质谱探微

质谱分析法是化学领域中非常重要的一种分析方法，将用于分析的样品分子(或原子)电离成具有不同质量的单电荷或碎片离子，进入由电场和磁场组成的分析器，然后用检测系统进行检测，即可得到不同质荷比的谱线即质谱．通过质谱分析，可以获得分析样品的分子量、分子式、分子中同位素构成和分子结构等多方面的信息．质谱分析法敏感性很强，可以用它追踪各种数量极少的分子．     

离子探针质谱微分析(Ⅰ):物理基础

一、引 言 如果说五十年代初出现的电子探针微分析标志着固体材料成份分析技术的一个重要变革,即实现了成份的数量特征和空间特征在显微尺度上的结合。那么这种变革由于七十年代开始的离子探针的发展而推进到新的高度. 典型的离子探针仪器继承了电子探针的概念。只不过以离子束代替了电子束.以二次离子质谱计代替了X射线分析器.在这种仪器中,双等离子枪(Duoplasmatron)提供了一个能量分散小、亮度足够大的离子“点光源”,从它射出的几千至两万电子伏特能量的离子,经过一次磁场过滤和两个静电透镜的聚焦,形成一“单色”的离子束(直径大至几…     

用于原子能级结构研究的激光共振电离光谱系统

激光共振电离光谱技术是一种利用一路或多路激光将待测原子选择性共振激发与电离,通过测量离子信号来研究原子能级结构的光谱技术。研建了一套激光共振电离光谱装置,用于原子高激发态能级结构参数的测量。分别从该装置的总体结构、关键技术和应用实例等方面进行了详细介绍。该套装置主要包括高调谐精度的染料激光器系统、高效的激光离子源系统和高分辨率的飞行时间质量分析器。染料激光器系统包括3台多纵模可调谐染料激光器和1台单纵模可调谐染料激光器,均为脉冲工作方式,重复频率为10 kHz,泵浦源均为532 nm的Nd∶YAG固体激光器。激光离子源系统包括原子化源、激光与原子相互作用区和离子光学透镜组三部分组成,样品在原子化源中被电加热实现原子化,喷射出的原子被激光选择性激发、电离,产生的离子被离子传输透镜整形成能量分散小、束窄的离子束。飞行时间质量分析器采用了反射式结构设计、脉冲垂直推斥技术和偏转板调节技术。利用此装置,实验测定了U原子的自电离态光谱,获得了U原子一条较佳的三色三光子共振电离路径,对应激光的波长分别为591.7,565.0和632.4 nm。此系统还可用于测量同位素位移和原子超精细结构等参数。另外,由于此系统中联用了质量分析器,因此可用于样品多元素分析、痕量元素分析、同位素丰度分析。     

磁场调控型离子源的设计与实验

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离子约束能力较弱,导致其在等离子体膨胀引出通道中碰壁损失,能够提升引出轻离子的比例。开展了磁场调控的离子源放电结构、强脉冲螺线管磁场以及引出束流光学结构的设计;测量分析了引出离子流强和离子打靶束斑形貌。研究结果表明,强轴向磁场通过等离子体对混合离子成分的筛选作用,可有效提高引出离子流强中的轻离子成分比例。     

重叠的环形电场和非均匀磁场质谱分析器的离子光学性质及其二级象差

本文讨论了由环形电场和非均匀磁场形成的重叠场的离子光学问题。运用变分原理(费马原理)给出离子轨迹方程,分析了这种普遍的重叠场作为质谱分析器的离子光学性质及其二级象差。本文的结果和公式对于文献上关于二级象差的理论作了进一步的概括与推广,因而具有普遍性。这对于设计与研究重叠场质谱分析器具有一定的意义。 关键词：     

远红外激光磁共振

远红外激光磁共振(LMR)是在顺磁共振(EPR)基础上发展起来的.引起顺磁共振原因是,由于原子在磁场中能级发生分裂,当磁场强度合适时,不同磁量子数Mj之间的跃迁能量与微波光子能量相当时,发生微波的吸收.远红外激光磁共振与顺磁共振都是将样品放在腔中来提高灵敏度,在磁场坐标上出现锐的吸收峰.远红外激光磁共振与顺磁共振不同之处是用远红外激光代替微波,由于其光子能量增加了两个数量级,吸收发生在分子转动态之间的跃迁或原子精细结构之间的跃迁.通过调节磁场,使在一定磁场数值上能级的分裂正好与红外光子能量匹配,从而发生吸收.因此,远红…     

Separation of Ions from Volatile Organic Compounds Using High-Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry-Mass Spectrometer

对高场非对称波形离子迁移谱-质谱联用(FAIMS-MS)进行了分析. FAIMS将离子从气态的挥发性有机化合物中分离出来. 采用真空紫外灯离子源在常压下对样品进行电离,紫外灯发射的光子能量为10.6 eV,波长116.5 nm. 迁移区由两块平行的金属平板电极构成,尺寸为10 mm×8 mm ×0.5 mm. 采用频率1 MHz、电压峰值1.36 kV、占空比30%的高场非对称方波电压,对丙酮、丁酮和两者混合物进行FAIMS-MS实验. 质谱结果表明,离子和中性分子之间存在分子离子反应,同时在丙酮和丁酮的混合物中有质子转移. 调节补偿电压从-30～10 V以0.1 V的步长扫描,实现了在质谱仪之前进行离子分离的功能.     

