氦弧焊接在LZD—201型质谱计上的试验研究

1.前言LZD-201型静态真空质谱计是地质年代学工作者用来进行K/Ar同位素稀释法和~(39)Ar/~(40)Ar法研究的专用仪器。为提高质谱仪器分析微量和超微量样品的精度,要求仪器达到很高的静态真空度和很低的氩同位素本底。这些严格的技术要求,在本仪器的制造过程中是靠精密加工、合理的清洗方法和先进的氦弧焊接技术加以实现的。     

MS—10质谱计控制器的改造

A.E.I.MS—10质谱计控制器是一台电子管电路仪器。本工作采用集成电路代替加以改造,使新控制器获得了良好的稳定性。放大器的测量范围从10mV—10V扩大到10mV—100V,测量误差为±0.5%以内,适用于K—Ar和~(40)Ar—~(39)Ar定年。     

Argus Ⅵ型多接收稀有气体质谱仪在~(40)Ar/~(39)Ar高精度定年中的应用

影响~(40)Ar/~(39)Ar高精度定年的测试因素主要包括质谱仪的稳定性、质谱仪质量歧视效应,以及小信号离子束测试的准确性等。采用ArgusⅥ多接收稀有气体质谱仪获得高精度~(40)Ar/~(39)Ar定年数据,分别用1012Ω高阻放大器的法拉第杯和电子倍增器(CDD)对小信号离子束36 Ar进行测试对比,发现CDD的测试精度有较大的优势,当离子束信号强度低于5 000cps时,CDD的测试精度比配备1012Ω放大倍数的法拉第杯提高了1个数量级。对电子倍增器效率进行不同时段的连续测定,发现其测试效率存在波动且缺乏规律性,多次测量数据的相对标准偏差达5.3‰,因此需进行日常性的校正,以避免引起较大的测试误差;利用空气标准对仪器进行2个月60次循环测试,获得质量歧视因子d1amu为1.009±0.002(2σ),说明仪器测试性能稳定,对不同气量的空气标准进行测量时,仪器不存在由于气体压力不同而引起的质量歧视效应。通过测试实际样品,CDD可以提高低含量36 Ar样品~(40)Ar/~(39)Ar年龄的测试精度;对于混有一定比例的大气氩,但放射成因40 Ar比例较低的样品,CDD效率的微小变化会对年龄值计算产生显著的影响。证明了电子倍增器效率的日常性校正对于高精度~(40)Ar/~(39)Ar定年的重要性。     

碰撞池-多接收电感耦合等离子体质谱分析硅同位素的方法研究

通过更换仪器进样系统、改变溶液基体、调节碰撞气的种类和流量以及调节质量分辨率等参数,建立了碰撞池-多接收电感耦合等离子体质谱（Collision Cell-MC-ICP-MS）测定硅同位素丰度组成的分析方法。实验结果表明:使用PFA雾化器、Pt锥和蓝宝石材质的矩管可有效降低仪器本底;调节狭缝宽度、中心杯位置等可提高仪器的质量分辨率,实现硅同位素离子与同量异位素干扰离子在一定程度上的分离;选择氖气（Ne）和氩气（Ar）的混合气作为碰撞气、降低溶液中四甲基氢氧化铵（TMAH）浓度等能有效降低多原子离子的干扰。在此基础上,分析了样品WASO 04和GBW(E)080272中硅同位素的丰度组成,同位素丰度比R_30/28的测量精度达到0.02%。将样品WASO 04作为参考标准时,样品GBW(E)080272中的硅同位素分馏系数δ³⁰Si为-1.57‰。     

用于地震监测的He／A及N2／Ar比值质谱计

本文报道为地震监测研制的新型专用He/Ar及N_2/Ar比值质谱计。其精度为0.5%,灵敏度(对He)2ppb。     

低频率射频辉光放电的研究

辉光放电电离源可用来检测固态、液态及气态样品,目前主要用于无机固体样品的元素分析和定量检测。本研究将低频率射频辉光放电（Lf-RFGD）与飞行时间质谱仪（TOF MS）联用用于分析液体和气体样品。研究了电离腔真空度、进样管尺寸、辅助气压力、放电频率及电极板压差对电离效率的影响。最优分析条件为：电离腔真空度约30 Pa,进样管长150 mm、内径0.25 mm,辅助气压强约1.0 MPa,放电频率2 MHz,电极板压差约100 V。在此条件下,放电功率约20 W,对液体样品的检出限约0.1 pg、对挥发性样品的检出限约20 mg/m³,检测半峰分辨率约3 000（FWHM）。将Lf-RFGD TOF MS应用于实际药品溶液和挥发性有机物（VOCs）的检测。本仪器对药品溶液的检测灵敏度与常用检测仪器相比无优势,但对挥发性有机物的检测效果较好,为开发低成本的VOCs检测仪器提供了有吸引力的选择。     

