稳定性同位素质谱仪-MAT253功能及原理.pdf

理化分析中心实验室 部分大型仪器介绍 杨京蓉 2010年9月 中科院地理科学与资源研究所 稳定性同位素质谱仪MAT253 功能及原理 一、稳定性同位素质谱仪-MAT253 美国热电出品 zD/H同位素比 z18O/16O同位素比 z15N/14N同位素比 z13C/12C同位素比 一、Finnigan MAT 253 „质谱仪工作原理 „仪器构件及其功能 稳定同位素比例质谱仪工作原理 ‹质谱是按照原子（分子）质量的顺序排列的图谱， 利用光谱法、核感应法或微波吸收法都可以构成试 验装置，进行质谱研究 ‹质谱仪（mass spectrometer）是基于电磁学原理 设计而成的仪器，它只能对带电粒子起分离作用， 所以要求将被研究的原子（分子）转变成离子，而 仪器所获得的信息则是离子的质量m与电荷e之比— —m/e。 ‹近百年来，人们利用质谱仪进行了原子量测定、同 位素分离与分析、有机物结构分析和其它科学实 验，形成质谱法，在现代分离、分析研究领域中占 有重要地位。 一、Finnigan MAT 253 „质谱仪工作原理 „仪器构件及其功能 zMAT253主机 zCONFLLO多功能接口 zTC-EA分析仪 zFLASH-EA分析仪 MAT253质谱仪主机 德国Finnigan公司生产 质谱仪内部核心系统 差分抽气系统 m z 2 = B R 2 U 电子轰击源 真空龟 （H2、CO、N2、CO2） 2 离子源发生器 同位素测定原理-磁场偏转 2 2 BR m = z 2U Under continuous flow conditions 4He+ is about 107 times more abundant than HD+. magnet m/z 4 (He+) 2.25-2.5 KV m/z 2 (H2+) 3 KV m/z 3 (HD+) 3KV ion source universal triple collector For N2, CO2, CO, SO2, O2 接收器 ‹用于C、N、O、S、Si、Ar、Kr、 和 Xe的接收器位于全偏转半径的焦 点平 面上。 ‹使用深的、单独屏蔽的法拉第杯 以抑制二次电子。最多可配置8个独 立的杯，具体取决于应用要求。每 个 杯的数据可被同时采集。 ‹D/H接收器位于小的偏转半径上。 m/z 3(DH)的杯配备了阻滞透镜。这 使得 Finnigan MAT 253可以测量大 量He存在下，连续流中的D/H比。 ‹放大器的动态线性范围为50V， 每个通道可计算机切换的增益，通 过切换反馈电阻得以实现。此 新设 计使得宽范围比值摆动的测量得以 实现，如：浓缩或富集的样品。 法拉第杯（氢杯） 法拉第杯（CNOS杯） 系统控制：各部分有机的连接 所有的质谱仪的状态均由软件控制，包括 ¾离子的产生 ¾质量的分离 ¾离子的检测 • 离子源控制允许手动调谐、自动调谐并可 存储和提取离子源参数。系统配置很容易 被限定。不同配置象征不同的分析设定可 被存储和提取。最多支持八个数据采集通 道同时进行。 应用软件智能化 质量控制 系统性能 ： ‡质量范围 1-150 道尔顿，加速电压为10 kV ‡分辨率 ：CNOS: m/Δm = 200（10% 峰谷） H/D: m/Δm = 25（10% 峰谷） ‡灵敏度（绝对）： 800个CO2分子产生一 个可被检测的质 量数44的离子（800分子/ 离子） ‡离子源线性 ：0.02‰/nA，离子流（质量 数44）在相 应灵敏度1200分子/离子 可测定单元素及双元素 一、Finnigan MAT 253 „质谱仪工作原理 „仪器构件及其功能 zMAT253主机 zCONFLLO多功能接口 zTC-EA分析仪 zFLASH-EA分析仪 CONFLO-多功能接口 He CO H2 N2 CO2 特点 在软件上方便设置 可以自动稀释样品的含量比例 自动稀释后D/H、16O/18O 同位素比例测定图例 一、Finnigan MAT 253 „质谱仪工作原理 „仪器构件及其功能 zMAT253主机 zCONFLLO多功能接口 zTC-EA分析仪 zFLASH-EA分析仪 MAT-253-TC-EA仪器 MAT253-TC-EA TC-EA 仪器功能：测定水样及 固体样品 ‡D/H同位素比值 ‡16O /18O同位素比值 TC-EA测定水、固体D/H、16O/18O同位素比 值 D、O测定 CTC自动进样器 TC-EA 仪器内部结构 反应炉 反应原理：玻璃碳管、高 温裂解 陶瓷管、玻璃碳粒 D/H、16O/18O同位素反应原理 高温裂解 D/H、16O/18O测定 反应过程 TC-EA测定D/H、16O/18O过程示意图 TC-EA操作步骤（测定D/H、18O/16O同位素比） ⑴ 制备样品 ⑵ 编辑sequence进样序列，选择方法 ⑶ 上机测试样品 ⑷ 处理数据 样品制备 ①水样：0.45微米过滤 ②植物土壤中水需要真空抽提 装置抽提出来 ③固体中的D、O可磨细200目 以下用银杯包裹直接上仪器测 定 摆放样品到自动进样器上 CTC自动进样器 设置好进样针的位置 上机操作软件 上计算机操作软件 建立方法 调用、选择方法 上机编辑进样序列表（样品名称、质量、调用方 法等信息） 保存、选定、开始 D/H、16O /18O同位素分析图 自动测试、计算样品结果（D/H同位素比） 自动测试、计算样品结果（18O/16O同位素比） 数据导出 数据分析 结果计算 一、Finnigan MAT 253 „质谱仪工作原理 „仪器构件及其功能 zMAT253主机 zCONFLLO多功能接口 zTC-EA分析仪 zFLASH-EA分析仪 FLASH-EA MAT253-FLASH-EA FLASH-EA仪器用于测定土壤 及植物： ‡15N/14N同位素比值 ‡13C/12C同位素比值 FLASH-EA内部结构 自动进样器 He O2 还原管 氧化管 GC 吸附剂 FLASH-EA反应原理示图示 吸附剂 还原管 氧化管 to IRMS 还原管 氧化管 GC 样品制备 15N/14N 、13C/12C同位素测定 ①土壤过2mm土壤筛； ②植物用蒸馏水清洗； ③植物和土壤样品置于60ºC烘干至恒重； ④研磨至200目以下； ⑤用锡杯天平称重、包裹上仪器测定 精密天平 百万分之一分析天平（感量：1微克） 称量、包裹样品 顺序放在固体自动进样器上 15N/14N 、13C/12C同位素测定软件 1. 在acquisition界面 2. 新建、编辑sequence:：输入样品质量、样品 号、洞号等，检查正确后保存。 3. 放样品：依次将样品按号码从小到大小心夹入 洞中，第一个样品为正对着圆圈的样品。每32 个样品放一盘。注意勿将样品掉入其他洞中。 然后盖好盖子（注意正面朝上），仔细检查正 确。 15N/14N 、13C/12C同位素测定软件 4. 在sequence:中选中将要开始的样品（正对 着圆圈的样品）下拉至这一盘的最后一个样 品（不要多选），点击start。则开始测定。 测定过程中不能打开盖子。样品测试过程尽 量不要经常翻开前面测过的样品，容易造成 计算机死机。 5. 如果要在中间停止，点击正在测定样品视窗 上的stop，在“完成本样品”前打“√”，则仪 器在测定完当前样品后自动停止下面样品实 验。重新开始时要重新选定将要开始的下面 的样品行。 编辑进样序列表（样品名称、质量信息、方法选定、开始 实验） 样品测定图例（ 15N/14N同位素比） 样品测定图例（ 13C/12C同位素比） 自动计算输出结果 Sample No. 称重（mg) Peak Amt% d 15N/14N AT% 15N/14N d 13C/12C AT% 13C/12C urea 0.271 1 54.619 -1.836 0.365 urea 0.271 2 54.666 -1.598 0.365 urea 0.271 3 46.685 -1.418 0.365 urea 0.271 4 19.430 -43.051 1.058 urea 0.271 5 23.561 -30.662 1.072 urea 0.271 6 23.268 -30.897 1.071 A1 2.225 1 4.220 -1.866 0.365 A1 2.225 2 4.224 -1.598 0.365 A1 2.225 3 1.681 -1.348 0.365 A1 2.225 4 47.092 -29.109 1.073 A1 2.225 5 17.095 -30.85 1.071 A1 2.225 6 17.183 -30.897 1.071