分析化學(xué)手冊(cè). 9B. 無(wú)機(jī)質(zhì)譜分析(第三版)
《分析化學(xué)手冊(cè)》第三版在第二版的基礎(chǔ)上作了較大幅度的增補(bǔ)和刪減,保持原手冊(cè)10個(gè)分冊(cè)的基礎(chǔ)上,將其中3個(gè)分冊(cè)進(jìn)行拆分,擴(kuò)充為了6冊(cè),終形成13冊(cè)。
《無(wú)機(jī)質(zhì)譜分析》是其中一個(gè)分冊(cè),共分四篇包括總論、同位素質(zhì)譜分析、元素質(zhì)譜分析、輔助技術(shù)。首先概括性介紹無(wú)機(jī)質(zhì)譜的發(fā)展歷史、背景、質(zhì)譜種類(lèi),根據(jù)質(zhì)譜方法和研究對(duì)象的異同劃分,分兩篇對(duì)每種方法進(jìn)行介紹,包括方法概述、儀器、基本原理、方法特點(diǎn),通過(guò)具體的實(shí)例闡釋實(shí)驗(yàn)步驟,分析結(jié)果計(jì)算。
本書(shū)適合化學(xué)、礦產(chǎn)、地質(zhì)、核分析科學(xué)與技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和技術(shù)人員學(xué)習(xí)與查閱。
適讀人群 :本書(shū)適合地質(zhì)、礦產(chǎn)、核分析科學(xué)與技術(shù)、化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和技術(shù)人員學(xué)習(xí)與查閱。
《分析化學(xué)手冊(cè)》自上世紀(jì)80年代出版以來(lái),經(jīng)歷了幾次更新,為分析科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展起到了一定的。目前為第三版,由汪爾康院士任編委會(huì)主任,江桂斌、陳洪淵和張玉奎院士為副主任,分析化學(xué)界30余位專(zhuān)家組成編委會(huì)。各分冊(cè)主編都是國(guó)內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域比較突出的、經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家。無(wú)機(jī)質(zhì)譜分冊(cè)注重介紹無(wú)機(jī)元素分析和同位素分析。是手冊(cè)新增補(bǔ)的一個(gè)分支。
質(zhì)譜分析成為分析化學(xué)不可替代的測(cè)試方法是從研究同位素開(kāi)始,同位素質(zhì)譜的成就為無(wú)機(jī)質(zhì)譜的孕育、發(fā)展和成熟提供了借鑒;無(wú)機(jī)質(zhì)譜的定性、定量方法主要借助元素的核素、同位素譜線(xiàn)測(cè)量,一些重要的質(zhì)譜分析方法既可用于同位素測(cè)量,又可用于元素測(cè)量。如今,雖說(shuō)同位素質(zhì)譜分析理論、技術(shù)已經(jīng)基本解決,但是儀器性能的提高、分析技術(shù)的改進(jìn)仍在延續(xù),應(yīng)用范圍也在不斷拓寬,常規(guī)分析任務(wù)也是大量的。
無(wú)機(jī)質(zhì)譜從測(cè)量元素開(kāi)始,并伴隨物質(zhì)成分分析發(fā)展而逐漸成熟。20世紀(jì)50年代后期,火花源質(zhì)譜對(duì)雜質(zhì)和純物質(zhì)分析的業(yè)績(jī),在無(wú)機(jī)質(zhì)譜發(fā)展史上留下輝煌一頁(yè)。20世紀(jì)70年代后期,特別是進(jìn)入80年代,由于材料學(xué)、精密機(jī)械加工、高真空技術(shù)和微電子學(xué)等新興學(xué)科、技術(shù)的成就,尤其是計(jì)算機(jī)及其軟件的廣泛引用,為質(zhì)譜儀器制造業(yè)發(fā)展和新型質(zhì)譜儀器商業(yè)化奠定了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。伴隨科學(xué)技術(shù)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,不同類(lèi)型高性能的同位素質(zhì)譜儀、無(wú)機(jī)質(zhì)譜儀相續(xù)問(wèn)世。電感耦合等離子體質(zhì)譜法、輝光放電質(zhì)譜法、激光電離和激光共振電離質(zhì)譜法、加速器質(zhì)譜法等新的同位素、元素質(zhì)譜分析方法逐漸孕育、發(fā)展和成熟;與此同時(shí),氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法、熱電離質(zhì)譜法、靜態(tài)真空質(zhì)譜法、二次離子質(zhì)譜法、同位素稀釋質(zhì)譜法和同位素示蹤質(zhì)譜法在研究與應(yīng)用過(guò)程中,采用了多種新技術(shù)、新工藝,方法的靈敏度、精密度和探測(cè)極限有了顯著改善。這些新老技術(shù)、方法的結(jié)合,促進(jìn)應(yīng)用范圍進(jìn)一步拓寬,測(cè)試對(duì)象不再局限于金屬元素同位素或無(wú)機(jī)成分分析,而是延伸到包括H、C、O、N、S、P等有機(jī)元素和鹵族、惰性氣體等非金屬元素在內(nèi)的元素周期表的幾乎所有元素。
