Способ масс-спектрометрического анализа твердых веществ Советский патент 1992 года по МПК G01N27/62 B01D59/44 

Изобретение относится к области , , масс-спектрометрии и может быть использовано в аналитической химии для элементного анализа твердых веществ, а также для получения ионных и электронных пучков.

Известен способ масс-спектрометрического анализа твердых веществ, заключающийся в атомизахщи и ионизации веществ в искровом источнике ионов под действием -пучка электронов,электронно-ионная эмиссия. Способ характеризуется большой длительностью воздействия первичного пучка ионов на поверхность распыпяемого вещества, распьишемая шющадь составляет 10 10 м, плотность мощности на поверхность мишени доходит до 10 вт/м.

Недостатком способа является селективная атомизация и ионизация различных элементов, содержап91хся в анализируемой твердой фазе, вследствие чего снижается правильность определения содержан1 я примесей в иссле;-О емом образце,,

Коэффициенты относительной гувствнтельности для разных элементов могут отличаться на несколько порядков о

Известен также способ масс-спект- : рометрического аналшза твердых веществ, который состоит в ионизации вещества и разряде на электродах искрового источника и последующем выделении и регистрации ионов определяемой массы

00 L2J. Способ характеризуется следующими параметрами; дпитель шсть разряда

1-3

1 1-10 -1 , напряжение пробоя, и 5-25 кВ, диаметр образующегося в одном пробое кратера - до 6 .

Недостатком известного способа атомизации и ионизации вещества является разброс коэффициентов относительной чувствительности (КОЧ) от анализа к анализу и от прибора к прибору. Следует отметить, что наблюдается зависимость величины КОЧ и их воспроизводимости от условий вакуумного пробоя. Однако из аншшза литературн данных следуетJ что основные парамет ры, определяющие образование и выход ионов, не установлены. Целью изобретения является повыше ние точности анализа за счет получения ионного пучка с заданным зарядовым и элементным составом, максималь но 6jm3KHM к элементному составу ана jm3iipyeMoro образца. Поставленная цель достигается тем, ЧТО; атомизацшо и-ионизацию ана.лизируемого образца в искровом источ нике в вакууме. ПРОВОДЯТ при дпительности разряда 10 - 1СГ с и объемной плотности вьщеления мощности на аноде ЗПО q 3-Ю вт/см . Установлено, что основными параметрами, влияющими на атомизацию и ионизацию вещества и тем самым на гфавильность и точность результатов анализа, являются плотность выделения мощности в приповерхностных слоя твердого тела, длительность разряда, величина напряжения пробоя и площадь выделения энергии в одном пробое, причем указанные параметры должны быть постоянными в процессе проведения анализа. С этой точки зрения известный спо соб атомизации и ионизахщи вещества не является оптимальным-. Полная энер гия разрядного контура составляет . GU2 , , о 2 I - 1U . 5-25 кВ. при этом максимальное значение Е 4.. В плазменный шнур передается не более 50% энергии разрядного контура, так что плотность мощности в анодном пятне (при диаметре кратера Р и глубине ЬЧО/ составляет ti , ВТ/ h При столь .низких: потоках мощност на анод возможно селективное поступление отдельных элементов в плазму, что снижает правильность и воспроизвод1 мость анализа, так как условия атомизахщи и ионизации вещества в процессе разряда изменяются. При собгаодении условий предлагаемого способа поступление атомов всех элементов из твёрдой фазы в плазму происходит без какой-либо се6лективностй, а образующаяся плотная плазма полностью ионизована. Ha-i чальный радиус плазменного образования меньше 10 м, что обеспечивает достаточно высокую степень остаточной ионизации плазмы при ее разлете в вакуум; тем caNibiM уменьшаются ошибки, обусловленные извлечением ионов из плазмы вакзумного разряда. Пример, Процесс атомизации и ионизации в вакуумном искровом разряде проводят следующим образом. Дгш уменьшения длительности вакуумного разряда до /« 10 с бьша применена емкость отсечки. Расстояние между Электродами 70-100 мкм..При этом площадь эрозии в результате одного -ч-ю , пробоя составляет м , выделяемая в разряде энергия Е„ ь 2-10- Дж, а плотность мощности в анодном 2 ПО не W в пе ресчете на объемную плотность W 240 вт/мз. При изменении плотности мощности состав, масс-спектра меняется. При обычно используемых параметрах разряда отношение двухразрядных ионов к однозарядным для разных элементов не зависит от второго потенциала ионизации и плохо воспроизводится при повторных экспериментах.. При по-. вьш1ении величины мощности (т.е. изменения параметров разряда с введением в разрядный контур емкости отсечки) это отношен;ие упорядочивается. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет улучшить аналитические характеристики способа повысить воспроизводимость и правильность результатов анализа (табл. 1 и 2), Б первой таблице представлена воспроизводимость результатов анализа международного геологического образца W-1 при проведении разряда по известному способу и по предлагаемому. Воспроизводимость результатов улучшается с 20-60% до 5-20% для разных элементов. Во второй таблице представлены данные, характеризующие относительный выход ионов отдельных элементов из зоны разряда. Видно, что процессы поступления упорядочены, так что в масс-спектре можно выделить три группы,элементов, имеющих близкие параметры. Значения КОЧ воспроизводятся межд различными образцами с достаточно хорошей воспроизводимостью (25%). Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами; В процессе анализа создается плаз ма с заданными параметрами; плотност и температурой, следствием чего явля ется определенное соотношение в масс спектре между одно- и многозарядными ионами. Фиксируете так-же сод -ржание в масс-спектре многоатомных и сложных (комплексных) ионов. Плазма, образующаяся в пробое, практически полностью ионизована, вследствие чего абсолютная чувствительность аналшза повьш1ается. В силгу высокого эйерговклада в процессе анализа практически не проявляется зависимость условий атомизации и ионизации от свойств анализируемого объекта, таких как сопротивление образца, структура, форма нахождения составляющих в матрице. Благодаря уменьшению длительност импульса уменьшаются также нагрев и плавление образца вокруг каналов искры, разрушение материала катода за счет катодного распьшения. Улучшается правильность анализа за счет использования в процессе анализа стандартов, .отлгйчных по составу от исследуемого образца.Улучшается вопроизводимость результатов анализа за счет стабилизации процессов поступления и ионизациивещества взоне разряда, а также стабилизации процессов рекомбинации при разлете плазмы в вакуум.

СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОШТРИЖСКОГО АНАЛИЗА ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ путем ионизации аналшзируемого образца в разряде на электродах искрового источншса, выделения и регистрации ионов определенной массы, о т л пчающийся тем, что, с целью повышения точности анализа иониза цию образца проводят при длительности-разряда 10 ( . 10 с и объ . емной плотности выделения мощности на аноде 3-10 q 3-10 вт/см .

Воспроизводимость определения концентраций некоторых элементов при анализе W-1

Т а б л и ц а 1

Коэффициент относительной чувствительности для различных образцов лунного грунта. В качестве внутреннего стандарта использованы хром, барий,

цирконий .

Таблица 2