全蒸发技术在铀同位素丰度测量上的应用

采用全蒸发技术、离子流强度积分的方式 ,用多接收器热表面电离质谱计测量铀同位素丰度。全蒸发技术可克服质量分馏效应带来的测量误差 ,而直接实现准确测量。开发了用于全蒸发技术的测量软件 ,对影响测量结果的因素 ,诸如分析用样量、信号损失与试样残留等进行了研究。最后得出在铀同位素丰度比为 0 1～ 10的范围内 ,95 %的置信水平下 ,该方法的相对扩展不确定度为0 10 %     

热电离质谱法测定铀同位素过程中铼灯丝氧化对目标铀离子形成的影响

采用热电离质谱法(thermal ionization mass spectrometry, TIMS)测定铀同位素过程中,质量分馏效应会引起同位素比值测量值偏离真值,一般采用外标校正法对质量分馏效应进行校正,这要求测量过程中标准物质和样品产生一致的质量分馏行为。因此,除考虑点样的一致性外,测量过程中产生单一的目标离子也非常重要。本研究采用热电离质谱技术考察了铼灯丝氧化对铀同位素测定的影响。将1 μg铀以硝酸盐溶液的形式点于铼样品带上,通过监测铀及其氧化物的离子流强度,发现铀主要存在U⁺和UOx⁺(x=1或2)的电离形态,并且灯丝表面氧化程度越高,UOx⁺的产率越高（UOx⁺/U⁺可达到1）。实验结果表明,灯丝去气过程过早使灯丝暴露于大气或点样过程中,以及使用较高的样品蒸干电流都会加剧灯丝的氧化。控制灯丝表面氧化或点样过程中加入石墨,可有效降低UOx⁺的产率,提高目标离子的电离效率。全蒸发测量结果表明,UOx⁺离子流强度大小对测量结果无明显影响,但通过降低UOx⁺的离子流强度,可提高测量结果的重现性,进而提高测量过程中分馏行为的一致性。该研究可为提高铀同位素测定过程中样品的利用率提供理论依据。     

Bio—Dot生物芯片点样技术及需注意的技术问题

芯片技术是近些年发展迅猛的一种新的检测手段,它集快速、高通量、高效率于一体.现已广泛运用于分子生物学研究、疾病诊断与治疗、药物筛选、环境监测等领域.芯片技术的灵敏性、准确性、重复性的这影响因素很多.本文从BioDot芯片点样仪出发,主要介绍了BioDot点样仪的工作原理及流程、稳压(SSP)的形成及维持和影响点样效果的影响因素,如点样量、预喷量、预喷压力、点样压力等参数设置的原则等.     

全蒸发-热电离质谱法的原理、技术和应用

全蒸发-热电离质谱法（total evaporation thermal ionization mass spectrometry, TE-TIMS）无需标准物质进行校正，即可获得高准确度同位素丰度比值测量结果，同时具有样品用量少、重复性高等优点，在核工业、环境、地质、计量学等领域逐渐获得了认可与应用。本文从全蒸发-热电离质谱法的原理、技术特点、研究进展和重要应用等方面对其进行了系统地评述，分析该方法在使用中的关键技术点，并对未来发展进行了展望。     

3种非接触式点样针性能对比

生物芯片制作仪的点样原理根据与基质接触与否分接触式点样技术和非接触式点样技术,本文对非接触式点样的2种点样原理（注射泵式原理和压电式原理）进行具体的介绍,对在2种原理市面上基本使用的3种点样针：Biojet tip、Pico tip和Nano tip在硝酸纤维素膜上点样的精度、点样体积、点样形态和点样浓度的选择等方面进行了测试对比。Nano tip的在不同点样体积差异最小,Biojet tip差异最大,Pico tip点样差异次之;点同样体积的样品,样品点的直径大小为：DBiojet tip〉DNano tip〉DPico tip。在硝酸纤维素膜上点同样体积的样品,通过生化反应得到发光强度（Sd）强弱为：SdPico tip〉SdNano tip〉SdBiojet tip。3种点样针会随着点样体积的增大,发光强度的CV会随着减小,点样浓度太低会使发光强度的CV增大,在实际中应摸索合理的点样浓度。     

射流自动进样装置Shzj-200型

一、用途与特点 1.本装置为色谱仪的取样装置,它与色谱仪配套使用,来实现自动或手动取样分析的目的。 2.它在一台色谱仪上,可以交替分析工艺流程上两点样气的全气动式自动进样装置;切换时间可调。 3.当自动失灵后,或因需要可按下手动按钮进行手动工作。     

蒸发式冷凝器雨区气温水温测量方法的研究

对蒸发式冷凝器雨区中空气与喷淋水滴进行传热试验研究的困难主要在于雨区中的空气温度难以准确测量.针对蒸发式冷凝器雨区空气与水逆向流动的特点,设计了可以同时测量雨区气温和水温的装置.试验测量了不同喷淋量和不同风速下的雨区气温值,根据传热学和热力学理论分析了雨区气温测量值的变化规律.试验和分析表明,该装置能有效分离水和空气,准确测出气温和水温.本测量方法对气液两相逆向流动的深入实验研究有积极作用.     

