高灵敏、高分辨二次离子质谱探针网络虚拟实验室研发

发布时间：2020-03-25 12:03

【摘要】：高灵敏、高分辨二次离子质谱(Sensitive High Resolution Ion Micro Probe,SHRIMP)能对复杂固体材料进行微区微量的原位成分及同位素近表面分析,广泛应用于古生物、地质、环境、冶金、石油、核能等领域。目前大多数高校和重点实验室的SHRIMP仪器培训模式以现场培训为主。但是,SHRIMP仪器价格昂贵,资源有限,检测需求量很大,难以满足科研需求,影响了此仪器的使用率和方法的普及。因此,有必要以SHRIMP为原型研发网络虚拟实验室,提供一种新的学习方法来减少上机培训时间,为用户实际使用仪器奠定基础。运用Yii框架、PHP+MySQL+Apache技术,并结合Pjax、jQuery、正则表达式等技术和数据库技术,开发了基于B/S应用网络模式的SHRIMP网络虚拟实验室。SHRIMP网络虚拟实验室以澳大利亚科学仪器公司的SHRIMP Ⅱ型高灵敏、高分辨二次离子质谱探针为蓝本,针对仪器的操作流程(SHRIMP U-Pb定年实验过程),设计了虚拟实验平台,包括分析条件设定、样品选取和分析过程共3个部分,共同模拟了仪器真实的实验过程。设计了可按动按钮、活动开关、滑动条、下拉菜单、可弹出窗口和输入框等元素模拟实验界面和实验过程。为了指导用户学习仪器实验操作步骤,虚拟实验室还提供了交互式操作导航。开发了虚拟实验室的网站管理,实现资料管理、用户管理、相关链接等功能。整合上述功能模拟开发SHRIMP网络虚拟实验室,使用户通过网络学习仪器基本实验操作。本文针对于WEB服务器和SHRIMP网络虚拟实验室进行了安全测试,各项指标符合预期的设计。并在北京离子探针中心完成安装和调试,展开了培训应用,运行状态良好,使用效果良好。
【图文】：

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图 1.1 网络虚拟实验室构造图网络虚拟实验具体指使用者在虚拟环境的条件下，通过 internet 实现远程访问目标网站，进而根据相应的实验步骤与操作流程，完成一系列实验任务并得到最后实验结果的整个实验过程。相应的，网络实验室是一种基于分布式的解决问题的虚拟环境[36-39]。其主要作用是给使用者创建一类网络实验技术交流、资源共享、合作实验等的研究学习平台。（2）虚拟实验室的分类虚拟实验室的种类繁多，根据不同的分类标准，可以将虚拟实验室分为以下几类[40,41]。根据脱离其真实的环境程度上可分为：纯虚拟实验和半虚拟实验。区别在于是否完全脱离真实的虚拟环境。根据实验群体的规模上可分为：多机型虚拟实验室和单机型虚拟实验室。根据虚拟实验室的工作位置上可分为：远程虚拟实验室和本地虚拟实验室。根据实现方式的不同可分为：基于虚拟现实的虚拟实验室和基于虚拟仪器的虚拟实验室等。虚拟实验室通过现代多媒体技术与通信的方式，为学生还原虚拟的实验环境及实验流程。基于虚拟实验室的诸多优点，近些年人们逐渐提出了通过虚拟实验来进行教学的思路。

结构示意图

图 2.1 SHRIMP 结构示意图2.1.2 SHRIMP 分析原理将测试样品靶放入样品舱里，氧离子被加速冲向主舱。在样品舱里，Koler 孔径使氧离子流聚焦以达到一次离子流所需要的强度并轰击到样品表面的靶区上。一次离子在真空环境下轰击样品，使晶体的一小部分蒸发。所产生的二次离子与样品之间以-10kV 的电势差被提取，通过静电透镜系统聚焦到副舱质量分析器的接受缝中。所有通过质量分析器的离子均被一个或更多的电子倍增器转换成信号，传输到电子计算机上显示出来，并换算成初步的年龄值。对测定结果用 SHRIMP 定年标准物质对 U-Pb 同位素含量及年龄进行校正，普通铅根据实测的204Pb 进行校正，然后给出所要测的年龄值[59-61]。离子探针定量分析中，常用成份已知的国家认可的标准样品做对比，或者用工作曲线法进行测量。然而标量对比法的局限性很大，因此安德逊等人提出 CARISMA 计算方法更
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH843

【参考文献】