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二次离子质谱 VS 多接收等离子体质谱

已有 567 次阅读 2024-4-12 18:41 |个人分类:地球科学|系统分类:科普集锦

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  文章原载:元素和同位素地球化学 

二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)和多接收等离子体质谱(Multiple Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, MC-ICP-MS)在地质样品的原位分析中有各自的优势和应用场景:

特性/指标二次离子质谱 (SIMS)多接收等离子体质谱 (MC-ICP-MS)
工作原理利用离子束轰击样品表面产生二次离子,经质量分析器检测使用激光或溶液进样将样品转化为气溶胶,然后送入ICP等离子体中电离,再由质谱仪检测
空间分辨率极高(微米到纳米级别)较低(通常毫米到微米级别,可通过激光剥蚀提升至数十微米级别)
深度剖析能力可进行深度剖析,通过逐层离子轰击分析不同深度仅能分析溶解或蒸发的样品表面,不适用于深度剖析
元素检测范围能检测大多数元素,尤其适用于痕量和超痕量元素可检测从轻元素到重元素的广泛范围
同位素分析可以进行同位素比值分析,特别适用于放射性同位素和稳定同位素主要用于稳定同位素比值分析,尤其是地质年代学和地球化学示踪
灵敏度非常高,达到ppb或ppt水平高,但通常不如SIMS在极痕量分析上的灵敏度
样品类型适用于固体样品,包括矿物、陶瓷、半导体等适用于固体、液体和粉末样品,特别是地质矿石、水溶液、熔融玻璃珠等
分析速度对单个微区的分析较慢,适合精细研究快速,可进行大批量样品或大面积扫描
应用地质微区原位分析,如矿物内微量元素分布、晶体结构分析地质样品整体成分分析、地质年代学、地球化学示踪、同位素地球化学研究

总结:SIMS在微区分析和深度剖析上有无可比拟的优势,特别适合于需要高分辨率空间信息的应用。MC-ICP-MS则更适合于批量、快速、高精度的稳定同位素比值分析,特别是在不需要纳米或微米级别空间分辨率的情况下,其元素覆盖面广,适合于大规模地质调查和地球化学研究。

特性/技术指标多接收等离子体质谱与激光剥蚀联用(LA-MC-ICP-MS)二次离子质谱(SIMS)
工作原理激光剥蚀样品转化为气溶胶,通过ICP电离后进行质谱分析利用初级离子束轰击样品表面产生二次离子进行质谱分析
空间分辨率微米级别,通过优化激光直径可提高至数十微米纳米级别至几十纳米,具有极高的空间分辨率
元素检测范围宽,可涵盖大部分元素,尤其是稀土和重金属元素较宽,但针对特定元素和同位素有极高灵敏度
同位素分析适用于稳定同位素比值分析,如Sr-Nd-Pb-Hf等适用于稳定和放射性同位素,尤其在极痕量分析上表现出色
灵敏度适用于痕量至常量元素分析,稳定同位素比值分析灵敏度高对部分元素具有极高灵敏度,可用于超痕量分析
深度剖析不适用,无法进行逐层深度剖析可以进行深度剖析,逐层分析样品不同深度
分析速度较快,适合连续扫描或批量微区分析较慢,每个微区点分析耗时较长
样品类型适用于大部分地质样品,包括矿物、岩石等适用于各类固体样品,包括半导体、薄膜等
应用领域地质年代学、地球化学示踪、矿床成因等微电子学、材料科学、地质学中的微区精细分析

需要注意的是,以上比较是基于一般情况下的性能特点,并不代表所有设备都能完全符合上述描述,具体性能可能会因仪器型号、配置以及实验条件的不同而有所差异。在实际应用中,科研工作者会根据研究目标和样品特性来选择最适合的分析技术。

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1 杨正瓴

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