激光共振电离质谱技术及应用

【作者】 李志明； 翟利华； 沈小攀； 韦冠一； 邓虎； 徐江；

【机构】 西北核技术研究所；

【摘要】 激光共振电离质谱是激光共振电离技术与质谱技术相结合所形成的一门新型质谱分析技术,能有效避免热表面电离质谱、电感耦合等离子体质谱等商用质谱仪固有的同量异位素干扰问题,能实现强基体干扰下的超痕量核素的同位素分析,在地质、环境、天体物理等领域具有较好应用前景。为解决国家安全和敏感领域中的核素分析问题,掌握大型无机和同位素质谱仪器核心技术,提升我国无机和同位素质谱整体研发能力,在国家重大科学仪器设备开发专项项目—―"激光共振电离质谱关键技术研究和设备研制"项目支持下,着重解决了仪器总体设计、部分关键部件研制和集成调试等方面的核心关键技术,从物理参数设计和板卡级部件研发为始,进行了激光共振电离质谱设计和关键部件的正向研发,在激光的调谐稳频和合束、磁质谱的离子光学传输系统、磁电双聚焦实现、多接受探测和质谱仪器测控软件以及在飞行时间质谱垂直离子引入和低本底离子探测等核心关键技术上均取得了具有自主知识产权的成果,成功研制了基于磁电双聚焦质量分析器和飞行时间质量分析器的激光共振电离质谱仪。仪器的质量分辨率达到500以上,丰度灵敏度达到10^-10。通过在核科学和国家安全敏感领域开展应用技术研究,建立了铀、钚、钐、钕、锡等5种核素的样品前处理、原子化源制样技术以及激光共振电离质谱的分析测试技术和方法,对低丰度U-236测定丰度灵敏度好于10^-10,探测灵敏度达亚飞克量级;对于大量铀下Pu-238的同位素选择性达到10⁷,仪器对Pu绝对探测限好于10⁵原子。研发的激光共振电离质谱仪不仅用于核测试、核保障、核安全及核取证等领域中复杂基质中低丰度同位素测试,以解决国家安全和敏感领域的长寿命核素分析难题;还可拓展用于新能源堆中关键核参数测定,以及用于长寿命核素示踪研究的环境、生物、生命等众多科学领域以及国民经济众多场合。更多还原