快速原子轰击质谱技术

本文介绍了快速原子轰击质谱仪器的特征及实验技术,包括离子源的改造、探针材料、尖端形状、离子化气体的本质,样品的制备方法,溶剂的选择及溶液的浓度和酸度对结果的影响等方面。     

四极质谱气体分析装置

为了地震监测和预报,作者研制了一套四极质谱气体分析装置。该装置可测定H_2、He、CH_4、Ne、N_2、CO、O_2、Ar和CO_2等9种气体。与气相色谱法相比,对氦的灵敏度提高近10万倍,达到0.001 ppm,对其余气体灵敏度提高了10倍。该装置测量精度为1～3％,测量准确度为3％。     

离子阱气相色谱质谱联用仪的研制和应用

针对日益复杂和痕量的样品检测需求,研制了国内首款气相色谱串联质谱联用仪。仪器采用离子阱作为质量分析器,具备灵敏度高、能够实现多级串联质谱等功能。设计中采用了基于调制技术的裂解方式,保证目标离子在离子阱内达到谐振和裂解,有效提升了裂解效率和串联质谱性能。在食品和环境检测中的应用结果表明,借助于串联质谱功能的优势,仪器的抗基质干扰能力更强、定性和定量准确以及检测下限更低,能够适用于常规和复杂情况下的样品检测,也适合高通量的检测分析。     

辉光放电飞行时间质谱仪离子光学系统的改进及其性能的初步测试

本文介绍一种经过改进的离子光学系统，并用于垂直引出式辉光放电飞行时间质谱仪。初步研究了它的性能，包括吸引锥、透镜、直流四极杆、狭缝电位变化时对仪器灵敏度与分辨率的影响，并检测了黄铜样品谱图。结果表明，该系统不仅能有效地提高离子的传输效率，提高灵敏度，而且能减少高手的空间分散，改善分辨本领，同时对于质谱仪的真空系统性能的提高也有很大的作用。     

MAT261型离子源及离子透镜系统的仿真与实际应用

The simulation results of MAT-261 type ion source and ion optics with the SIMION 3D 7.0 software were given. By means of simulation, the ion's trajectory was studied, the cause of low abundance sensitivity was analyzed and the optimal poles' voltage ranges of the ion optics were found. Modifications were made to the LRIMS3000 type mass spectrometer according to result of the simulation. The abundance sensitivity of the mass spectrometer is improved to 2×10-6 from original 5×10-5.     

小型磁偏转质谱计研究

基于磁质谱离子光学成像聚焦原理对其离子光学系统、离子源和质量分析器的物理参数及几何结构尺寸进行优化,研制了新型小型磁偏转质谱计,其质量为4.3 kg,体积为（220×164×162） mm³,功耗为25 W。对质谱计的质量范围、灵敏度、分辨能力、最小可检漏率和稳定性等性能指标开展实验研究。结果表明,该质谱计的质量范围为1~134 u,大通道和小通道50%峰高处的分辨能力分别为56和13,对氩气、氮气和氦气的灵敏度分别为1.63×10^-4、1.17×10^-4、2.3×10^-5 A/Pa,最小可检漏率为1.24×10^-10 Pa·m³/s,仪器在3.5 h内的稳定性为2.5%。     

高灵敏度膜进样VOCs在线检测质谱仪的研制

新研制了一台高灵敏度膜进样VOCs在线检测质谱仪。以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)膜系统作为进样接口,采用真空紫外灯单光子软电离技术,与垂直加速反射式飞行时间质量分析器联用。性能测试表明该仪器质量精度优于1×10-4,分辨率优于600,对苯、二甲苯、氯苯的响应时间优于20s,谱图清晰,三者定性检测限分别可达到6ppb、17ppb、24ppb,线性检测范围优于3个数量级,适合定性、定量分析,能够广泛应用于环境中VOCs的快速、在线检测。     

小型高性能质子转移反应飞行时间质谱仪的研制及其在呼吸气成分分析中的应用

研制可快速、在线分析挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的质谱仪器是现代气态有机质谱的重要发展方向.本研究自行研制了小型高性能质子转移反应飞行时间质谱仪(proton transfer reaction time of flight mass spectrometry,PTR-...     