基于ARM9的滚筒式生物芯片点样仪的研发

研发了一种新型滚筒式生物芯片点样仪,着重描述了点样仪的机械结构设计和控制系统软、硬件部分的设计.以基于ARM9 S3C2416微处理器带有触摸屏的控制器作为控制核心,实现了点样仪的双闭环高精度控制.最后用激光干涉仪测量了点样仪的控制精度,测试结果表明:系统定位精度为11 μm,重复精度为5μm,满足控制要求.现场实践证明:该点样仪结构设计合理、运行稳定、定位精准;硬件系统与软件系统巧妙结合,充分发挥了ARM9微处理器的硬件资源和触摸屏人机交互界面的强大功能,使点样仪控制系统具有可靠性高、实时性高、控制精度高等优点.     

基于个性化眼模型的人眼调焦特性研究

运用光学设计软件ZEMAX分别为10只正常人眼构建了个性化眼模型,这些眼模型由实际测量的人眼参数数据优化而来,具有与实际人眼相同的光学特性.在此基础上分析了0D、-1D、-2D、-3D、-4D状态下的全眼像差与特殊像差项的变化情况.随着调节状态的改变,不同眼睛的波前像差的变化不同,而且变化量的大小与初始状态0D时的波前像差大小无关.将个性化眼模型计算得来的全眼波前像差值与用哈特曼夏克波前传感器实际测量的全眼像差值相比较,结果吻合.     

基于改进型遗传算法的薄膜厚度及光学常数反演

准确的测量薄膜的厚度和光学常数,在薄膜的制备、研究和应用中都十分重要。借助Cauchy色散模型和P阶评函数,通过薄膜透过率测量曲线,用改进的遗传算法对透过率曲线进行全光谱拟合,从而反演得到薄膜的厚度和光学常数。理论验证是对电子束蒸发制备的TiO_2和反应磁控溅射制备的Si_3N_4薄膜进行测试拟合,计算得到的结果与文献报道的一致,误差小于0.5%。     

高分辨电感耦合等离子体质谱法测量放射性废液中239Pu与240Pu

²³⁹Pu和²⁴⁰Pu含量对分析放射性废液来源、选择后续处理工艺十分关键。本研究应用高分辨电感耦合等离子体质谱法（HR-ICP-MS）直接测定放射性废液中的²³⁹Pu、²⁴⁰Pu含量。由于²³⁸U与¹H结合产生的铀氢复合离子会对²³⁹Pu、²⁴⁰Pu造成同质异位素干扰,本研究通过测定铀氢复合离子产率进行质谱干扰修正,将²³⁹Pu、²⁴⁰Pu系列浓度标准扣除铀氢复合离子干扰后,分别绘制²³⁹Pu、²⁴⁰Pu质量浓度-计数率标准曲线。测量放射性废液样品时,先利用铀氢复合离子产率修正²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的同质异位素干扰,再将样品计数率值代入标准曲线方程,计算得到放射性废液样品中²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的质量浓度,最后计算²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的活度。将质谱法与液闪法测量结果进行比对,结果表明,两者所测结果偏差小于4%,方法相对扩展不确定度为4.6%（k=2）。该方法制样简单,适用于辐射水平高、铀基体含量大的放射性废液中²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的快速测量。     

激光共振电离质谱法选择性电离铀钚混合物中的痕量钚

利用实验室开发的激光共振电离质谱仪,初步建立了激光共振电离质谱测定钚同位素比值的方法。通过扫描测量钚原子的自电离态能级,获得了一种具有较大电离截面的三色三光子共振电离方案。对铀钚混合物模拟样品,钚元素相对于铀元素的选择性在5×10⁶以上,²⁴⁰Pu/²³⁹Pu比值测量结果的相对标准偏差为1.1%。结果表明,激光共振电离质谱技术能有效避免同量异位素干扰以及其他元素带来的强峰拖尾干扰。     