532 nm激光作用下CH3I分子的多光子电离

利用飞行时间质谱仪在超声射流冷却条件下探讨了532 nm激光作用下CH3I分子的多光子电离(MPI)解离过程和机制,得到了分子的飞行时间质谱,质谱中包含较强的I 、CH3 离子信号和较弱的CH3I 、CHn (n≤2)、C 、H 离子信号.不同激光能量下的质谱信号在排布上相似,但在强度上有差别.在532 nm激光作用下CH3I分子的多光子电离包括两个过程:一是CH3I分子由双光子激发到A带解离,生成I原子和CH3基团,然后再吸收光子实现中性碎片电离;另一通道是CH3I分子由三光子共振激发到里德堡C态,处于激发态的母体分子继续吸收两个光子电离形成母体离子,碎片离子可由母体离子解离形成.     

Penning型离子存储器的研制

原子分子物理学家对于孤立的、静止的粒子的获得是非常感兴趣的.因为这样的理想的实验条件可以使问题简化,从而得到精确的实验数据。60年代以来人们首先用电场和磁场将非常低速运动的离子束缚在很小的空间内,持续一段相当长的时间,称之为离子的存储,使用的装置称为离子存储器或离子阱(ion trap)。近年来有人利用激光场停止原子束的运动而获得储存的原子。离子存储器主要有两种类型:一种为电场—高频电场约束(称为rf型),另一来为静电场—静磁场约束(称为Penning型),前者有人用来进行光谱精细结构的研究工作,而后者有人用来进行离子—原子碰撞的研究工作。我们在国内首次研制了Penning型离子存储器获得成功,并将用于离子—原子碰撞电荷交换过程的研究。做为这一系列研究报告的首篇报导,本文将详细地介绍Penning型离子存储器的工作原理和实验技术的细节。     

H+5团簇离子及其中性团簇产物H3和H4

报道了H+5的实验结果.分析讨论了H+5的形成和分解途径.根据理论分析,以稳定的H+3为核心与一个或多个氢分子结合可能形成稳定的H+n氢团簇离子.另一方面,在高频离子源中, 有发生H+3与H2反应的条件.实验中,从高频离子源引出的离子束被静电加速器加速,然后用90°磁分析器选择质量数为5的离子,再将这些离子偏转20°,最后在20°方向测量它们的能谱.从能谱发现,在高频离子源中可能通过H+3与H2的离子-分子反应形成了H+5团簇离子;并且在H+5的分解产物中还发现可能存在H3和H4等中性团簇产物.     

电场磁场平行型中性粒子分析器剥离单元和分析单元的设计与模拟

介绍了电场磁场平行型中性粒子分析器(E//B NPA)的剥离单元和分析单元的结构设计。剥离单元由剥离室(包括两个差分管和供气波纹管)、真空室(包括一个中性粒子进入孔和一个离子排出孔)和真空抽气系统组成。计算了分析器的剥离效率，用综合效率的形式R×f₊₁表示，R是透射率，f₊₁是电荷态为+1的粒子的比例。E//B NPA的分析磁场由永磁铁、磁极和磁轭构成的磁体来实现，永磁铁的材料是NdFeB，磁极和磁轭的材料是低碳钢。磁极采用收口式设计，以聚焦离子的飞行轨迹，并提高磁场的利用率。通过对电磁场中带电粒子飞行轨迹的模拟，观察到H⁺和D⁺在探测面上的离子轰击点分为上下两行，并分别按照能量由低至高从左到右排布。所模拟H⁺和D⁺的能量范围分别为20～200keV和10～200keV，可以满足HL-2A和HL-2M装置上中性束注入加热等离子体时快离子质谱和能谱的诊断需求。     

环形电场与非均匀磁场重叠场中能量分散形式的二级离子轨迹及其转换公式

本文用变分方法计算了环形电场与非均匀磁场重叠场的二级离子轨迹,以能量分散形式加以表述。讨论了在能量、速度、动量三种分散形式间的系数转换公式。给出了相应的转换矩阵。以上结果,便于在离子光学理论研究和质谱仪器的实际设计中应用。 关键词：     

