激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱对高温合金中17种痕量元素的测定

建立了镍基高温合金中Sc、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Ce、Hf、Tl、Pb、Bi17种痕量元素的激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱测定方法。对激光剥蚀进样及质谱分析条件进行了优化,通过激光对样品表面的层层剥蚀顺利完成了对低沸点杂质元素的测定。采用格栅扫描采样,严格控制样品的聚焦位置和散焦距离以保证采样的准确性,由高温合金系列标准物质建立了18种痕量元素的校正曲线,其中14种痕量元素的线性相关性较好(r2≥0.99),In、Sn、Sb、Ce、Tl、Pb、Bi等超痕量元素的检出限和气体空白分别低于或接近0.000 005%和0.000 001%。方法对镍基高温合金样品中Cu、Ga、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hf、Tl、Pb和Bi等痕量元素的测定结果与参考值吻合较好,且大部分元素的RSD(n=4)小于或接近30%。     

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法中生物样品的元素分馏效应研究

采用213 nm-纳秒激光剥蚀系统对生物基体样品的剥蚀颗粒进行研究,优化了激光剥蚀条件.在剥蚀能量为25%,束斑直径为200 μm,剥蚀速率为20 μm/s,频率为20 Hz,载气为700 mL He + 700 mL Ar时,信号强度及稳定性最佳.以31P为内标元素,最佳剥蚀条件下,考察了56个元素的相对分馏因子.结果表明,生物基体的剥蚀颗粒相较于NIST 610 玻璃标样更大,达到3 μm;生物基体中元素分馏效应相较于玻璃基体小,大多数元素的相对分馏因子达到1.0 ±0.1.探讨了生物基体中元素分馏机理,分析了生物基体相较于玻璃基体剥蚀颗粒大,而相对分馏因子未明显增大的原因.一方面可能是粒径3 μm的颗粒进入电感耦合等离子体后能原子化;另一方面,大的剥蚀颗粒的富集效应相对较小.进一步对分馏效应的影响因素进行研究,发现分馏效应与激光剥蚀能量、激光频率和扫描速率相关,并且与元素的氧化物沸点负相关,与氧化物键能和电离能正相关.     

硫化物矿物LA-ICP-MS激光剥蚀元素信号响应

采用193 nm ArF准分子激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对5种天然硫化物矿物进行激光剥蚀分析, 基于不同硫化物矿物的剥蚀形貌特征和元素瞬时信号响应, 考察了硫化物矿物的元素分馏效应及激光频率、能量和激光斑径对硫化物矿物激光剥蚀行为的影响. 结果表明, 不同硫化物矿物的激光剥蚀形貌和元素分馏效应存在明显差异, 其中黄铁矿、辉钼矿和闪锌矿的剥蚀晕约为剥蚀斑径的10倍, 而黄铜矿和磁黄铁矿的剥蚀晕约为剥蚀斑径的14倍; 黄铜矿、磁黄铁矿和闪锌矿元素分馏因子(EFI)约为1.0, 其元素分馏效应可以忽略, 而黄铁矿和辉钼矿存在明显的元素分馏效应. 在对硫化物矿物的LA-ICP-MS分析中, 选择较大的激光剥蚀斑径、较小的激光剥蚀频率与激光能量可获得理想的信号强度和准确的分析结果.     

基于大气压下介质阻挡放电抑制LA-ICP-MS分析中元素分馏效应研究

采用自制的大气压下介质阻挡放电装置串联在激光剥蚀池与ICP炬管之间, 对激光剥蚀产生的气溶胶进行预电离. 结果表明, 元素瞬时信号轮廓的平滑度得以改善, 元素分析信号精密度(RSD, n=3)可提高2.55％. 在ArF准分子激光(193 nm)和Nd∶YAG 固体激光(213 nm)两种不同波长的激光剥蚀系统中, 元素分馏因子均比常规模式下更接近于1, 表明采用介质阻挡放电对气溶胶预电离后元素分馏效应得以有效抑制. 相比两种不同波长的激光剥蚀系统, 介质阻挡放电对213 nm固体激光的元素分馏效应改善作用明显.     

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱小激光斑束线扫描定量分析技术

采用激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱(LA-SF-ICP-MS)技术建立了小激光斑束(15μm)线扫描定量分析方法。对比了硅酸盐矿物LA-ICP-MS分析中不同激光进样模式(点剥蚀和线扫描)对于元素信号强度和分馏效应的影响。小激光斑束点剥蚀分析元素信号强度随时间下降明显,并且剥蚀过程中元素深度分馏效应影响明显。深度分馏效应主要是由于各元素倾向于富集在不同粒径颗粒中,而不同大小颗粒在剥蚀坑附近发生冷凝沉淀的几率差异造成。实验结果表明,相对于内标元素Ca,Na、K、Cr、Co、Cd和U等元素富集在更小颗粒中;Cu、Zn、V、Mn、Fe、Ni、Tl、W、Rb、Cs等元素与Ca富集行为相似;Al、Y、Sc、Zr、Nb、Hf、Ta、Th和REE等元素易进入大颗粒中。线扫描分析具有高且稳定的元素信号强度,分析过程中剥蚀行为一致,不受深度剥蚀效应的影响。采用双剥蚀池结构进样系统研究单脉冲激光剥蚀信号结构,不同元素信号强度降低至50%需0.8~1.2 s;降低至20%需1.2~1.6 s;降低至背景值需2~3 s。本研究通过优化仪器参数降低信号叠加作用的影响,在均质和非均质样品(榍石)线扫描分析中,获得了准确的元素含量和元素比值。线扫描定量分析技术可有效降低激光斑束(≤15μm),相对于采用线扫描元素强度分布研究,数据更加直观,可表现元素比值的变化特征。通过调整激光斑束大小和扫描速度可在不同分辨率尺度下全面了解矿物中元素的分布特征。     

