[發明專利]用于靜態氣體質譜分析的設備和方法

有效

• 申請號: 201710243758.1
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107462622B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: J·施韋特斯;D·漢密爾頓
• 申請（專利權）人: 塞莫費雪科學(不來梅)有限公司
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 沙永生;樂洪詠

本發明涉及用于靜態氣體質譜分析的設備和方法。該靜態氣體質譜分析方法包括以下步驟：在時間t₀處將包括兩個或多于兩個待分析的同位素的樣本氣體引入到靜態真空質譜儀中；以低于所述樣本氣體的電離電位的第一電子能量操作所述質譜儀的電子碰撞電離源達在t₀之后直到時間t₁的第一時間段；及以至少高達所述樣本氣體的所述電離電位的第二電子能量操作所述電子碰撞電離源達在時間t₁之后的第二時間段。從t₀到t₁的所述第一時間段是對應于所述樣本氣體的所述同位素在所述質譜儀中平衡所花費的周期。

技術領域

本發明涉及質譜分析的領域。本發明尤其涉及(例如)用于同位素比測量的靜態氣體質譜分析。本發明可應用于鈍性氣體(也被稱為稀有氣體或惰性氣體)，即氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)以及其它氣體(例如CO₂或N₂)的穩定同位素分析。方法與設備兩者。

背景技術

鈍性氣體質譜分析對于輻射測量定年或同位素地球化學(例如，氬-氬定年和氦或氙同位素分析)來說至關重要。鈍性氣體質譜分析通常使用靜態氣體質譜儀，其中將含有鈍性氣體或所關注氣體的氣態樣本饋送到質譜儀中并接著留在光譜儀中而無需在質量分析期間泵送。因此，靜態質譜儀的特性特征在于其在分析期間保持抽空。在需要極高靈敏度時使用靜態質譜儀。通常進行分析以用于檢測微量鈍性氣體(He、Ne、Ar、Kr、Xe)的存在，但靜態質譜儀還(例如)可能夠分析其它氣體，例如CO₂或N₂。這些工具的實例包含來自ThermoScientific^TM的HelixTM及Argus^TM儀器。

更詳細地，在鈍性氣體同位素比質譜分析中，在樣本制備氣體管線中制備樣本氣體，其通常來自固體樣本，所述樣本制備氣體管線例如可連接到加熱構件(例如高溫鍋爐或激光加熱裝置)，以通過樣本加熱釋放少量在固體樣本(例如，小晶體或礦物)內部陷獲的樣本氣體。樣本氣體包括一或多種待分析的鈍性氣體。在其它情況下，還可直接從氣體樣本，例如，從空氣樣本獲得和/或清理鈍性氣體。

一或多個阱(例如冷阱)和/或化學吸氣劑(例如吸氣泵)用于制備管線中以供樣本氣體清理。阱和/或吸氣劑用以從樣本氣體中去除活性氣體，從而留下惰性鈍性氣體以供分析。在樣本制備期間，通常極少量鈍性氣體(例如，在標準壓力下約1μl或更少)從固體樣本中釋放并用化學吸氣劑及冷阱清理，隨后通過打開至質譜儀的進口閥而將氣體引入到抽空的質譜儀。樣本氣體可從在樣本制備管線中的約10^-4mbar的真空中進入到質譜儀中的高真空或超高真空。

將氣體引入到質譜儀的時間在先前技術中被定義為“時間零”。在將氣體引入到抽空的質譜儀之前，將光譜儀的真空泵與光譜儀隔離，以使得在分析期間無氣體從質譜儀泵送。因此，在靜態真空條件下執行分析。靜態真空條件需要具有除氣率極低(通常作為烘干程序的結果)的清潔內部表面的密封質譜儀(優選地密封到高或超高真空)。

通常在尼爾(Nier)類型的離子源的電離容積內部使用電子碰撞電離來實現靜態氣體質譜儀中的樣本氣體的電離。通過電場將經電離的鈍性氣體物質從電離容積中提取出，并加速進入質量分析儀(其通常為磁性扇區質量分析儀)中，但其可替代地為另一種類型，例如四極質量分析儀或飛行時間質量分析儀。例如包括多個法拉弟(Faraday)杯和/或電子倍增器(通常是所述兩種類型的組合)的多集電極通常用于檢測離子，確切地說是用于優選的磁性扇區質量分析儀。

本發明尤其適用于上述一般類型的靜態氣體質譜儀，并由此將上述特征并入為本發明可使用的特征。

在分析中，測量同位素豐度及通常測量一或多種同位素豐度比率，并隨后將所測量數據外插回“時間零”，即將樣本氣體首次引入到質量分析儀的時間，以便在測量期間說明通過氣體的電離進行的消耗及同位素部分分離。