第二讲B 同位素分析实验技术_质谱.

E=eV=1/2m 2
此时粒子的运动速率为:
=2eV/m
(a)
运动的粒子进入磁场，受到磁场作用，其发生偏转的关系为：
Be=m2/r
(b)
式中B为磁场强度，r为偏转半径。联立a、b两式，可获得：
m/e=B2r2/2V
通过移项，可获得以下关系：
该式表明，当加速电压和磁场的强度不变时，进入磁场的粒子因受劳伦斯力 作用而发生圆周运动，其半径取决于粒子的质量/电荷比值，质量数大的粒 子的运动圆周(轨道)半径大于质量小的粒子的半径。
高灵敏度
信 号 强 度
C1 C2
源自文库低灵敏度
元素含量
检出限
2.1.9 其它术语
飘移(Drift)：仪器响应随时间发生变化的现象， 反映了环境温度、湿度因素对电子电路和仪器 金属部件(如磁铁)等产生了影响。
噪声(Noise): 仪器发生短暂不稳定的现象，原 因为电子部件电子随机运动的结果。
本底(Blank)：来自反应试剂不纯和实验室环境 污染的非样品元素含量。
2.1.2 中值、模和均值 Median - Mode – Mean
中值：数据频率分布除以2。 Frequency distribution divided by 2. 模：数据频率分布的峰值。Estimate of the most frequent result.
均值：多次测量结果的算术平均值。Arithmetic mean of n-measurements.
高斯分布的特征可用一次测量落入某一分布区间的可能性 来表示，其中： 均值 1 sd的可能性是84.14% 均值 2 sd的可能性是97.72% 均值 3 sd的可能性是99.87%
2.1.7 检出下限 Lower limit of detection
如果样品的测量信号高于背景信号的3倍标准偏差，则 有99.87%的可能性认为信号不属于背景信号。这一界 限属于确定检出限的方法之一，称为检出下限。
2.1.6 检出限 Detection Limit
检出限：仪器获得在统计学意义上具一定置信度、并区分 出背景信号的最低分析信号极限。
检出限数值的确定与设置区别出样品信号和背景信号的置 信度有关。通过对背景信号进行大数据量测量，将获得一 个服从正常高斯分布的误差随机集，可用下式表达：x sd。
劳伦斯，获1939诺贝尔奖的美国物理学家。1931年他同他的研究生 一起制造了世界上第一台回旋加速器，从而开始造就了一个以劳伦 斯为核心的诺贝尔获奖集体。美国加州伯克利大学的劳伦斯实验室 的研究生和工作人员中共有8人获得诺贝尔奖。
当质量为m、电荷为e的粒子受到电位差为V的加速作用，其所获得的能量为：
样品发 生电离
同位素发 生分离
离子计数
样品导入 Inlet
电离源区 Source Region
检出下限附近进行的测量，其误差为无穷大，不能进 行定量分析。因此，将高于背景信号6倍标准偏差的界 限作为仪器进行定量分析的极限。
2.1.8 灵敏度 Sensitivity
• 灵敏度常用于表达仪器的检测极限，系指单位浓度的 信号强度。若仪器对某元素具有高灵敏度，则表示该 仪器同时对该元素具有低检出限。参见下面示意图：
准确度：测量数据与“真值”的接近程度。 Accuracy is a measure of how close analyzed data lie to the “true” composition.
精确度：测量数据的标准偏差。 Precision is normally measured by standard deviation.
2.10 影响同位素测量信号分析精度的因素
接收器计数统计方式 信号强度/背景信号的比值 仪器电子学噪声 信号飘移 仪器灵敏度
2.2 质谱仪工作原理
质谱仪是在电磁场的作用下使带电粒子束按其质量/电 荷比值的大小进行分离，并分别进行测量的大型复杂装 置。
工作原理为带电荷的粒子在磁场中运动时，将受到劳伦 斯力的作用而发生圆周运动，其运动半径的大小与带电 粒子的质/荷比的平方根成正比。
2.3 质谱仪的结构
质谱仪是对元素或化合物的同位素组成进行测量的专用仪器，主要 由下列系统构成： 样品导入系统：将分析样品依序导入仪器进行分析； 电离系统：也称离子源，将被分析样品进行电离； 分析器系统：将电离后的样品按其质量/电荷比值大小进行分离； 接收器系统：将分离后的不同同位素分别用单个接收器顺序测量或 用多个接收器同时进行测量，即进行离子计数； 真空系统：将仪器的离子源、分析器和接收器部件抽真空，以防止 样品离子-分子间发生碰撞和相互干扰，提高分析数据的质量； 收集系统：对离子信号进行放大和模-数转换，对原始数据进行统计 处理； 控制系统：现代质谱采用计算机系统，对仪器的工作状态、测量行 为和数据处理方式等进行程序监督和控制。
模 中值
均值
2.1.3 标准偏差
对数据的离散性进行评价的统计参数。对于大数据量分析， 采用下式计算：
对于统计数小于20的数据，采用下式计算：
2.1.4 元素含量常用量级
SI 单位 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3
含量 femtogram picogram nanogram microgram milligram
第二讲B 同位素分析质谱技术
热电离同位素比值质谱仪：Triton Ti
内容提要
分析技术术语 质谱仪工作原理 质谱仪主要系统及功能 同位素分馏校正 同位素标准样品 新型质谱仪MC-ICPMS简介
2.1. 同位素分析术语(Terminology)
2.1.1 准确度与精确度 Accuracy & Precision
ppm ppb ppt
缩写 fg pg ng g mg
g/g ng/g pg/g
中文名称 飞克 皮克 钠克 微克 毫克
2.1.5 背景信号
• 信号是指分析仪器对与样品中元素含量有关信 息的物理反映。所有的信号中均含有背景组成， 即为无用分析信息的部分。背景信号的强弱取 决于分析环境和仪器设备性能。