高功率密度皮秒级激光电离飞行时间质谱仪的研制

本项目将研制一台具有自主知识产权的、国际领先水平的高功率密度激光电离质谱仪。创新性的使用辅助气体离子源来减小激光电离中的离子能量分散，并且转化多价干扰离子为单价有用离子，有效减少多价离子干扰。通过使用皮秒脉冲激光和高激光功率密度等方法，消除或减弱基体效应和元素分馏效应，提高仪器的定量分析能力。通过对气体辅助激光离子源的研究，填补有关低压激光离子源的溅射和电离机理研究中的大量空白。该仪器同时具备很强的实用性，能够得到清晰的、干扰极小的谱图，可对固体样品直接进行快速的无标样定性和定量分析，能够进行微区和薄层分析，无需搜寻和购置昂贵的固体标准样品；无需繁琐的样品前处理要求。

完成飞秒高功率激光溅射电离飞行时间质谱（LI-TOFMS）仪的研制。对于传统的高功率激光质谱的瓶颈问题如离子动能分散、多价离子和多原子离子干扰、基体效应和分馏效应等，LI-TOFMS通过仪器结构设计及实验条件的优化等可以很好地解决。与纳秒激光溅射电离相比，纳秒激光产生的虽然是相爆炸，存在熔融的热效应，破坏晶格结构，使周围溶沸点较低的元素蒸发，导致非化学计量效应。使用超短脉冲激光，产生库仑爆炸。当飞秒激光照射到表面时，产生光电子发射，进而形成兆伏每厘米的强电场，将这块离子拉出去，不破坏晶格结构，不产生熔融的热效应，进一步减小基体效应和元素分馏效应。目前的应用方面包括地质和金属样品中元素的定性和无标样半定量分析，非金属元素的测定，元素表面成像分析和薄层的深度剖析，液体残渣分析，复杂生物材料中元素组成的确定，甚至对于有机金属化合物也可以同时获得分子、碎片和元素信息，展示了飞秒高功率激光电离飞行时间质谱是一项优越的分析技术。