如今,通過(guò)常規(guī)分析、微區(qū)分析、表面-截面分析、深度剖析和元素的空間成像,為相關(guān)學(xué)科研究、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供同位素、元素的定性、定量,以及物體表面與深度的元素圖像等多種信息,成為名副其實(shí)、應(yīng)用廣泛的分析學(xué)科的重要分支。不但是傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)、核科學(xué)與核工業(yè)、冶金學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等學(xué)科、專(zhuān)業(yè)的重要測(cè)試方法,也是微電子技術(shù)、生物工程、環(huán)境科學(xué)和宇航探測(cè)等新興學(xué)科研究與發(fā)展不可替代的測(cè)試方法。無(wú)疑,它在促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的過(guò)程中具有舉足輕重的地位。
本書(shū)內(nèi)容分為四篇:篇總論,包括導(dǎo)論和質(zhì)譜儀器兩章,簡(jiǎn)要介紹同位素質(zhì)譜儀、無(wú)機(jī)質(zhì)譜儀及同位素質(zhì)譜法、無(wú)機(jī)質(zhì)譜法的孕育、發(fā)展、內(nèi)容和有關(guān)信息知識(shí);第二篇同位素質(zhì)譜分析,包括氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法、熱電離質(zhì)譜法、加速器質(zhì)譜法、靜態(tài)真空質(zhì)譜法、多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜法、高分辨雙聚焦二次離子質(zhì)譜法和激光共振電離質(zhì)譜法等七章;第三篇元素質(zhì)譜分析,包括電感耦合等離子體四極桿質(zhì)譜法、高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜法、飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法、雙聚焦二次離子質(zhì)譜法、輝光放電質(zhì)譜法和同位素稀釋質(zhì)譜法等六章。第二、三篇是本書(shū)的核心,重點(diǎn)介紹各自的方法原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、儀器和應(yīng)用,內(nèi)容主要選取和調(diào)研了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合作者實(shí)驗(yàn)室的有關(guān)實(shí)驗(yàn)積累;第四篇輔助技術(shù),包括樣品制備技術(shù)、計(jì)算機(jī)在質(zhì)譜分析中的應(yīng)用、質(zhì)譜分析誤差、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與質(zhì)譜分析法等四章,內(nèi)容主要選自相關(guān)文獻(xiàn)和作者的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié),其目的是為了使讀者更加完整地理解、掌握和運(yùn)用分析方法,提高分析效率,獲取有效信息。為了便于讀者查閱,篇、章劃分沒(méi)有完全遵從傳統(tǒng)質(zhì)譜學(xué)理念,而主要根據(jù)各章內(nèi)容釋義、對(duì)象和獲得信息編排。鑒于火花源質(zhì)譜法和四極桿二次離子質(zhì)譜法目前在國(guó)內(nèi)很少使用,故沒(méi)有將其編入書(shū)中;由于電感耦合等離子體質(zhì)譜、二次離子質(zhì)譜儀器、方法的擴(kuò)展和應(yīng)用的延伸,分別將其編排為三章敘述。