带电粒子的动量分析和能量分析

本文介绍用磁分析器对带电粒子进行动量分析及用静电分析器对带电粒子进行能量分析的实验原理和方法.实验中用到高真空、离子源、磁场、高电压及小电流测量等方面的实验技术,可以对学生进行综合性的实验训练.一、基本原理 1.磁分析器 磁分析器是对带电粒子进行动量分析的仪器,它由直流电磁铁和真空盒组成.直流电磁铁包括磁轭、磁极和励磁线圈三部份(见图1).磁极和磁轭用工业纯铁做成,励磁线圈是用漆包线在铜骨架上绕制而成.两磁极面彼此平行,且呈60°扇形.放在两磁极之间的真空盒作为粒子的通道. 设速度为。的带电粒子进入磁感应强度为B的…     

浮地式反射飞行时间质谱计的设计

介绍了国家同步辐射实验室原子分子物理实验站自行研制的小型光电离反射式飞行时间质谱计(RTOFMS-Ⅲ).该仪器为浮地式结构,可用YAG激光器或同步辐射为激发光源.在质量数为107时,其质量分辨本领可达1034.     

离子溅射(Ⅰ)

荷能粒子轰击固体表面,打出离子和中性原子的现象称为溅射.由于离子易于在电磁场中加速或偏转,所以荷能粒子一般为离子,称这种溅射为离子溅射.随着真空技术、薄膜技术、表面分析技术以及表面科学的发展。离子溅射的用途越来越广泛,其重要性也日益为人们所共知.如今,离子溅射在溅射离子源、二次离子质谱分析(SIMS)、离子束分析、溅射镀膜、离子镀、离子和离子束刻蚀、表面微细加工等领域有广泛的应用.同时,溅射理论在分析核材料的辐照损伤,防止聚变堆中的等离子体沾污,研究离子注入、离子束混合等方面也有重要意义. 离于溅射理论经历了漫长…     

阈值光电子分析器及其在原子分子光电离研究中的应用

合肥国家同步辐射实验室（ＮＳＲＬ）光化学实验站上，国内首例用于研究原子、分子结构的阈值光电子谱（ＴＰＥＳ）技术。系统给出了阈值光电子分析器的结构和原理、检测控制系统、性能测试以及提高系统分辨率的措施和想法等，用该装置获得了一些分子的阈值光电子谱、及采用离子飞行时间质谱（ＴＯＦＭＳ）得到的光离子效率谱（ＰＩＥＳ）。用Ａｒ￣＋（￣２Ｐ＿（１／２）和Ｋｒ￣＋（￣２Ｐ＿（１／２）峰作标定，我们的阈值光电子分析器分别获得了２０ｍｅｖ和１７ｍｅＶ能量分辨（ＦＷＨＭ）。通过对Ｎ＿２分子在６３０－８１０振动态和Ｒｇｄｂｅｒｇ自电离态的初步探讨可知该系统性能。     

等离子体浸没离子注入过程中离子质谱测量

用一个取样离子源－Ｅ×Ｂ质谱系统测定了等离子体浸没离子注入中氮等离子体的质谱，测量出的氮等离子体的离子比率作为计算机模拟ＴＡＭＩＸ程序的输入参数，以预测原子的浓度－深度分布曲线，氮注入的Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ样品用扫描俄歇微探针（ＳＡＭ）分析，获得了原子浓度－深度分布的试验数据，理论预测和用俄歇分析的结果比较，显示出很好的一致性．     

同步辐射在光电子谱方面的应用

光电子谱实验的实质是将一单色光入射到样品上同时测量光发射电子的能量分布,由此获得样品内芯能级和价电子能量的信息.研究原子、分子、固体和表面的光电子谱已经是较为成熟的一种实验技术,光子能量小于40eV时,称为紫外光电子谱;光子能量大于1keV时,称为X射线光电子谱.同步辐射发现后,由于它的连续谱性质(能量由几个eV到几keV),上述区分已不再十分清楚.本文主要介绍同步辐射用于光电子谱以后,在研究固体及其表面方面所取得的进展. 同步辐射由于具有波长可变、高度偏振和高强度等优点,使传统的光电子谱技术增加了许多新的功能.在数据采集…     

CH_3I分子多光子电离和碎裂的机理

本文报道了CH_3I分子在308nm激光作用下多光子电离质谱,测量了I~ 和CH_3I~ 离子产率对样品气体压强和激光脉冲能量的依赖关系,指出在308nm处,CH_3I分子同时存在两种碎裂通道的碎裂机理.     

近代物理讲座第五讲 等离子体物理与受控热核反应简介

一、什么是等离子体1.等离子体是物质的第四态 随着温度的升高,一般物质可经历固态、液态和气态,统称物质三态.在很高温度下,中性的分子和原子将离解和离化,变成电子和离子,物质进入一种新的状态——等离子体态.因此,等离子体可称为物质的第四态. 如上所述,等离子体就是由电子和离子组成的混合物(在未完全电离的等离子体中,还可包括一部分中性的原子和分子).电子和离子分别带负、正电荷,但是它们的电荷总量是相等的,因此从总体来看,等离子体还是呈电中性的.需要指出,并非所有包含电子、离子的气体都能称为等离子体,这里有一个量的要求,称为…