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不同聚合物基质的LA-ICP-MS剥蚀行为探究

高天恒 任同祥

高天恒,任同祥. 不同聚合物基质的LA-ICP-MS剥蚀行为探究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(4): 63-69 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0105
引用本文: 高天恒,任同祥. 不同聚合物基质的LA-ICP-MS剥蚀行为探究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(4): 63-69 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0105
GAO Tianheng, REN Tongxiang. Investigation into the Ablation Behavior of Different Polymer Matrices using LA-ICP-MS[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(4): 63-69. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0105
Citation: GAO Tianheng, REN Tongxiang. Investigation into the Ablation Behavior of Different Polymer Matrices using LA-ICP-MS[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(4): 63-69. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0105

不同聚合物基质的LA-ICP-MS剥蚀行为探究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0105
基金项目: 中国计量科学研究院基本科研业务费重点领域项目(21-AKYZD2006-3)。
详细信息
    作者简介:

    高天恒(1998-),中国计量科学研究院在读研究生,研究方向:激光剥蚀等,邮箱:gaoth@nim.ac.cn

    通讯作者:

    任同祥(1980-),中国计量科学研究院研究员,研究方向:元素及同位素分析,邮箱:rentx@nim.ac.cn

  • 中图分类号: TB98

Investigation into the Ablation Behavior of Different Polymer Matrices using LA-ICP-MS

  • 摘要: 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)是一种新型的固体分析技术,目前已广泛应用于地质、冶金、生物、环境等诸多领域。然而对聚合物样品的LA-ICP-MS定量分析中,存在由剥蚀行为差异引起的严重基质效应,从而导致灵敏度差异,最终对准确测量产生重大阻碍,目前关于该类样品剥蚀行为的研究尚为空白。选取了已知Pb、Cd和Cr元素浓度的四种聚合物样品,采用拓展景深显微成像技术研究193 nm及213 nm波长、2.5~15 J·cm−2能量密度等激光条件下剥蚀坑形貌的差异,以及其对信号稳定性及灵敏度的影响。结果显示,193 nm激光的剥蚀行为优于213 nm激光,并且在聚合物样品的激光剥蚀过程中至少存在溅射损失、剥蚀机制损失及絮凝沉降损失三类产生基质效应差异的机制,最终造成元素相关的灵敏度差异。综上,应通过控制能量密度,选用短波长激光来改善剥蚀行为,从而获得更好的分析准确度,并且在选择基质匹配的标准样品时,如热导率等影响剥蚀行为的性质也应纳入考量。相应标准物质及剥蚀行为的研究,应为该领域的研究重点,从而提高测定结果准确度,推动此领域应用的发展。
  • 图  1  拓展景深图像(左)与普通光学成像(右)

    Figure  1.  Extended depth of field image (left) and standard optical imaging (right)

    图  2  193 nm激光在四种样品上的剥蚀坑

    Figure  2.  Ablation craters on four types of samples under 193 nm laser

    图  3  213 nm 激光在四种样品上的剥蚀坑

    Figure  3.  Ablation craters on four types of samples under 213 nm laser

    图  4  ERM EC 681k 样品表面213 nm激光单脉冲剥蚀坑

    Figure  4.  Single pulse ablation craters on the surface of ERM EC 681k sample under 213 nm laser

    图  5  不同能量密度下四个样品的193 nm激光剥蚀坑

    Figure  5.  Ablation craters on four types of samples under 193 nm laser at different energy densities

    图  6  能量密度对JSAC PT 0632中的Pb信号强度的影响

    Figure  6.  Influence of energy density on the signal intensity of Pb in JSAC PT 0632

    表  1  优化后的LA-ICP-MS系统参数表

    Table  1.   Optimized parameters of the LA-ICP-MS system

    电感耦合等离子体质谱
    载气流量 (L·min−1) 1.16
    辅助气流量 (L·min−1) 1.2
    冷却气流量 (L·min−1) 18
    RF功率 (W) 1450
    积分时间 (ms) 150
    测量元素及质量数 208Pb、111Cd、53Cr
    激光剥蚀系统 (213 nm)
    束斑尺寸 (μm) 100
    脉冲频率 (Hz) 10
    能量密度(J·cm−2) 2.5~15
    Laser ablation system (193nm)
    束斑尺寸 (μm) 100
    脉冲频率 (Hz) 10
    能量密度(J·cm−2) 2.5~15
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    表  2  实验所用样品中Pb、Cd及Cr元素浓度

    Table  2.   Concentrations of Pb, Cd and Cr elements in the samples used in the experiment /μg·g−1

    Pb Cd Cr
    3DP 107.4±0.9 93.3±0.8 103.8±1.9
    JSAC 93.2±2.5 44.7±1.4 94.9±3.4
    BAM 479±17 93±5 470±36
    ERM 98±6 137±4 100±5
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    表  3  四个样品中元素的灵敏度差异

    Table  3.   Differences in elemental sensitivity among the four samples

    Pb Cd Cr
    浓度(μg·g−1) 灵敏度(cps/(μg·g−1)) 浓度(μg·g−1) 灵敏度(cps/(μg·g−1)) 浓度(μg·g−1) 灵敏度(cps/(μg·g−1))
    3DP 107.4±0.9 6215 93.3±0.8 293.5 103.8±1.9 906.7
    JSAC 93.2±2.5 5592 44.7±1.4 102.7 94.9±3.4 692.6
    BAM 479±17 3248 93±5 84.7 470±36 254.6
    ERM 98±6 3935 137±4 313.9 100±5 400.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-10
  • 录用日期:  2023-05-08
  • 修回日期:  2023-06-13
  • 网络出版日期:  2023-07-03

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