真空渗碳铼带用于痕量铀同位素比的测量

离子化效率低是制约热电离质谱（TIMS）准确测量痕量铀同位素比的主要因素之一。对铼带进行渗碳处理能够增强铀的离子化效率,从而提高TIMS测量痕量铀的能力。本研究采用简易的渗碳装置,在不同条件下对铼带进行渗碳处理。采用全蒸发法测量痕量铀样品的离子化效率及同位素比,对比不同渗碳条件对离子化效率及质量歧视系数的影响。较优的渗碳条件为：苯蒸气压0.1 Pa,渗碳电流2.5 A,渗碳时间1 h。采用这种铼带对10 pg铀样品的离子化效率可达0.25%,约是双带法的5倍。对于10 pg样品,²³⁵U/²³⁸U测量的外精度在1%以内,²³⁴U/²³⁸U、²³⁶U/²³⁸U测量的外精度小于5%。渗碳铼带还能够实现对1~2 pg铀样品的测量,对1 pg的CRM020A、2 pg的IRMM184样品,²³⁵U/²³⁸U测量的外精度小于1%,²³⁴U/²³⁸U测量的外精度小于5%。     

改良全蒸发技术测量铀同位素比

全蒸发热表面电离质谱(TE-TIMS)是测定铀主同位素比(²³⁵U/²³⁸U)最经典的方法,但受限于强峰拖尾等因素影响,次同位素比(²³⁴U/²³⁸U、²³⁶U/²³⁸U)的测量精密度不高,存在偏差。本工作研究目标动态加热程序、动态和静态相结合的接收程序、强峰拖尾校正、不同接收器效率校正、质量歧视校正等,建立了改良全蒸发-热表面电离质谱技术(MTE-TIMS)高精度测定铀同位素比的方法,通过测试标准物质验证方法的准确性和可靠性。结果表明：采用MTE-TIMS法测量²³⁵U丰度为2%的铀样品,其²³⁵U/²³⁸U、²³⁴U/²³⁸U和²³⁶U/²³⁸U的方法精密度分别为0.024%、0.06%和0.19%,测量值与参考值的偏差分别为0.025%、0.19%和0.38%。     

MC-ICP-MS两步静态法测量U-Th同位素

本研究建立了多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）两步静态法测量U-Th同位素的分析步骤和数据处理流程。对于U同位素,第一步用二次电子倍增器（SEM）测量²³⁴U,同时用法拉第杯测量²³³U、²³⁵U、²³⁶U和²³⁸U;第二步用SEM测量²³⁶U,同时用法拉第杯接收²³³U、²³⁴U、²³⁵U和²³⁸U。对于Th同位素,第一步用SEM测量²²⁹Th;第二步用SEM测量²³⁰Th,同时用法拉第杯接收²²⁹Th和²³²Th。U和Th的测量均通过两个步骤的多次循环采集同位素数据。该方法的关键在于采用SEM与法拉第杯测量的²³⁶U_SEM/²³³U_FC比值（经过质量歧视校正）与²³⁶U/²³³U真值的比较以校正SEM与法拉第杯的相对增益。本研究采用两步静态法重复分析了U同位素的国际标准样品Harwell uraninite（HU-1）。测量结果表明,HU-1的δ²³⁴U平均值为（-0.48±1.92）‰,误差为单次测量结果的标准偏差（±2σ,n=55）。该结果与国内外不同实验室发表的数据在误差范围内一致。此外,本研究将两步静态测试法与SEM跳峰扫描法分别用于分析次生碳酸盐岩实验室标准样品的U-Th同位素和²³⁰Th/U年代（SB-530、SB-8600、SB-108K、SB-240K、SB-335K和SB-435K）。对比实验结果表明,MC-ICP-MS两步静态法测量U-Th同位素行之有效,²³⁴U/²³⁸U和²³⁰Th/²³⁸U比值的分析精度可分别达到1‰~2‰和1‰~3‰,然而该方法的可靠性还需要更多国际标准样品的检验。     

邻近铀微粒的二次离子质谱测量干扰研究

二次离子质谱（SIMS）测定铀微粒同位素比时,邻近微粒间可能产生干扰。在IMS-6f型SIMS上开展U350和U0002铀微粒在不同间距、不同测量顺序下铀同位素比测量研究,结果表明,微粒间距超过22 μm（U350）和35 μm（U0002）时,微粒的²³⁴U/²³⁸U、²³⁵U/²³⁸U、²³⁶U/²³⁸U测定结果与标称值相符;相同间距时,丰度低的微粒比丰度高的微粒受到的干扰严重,安全距离也更大;同一距离下,后测量的微粒比先测量的微粒受到的干扰严重,形貌疏松、尺寸小的微粒比密实、尺寸大的微粒受到的干扰严重。由已知两种丰度微粒计算得出的线性组合系数K₄（²³⁴U/²³⁸U）、K₅（²³⁵U/²³⁸U）和K₆（²³⁶U/²³⁸U）是否相近可以作为可疑混合微粒的判断准则。采用微操作进行单微粒剥离是消除相邻微粒干扰的有效方法。该工作为SIMS分析过程中有邻近微粒干扰时,发现、处理和排除可疑混合微粒数据,准确测量铀微粒同位素提供了参考。     

