J200飞秒激光进样系统

撰稿人: 日期:2014-12-18 点击次数:1437

一、技术背景

J200飞秒激光进样系统来自美国ASI公司,ASI公司是一家专门研究激光剥蚀及光谱分析技术的高科技公司,研发人员均为美国劳伦斯伯克利国家实验室的科研人员。公司总裁Russo博士为美国劳伦斯伯克利国家实验室的资深科学家,从事激光剥蚀及激光光谱元素分析技术30多年。
                  

二、系统功能及用途

J200飞秒激光进样系统与等离子体质谱连用,组成LA-ICP-MS系统,可应用于矿物元素定量分析、锆石U-Pb定年、矿物熔体和流体包裹体分析、微区同位素分析和定年技术研究等地质研究领域。
J200飞秒激光进样系统可与市面上的普通四级杆质谱仪、飞行时间质谱仪和多接收质谱仪等常见质谱仪联用。

三、硬件特点
高重复率且高度稳定Yb-based的飞秒级激光,使用寿命长,不会对光学器件造成损坏。同时,J200飞秒激光进样系统对外界环境无特殊要求。
   J200飞秒激光进样系统具有样品高度自动调整功能,解决样品表面凹凸不平,提供相同的激光剥蚀能量,确保所有采样点的激光剥蚀均匀一致。ASI公司的此技术获得美国专利。
   Flex样品室内置镶嵌块,优化气流和颗粒清洁能力,满足不同测量需求。
   先进的微集气管设计,最大程度减少排气,防止集结剥蚀颗粒,消除记忆影响。已申请美国专利。
   双路、高精度的数字流量控制器和电控阀,用于氩气、氦气及补充气体的输送。运输气体和补充气体流向样品室,ICP-MS系统按顺序自动运行,并被精确控制,带来完美气流,防止等离子体火焰喷出。
   高分辨率双相机系统和先进的照明系统。双CMOS相机分别用于广角观察样品和高倍放大某一区域。具备三种照明方式:LED泛光灯、透射光和同轴反射光,光强和色彩可控。
                

                     高分辨率成像
        
                同轴光色和光强下样品图片对比
    
四、软件特点
系统软件Axiom LA具有直观友好的图形用户界面和强大的数据分析功能。可浏览不同样品区域,设置多种采样方法;分析LIBS光谱和时间分辨ICP-MS信号;整合了J200 LA-LIBS系统与ICP-MS系统双向通讯控制。通过系统软件,轻松控制硬件组件,实现自动测量。
   轻松实现复杂的激光采样模式。系统软件的大对话窗口清晰显示样品图像,并任意编辑激光采样方式,如直线、曲线、随机点、网格任意大小和自定义模式等。结构繁杂的样品表面,也可准确采样。
               
 
                                采样模式
   多种分析方法:全分析、夹杂物和微斑分析、深度分析和元素分布制图。
   通过软件菜单实现自动化测量。汇总多个硬件组件指令,按时间排序,创造软件“菜单”。执行“菜单”实现自动化测量。调用“菜单”即可重复测量,也可复制部分“菜单”并结合新指令,制定新的采样方法。
从ICP-MS时间分辨信号到全定量结果,Axiom LA具有ICP-MS数据管理和分析工具。可选择感兴趣的同位素,显示同位素的ICP-MS时间分辨信号,进行比较分析。轻松确定积分时间范围,保存并用于文件中所有的ICP-MS数据,估计积分强度和RSD值。ICP-MS的时间分辨信号很容易平滑,TRSD(时间相对标准偏差)的统计也可轻松获得。
                 
 
上图:选择感兴趣的同位素对比显示,在ICP-MS时间分辨信号中确定积分时间范围。
下图:平滑ICP-MS时间分辨信号作TRSD估算。
                 
 
五、技术优势
LA-ICP-MS 的量子级飞跃
J200飞秒激光进样系统是LA-ICP-MS技术向高精度、高准确度、高灵敏度水平发展的重大突破。飞秒级的脉冲宽度使样品直接被汽化,然后去激态形成类似于晶体的纳米级均匀颗粒而被载气输送进ICP-MS,无分馏现象,这意味着剥蚀的颗粒能真实地代表样品的化学特性,这是长脉冲激光技术无法达到的。
                 
