同位素測量原理及概要(編輯修改稿)
2025-05-26 12:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，它可以分析很小礦物顆粒的同位素組成和元素含量。 （ D）電感耦合等離子化（ Radiofrequency inductively coupled plasma— ICP): 用高頻 (7MHz56MHz)感應(yīng)電源，通入 Ar氣并使之與高頻發(fā)生器感應(yīng)耦合形成高溫等離子體，把試樣通過霧化器導(dǎo)入高溫等離子體中進行電離。 激光 ★ 離子流的引出： 由樣品離子化出來的離子 ， 其初始速度一般都不大 ， 要利用這些離子進行質(zhì)譜分析 ， 必須將它們從離子源中引出 ， 并使之具有一定的速度 。 為此 ， 在離子源的電離室和出口縫之間加上一定的電壓 ， 造成電位梯度 ， 使離子朝著質(zhì)量分析器的方向加速 ， 離子獲得能量： eV mv? 122此電位差稱為加速電壓 ， 在分析正離子時 ，樣品和電離室處于高電位 。 出口縫處于低電位 。 在分析負(fù)離子時 ， 則相反 。 出 口 縫偏 轉(zhuǎn) 電 極加 速 電 極引 出 電 極屏蔽加 熱 金 屬 絲電源被加速后的離子在垂直運動方向的電場中會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，運動離子在一些電場的偏移就象光穿過透鏡折射一樣，故這些電場又稱靜電透鏡（參考電場中的離子光學(xué)）。通過一系列的透鏡和狹縫使離子流變成一束運動方向基本一致的離子束而進入磁分析器。 (2) 質(zhì)量分析器（磁分析器） 磁分析器是質(zhì)量分析器的一種 ， 目的是把不同質(zhì)量的離子分開 。 磁分析器由精心設(shè)計的電磁鐵和置于其間的離子飛行金屬管道組成 。 所設(shè)計的電磁鐵的兩極的形狀和位置保證磁力線垂直于離子運動方向 。 一個質(zhì)量為 m ，電荷為 e的離子在電壓為 V伏的加速電場中獲得能量 E為： E eV mv? ? 122其中 v 為離子運動速率。這樣從離子源出口射出的帶等量電荷的相同質(zhì)量離子具有相同的動能，但不同質(zhì)量的離子具有不同的速度： veVm?2例如： H+離子（質(zhì)量數(shù) =1）在 104 V的電場中加速，那么其從離子源射出的速度是多少？ 電子的電荷為 1019庫倫 原子的質(zhì)量為 1027Kg 代入 veVm?2計算得 V=1388 km/s 當(dāng)離子以上述速度 （ ） 進入磁場時， 它們受到洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)半徑為 R，洛倫茲力與離心力平衡，即： B e v m vR?2v eVm? 2 由以上兩式消去速度 u 得： emVBR21?emVBR21? 該式表明： ①通過調(diào)節(jié)加速電壓 (V)或磁場強度 (B)，可以使得任何質(zhì)量為 m和電荷為 e的離子沿半徑為 R的軌道運動。 ②如果 B和 V為定值，單位電荷離子運動軌跡的半徑與質(zhì)量的平方根成正比。即重離子比輕離子偏離直線的程度小。 因此在橫向磁場中，離子受洛倫茲力作用作勻速圓周運動，軌道半徑為： emVBR 21?離子旋轉(zhuǎn)一周又重新會聚到入射點 ， 因此橫向磁場 (磁場 旋轉(zhuǎn)圓周 )具有完善的方向聚焦作用 。而且有質(zhì)量分離能力 ， 即各種不同質(zhì)荷比的離子按時間先后 而會聚到入射點上 (t=2?m/eB)。 但是偏轉(zhuǎn) 2?弧度的磁場 在質(zhì)譜分析上是 沒有實用價值 的 ， 因為要想把離子源出射縫和檢測入口縫放在一起構(gòu)成偏轉(zhuǎn) 2?弧度的質(zhì)譜計 ， 在結(jié)構(gòu)上是不可實現(xiàn)的 。 理想的場應(yīng)當(dāng)既能象棱鏡那樣使離子束發(fā)生質(zhì)量色散，又應(yīng)有透鏡的作用（參考磁場中的離子光學(xué)），使發(fā)散的離子束聚焦 (下圖 )。 圖 有聚焦作用的磁棱鏡 ya x tg? ? ?tg xR xm? ??2 2y x a xR xm? ??( )2 2這樣的磁場的邊界是精心計算設(shè)計的 （ 3） 離子接收器 離子接收器由一個有限制狹縫板和金屬杯 (法拉第筒 )組成，調(diào)整加速電壓或磁場電流以及移動接收杯，使相互分開的幾個離子束中的某一個離子束正好聚焦并通過限制狹縫而進入接收杯內(nèi)。 法拉第離子接收器 接收器直接獲得的離子流強度是極其微弱的，一般小于 10－ 8－ 10－ 9A，必須經(jīng)過直流放大器放大后才能進行記錄和檢測，直流大器的電阻較大 (109－ 1012?，一般用 1011?。例如離子流強度為 10－ 11A 則該放大器上的電位差為 1伏特），放大器上的電位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。
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