ICP-MS的离子运动研究与仪器实现

论文摘要

近年来，新材料、新能源行业迅猛发展，环境生态、食品安全问题日益凸显，ICP-MS（电感耦合等离子体质谱仪）作为具有广泛适用性的痕量超痕量分析工具，涉足领域愈来愈广，体现出巨大的发展潜力。拥有国人自主研发的高水平电感耦合等离子体质谱仪器已经成为广大分析工作者的强烈愿望和迫切需求。本文以“ICP-MS仪器的研制”项目为依托，从研究离子整个运动过程的角度来实现仪器工作参数的优化、新型部件的设计。本文在对等离子体气流运动和离子提取过程的研究中，首次建立了正离子提取模型，评价了锥后空间电荷效应的影响，解释了ICP-MS分析中常见的轻质量歧视现象；利用电磁场分析软件SIMION模拟了离子在现有透镜系统中的运动轨迹，以优化电极电压组合提高离子传输效率，提出了基于四极静电偏转以及扫描驱动的新型离子传输系统的设计方案；分析了离子在四极射频场中运动过程，通过计算机模拟获得四极质谱图，探讨了与四极滤质器分辨率、扫描质量范围、丰度灵敏度等参数相关的因素，提出了四极质量分析系统的整体设计方案，包括结构及扫描系统的设计。目前第一代样机已经研制完成，并具备基本的无机元素、同位素检测能力，本文中就其已具有的分析能力及部分性能参数做出了评估，对现阶段仍存在的问题提出了实验解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 ICP-MS 发展现状
• 1.2 ICP-MS 仪器组成
• 1.3 课题背景及研究意义
• 1.4 论文主要内容
• 第二章 离子在锥提取接口中运动的研究
• 2.1 ICP 原理及等离子体气流的产生
• 2.1.1 电感耦合等离子体源结构
• 2.1.2 等离子体产生过程
• 2.1.3 ICP 样品电离机制
• 2.2 正离子提取过程研究
• 2.2.1 等离子体气流通过提取接口的过程
• 2.2.2 离子提取模型的建立
• 2.2.3 空间电荷的计算
• 2.3 本章小结
• 第三章 离子在传输透镜系统中运动的研究
• 3.1 离子在光学挡板式透镜系统中的运动
• 3.1.1 光学挡板式透镜系统组成
• 3.1.2 透镜系统的 SIMION 模拟
• 3.2 离轴偏转式透镜系统的设计
• 3.2.1 静电四极透镜基本理论
• 3.2.2 离子在四极静电透镜中运动轨迹
• 3.2.3 圆柱型四极偏转透镜的设计
• 3.2.4 四极偏转透镜驱动系统的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 离子在四极射频电场中运动及四极质量分析系统设计
• 4.1 离子在四极射频电场中的运动
• 4.1.1 四极滤质器的电场分布
• 4.1.2 离子在四极射频电场中的离子轨迹
• 4.1.3 四极滤质器扫描原理
• 4.2 ICP-MS 中四极质量分析系统的设计
• 4.2.1 四极质量分析系统组成
• 4.2.2 四极滤质器性能参数
• 4.2.3 四极滤质器谱图的模拟
• 4.3 四极滤质器扫描系统设计
• 4.3.1 扫描控制系统设计
• 4.3.2 四极杆射频电源设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 ICP-MS 仪器实现及性能参数
• 5.1 样机各部件实现方案
• 5.2 仪器工作参数
• 5.2.1 透镜调谐
• 5.2.2 载气压强
• 5.3 仪器性能
• 5.3.1 浓度检测范围
• 5.3.2 分辨率
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 存在问题
• 6.3 进一步的工作及展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