MC-ICP-MS测量铀中低丰度铀同位素比值

高精密度地测量铀材料中的铀同位素组成信息,特别是低丰度铀同位素²³⁴U和²³⁶U,是核取证研究的重要内容。本研究采用多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）测量铀同位素比值,将两种黄饼样品的酸消解液制备成²³⁸U浓度约21 000 ng/g和180 ng/g的待测样品,采用外标标准化法和标准样品交叉法校正质量分馏效应,MC-ICP-MS对²³⁸U浓度约180 ng/g的样品中²³⁵U/²³⁸U测量的相对实验标准偏差可低于0.014%。为降低超档离子流信号对低丰度铀同位素分析的影响,建立了法拉第杯接地方法,使轰击到法拉第杯上的²³⁸U⁺产生的电流在到达前置放大器之前被引入大地,该方法对²³⁸U浓度约21 000 ng/g的样品中²³⁴U/²³⁵U测量的相对实验标准偏差可低于0.020%,对浓缩铀GBW04234和GBW04238中²³⁶U/²³⁵U测量的相对实验标准偏差小于0.11%,测量结果与参考值在不确定度范围内一致。该方法的精密度较高、结果准确,可识别铀同位素组成存在一定差异的核材料,为核取证和核保障监督提供技术支持。     

铀颗粒物中~(235)U/~(238)U的LA-MC-ICP-MS分析技术研究

为满足核保障和核取证中含铀颗粒物分析的需求,建立了激光剥蚀-多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)测定铀颗粒物中~(235)U/~(238)U值的方法,并研究了铀颗粒物样品的装载、质量分馏的影响因素和校正方法,以及粒径10μm以下铀颗粒物的定位和分析等关键技术问题。建立了基于GBW04234的外标标准化法、基于膜去溶和LA-MC-ICP-MS联用的标准样品交叉法(SSB法)两种质量分馏校正技术,该方法对CRM124-1中~(235)U/~(238)U测量结果的相对扩展不确定度小于0.14%(k=2),测量结果与参考值在不确定度范围内一致。用显微操纵技术将颗粒物转移至覆盖定位铜网的导电胶表面,解决了微米级铀颗粒物的装载和定位问题,通过优化参数,实现了粒径5μm铀颗粒物中~(235) U/~(238)U比值的准确测量,测量结果的相对扩展不确定度小于0.64%(k=2)。     

MC-ICP-MS标样-样品交叉测试法测定石笋样品的230Th/U年龄

借鉴国际上已经建立的方法,本研究设计了一套便捷的UTEVA树脂分离纯化U与Th的化学流程,以及多接收电感耦合等离子体质谱测量U/Th同位素的方法,用于精确测定石笋样品的²³⁰Th/U年代。U/Th同位素的测量采用标样-样品交叉测试法（standard-sample bracketing）,即在测量未知样品之前和之后分别测量标准样品的同位素,通过外部归一化和线性内插法估算测量未知样品时仪器的校正因子,如质量歧视和二次电子倍增器相对于法拉第杯的增益。为检验该方法的可靠性,本研究分析了国际U标准样品Harwell uraninite-1（HU-1）、U/Th内用标准样品MFT和已知年代石笋样品的U/Th同位素。结果显示：HU-1的δ²³⁴U=（-1.27±2.14）‰（±2σ,n=29）,该结果与国际上不同实验室的测量值在误差范围内一致。U/Th内用标准样品MFT（±2σ,n=22）的δ²³⁴U、²³⁰Th/²³⁸U放射性活度比和年代平均值分别为（408.2±3.2）‰、1.002±0.003和(124.3±0.5) ka,具有较好的重现性。47个石笋样品的²³⁴U/²³⁸U、²³⁰Th/²³⁸U放射性活度比和²³⁰Th/U校正年代的相对误差（±2σ）分别约为0.6‰、2.4‰和0.5%,与已发表数据在误差范围内吻合。     

大气气溶胶中超痕量钚的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析

本文通过采用膜去溶进样系统与 ICP-MS联用技术和同位素稀释质谱法定量分析了大气气溶胶样品中 fg量级的钚。方法对大气中 2 39Pu的定量限达到了 5 .7× 1 0 -8Bq/ m3。膜去溶系统的使用提高了样品的利用效率 ,并有效降低了复合离子 2 38U1H+对 2 39Pu测定的影响 ,使仪器的分析灵敏度 (相对 )提高了近一个数量级 ,对 2 39Pu的检出限达到了 0 .4 fg/ m L。