起源于20 世紀(jì)20 年代,但隨著電子碰撞、火花源等技術(shù)的發(fā)展,在固體樣品直接分析領(lǐng)域,首先得到發(fā)展的卻是火花源質(zhì)譜(SSMS),SSMS 在多元素分析方面提供了高的靈敏度,但由于其測量精度差(大于10%),最終在對輝光放電離子源做了大量的優(yōu)化改造后,迅速被GDMS 取代。輝光放電質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

    圖5 輝光放電質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)

    GD-MS 通過高壓將放電池中的惰性氣體電離,電離后的正負(fù)離子在電場作用下運(yùn)動,電子和氣體原子再碰撞產(chǎn)生輝光,正離子撞擊樣品表面,使得樣品濺射到放電池,放電池中的輝光使得樣品發(fā)生電離,電離后的離子被引入到質(zhì)譜儀中進(jìn)行分析。與ICP-MS 類似,在樣品電離過程中引入惰性氣體,因此會帶來放電氣體離子和多原子離子的干擾問題,因此對于GD-MS 而言,高分辨的質(zhì)譜分析器是最佳選擇。Ralf Matschat 等[26]將GD-MS 用于高純Cu 和Fe 的雜質(zhì)元素測量,將標(biāo)準(zhǔn)溶液加入粉末壓制校正樣品,分析了57 種元素,獲得了不錯的效果;劉宏偉等[27]用GD-MS 測量了鎳鋅鐵氧體材料中的22 種雜質(zhì)元素;陳剛等[28]采用GD-MS 對高純鉭中的76 種元素進(jìn)行了分析,多數(shù)元素檢出限為1~5 ng/g。Maria Betti[29]對GD-MS 在同位素豐度分析中的應(yīng)用進(jìn)行了全面總結(jié)。Resano 等[30]用GD-MS 分析鉑族金屬元素。M.V.Balarama Krishna等[31]用GD-MS 測定了高純Cd 中的多種元素。

    2.5 加速器質(zhì)譜儀

    傳統(tǒng)的質(zhì)譜儀豐度靈敏度可以達(dá)到10-8,但對于極微量同位素的測定來說顯然不夠,而加速器質(zhì)譜(AMS)則以極高的豐度靈敏度獲得青睞(10-16),在地質(zhì)、考古、海洋、環(huán)境等學(xué)科的深入研究提供了一種強(qiáng)有力的測試手段。加速器質(zhì)譜屬于高能質(zhì)譜(將離子加速到MeV 能量級別),離子先經(jīng)過磁分析器進(jìn)行初步選擇,然后進(jìn)入加速器進(jìn)行加速,并用一個剝離器將分子離子進(jìn)行剝離,再通過重離子探測器(磁分析器)選擇同位素而消除同量異位素的干擾。加速器質(zhì)譜基本原理如圖6 所示。

    圖6 加速器質(zhì)譜原理圖

    張婷等[32]通過AMS 測量14C 研究陜西藍(lán)田全新世黃土測年及環(huán)境變遷。馬玉華等[33]對AMS測氚及其應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。董克君等[34]介紹了加速器質(zhì)譜測量53Mn 及其在地球科學(xué)中的應(yīng)用。姜山等[35]介紹了加速器質(zhì)譜在核科學(xué)中的應(yīng)用。李柏等[36]采用加速器質(zhì)譜法測定了環(huán)境和生物樣品中的129I。胡素敏等[37]用AMS 分析了糞便中的41Ca/40Ca。

    2.6 雙聚焦二次離子質(zhì)譜儀

    磁質(zhì)譜在表面分析領(lǐng)域也發(fā)揮著非常重要的作用,雙聚焦二次離子質(zhì)譜(DFSIMS)是二次離子質(zhì)譜的一個重要分支,具有高靈敏度和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。一次離子入射到樣品表面(0.1~2 nm),轟擊出二次離子,二次離子被引入到雙聚焦質(zhì)量分析器進(jìn)行分離,然后進(jìn)入檢測器進(jìn)行檢測,采用雙聚焦的質(zhì)量分析器,DFSIMS 分辨率可以達(dá)到5 000。二次離子質(zhì)譜基本原理如圖7 所示。

