Способ масс-спектрометрического анализа твердых веществ

Авторы патента:

G01N27/62 - путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода (спектрометры элементарных частиц H01J 49/00)

B01D59/44 - разделение масс-спектрографией (спектрометры для элементарных частиц или разделительные трубки H01J 49/00)

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 .

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР опислник изовгкт ния к k 5 Topc_#_oMv cааатаъстам

1 (21) 2382885/25 (22) 09.07.76 (46) 15.05.92. Бюл. № 18 (71) Институт геохимии и аналитической химии им.,В.В.Вернадского (72) Ю.В.Васюта, А.В.Гречишников, В.И.Держиев, Г,ИаРемендик (53) 621.384(088.8) (56) Масс-спектрометрический метод анализа следов. М.: Мир, 1975.

Suley J.Z ° Skogerboe R.Ê., In.

"Characfirizat Solid suepaces".

Hew-Jork-London, 1974, р.205.

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

Известен способ масс-спектрометрического анализа твердых веществ, заключающийся в атомизации и ионизации веществ в искровом источнике ионов под действием пучка электронов,вЂ” электронно-ионная эмиссия. Способ характеризуется большой длительностью воздействия первичного пучка ионов на поверхность распыпяемого вещества, -1Z» распьшяемая площадь составляет 10

10 м2, ппотность мощности на поверхность мишени доходит до. 10 вт/м2 .

Недостатком способа является селективная атомизация и ибнизация различ» ных элементов, содержащихся в анали-. зируемой твердой фазе, вследствие чего снижается правильность определе(gl)j С 01 И 27/62,В 01 D 59/44

2 (54)(57) СПОСОБ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ТВЕРДЫХ ВЕЦЕСТВ йутем ионизации анып зируемого образца в разряде на электродах искрового источника, выделения и регистрации ионов определенной массы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности анализа ионизацию образца проводят при длительности. разряда 10- (, (10-7 с и объемной плотности выделения мощцостп на аноде 3 10 c q c 3 ° 10 вт/см г ния содержания примесей в исследуемом образце.

Коэффициенты относительной чувствительности для разных элементов могут отличаться на несколько порядков.

Известен также способ масс-спектрометрического анализа твердых веществ, который состоит в ионизации вещества и разряде на электродах искрового источника и последующем выделении и () регистрации ионов определяемой массы ©О (2). Способ характеризуется следующими (ф параметрами: длительность разряда

1 10 -1 -10 с, напряжение пробоя . О

U = 5-25 кВ, диаметр образующегося в одном пробое кратера - до 6 «10 м.

Недостатком известного способа атомизации и ионизации вещества яваааай ляется разброс коэффициентов относительной чувствительности (КОЧ) от анализа к анализу и от прибора к прибору.

Следует отметить, что наблюдается зависимость величины КОЧ и их воспро3

1108876 изводимости от условий вакуумного JIeKTHBHocTH ° а образующаяся плотная пробоя. Однако из анализа литературных плазма полностью ионизована. На-< данных следует что основные парамет- чальный радиус плазменного образоваi ф ры определяющие образование и выход ния меньше 10 м, что обеспечивает

:5 ионов, не установлены. достаточно высокую степень остаточЦелью изобретения является повыше- ной ионизации плазмы при ее разлете ние точности анализа за счет получе- в вакуум; тем самым уменьшаются ния ионного пучка с заданным зарядо- ошибки, обусловленные извлечением вым и элементным составом, максималь- 1О. ионов из плазмы вакуумного разряда. но близким к элементному составу ана- Пример. Процесс атомизации лизируемого образца. и ионизации в вакуумном искровом

Поставленная цель достигается разряде проводят следующим образом.. тем что атомизацию и ионизацию ана- Для уменьшения длительности вакуумЭ

"7 .лизируемого образца в искровом источ- 15 ного разряда до 10 с была примененике в вакууме. проводят при длитель- на емкость отсечки, Расстояние между ности разряда 10 з вЂ” c < 10Г с и объ- электродами 70-100 мкм..При этом емной ппотности выделения мощности площадь эрозии в результате одного

<о на аноде 3 ° 10" < q 3 10 вт/смз,: пробоя составляет -10 мз, выделяУстановлено, что основными пара- зр емая в разряде энергия метрами, влияющими на атомизацию и ионизацню вещества и тем- самым на Ео 2 2 2 10 Дж правильность и точность результатов анализа, являются плотность выделе- а плотность мощности в анодном пятния >IoIР ости в приповерхностных слоях у5 2 ° 10 4. 3 твердого тела, длительность разряда, не M = = 2 -10 вт/и, в певЂ” величина напряжения пробоя и площадь, 10 10 выделения энергии в одном пробое, ресчете на объемную плотность M =

/ з причем указанные параметры должны вЂ” 2 10 вт/и быть постоянными в процессе проведе- При изменении плотности мощности ния анализа.