                           飞秒与纳秒热效应影响示意图
 
减少样品的依赖性,比雾化技术精度高
J200激光进样系统剥蚀样品精度高,且没有热效应。而采用长激光脉冲的系统,会发生多种热过程,改变剥蚀样品的数量和化学成分,如改变热特性等;并且无论采用什么波长,如266nm, 213nm 或193nm, 为了准确定量的分析元素和同位素,需要高精度的、与测量样品相匹配的标准物质。而J200激光进样系统剥蚀均匀一致,剥蚀的样品颗粒能真实代表样品的化学特性,无需高度匹配的标准物质,也能进行高精度LA-ICP-MS测量。
 
 
剥蚀颗粒均匀一致,确保高精度和高灵敏度测量
J200激光进样系统产生的样品颗粒均匀一致,且尺寸分布合理,一般在10-200nm,运输效率高。到达ICP源的颗粒能完全被消解,产生稳健、恒定的瞬时ICP-MS信号。而长激光脉冲系统产生的样品颗粒大(常大于数微米),驻留在输送管中,导致运输效率低,并且降低了分析的灵敏度。大样品颗粒还会在ICP-MS的瞬时信号中产生峰值,导致测量精度降低。
 
元素和同位素的分馏最少
在LA-ICP-MS测量过程中引起元素或同位素分馏的两大主要过程是:(1)非化学计量物质剥蚀的热过程;(2)大样品颗粒在ICP源不完全消解。J200施加高能激光的时间比长脉冲系统短,最短达1/10000。J200系统通过非热过程,施加超高激光辐射剥蚀样品,产生的颗粒能在ICP源完全消解,确保在测量过程中获取高精度、稳定的元素或同位素信号。
 
强大的软件与ICP-MS仪器协同操作

J200飞秒激光进样系统软件直观、带图形界面,易浏览不同的样品区域,设立灵活的采样方式。系统采用双向通信控制,协同操作ICP-MS仪器达到了史无前例的水平。系统软件让用户通过基本单元“处方”来制定各个硬件工作的时间序列命令集,并通过串联多个“处方”,让系统自动完成各个测量工作。
 
硬件控制简单、方便

软件控制所有硬件部件。只需简单点击tab键,用户即可检查飞秒激光、气流系统、光模块、3-D操作台、自动高度调节传感器、样品室等部件的工作状态,并可设置不同的用户使用权限。
                 
获取勾边样品图像,制定复杂的激光采样模式
系统软件提供大的视频窗口,显示勾边的、详细的样品图像。用户在样品图像上可任意编辑激光采样模式,包括光栅线、曲线、直线、随机点、任意尺寸网格或预先编制的模式。即使是形状怪异的结构,采用系统软件的模式工具也可选定,并分析其元素或同位素。
               
双照相系统扫描样品
J200飞秒激光进样系统提供两个相机,分别用于广角和局部放大的样品图像。允许用户先获取样品的广角图像,然后在图像上扫视不同的位置,高倍放大选定点。
                 
 
智能气流控制,最大限度地获取ICP-MS等离子体的稳定性和分析性能
系统软件具备智能输送和补充气控制功能,使每种气体按预定的方式达到设定值,同步开关确保稳定的ICP-MS等离子体状态,防止突然冒火焰。预设阀配置可选择氩气或氦气作为输送气或补充气。
 
“处方”功能让系统自动运行
用户可将多个硬件部件运行命令集合,并按时间顺序排列,形成 “处方”。制定完成的处方,以后也可以调用。多个处方可编制成组,自动顺序执行,使测量工作高度自动化。可简单采用“recall”命令调用“处方”,重复实验,也可复制部分“处方”,结合新的命令,完成新的采样过程。
 
来自于劳伦斯伯克利实验室的强大技术支持
ASI公司的技术团队拥有80多年激光剥蚀技术的基础研究经验和LA-ICP-MS方法的研究背景,也是世界首个在LA-ICP-MS系统中采用飞秒激光脉冲,并实现其卓越性能的公司。J200飞秒激光进样系统能完成最具挑战性的化学分析工作。来自ASI公司严谨的科研和技术支持是其它技术无法达到的。使用ASI公司的产品,意味着能直接和世界顶级的研究团队交流,并得到专业的技术支持。
 
八、产地:美国