仪器信息网APP
选仪器、听讲座、看资讯
当前位置: 仪器社区 >质谱 > ICP-MS > 帖子详情

从接口真空提升 ICP-MS 灵敏度

  • timstoicpms
    2021/09/07
  • 私聊

ICP-MS

  • 我这儿两台 Agilent 7700 ICP-MS 是很老的型号,因为在做激光剥蚀联用,我很看重ICP-MS的灵敏度。

    (1)2014年1月发布的 7900 虽然灵敏度有提升,但距今快8年了,买新不买旧。

    (2)销售也给我推荐过 7800(2015年6月发布)、7850(2020年12月发布)—— 但这两个型号 其实就是7700换了个外壳,灵敏度指标也没有提升。

    (3)我对现有的两台7700 进行了一些改造,灵敏度也不亚于 7900,继续用着吧。

    这次改造经历记录下来,作为原创参赛。

    .

    7700 早期使用 Edward E2M18 机械泵



    后期改用 Varian DS402 机械泵。两种机械泵的抽力 > 20立方米/小时



    点火后,7700 两锥之间的真空(接口 interface)通常为 240 Pa,分析室真空 1 e -4 Pa



    Mean Free Path 平均自由程 是大学物理《热力学统计》中的一个重要概念:在一定的条件下,一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值,微粒的平均自由程是指微粒与其他微粒碰撞所通过的平均距离。标准大气压下 平均自由程仅有 0.1 um,带电离子瞬间湮灭;而在 四极杆 ICP-MS 点火稳定后的分析室内,带电离子的平均自由程可达 66米 (需知,7700 也就 73cm长)

    压强 Pa平均自由程
    1 e 50.1 um
    100.66 mm
    16.65 mm
    1 e -36.65 m
    1 e -466.5 m
    1 e -5665 m
    1 e -66650m


    两锥之间构成了扩散区(Expansion chamber),此处的真空也很关键!

    粒子束穿越采样锥 锥孔后<1cm ,其携带的等离子热能 迅速转化为粒子动能, 粒子扩散速率(~2500m/s) 远远超过声速(~340m/s)。由于等离子体的电子温度基本不变(5000-7500 K),但电子密度在极短时间内(<5us)骤降,穿越锥孔后 电子与带电离子束 不可能重新结合。




    改善两锥之间的接口真空,有利于提高后端分析室真空度,随着离子平均自由程的提高,灵敏度也会得以提升。

    说干就干,把两台 DS402机械泵并联起来。下图左泵常年待机,右泵只在 仪器点火测试时才开启(右泵单独接入市电)




    因为是两台机械泵并联,就可以在同一次点火状态下,进行如下试验:

    (1)默认开启左泵,关闭右泵,此时单泵,按照仪器出厂设置做个性能报告 A-1

    (2)再开启右泵,此时双泵,让真空稳定5分钟,再做个性能报告 B-1

    (3)关闭右泵,让真空稳定5分钟,做个性能报告 A-2

    (4)再开启右泵,让真空稳定5分钟,再做个性能报告 B-2

    单泵条件下,性能报告 A-1 与 A-2 非常相似;双泵条件下,性能报告 B-1 与 B-2 非常相似——在这就不展示了

    因此 A-1 A-2 取平均值,B-1 B-2 取平均值 统计成表:



    双泵开启后,两锥之间的真空从 263 Pa降为 188 Pa;分析室真空 基本没有变化;轻质量元素 Li 的灵敏度降低;中质量元素(Y In Ce)平均提升了 50%;重质量元素(Tl Pb )平均提升了 15%——就像跷跷板,轻质量端下降,重质量端上升

    由于空间电荷效应,轻质量核素 倾向于分布在离子束外围(发散状态),当两锥之间的真空越低(即抽力越大),就会有一部分轻质量核素 更容易被抽走,所以 Li 灵敏度降低不奇怪。如果只是以上结论,那就比较肤浅。肯定有好事者要问,能否定量地描述:两锥之间的真空度 如何影响 特定元素的信号响应?接下来 就要介绍这个可调角阀,通过 彻底拧紧,拧松 1/8圈,拧松1/4圈…… 可以逐渐获得 相关数据






    从下面的 四宫格图可看到,当 拧松1.0圈,锥界面真空才开始降低,此时Li信号开始断崖式下降(做了两组)

    拧松1.0~1.5圈,Co Y In Ce Tl U 开始稳步增长;