30 состав . масс-спектра меняется. При

С этой точки зрения известный спо- обычно используемых параметрах разсоб атомизации и ионизации вещества ряда отношение двухразрядных ионов не является оптимальным, Полная энер- . к однозарядным для разных элементов гия разрядного контура составляет не зависит от второго потенциала

35 ионизации и плохо воспроизводится

Е = -- ; С = (2-,5) 10 ; U = си2,, М при повторных экспериментах.. При по-, 0 2 У вышении величины мощности (т,е. измевЂ” 5-25 кВ. кения параметров разряда с введением при этом максимальное значение Е = в разрядный контур емкости отсечки) о

= 4 ° 10 Дж. В плазменный шнур пере- 40 это отношение упорядочивается. дается не более 50 энергии разрядТаким образом, использование предного контура, так что плотность мощлагаемого способа позволяет улучшить йости в анодном пятне (при диаметре, 10-2 1Р.4с аналитические хаРактеРистики способавЂ” кратера Р 10 см и глубине h 1v см повысить воспроизводимость и правильсоставляет 45 ность результатов анализа (табл. 1

ЕЯ < 4 -10 10 вт/смз и 2), В пеРвой таблиЦе пРедставлена

Ф s h 5 l0 10 10 . воспроизводимость результатов анализа международного геологического образца

При столь,HBsKHx: потоках мощности

М-1 при проведении разряда по известна анод возможно селективное поступ- эу ному способу и по предлагаемому. Восление отдельных элементов в плазму, производимость результатов улучшается что снижает правильность и вбспроизс 20-60 до 5-20 для разных элеменводимость анализа, так как условия тов. Во второй таблице представлены атомизации и ионизации вещества в данные, характеризующие относительный процессе разряда изменяются.

П и соблюдении условий предлага- выход ионов отдельных элементов из

Р емого спосо а поступление атомов о с особа поступление атомов зоны разряда. Видно, что процессы повсех элементов из твердой азы в ементов из твердой Аазы в ступления упорядочены, так что в плазму происходит без какой-либо се-,масс"спектре можно выделить три груп/

Таблица 1

Воспроизводимость определения концентраций некоторых элементов при анализе W-1

Воспроизводимость анализа, и L+ 100 У х ï

Элемент по предлага- известному емому способу

62,4

57,6

24,7

46,4

25,8

° °

5,2

16,0

14,8

Лантан

Празеодим

Церий

Иттрий

Тулий

Никель

Цинк

Цирконий

Барий

12,5

20,8

18,4

8,5

5 110887 пы,элементов, имеющих близкие параметры, .

Значения КОЧ воспроизводятся между различными образцами с достаточно хорошей воспроизводимостью (257).

Предлагаемый способ обпадает следующими преимуществами;

В процессе анализа создается плазма с заданными параметрами: плотностью 1О и температурой, следствием чего является определенное соотношение в массспектре между одно- и многозарядными ионами.

Фиксируетс та же сод ржание в

t5 масс-спектре многоатомных и сложных (комплексных) ионов.

Плазма, образующаяся в пробое, практически полностью ионизована, вследствие чего абсолютная чувстви- тельность анализа повышается.

В силу высокого эЬерговклада в процессе анализа практически не про6 6 является зависимость условий атомизации и ионизации от свойств анализируемого объекта, таких как сопротивление образца, структура, форма нахождения составляющих в матрице.

Благодаря уменьшению длительност1 импульса уменьшаются также нагрев и плавление образца вокруг каналов искры, разрушение материала катода за счет катодного распыления.

Улучшается правильность анализа за счет использования в процессе анализа стандартов, отличных по составу от исследуемого образца..

Улучшается вопроизводнмость результатов анализа sa счет стабилизации процессов поступления и ионизациивещества в "зоне разряда, а также стабилизации процессов рекомбинации при разлете плазмы в вакуум.

1108876

Таблица 2

Коэффициент относительной чувствительности для различных образцов лунного грунта.

В качестве внутреннего стандарта использованы хром, барий, цирконий

-Р 100, % х .1й

Элемент

1008

Составитель

ТехРед л.0лийнык л Редактор О.филиппова

Корректор C.Шекмяр

Заказ 2437 THpB_#_C Подписное РЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101