激光电离质谱用于元素分馏效应和中华卷柏大孢子中元素及孢粉素的研究

发布时间：2020-10-30 19:36

　　 激光(laser)应用于固体样品分析可以追溯到1962年,随后与质谱(mass spectrometry,MS)技术相结合,成为质谱固体样品分析史的一个里程碑。激光技术与传统的方法相比较有着独特的优势,如:样品前处理简单、消耗量少、分析速度快,同时带入的污染也少等。因此,被广泛地应用于地质考古、食品安全、生命医药、植物环境分析等众多领域。此外,激光技术与质谱相结合具有灵敏度高、准确性好、鉴定能力强、动态范围宽等优点。本论文在基于激光固体直接分析方法的平台上,研究激光电离产生的元素深度分馏效应,以及质谱技术在植物孢粉学中的应用,主要研究内容如下:第一部分:尽管激光技术与质谱相结合有着许多优点,但却存在一个无法避免的缺陷,即分馏效应。本课题组自行设计组装的激光电离飞行时间质谱仪(LI-TOFMS),激光直接作用于样品对其进行电离,不借助其它辅助电离源,可直接研究激光电离弹坑深度产生的元素分馏效应。对当前激光溅射电离元素分馏效应的研究所采用的仪器和方法进行了较为详细的总结,介绍了激光电离分馏效应的研究背景和意义。比较了纳秒激光和飞秒激光电离产生元素分馏效应,结果表明:纳米激光电离与飞秒激光电离相比较,在样品上会造成更广泛的热效应区域,使得作用完后的样品表面组分会重新分布,从而偏离原始值,但会在一定弹坑深度时,组分又接近真值,这个过程的发生与样品中元素的物理化学性质密切相关,且飞秒激光电离能显著的减小元素深度分馏效应。第二部分:实验室激光电离飞行时间质谱,其独特的离子源室,可通过控制离子源室的充入惰性气体的气压,实现对中华卷柏大孢子外壁的元素和有机物的分析。中华卷柏大孢子的孢子壁有外壁和内壁之分,孢子中心为原生质,其中孢外壁含有耐腐蚀的孢粉素。选用认可度极高的元素分析电感耦合等离子体质谱技术(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)初步对中华卷柏大孢子进行整体微量元素检测,含有Mg,Cr,Mn,Ni,Cu,Zn,Sn,Pb这些微量元素。利用LI-TOFMS对中华卷柏大孢子外壁进行元素分析,结果表明有H,C,O,Mg,Si,Cl,K,Ca元素,其中Si并不是生命所必须的元素,却在孢外壁中含量很高。此外,在消解过程中,孢粉素很难被消解,在不加HF的条件,原始的中华卷柏大孢子会消解为一个白色空心球状物,即孢外壁孢粉素,通过对其进行能谱分析,显示Si元素的含量仍很高,对此认为,中华卷柏大孢子外壁对Si元素有着很强的富集能力,并且Si元素可能在孢粉素的化学结构中占有一席之位。在LI-TOFMS有机谱图中,存在可能是对香豆酸的有机峰,其是组成孢粉素的重要有机单体。此外,借用基质辅助激光解析质谱(MALDI-TOFMS)对中华卷柏大孢子的外壁、内壁及原生质,保持各部分的自然状态,分别对其进行直接固体样品有机物分析。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O657.63;Q944
【部分图文】：

或者粉末压片，以及冷冻千燥样品），因而可实现各种各样的样品分析，如矿物、??金属、陶瓷、玻璃、聚合物甚至生物样本。??ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ的原理在过去的二十几年都未有什么变化，结构（如图１．３所??示）。在大气压氛围下高能脉冲激光光束通过聚焦或者塑形照射到密闭溅射室中??样品表面，激光与待测样品相互作用产生气溶胶，Ｈｅ作为载气通过溅射室，主??要因为Ｈｅ与Ａｒ相比较粒子的传输能力显著增强约３？５倍，从而提高检测灵敏??度［２２］。将灘射室中产生的气溶胶粒子引入到ＩＣＰ矩管中，ＩＣＰ矩管是由三层石英??套管构成，氩气通入到最外层套管中，起冷却作用，中管通入氩气作为辅助气。??在炬管上方缠绕着高频感应线圈，产生垂直于线圈平面的磁场使最内层矩管的氦??气电离，并在电磁场中与周围的氦气碰撞产生更多的电子和离子，形成温度可以??８??

许多研究表明使用ｆｓ激光能有效减小元素分馏效应［３７］。飞秒激光与纳秒激??光最本质的区别一一脉宽的不同，即纳秒与飞秒激光与物质相互作用时间不同，??造成物质相互作用机理也不尽相同（如图１．５ｂ所７Ｋ）。飞秒激光电离，金属的自??由电子吸收激光的光子，从基态跃迁到高能态，由于飞秒的脉宽小于１０?ｕｓ，这个??时间不足以将大部分的热，扩散到周围甚至物质内部，很大程度上减小了热影响??区，基于光电效应，高能电子从晶格中逃逸出来并往样品深处扩散，有利于正电??荷在样品表面聚集，正电荷离子之间的排斥力大于晶格结合力，发生库伦爆炸，??样品表面迅速瓦解［３８’３９］。??激光溅射过程涉及到许多参数，其中包括激光脉冲能量、波长、脉宽、激光??光束直径、频率、激光聚焦和塑形、溅射模式等。对于元素分馏效应的产生以及??尽可能减小分馏效应，诸如以上的参数都被许多课题组广泛的研究过［４（）ＭＩ］，甚??至产生的气溶胶颗粒的分布等（如图１．６所示）。此外，除了一些实验直接将激??光溅射产生气溶胶引入到ＩＣＰ－ＭＳ外

ｆＳ＾ｔ??Ｍ？ｃ?隱ｖｃ??图１．５脉冲激光与样品相互作用；（ａ）纳秒激光，（ｂ）飞秒激光［３６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｌａｓｅｒ－ｍａｔｔｅｒ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ?ｐｕｌｓｅｓ?ａｎｄ?ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ?ｐｌｕｓｅｓ?［３６］??许多研究表明使用ｆｓ激光能有效减小元素分馏效应［３７］。飞秒激光与纳秒激??光最本质的区别一一脉宽的不同，即纳秒与飞秒激光与物质相互作用时间不同，??造成物质相互作用机理也不尽相同（如图１．５ｂ所７Ｋ）。飞秒激光电离，金属的自??由电子吸收激光的光子，从基态跃迁到高能态，由于飞秒的脉宽小于１０?ｕｓ，这个??时间不足以将大部分的热，扩散到周围甚至物质内部，很大程度上减小了热影响??区，基于光电效应，高能电子从晶格中逃逸出来并往样品深处扩散，有利于正电??荷在样品表面聚集，正电荷离子之间的排斥力大于晶格结合力，发生库伦爆炸，??样品表面迅速瓦解［３８’３９］。??激光溅射过程涉及到许多参数，其中包括激光脉冲能量、波长、脉宽、激光??光束直径、频率、激光聚焦和塑形、溅射模式等。对于元素分馏效应的产生以及??尽可能减小分馏效应
【参考文献】

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本文编号：2862914