[实用新型]一种用于激光剥蚀-同位素稀释质谱法的气溶胶混合装置

说明书

技术领域

本实用新型属于无机质谱与激光剥蚀联用原位分析技术领域，具体涉及一种用于激光剥蚀-同位素稀释质谱法的气溶胶混合装置。

背景技术

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)是在质谱检测的基础上结合激光剥蚀进样技术而成的一种固体微区分析新技术。该技术中固体进样前处理相对简单，引入等离子体的干气溶胶较湿法进样干扰少，且其具有原位(in-situ)、微区、快速的分析优势，以及高灵敏度、低检出限、小于10μm的空间分辨率、可进行多种元素含量和同位素组成测量的能力，已成为生物、材料、地质等领域研究中一种很有潜力的分析方法，近年来已成为质谱分析技术应用的前沿。

然而，LA-ICP-MS技术在固体样品的原位分析应用中，由于与待测样品基体相匹配的标准物质或标准样品还十分匮乏，而该技术本身受样品基体效应、分馏效应、质量歧视效应影响又十分严重，导致LA-ICP-MS在准确定量测量方面存在较大困难。现阶段大多数LA-ICP-MS的应用研究集中在对元素含量的相对测量，即用相对计数表示含量的大小，不能给出绝对量值。

近年来出现了一些将LA-ICP-MS技术应用于绝对定量的方法，该方法通过实验室自行制备的校准样品，通过外标法成功地实现了LA-ICP-MS的原位定量测量。然而，这种通过实验室自行制备标准用作校准曲线的过程非常耗时，而且也很难被应用到所有类型的固体样品中。如果难以获得合适的基体匹配标准物质，或者很难自行制备标准样品的时候，另外一种简单且快速的量化方法就是借助双气路和单气路进样系统通过在线布局的方式加入校准溶液。这种在线布局的方式能够更方便地实现固体样品的定量分析，而且对于大部分元素在较宽的浓度范围内，其都能够简单、快速地实现定量。

同位素稀释质谱法(IDMS)是国际公认的高准确度分析方法之一，如果能将灵敏、准确的同位素稀释技术与可以实现原位、微区分析的LA-ICP-MS相结合，将为解决LA-ICP-MS进行固体样品原位微区准确定量元素测量提供一条理想的途径。

目前，基于IDMS技术LA-ICP-MS定量方法研究，主要包括两种方案：第一，固体稀释剂标记技术(solid-spiking for direct analysis)。通过采用溶液稀释剂与固体样品混合、均匀化、干燥等步骤，使稀释剂与固体样品中待测元素发生同位素交换，制备出可用于标记待测固体样品的固体稀释剂，该固体稀释剂可以与待测样品混合、均匀、压片后，用于LA-ICP-MS测量的样品。该方法由于采用了IDMS技术，使得LA-ICP-MS在定量方面的准确性有所提高，减小了测量不确定度，然而该制备过程比较复杂，且难以保证样品的均匀性，使得LA-ICP-MS和IDMS两种技术的优点不能全部发挥，而且这种方法也不适用于致密固体。为了解决制备浓缩同位素固体标准物质(isotopically-enriched solid spike)难以制备的难题，出现了溶液稀释剂在线引入技术。即通过溶液稀释剂在线引入到激光剥蚀样品池，在池中与剥蚀固体样品产生的气溶胶混合并发生同位素交换，混合气溶胶引入到ICP-MS中进行测量。这种方式中的制样过程相对简单，适用性较强，没有样品与稀释剂之间混合、均匀化的过程，因此能够方便的应用于固体样品的原位、微区定量分析。

然而，在使用ID-LA-ICP-MS法时，一个关键的问题就是如何实现气溶胶的同位素平衡，并获得准确且精确的同位素比值。由于激光剥蚀的频率通常为1-20Hz，所以样品剥蚀的过程并不是一个完全连续的过程，即其具有不连续性，这就导致当激光脉冲产生时，ICP-MS的强度增加，而没有激光脉冲时，其强度下降。其剥蚀效率通常不能很好地与ICP-MS的样品采集时间相匹配，进而导致测得的同位素比值不准确。除了LA本身的不连续性，在ID-LA-ICP-MS方法中，由雾化器和激光剥蚀产生的气溶胶颗粒大小分布不均也将导致不稳定的同位素比值。最后，由于膜去溶雾化系统和激光剥蚀系统产生的气溶胶的混合过程主要是在激光剥蚀样品池中进行，而样品池通常容积有限，难以实现两种气溶胶的充分混合，从而导致测量的同位素比值波动较大，难以实现IDMS结果的准确测量。图6-1给出的是由LA(Laser Ablation，激光剥蚀样品池)和MD(Membrane Desolvator,膜去溶装置)生成的气溶胶仅仅在一个直径为3.2mm的惰性管和LA样品池中进行混合的结果，从图6-1可以看出，混合气溶胶不可能达到很好的同位素平衡，测量的同位素比值波动较大，且不同的测量模式得到的结果有显著性偏差。