    拧松1.5~2.0圈,上述核素的信号响应进入平台期。因此 最终确定,拧松 2.0圈最合适。



    我这儿两台 7700x ,带有两个 小机械泵(例如 爱德华 E2M18,或者 瓦里安 DS402),参考下载链接的文档,淘宝买些小零件能实现双泵并联。

    另一台7700x 就直接买个 大机械泵(例如 爱德华 E2M28,大概2万元出头) https://www.edwardsvacuum.com/en/our-products/oil-sealed-pumps


  • 该帖子已被管理者-阶前尘设置为精华,下面是奖励记录:加10积分,加5声望
    +关注 私聊
  • 次元之暗面

    第1楼2021/09/08

    楼主下文呢

1
    +关注 私聊
  • 化学潜行者

    第2楼2021/09/08

    前面写得很好,后面画风一变,希望图文结合写好一点

1
0
    +关注 私聊
  • 光哥

    第4楼2021/09/10

    应助工程师

    Li反而下降了??
    回头试试几个轻质量数的如24Mg的灵敏度比较下看看?

0
    +关注 私聊
  • icpms爱好者专用ID

    第5楼2021/09/12

    应助达人

    这篇文章确实是深度文章,佩服。Li不增反而降低,我猜是空间电荷效应,里面的中高质量数离子的影响。

0
    +关注 私聊
  • timstoicpms

    第6楼2021/11/10

    调谐液中 Mg 很容易受污染,用 27Al 或许会更好。

    Li 降低不意外,让我意外的是 Co 也跟着升高,更像是 中质量元素的行为

    光哥(xsh1234567) 发表:Li反而下降了??
    回头试试几个轻质量数的如24Mg的灵敏度比较下看看?

0
    +关注 私聊
  • HD800

    第7楼2021/11/12

    通过透镜参数的调谐,能不能调回低中高质量数灵敏度来,并且三个段的灵敏度都有所上升?

    timstoICPMS(timstoICPMS) 发表:调谐液中 Mg 很容易受污染,用 27Al 或许会更好。

    Li 降低不意外,让我意外的是 Co 也跟着升高,更像是 中质量元素的行为

0
    +关注 私聊
  • timstoicpms

    第8楼2021/11/13

    生活中、生产实践中 充满了妥协。

    以仪器调谐为例,灵敏度又高,信号又稳定,氧化物双电荷又更低—— 这是可遇不可求。为了控制 156/140 氧化物产率低于2.0%,就得降低 雾化器载气流量,从而牺牲灵敏度。同理,透镜对 轻中重质量数 灵敏度响应,也是跷跷板,一头抬升,另一端势必降低。再次强调:妥协

    HD800(v3132510) 发表: 通过透镜参数的调谐,能不能调回低中高质量数灵敏度来,并且三个段的灵敏度都有所上升?

0
    +关注 私聊
  • HD800

    第9楼2021/11/18

    应该是我没说清楚:

    1、通过调谐透镜参数,使得Li的灵敏度比文中的上升;

    2、在上述这套参数下,中重质量数灵敏度可能有所下降,但整体上还是比没用两台机械泵的高;

    3、并不是说通过调谐,使得轻中重质量数都比用一台机械泵的高,而是:提高了接口的真空度,保持Li的灵敏度不下降同时使得中、重质量数灵敏度上升。

    timstoICPMS(timstoICPMS) 发表:生活中、生产实践中 充满了妥协。

    以仪器调谐为例,灵敏度又高,信号又稳定,氧化物双电荷又更低—— 这是可遇不可求。为了控制 156/140 氧化物产率低于2.0%,就得降低 雾化器载气流量,从而牺牲灵敏度。同理,透镜对 轻中重质量数 灵敏度响应,也是跷跷板,一头抬升,另一端势必降低。再次强调:妥协

0
    +关注 私聊
  • 苏安

    第10楼2021/11/29

    这边是只调节了质谱接口处的真空度,增大了真空差,这样离子流进入采样锥之后的放射(马赫盘)区域就会进一步加大,如此轻质量离子进入截取锥的量就会相对变小。

    楼主也说了,空间电荷区域会将轻质量离子排斥在马赫盘区域的外围,因此会导致进入透镜的低质量离子流降低,这不再是透镜调节的问题了。

    HD800(v3132510) 发表: 应该是我没说清楚:

    1、通过调谐透镜参数,使得Li的灵敏度比文中的上升;

    2、在上述这套参数下,中重质量数灵敏度可能有所下降,但整体上还是比没用两台机械泵的高;

    3、并不是说通过调谐,使得轻中重质量数都比用一台机械泵的高,而是:提高了接口的真空度,保持Li的灵敏度不下降同时使得中、重质量数灵敏度上升。

0
猜你喜欢最新推荐热门推荐更多推荐
举报帖子

执行举报

点赞用户
好友列表
加载中...
正在为您切换请稍后...