激光剥蚀高分辨电感耦合等离子体质谱的表面成像技术在钢板线状缺陷分析中的应用探讨

采用激光剥蚀高分辨电感耦合等离子体质谱(LA-HR-ICPMS)技术得到与钢铁材料表面线状缺陷及缺陷周围正常部位的上万个元素质谱信号,与实际样品位置信息比对,各信号与样品表面原始位置相对应,反映样品表面各成分的二维统计分布信息。用该表面成像技术获得的钢板表面线状缺陷区域元素分布结果与电子探针X射线显微分析（EPMA）、激光剥蚀飞行时间质谱（LA-TOF-MS）分析结果一致。该方法具有激发斑点适中、微损、原位分析、检测限低、二维成像直观显示的特点,解决了传统表面微区分析技术检测限偏高、激发斑点过小的问题,可作为表面线状缺陷异常元素甄别的有力工具,为寻找缺陷成因、改进工艺提供依据。     

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定纯铝及铝丝中铁、硅、铜、锰、镁、钛、锌、铬和镍

采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法测定纯铝及铝丝中铁、硅、铜、锰、镁、钛、锌、铬和镍的含量。采用低功率等离子体,以27Al为内标。样品直径为0.5~3 mm时,直径粗细与元素的信号不相关。所有元素的分馏因子在0.94~1.13之间时,可以认为没有分馏效应;纯铝和铝合金的基体效应不明显,铸铝会影响基体效应。测定了块状和丝状标准物质,测定值与认定值基本吻合,纯铝板的测定值与直读光谱法测定结果相一致。受背景干扰的影响,测定值的相对标准偏差(n=5)在2.9%~32%之间。     

激光剥蚀原位有机碳稳定同位素分析方法

自行研制了激光剥蚀取样与稳定同位素质谱联用接口,建立了以激光剥蚀微量取样的微区有机碳同位素分析方法。考察了捕集时间、样品量和激光能量等对同位素分馏的影响,采用3种标样验证了分析方法的准确性。结果表明,此装置可对固体样品进行高灵敏度的连续在线分析,样品用量仅10^-8 g,比传统的元素分析同位素质谱联用方法的样品用量降低了10⁴倍。本方法有效避免了激光剥蚀在取样、传输和离子化过程的多种分馏因素,获得了可重复的、高精度的测试结果。以¹³C标记的水稻为例,在叶尖获得了横截面的碳同位素分布差异信息。结合激光剥蚀技术原位取样的优势,此技术可用于考察固体样品微区高分辨的碳同位素分布,在环境、农林学、生态学领域具有良好的应用前景。     

LA-ICP-MS法测定纯铜及铜丝中的各元素

采用冷等离子体模式,以63Cu为内标,研究了单点激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)测定纯铜及铜丝中各元素的方法。优化了仪器参数;给出了样品直径对结果的影响,锌的信号随着直径的减小而减弱,硒的信号随着直径的减小而增强;研究了分馏效应,Cd,Sb,Pb,Bi分馏因子(FI)在0.80左右有分馏效应;采用不同系列铜标准物质制作了校准曲线以考察基体效应,Mn,Ni,Zn,Pb,Bi的线性相关系数大于0.99,基体效应不明显,其它元素有基体效应。建立了测定纯铜及铜丝中P,Mn,Fe,Ni,Zn,As,Se,Ag,Cd,Sn,Sb,Pb,Bi等元素的直接测定方法,但硫不能测定,也不能用56Fe作为铁的检测同位素,标准物质的测定值与认定值基本吻合,除Mn含量低外,其它元素的RSD(n=5)在2.1%~16%之间。     

激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱法测定塑料中的Pb、Cd、Cr和Hg

采用激光烧蚀固体进样技术的电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)测定了塑料中的Pb、Cd、Cr和Hg。选择了线扫描激光烧蚀方式,并从灵敏度和稳定性角度优化了工作参数。根据计算分馏因子考察了分馏效应,结果表明,所测元素分馏效应小。塑料中Hg的记忆效应严重,认为主要来自样品表面吸附,减小样品的表面积可减小Hg的记忆效应。以聚丙烯标准物质及其空白片作校准曲线,应用于ABS、PPS、PA66+30%GF、PVC、PTFE等实际塑料样品的测定,测定结果与ICP-OES(XRF)法测定值基本吻合。Pb、Cd、Cr和Hg的检测下限分别为0.002、0.001、0.08和1.5 mg/kg。