Многоканальный счет ионов в изотопной масс-спектрометрии


Multiple ion counting in isotope abundance mass spectrometer

S. Richter, U.Ott, F. Begemann

International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, 136 (1994), 91-100

Расширенная аннотация статьи

Часто возникают проблемы в измерении изотопного состава элементов в следовых концентрациях вследствие низкой интенсивности ионных пучков из-за малого количества доступного для измерений образца и/или низкого выхода ионов в термоионизационной масс-спектрометрии. Типичным примером является исследование образцов внеземного происхождения — элементов в следовых концентрациях, содержащихся в суб-микронных частицах малых гранул метеоритов, попадающих на Землю из межзвездного пространства. Отклонения изотопного состава от нормального распределения изотопов в таких объектах необходимо измерять с точностями лучше чем 10-5.

Очевидным путем достижения высокой изотопной точности при измерении сверхмалых количеств образца является сбор всех интересующих сигналов изотопов одновременно. Таким образом, с одной стороны минимизируется время, необходимое для проведения измерений, с другой стороны, сокращается влияние нестабильностей ионных пучков. Для детектирования очень слабых ионных пучков необходимо использовать вторично-электронные умножители или подобные устройства. В ряде случаев при исследовании образцов желательно использование метода «прямой загрузки образца», когда гранулы не подвергаются растворению, а помещаются непосредственно в источник, что минимизирует вклад фонового сигнала. Однако, обычно, это приводит к значительному уменьшению ионного сигнала и пучки ионов становятся нестабильными. Очевидно, что решения таких задач не достаточно использования одиночного электронного умножителя, работающего в режиме счета ионов и установленого центральном фиксированном положении в линейке детекторов.

Однако, использование сравнительно больших вторично-электронных умножителей для замены 3 — 9 аналоговых коллектров Фарадея приводит к необходимости значительного увеличения дисперсии ионного тракта масс-спектрометра, что, в свою очередь, приводит к значительному ухудшению чувствительности и точностных характеристик. Разработка канальных умножителей позволила сократить геометрические размеры детекторов, могущих работать в режиме счета ионов, до размеров стандартных коллекторов Фарадея.

Модификация станартного FINNIGAN MAT 262 с заменой 5 коллекторов Фарадея на канальные счетчики ионов позволила произвести измерения ряда изотопов с хорошими точностными характеристиками и высокой чувствительностью.

Измерения были проведены на следующих изотопах:

Элемент

Изотопы

Ион

Sr

84

86

87

88

Ba

130

132

134

135

136

137

138

Nd

142

143

144

145

148

150

Sm

144

147

148

149

152

154

Mo

140

142

143

144

146

148

Mo16O3-

Os

232

235

238

240

Os16O3-

 

(Установка до девяти канальных счетчиков ионов на новом термоионизационном масс-спектрометре TRITON является стандартной дополнительной опцией)