磁式電感耦合等離子體質譜儀及其在核地質分析中的典型應用

郭冬發，劉瑞萍，曾 遠，李 黎，崔建勇，劉桂方，李伯平，湯書婷，謝勝凱，王婭楠，吳俊強，熊 超，李金英

(1.核工業北京地質研究院，北京 100029；2.中國核工業集團有限公司，北京 100822)

核地質分析是以鈾礦地質、核廢物地質處置、地熱和地下流體等核地質樣品為分析對象，通過物理或化學方法獲得樣品中特定的形態形貌、結構、元素含量、同位素組成、核素活度和礦物組合等參數的一類分析測試技術。在這類分析測試技術中，磁式質譜儀起著關鍵作用。根據離子源種類的不同，用于核地質分析的磁式質譜儀主要包括電子轟擊磁式質譜儀、熱表面電離磁式質譜儀、電感耦合等離子體磁式質譜儀、離子束磁式質譜儀和激光束磁式質譜儀。本文將主要介紹電感耦合等離子體磁式質譜(ICP-SFMS)儀及其在核地質分析中的典型應用。

1 儀器發展現狀

1.1 磁式ICP-MS的幾何結構

自1988年VG Elemental公司推出Plasmatrace Ⅰ磁式ICP-MS以來，共有18種以上由不同廠家推出的磁式ICP-MS儀。Norbert等分別于1998年[1]和2011年[2]對磁式ICP-MS的歷史、基本原理、儀器和應用進行了較詳細的綜述。根據檢測器類型的不同，ICP-SFMS主要包括單接收電感耦合等離子體質譜儀(SF-ICP-MS)、多接收電感耦合等離子體質譜儀(MC-ICP-MS)和全譜電感耦合等離子體質譜儀(Spectro-ICP-MS)。它們均以ICP為離子源，經過離子提取、離子光學調制和加速后進入磁-電或電-磁雙聚焦分析器，在分析器中進行再調制后進入檢測器，獲得不同質荷比的離子流強度，進而計算得到元素含量或同位素組成。由于ICP源產生的離子能量比較分散，通常需要采用靜電分析器和磁分析器雙聚焦布局。……