北京大学加速器质谱装置及^14C测量

北京大学加速器质谱装置（PKUAMS）自1991年建丘以来，已开展许多应用研究并取得了一系列成果。本文系统介绍PKUAMS装置及其14C测量。     

我国加速器质谱仪器技术在国际上的地位

本文介绍了国际上加速器质谱（accelerator mass spectrometry, AMS）仪器技术的发展过程和现状和40年来我国AMS仪器研发的进展情况,以及最具代表性的中国原子能科学研究院和启先核（北京）科技有限公司仪器研发的情况。着重介绍了我国最新发明的基于超强电离技术的质谱学原理、仪器结构与特点,以及能够开展的应用。     

13 C质谱仪自动进样器的研制

介绍了自行研制的13 C质谱仪自动进样器的工作原理、结构和性能。与手动进样器比较 ,采用自动进样器的13 C质谱仪的分析速度和精度分别由原来的 2 0 0s和 4× 10 -4提高到 15 0s和 1× 10 -4。     

空间探测小型质谱仪关键技术研究

小型质谱仪的理论和应用研究对于空间探测具有非常重要的意义,针对商用质谱仪存在的缺点,采用静电双平方离子势阱和离子聚焦技术设计了空间有机分子小型质谱探测器。探测器由质谱传感器、分压控制电路及微电流检测放大电路构成。圆柱形传感器腔体内置多个不同电位的环形电极,在腔体轴向上形成双平方离子势阱,离子在势阱中可形成稳定振荡,振动频率与离子质量成一定的反比关系。通过测量法拉第杯产生的电信号,经FFT提取振动频率,从而探测有机分子质量。在理论上,其主要技术指标为：质量扫描范围 m/z 1~2 000,分辨率>400,灵敏度>100 cps/ppb,总质量<4.5 kg,功耗<5 W,码速率>1.5 kbps。初步调试结果验证了该技术具有一定的可行性,后期可通过对离子源及其与质谱传感器配合的研究来完成整机的具体性能指标测试。     

基于离子阱原理的空间小型质谱仪理论模拟研究

当前空间探测活动日益频繁,其中对空间有机分子的探测是空间探测的一项重要任务。由于太空中特殊的工作条件,一般商品质谱仪的体积、功耗和分析能力等都不能满足要求,因此需要研发小体积、低功耗、高稳定性的质谱仪。本研究基于离子阱原理,提出了由多个环形电极构成的新型平方离子阱,这种多环高压结构能有效减小离子阱的体积,从而实现质谱仪器的小型化。通过采用成比例的直流电压分时段供电,成功扩展了该质谱仪的离子检测范围。经仿真计算,拟合出了离子振荡频率与其质量数的关系。该质谱仪对质量数在1~2000 u 范围内的分子,质量分辨大于1400,能够满足空间大分子质量分辨的基本要求。     

微量样品的AMS^14C年代测量

微量样品的AMS14C年代测量具有十分重要的意义,特别是对于一些珍贵的考古样品或含碳量极少的地质样品尤其如此。近两年来,北京大学AMS研究小组对系统和测量方法进行了一系列的研究和改进工作。包括改进制样流程、提高离子源样品利用率、优化整个束线的传输和改进数据获取与处理系统。已成功地测量了一系列小于100μg的微量样品。     

同位素质谱仪技术进展

本文首先回顾了同位素质谱仪发展历史,分析了同位素质谱仪技术进展的基础,介绍了市售七种现代同位素质谱仪。对当前7种类型同位素质谱仪技术优势产品的基本构件和特点进行了描述,讨论了影响同位素质谱仪性能,诸如灵敏度、丰度灵敏度、精密度和分辨率的重要技术进展,给出了仪器性能参数。对不同的同位素质谱仪在各个应用领域的技术优势进行了简要说明。文后,展望了同位素质谱仪的发展趋势。     