本書(shū)編寫(xiě)初衷是希望它的出版能增進(jìn)讀者對(duì)同位素質(zhì)譜和無(wú)機(jī)質(zhì)譜分析的了解,并促進(jìn)其應(yīng)用與發(fā)展。在編寫(xiě)過(guò)程中注重物理概念的敘述,盡量減少數(shù)學(xué)推導(dǎo);對(duì)一些較深、復(fù)雜的理論問(wèn)題,力求作言簡(jiǎn)意賅的概括,避免冗長(zhǎng)的文字解釋?zhuān)皇芷拗,更多地采用圖、表替代文字釋義。
作者主要來(lái)自科研院所和高校,他(她)們大都從事質(zhì)譜專(zhuān)業(yè)工作多年,具有較豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。各章的編寫(xiě)分工如下:章、第四章趙墨田;第二章張玉海;第三章馮連君;第五章姜山;第六章羅修泉、張有瑜;第七章王軍;第八章宋彪;第九章李志明;第十章劉虎生;第十一章郭冬發(fā);第十二章孫立民;第十三章曹永明;第十四章周濤、陳剛;第十五章逯海;第十六章周濤;第十七章翟利華;第十八章王同興;第十九章趙墨田、馮流星。參加稿件審閱的專(zhuān)家有(按姓氏漢語(yǔ)拼音排序):曹永明、郭春華、韓永志、李金英、梁漢東、劉虎生、劉咸德、龍濤、肖應(yīng)凱、張子斌、朱鳳蓉等,后由趙墨田審閱、統(tǒng)編全部書(shū)稿。
感謝《分析化學(xué)手冊(cè)》(第三版)編委會(huì)增設(shè)《無(wú)機(jī)質(zhì)譜分析》分冊(cè)及對(duì)篇、章設(shè)置與內(nèi)容選擇給予的熱誠(chéng)指導(dǎo)和幫助;化學(xué)工業(yè)出版社領(lǐng)導(dǎo)、尤其是本書(shū)責(zé)任編輯,不辭勞苦,默默奉獻(xiàn),所付出的辛勤勞動(dòng)和做出的貢獻(xiàn)為本書(shū)的出版奠定了良好基礎(chǔ);張艷娟、肖陳剛、王同勝、任同祥、巢靜波、韋等以不同方式對(duì)本書(shū)編寫(xiě)給予幫助和支持,在此,一并向他們表示誠(chéng)摯的謝意。
本書(shū)雖經(jīng)各位編者、審者反復(fù)校閱,限于編者學(xué)識(shí)和從事專(zhuān)業(yè)限制,在選材、表述方面難免存在不妥、疏漏之處,真誠(chéng)歡迎各位專(zhuān)家與廣大讀者提出批評(píng)、改進(jìn)意見(jiàn)。
趙墨田
2016年8月
主編趙墨田,中國(guó)計(jì)量科學(xué)院研究員,我國(guó)無(wú)機(jī)質(zhì)譜和同位素質(zhì)譜專(zhuān)家,曾任《質(zhì)譜學(xué)報(bào)》副主編,多次獲得國(guó)家辦法的、省部級(jí)頒發(fā)的發(fā)明獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)。享受政府專(zhuān)家津貼。其他參編人員大都是活躍在無(wú)機(jī)質(zhì)譜和同位素質(zhì)譜領(lǐng)域的專(zhuān)家和學(xué)術(shù)骨干。
第一篇 總 論
第一章 導(dǎo)論 2
第一節(jié) 質(zhì)譜學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 2
一、質(zhì)譜儀器 2
二、同位素質(zhì)譜法 4
三、無(wú)機(jī)質(zhì)譜法 5
第二節(jié) 名詞、術(shù)語(yǔ) 6
一、基礎(chǔ)名詞、術(shù)語(yǔ) 6
二、儀器相關(guān)名詞、術(shù)語(yǔ) 10
三、方法相關(guān)名詞、術(shù)語(yǔ) 11
第三節(jié) 相關(guān)基本常數(shù)和單位制 15
一、基本物理常數(shù) 15
二、國(guó)際單位制的相關(guān)基本單位和導(dǎo)出單位 15
三、相關(guān)的單位換算 16
第四節(jié) 獲取信息的主要途徑 16
一、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu) 16
二、期刊 17
參考文獻(xiàn) 18
第二章 質(zhì)譜儀器 21
第一節(jié) 質(zhì)譜儀器的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi) 21
一、質(zhì)譜儀器的基本結(jié)構(gòu) 21
二、質(zhì)譜儀器的分類(lèi) 21
第二節(jié) 進(jìn)樣系統(tǒng) 22
一、直接進(jìn)樣系統(tǒng) 22
二、間接進(jìn)樣系統(tǒng) 22
第三節(jié) 離子源 22
一、電子轟擊型離子源 22