    圖7 二次離子質(zhì)譜原理圖

    Hauri Erick H 等[38]利用二次離子質(zhì)譜測定了西伯利亞金伯利巖金剛石中C、N 的同位素組成。王鶴年等[39]用二次離子探針分析了中國第一塊火星隕石中氫同位素的組成。王潤等[40]通過對牙形石氧同位素進(jìn)行分析,得到可靠的古表層海水溫度記錄。李力力等[41]用二次離子質(zhì)譜參與了NUSIMEP-7 微粒對比分析,研究了單同位素、雙同位素沉積碳片上微量的235U/238U、234U/238U、236U/238U。Noriko T Kita 等[42]采用二次離子質(zhì)譜分析了氧的同位素。李獻(xiàn)華等[43]用二次離子質(zhì)譜對Li 同位素微區(qū)原位進(jìn)行了分析。

    3 總結(jié)及展望

    磁質(zhì)譜儀從發(fā)明至今,已經(jīng)走過了近一個世紀(jì)的歷程,經(jīng)過成千上萬科學(xué)工作者的努力,磁質(zhì)譜正在處于一個輝煌的時代。磁質(zhì)譜儀以磁分析器為核心,配以不同的離子源、檢測器,可以組成不同類型的質(zhì)譜儀,而應(yīng)用到生產(chǎn)、科學(xué)研究的方方面面。正如前文所述,任何質(zhì)譜法有其優(yōu)點(diǎn),也有其缺點(diǎn),關(guān)鍵在于針對不同的樣品、不同的分析需求,選擇合適的質(zhì)譜儀,磁質(zhì)譜儀的主要特點(diǎn)及應(yīng)用如表1 所示。

    表1 各類磁質(zhì)譜儀特點(diǎn)及應(yīng)用

    總體而言,磁質(zhì)譜儀以高靈敏度、高分辨率、高精密度、可同時分析多種離子見長。當(dāng)然,磁質(zhì)譜也由于其體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜、價格高等缺點(diǎn)而詬病。因此,從著眼于未來,在進(jìn)一步提高儀器性能的同時,小型化、經(jīng)濟(jì)型將成為未來發(fā)展的一個趨勢。Thermofisher 公司在Neptune MC-ICP-MS 基礎(chǔ)上,最近又推出了Neoma MC-ICP-MS,與前者相比,質(zhì)譜儀的關(guān)鍵指標(biāo)基本相同,但集成化程度更高,價格更低。

    如何簡化樣品預(yù)處理過程或代替樣品預(yù)處理的手段將是磁質(zhì)譜儀發(fā)展的另一個重要方向,而聯(lián)用技術(shù)則提供了極佳的思路。通過聯(lián)用技術(shù),可以簡化制樣、進(jìn)樣的過程,減少過程污染,提高測量精度,拓寬應(yīng)用范圍。比如,將激光剝蝕技術(shù)(LA)和ICP-MS 結(jié)合,直接對原位微區(qū)元素含量和同位素組成進(jìn)行分析。

    國內(nèi)目前還未實(shí)現(xiàn)磁質(zhì)譜儀的商業(yè)化,隨著國外技術(shù)封鎖之勢愈演愈烈,磁質(zhì)譜已然成為眾多行業(yè)發(fā)展的卡脖子技術(shù),國內(nèi)自主研發(fā)磁質(zhì)譜儀的需求迫在眉睫。令人欣慰的是,國內(nèi)在磁質(zhì)譜儀研制方面已經(jīng)有了階段性的重要成果,如西北核技術(shù)研究所研制的激光共振電離質(zhì)譜儀;相信在不久的將來,我國也將打破國外技術(shù)壟斷,將磁質(zhì)譜儀商業(yè)化,進(jìn)一步使我國精密儀器科學(xué)技術(shù)發(fā)展再上一個臺階。

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