国产小型质谱仪研制获得突破性进展

质谱仪是分析仪器行业的高端产品,其产业状况在一定程度上反映了一个国家的创新能力和分析仪器发展水平。我国的质谱仪市场目前100％被国外公司垄断。“十五”期间,科技部提出“突破关键技术,主攻小型质谱仪自主研制”的质谱仪发展路线。     

加速器质谱及应用

本文简要介绍现代核分析技术——加速器质谱的基本原理、技术发展以及在地球科学、考古学、环境科学和生命科学中的应用。     

MEMS质谱仪研究综述

近年来,小体积、低功耗、价格低廉、使用方便的MEMS质谱仪成为了质谱领域的研究重点和热点。目前国外对MEMS质谱仪及其相关技术的研究已取得了一些成果,甚至研发出了较为完整MEMS质谱仪。但是整体而言,MEMS质谱仪的性能还很低,其研究主要还处于对其元件分别进行微型化的阶段。其中,MEMS离子源以对电喷雾离子源的研究为主;MEMS质量分析器以对离子阱的研究为主;MEMS离子检测器以对法拉第筒的研究为主。本文总结了MEMS质谱仪的最新成果,同时分析了可能面临的问题。     

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。     

小型化质谱设计的探究

介绍质谱技术以及发展现状,结合工作中的体会针对质量分析器,真空系统,以及样品技术的研究,对质谱仪小型化设计提出设计构想。小型化质谱仪可对移动检测和现场检测提供有效的手段和方法,也是质谱技术发展的方向。     

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%。     

质谱仪器的可靠性设计研究

通过借鉴军工领域成熟的可靠性应用经验,从可靠性设计角度对质谱仪器展开研究,分析了质谱仪器寿命周期的特点,子模块与系统可靠性的关系;阐述了质谱仪器可靠性设计的3个原则;结合电感耦合等离子体质谱仪的研制,介绍了降额设计、冗余设计、热设计、ESD防护设计、电磁辐射屏蔽设计5种可靠性设计方法,并列举了具体的设计案例。运用该可靠性设计原则和方法,研制出的电感耦合等离子体质谱仪,其性能稳定可靠,现已实现商品化。     

MAT同位素质谱计的后期维护

本文讨论了ＭＡＴ同位素质谱计后期维护中的一些问题。     

超临界流体色谱与MAT—212质谱仪联用技术的探讨

本文对超临界流体色谱与ＭＡＴ—２１２质谱仪的联用技术进行了较深入的探讨，联机后的ＳＦＣ／ＭＳ性能良好，其稳定性和灵敏度均达到常规分析的要求     

质谱仪在深空探测中的应用

深空探测是对太阳系、银河系乃至宇宙空间的探测活动。质谱仪在深空探测活动中起着重要的作用。本研究首先介绍了各国探测器的探测任务,以及有效载荷中质谱仪的质量、体积、功耗、质量探测范围和分辨率等主要参数;然后,进一步分析了每种质谱仪的离子源类型、质量分析器类型和针对特殊任务做的改进;最后,通过比较各种类型质谱仪的性能,对质谱仪在今后深空探测任务中的应用前景进行了展望。     

离子质谱计及其应用

文章介绍了离子质谱计的原理及应用范围。由快原子枪装备的一台低价小型双聚焦质谱计用于离子的同位素丰度分析,微克级氮的同位素测量精度为1.5％。列举了一些应用实例,如用~(15)N、~(10)B和~(42)Ca、~(44)Ca作示踪剂研究生物学过程。     

小型十六极阵列质谱计的研究现状及前景

本文阐述十六极阵列质谱计的工作原理和其特点。它体积小、质量轻、功耗低 ,但需要的关键技术难度高 ,我们结合关键技术的解决途径总结出十六极阵列质谱计的两种结构形式 :悬臂型和端支型 ,同时结合我国实际提出一种新的的结构形式———镶嵌型 ,最后展望了十六极阵列质谱计在航天领域、科研生产和环境监测中的应用前景。