同位素质谱分析PPT资料59页

二、质谱分析----4.进样系统
（2）连续流进样系统 元素分析仪（EA/TC-MS） 气相色谱 （GC-MS） 微量进样系统（Gas Bench）
二、质谱分析----4.进样系统.连续流进样
元素分析仪（EA/TC-MS）
二、质谱分析
气体进样 同位素质谱 仪：由进样 系统、离子 源、质量分 析器与离子 检测器组成
Determination of Isotope Ratios
GAS-IRMS
H CNO S
二、质谱分析----1.仪器结构
气体进样同 位素质谱仪： 由进样系统、 离子源、质量 分析器与离子 检测器组成
S
(Xi X)2
n1
准确度表示测量结果与真值的符合 程度
同位素比值测定方法
单接收法：通过调节加速电压或磁场电 流，使单个离子接收器先后接收质量数 不同的离子束。由于样品离子化随时间 波动，故精度一般较低
双接收法：用两个离子接收器和两套放 大器同时接收、检测两个离子束。双接 收法精度一般为0.1％~0.01％
质谱仪器发展简史
第一台质谱仪是由英国剑桥大学 Cavendish实验室发现电子并获得诺贝尔 奖的J．J．Thomson(1913)在研究阴极射 线过程中设计成功的 1940年A．O．Nier首次设计成功磁偏转 角为60~的扇形磁场质谱计，然后(1947) 又设计了双接收系统，成为现代质谱计 的基础
硫同位素制样
供质谱分析硫同位素的气体一般为 S优O于2，95也％可—采98用％S。F6对，于硫不的同转样化品率采需 用不同方法
对硫化物采用：直接氧化法、间接 氧化法、氟化法
对硫酸盐采用：直接还原法、还 原—氧化法
稳定同位素样品质谱分析
氢同位素质谱测定 碳、氧同位素质谱测定 硫同位素质谱测定
MAT251稳定同位素比值质 谱仪
多接收法
双进样法
稳定同位素样品制备
用同位素质谱计测定样品的C、H、 O、S等同位素组成之前，须先将样 品转变为相应的气体，如H同位素 分析采用氢气，C、O同位素分析采 用CO2气体，S同位素分析采用SO2 或SF6气体
氢同位素制样
还原法 H2—H2O平衡法
氧同位素制样
常量水样的CO2—H2O平衡法 微量水样的BrF5法和CO2—H2O高温 平衡法 硅酸盐氟氧化法 碳酸盐磷酸法 氧化物碳还原法
揭露了地球和宇宙物质中同位素的同一性； 在个别情况下可以测定放射性同位素的半衰 期
质谱技术在奠定同位素人工分离及其浓缩工 艺中起过重要作用，为原子能事业的发展作 过巨大的贡献
质谱仪器的组成
现代质谱计由三大系统组成
分析系统 电学系统 真空系统
电学系统和真空系统用以保证分析系统得以 实现
质谱计分析系统
质谱仪器
质谱仪器是用于测定物质的分子量、 原子量及其丰度以及同位素组成的仪 器。质谱仪器可分为两类：
一类是用照相法同时检测多种离子， 称为质谱仪(mass spectrograph)
另一类是用电子学方法来检测离子， 称为质谱计(mass spectrometer)－广泛 用来精确测定元素的同位素组成
二、质谱分析----2.基本原理 扇型磁场
离子源
信号接收器
信号接收器
二、质谱分析----3.主要性能指标
3.主要性能指标： 可测质量范围
分辨本领：M/△M 灵敏度 精密度 准确性
二、质谱分析----4.进样系统
二、质谱分析----4.进样系统
（1）双进样系统 常规的双进样系统 微量双进样系统 CO2-H2O平衡系统 Kiel 碳酸盐进样系统
质谱计的实质是利用不同质量的带电原子 和分子在电场和磁场中进行分离并检测的 仪器 现代Nier-I型wenku.baidu.com谱计由三个必需部分组成
①单能级离子源 ②质量分析器 ③离子接收器
所有三个部分都抽真空至10-6mmHg~109mmHg
质谱计离子源、电磁铁和离子接收器 位置示意图(据Faure，1986)
扇型磁场
离子源
信号接收器
有关质谱计性能的几个概念
精密度和准确度 质量数范围:质量数范围说明质谱计能够处理 的最轻和最重离子之间的质量范围，通常以 质量数或质荷比(m／e)表示，它规定了被分 析物质质量的上、下限。显然，它与加速电 压、磁场强度等的可变范围有关 质量色散: 质量分辨率 灵敏度
质量色散
质谱仪使质量为M和M+△M的两离子束 分离并聚焦成中心距为△X的两个峰，则 质量色散定义为：
氧同位素真空制样系统
碳同位素制样
自然界中碳通常为无机碳(金刚石、碳酸盐、 C存O在2等，)都和要有把机它碳转两变类成。C不O2管后碳才以能什供么质形谱仪式 器测定。对碳酸盐矿物采用上述磷酸法，对 元素碳和有机碳，不管样品是气态、液态还 是固态，均可将其在高温(1000℃)氧气流中 燃 程烧中，有使CO之生转成变，为在C制O2样气系体统。中为，防应止有反催应过化 装置及催化剂(n、Ni等)或采用氧化铜炉使 CO转变为CO2
其物理意义是，单位质量差所分开的距 离
质量分辨率
我们希望质量分析器既能使不同质量的 离子分开，又能使同一质量的离子聚焦 在一起。为比较仪器这方面的能力，需 要一个反映这两种属性的参数，它既跟 色散有关又跟离子束的宽度有关。 如果质谱仪器刚好能把质量为M的质谱 峰与另一个质量为M十△M的质谱峰分辨 开，我们就定义M/△M为仪器的质量分 辨率或质量分辨本领(resolving power)
灵敏度
质谱分析是一种直接测量物质粒子的分析技 术。这一特点决定了它具有特高的绝对灵敏 度 绝对灵敏度是指仪器可检测的最小样品量 相对灵敏度是指仪器可同时检测的大组分与 小组分的含量之比 这两个指标综合体现了仪器的电离效率、从 源到接收器之间的飞行效率、探测效率和本 底噪声等状况。
精密度和准确度
精密度表示仪器所进行的重复测量 的符合程度，以标准偏差S表示
质谱仪器的应用概述
早期的质谱仪器，主要用于探索同位素和测 量元素的原子量 利用质谱法发现和查明了周期表中所有元素 的同位素组成 高精度地测量了原子、分子的质量 研究自然界中由于物理化学过程的影响而使 轻元素的同位素组成发生的变化(同位素分馏
质谱仪器的应用概述
根据Pb、Sr、Ar同位素的积累测量地质样品 的年龄