镥的激光共振电离质谱同位素分析技术

Technique of lutetium isotopic analysis by laser resonance ionization mass spectrometry(LRIMS) was developed in the presence of isobaric interference. In the case of real sample, the elemental selectivity was better than 8×105, and the detection efficiency was 8.3×10-5. The technique of wavelength scanning method was set up in order that the accurate isotopic ratio could be determined. And the numerical computational method was provided to calculate the correct factor of isotopic ratio. Using this technique, the isotopic ratio measured by LRIMS is in good agreement with standard value measured by TIMS.     

Further laboratory studies and stratospheric flight of a mass spectrometer beam system

A gas expansion system combined with a mass spectrometer has been tested and flown successfully in the stratosphere. Through a sequence of orifices and high speed pumping, gas particles were formed into a molecular beam and analyzed by a sensitive mass spectrometer. During two balloon flights, vertical profiles of all major atmospheric constituents as well as O(3), CO(2), H(2)O and others were obtained. Gases such as (38)Ar and (16)O(17)O provided in-flight calibration standards. The sensitivity of the system was such that gases with mixing ratios of 10 ppb at an ambient pressure of about 10 mbar were detectable.     

基于电喷雾电离源质谱仪系统的八电极线性离子阱性能研究

八电极线性离子阱在前期的理论模拟研究中取得了较好的质量分析性能,为验证理论模拟结果,选择其中最优的结构参数,设计、加工并组装了八电极线性离子阱实物,以此为基础搭建电喷雾电离源质谱测试系统。在传统射频电压施加模式下,测试八电极线性离子阱的分析性能。当扫描速度为765 u/s时,八电极线性离子阱获得离子峰的半峰宽可达0.3 u,对应利血平（m/z 609）的质量分辨率为2 030。当分析浓度为10 mg/m3的利血平样品时,对应的质谱峰信噪比可达45.8。本文进一步研究了扫描速度对质量分辨率和灵敏度的影响,实现了离子碰撞诱导解离,分析了不同浓度的25羟基维生素D2标准样品,线性动态范围可达4个数量级。结果表明,八电极线性离子阱具有良好的分析性能,可为结构简化线性离子阱的研究提供全新思路,推动小型化离子阱质谱仪的研究进展。     

小型飞行时间质谱装置的构建

飞行时间质谱仪（TOF MS）在准确度、分辨率、灵敏度、质量上限、分析速度等方面具有优势,在生命科学等领域发挥着重要作用。目前商用飞行时间质谱仪已经比较成熟,但仪器尺寸普遍较大,且价格昂贵,维护困难;而小型仪器则面临分辨率较低等问题。提高小型飞行时间质谱仪的分辨率,降低购置成本和维护成本,对于飞行时间质谱仪的大范围推广有着重要意义。本工作构建了一套分辨率较高的小型飞行时间质谱装置,包括真空系统、离子源、锥孔、引出加速及偏转模块、离子反射镜模块、探测器模块、电路系统等。该仪器主体尺寸较小（0.5 m×0.5 m×0.7 m）,飞行管长度仅0.25 m。由于采用了模块化设计思路,各个模块之间独立封装,仪器的维护、升级工作简单易行。该仪器的关键模块采用创新设计,使得在m/z 2 000处分辨率可达4 200。     

天然气中稀有气体浓度与同位素比值联测技术及应用

研制了天然气中稀有气体纯化富集的前处理装置,并与稀有气体同位素质谱仪联用,构建了气体样品中He、Ne、Ar、Kr、Xe浓度和同位素比值联测的分析系统,通过1次进样可得到5种稀有气体组分浓度和同位素比值的共计23个数据。稀有气体纯化效果可达99.9%,质谱分析He、Ne、Ar、Kr浓度的相对标准偏差小于10%,同位素比值分析的标准偏差普遍小于5%。将该方法用于分析塔里木盆地天然气样品,得到了丰富的地质地球化学信息,通过稀有气体分布特征进一步明确了塔河和雅克拉气田区域构造活动的差异,以及二者气源岩特性的不同。     

高功率移相器的电子束封焊技术

研究了高功率移相器盒体与盖板的电子束封焊工艺技术。通过接头的结构设计解决了一次启盖返修问题;通过专用夹具的设计有效地控制了温升,经点温计测量最大温升不大于60℃;采用一条焊缝两次焊接工艺保证了焊缝的熔深要求,改善了焊缝质量,经氦质谱检漏仪测试,气密性优于1．013X10^-3Pa．cm^3／s的氦漏气率。该移相器已成功地应用于某雷达天馈系统。