二、離子轟擊型離子源 23
三、原子轟擊型離子源 25
四、放電型離子源 26
五、熱電離離子源 27
六、電感耦合等離子體離子源 28
七、其他類(lèi)型的電離技術(shù) 29
第四節(jié) 質(zhì)量分析器 30
一、磁式質(zhì)量分析器 30
二、雙聚焦質(zhì)量分析器 31
三、飛行時(shí)間質(zhì)量分析器 31
四、四極濾質(zhì)器 33
五、離子阱質(zhì)量分析器 34
六、傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)量分析器 34
第五節(jié) 離子檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理 35
一、法拉第杯檢測(cè)器 35
二、電子倍增器 35
三、其他類(lèi)型的離子檢測(cè)裝置 37
四、數(shù)據(jù)處理 38
第六節(jié) 真空系統(tǒng) 40
一、質(zhì)譜儀器的真空要求 41
二、真空的獲得及真空測(cè)量 41
三、各種真空組件 42
第七節(jié) 質(zhì)譜儀器的主要技術(shù)指標(biāo) 43
一、質(zhì)量范圍 43
二、分辨本領(lǐng) 43
三、靈敏度 44
四、豐度靈敏度 44
五、精密度和準(zhǔn)確度 44
參考文獻(xiàn) 45
第二篇 同位素質(zhì)譜分析
第三章 氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜法 48
第一節(jié) 氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜概述 48
一、進(jìn)樣系統(tǒng) 48
二、離子源 49
三、質(zhì)量分析器 50
四、檢測(cè)系統(tǒng) 50
第二節(jié) 樣品制備技術(shù) 50
一、水中氫同位素制備技術(shù) 50
二、碳同位素制備技術(shù) 53
三、氮同位素制備技術(shù) 59
四、氧同位素制備技術(shù) 63
五、硫同位素制備技術(shù) 72
第三節(jié) 穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析法 74
一、穩(wěn)定同位素的表示方法、標(biāo)準(zhǔn)及其分析流程 74
二、質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)計(jì)算 76
三、穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析誤差 87
參考文獻(xiàn) 88
第四章 熱電離質(zhì)譜法 90
第一節(jié) 熱電離質(zhì)譜法原理 90
一、熱電離 90
二、離子束聚焦、拉出 93
三、質(zhì)量分離 94
四、離子檢測(cè) 94
第二節(jié) 熱電離質(zhì)譜儀 95
一、離子源 95
二、質(zhì)量分離器 97
三、離子檢測(cè)器 97
四、附屬設(shè)備 102
第三節(jié) 試驗(yàn)方法 102
一、測(cè)量前的工作程序 102
二、測(cè)量方法 111
三、測(cè)量結(jié)果的表達(dá) 113
四、影響準(zhǔn)確測(cè)量的主要因素 115
五、方法的主要特點(diǎn) 120
第四節(jié) 熱電離質(zhì)譜法的應(yīng)用 120
一、堿金屬、堿土金屬元素同位素測(cè)量 121
二、過(guò)渡元素測(cè)量 122
三、稀土元素測(cè)量(原子量測(cè)量) 123
四、錒系元素測(cè)量 126
五、硼、氯、溴、氧、氮等非金屬元素同位素測(cè)量 129
參考文獻(xiàn) 132
第五章 加速器質(zhì)譜法 134
第一節(jié) 加速器質(zhì)譜方法原理與特點(diǎn) 134
第二節(jié) AMS分析裝置 135
一、離子源與注入器 136
二、加速器 137
三、高能分析器 138
四、離子探測(cè)器 139
五、基于其他加速器的AMS裝置 139
第三節(jié) 加速器質(zhì)譜測(cè)量過(guò)程與定量分析方法 140
一、測(cè)量過(guò)程 140
二、定量分析方法 140
三、測(cè)量實(shí)例 140
四、一些主要核素的測(cè)量情況 143
五、AMS測(cè)量極限與限制 143
第四節(jié) 加速器質(zhì)譜應(yīng)用研究 144
一、14C 144
二、36Cl 145
三、10Be 145
四、129I 146
五、41Ca 146
六、其他核素 147