[發(fā)明專利]超高空間分辨率的LIBS固相同位素測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410135440.8
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103884692A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雷;李郁芳;尹王保;董磊;馬維光;肖連團;賈鎖堂
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高靈敏高分辨率激光光譜技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，具體來說是一種超高空間分辨率的LIBS固相同位素測量裝置及方法。

背景技術(shù)

作為元素特有“指紋”的同位素比值，反映和傳遞了該元素在自然熔化、蒸發(fā)、沉淀以及食物鏈傳遞過程中的變化信息，從而使固相同位素比值分析成為地質(zhì)學、地球科學、考古學、核工業(yè)、食品安全、生態(tài)環(huán)境學、生物醫(yī)學等領(lǐng)域重要的研究手段。例如：在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值可用來示蹤重金屬污染物的不同來源渠道；在地球科學領(lǐng)域，鋯石中⁷Li/⁶Li比值可用來分析地殼巖漿的成因和大陸地殼的演化規(guī)律；在核工業(yè)安全領(lǐng)域，²³⁵U/²³⁸U、²³⁹Pu/²⁴⁰Pu等比值可用于核污染監(jiān)測與核反恐；在考古領(lǐng)域，通過考古現(xiàn)場碳酸鹽巖中⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值與海洋中Sr同位素定標曲線的對比，可推算出巖石的年代。因此，對于固相同位素的比值分析研究是相當重要的。

傳統(tǒng)的固相同位素比值分析方法主要有熱電離質(zhì)譜法（TIMS）和電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（ICP-MS）兩種，前者雖然精度高卻耗時長，后者雖然檢測速度快卻需要溶解和分離等復(fù)雜的樣品預(yù)處理。為此人們提出了一種激光燒蝕固體進樣技術(shù)，它采用高能脈沖激光聚焦樣品局部表面使其迅速熔化蒸發(fā)，然后利用載氣將蒸發(fā)物輸送到ICP-MS設(shè)備中進行分析。這樣雖然省去了樣品預(yù)處理過程，但設(shè)備造價較高。

近年來激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)常用來進行固相同位素的比值及含量測量，該技術(shù)屬于新型光譜分析技術(shù)領(lǐng)域。利用高功率密度的脈沖激光照射樣品表面，使樣品表面附近的原子經(jīng)過多光子吸收及碰撞電離等過程從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，形成等離子體，通過測量其自發(fā)輻射譜線的波長即可獲知樣品中元素組成（定性分析），通過對譜線強度進行分析即可獲知元素含量（定量分析）。LIBS技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有多元素快速分析、無需樣品預(yù)處理、成本低及環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點，比較適合于固相同位素分析。目前國際上相關(guān)研究主要有：法國原子能委員會利用2m長的光譜儀（分辨率為600000，倒線性色散率為0.1nm/mm）對U(II)424.437nm處頻移ΔIS=25pm的同位素雙線進行了分辨，對²³⁵U/²³⁸U比值的測量精度（RSD）為5%；美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室采用2m長的光譜儀（倒線性色散率為0.095nm/mm）對Pu(I)594.52202nm處ΔIS=13pm的同位素（²³⁹Pu和²⁴⁰Pu）雙線進行了分辨，頻移間隔為6.7個像素，譜線線寬（FWHM）為3.2個像素；美國佛羅里達大學采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜與激光激發(fā)原子熒光（LIBS-LEAF）聯(lián)用技術(shù)對⁷Li/⁶Li比值進行了測定，實驗中采用線寬為10pm的染料激光以25pm/min的速率對Li(I)670nm處ΔIS=15pm的同位素雙線進行了掃描，其測量精度為4%；加拿大國家研究委員會采用分辨率為20800的光譜儀觀察到了不同²³⁵U/²³⁸U比值樣品424.4nm處U(II)線的譜峰頻移，并結(jié)合偏最小二乘回歸法（PLSR）建立定標方程，其測量精度為7%。由上可見，目前國際上利用LIBS技術(shù)進行同位素分析仍存在系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、精度差等缺點。因此需要一種測量精度高且結(jié)構(gòu)簡單的LIBS同位素測量裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決目前LIBS同位素測量裝置及方法精度較低且裝置較復(fù)雜的技術(shù)問題，提供一種超高空間分辨率的LIBS固相同位素測量裝置及方法。