电化学-质谱联用技术在金属材料直接分析中的应用研究

Rapid and accuracy analysis of metallic materials by ambient mass spectrometry not only improves the speed, sensitivity and accuracy of metallic analysis but also has great significance in the applying of ambient mass spectrometry in metallic materials analysis. Based on our previous works, we will develop an electrolytic cell coupled with mass spectrometry device for metallic materials analysis. The parameters of experimental and device, such as electrolyte, potential, atomizing gas pressure and ionization voltage will be systematic investigated to construct a rapid, accuracy and small sample consuming method for direct analysis of metallic materials without sample pretreatments. This method will provide a powerful tool for improving processing technology, and developing new ambient mass spectrometry method for metallic materials analysis. Meanwhile, this study will pave a way for direct analysis of metallic materials by ambient mass spectrometry.

开展金属材料的直接质谱分析，不仅有助于提高金属材料分析速度、检测灵敏度以及准确度，同时对拓展直接质谱技术在金属领域的应用具有重要意义。本项目在既往工作基础上，结合电化学电解技术和质谱分析技术，拟研制一种电化学-质谱联用装置，并基于此实验装置，开展金属材料直接质谱分析研究。项目将对实验装置和实验参数（如电解质溶液、电解电压、雾化气压力、电离电压等）进行系统的研究，探索作用机理，总结作用规律，最终建立一种无需样品前处理、样品消耗量小、简单快速、准确灵敏的金属材料直接分析方法。本研究不仅有望解决直接质谱分析方法在金属直接电离中的技术难题，拓展直接质谱技术在金属领域的应用，同时为金属材料快速分析提供了一种新方法。

金属材料是一种应用非常广泛的材料，比如可用作牙齿填充物、用于首饰和器皿制作等。金属材料中元素组成及含量对金属材料的性能具有重要影响，特别是对于由多种金属元素组成的合金材料。传统金属材料分析的方法有滴定分析法、分光光度法、原子光谱分析法、电化学分析法、离子色谱法等，但这些方法不仅操作复杂，需对样品进行消解处理，而且干扰因素多，准确度和灵敏度均不足。直接质谱方法最突出的特点是无需或仅需简单的样品制备过程便可以完成样品分析，有效地简化了工作流程，加快了质谱分析速度。然而，到目前为止，直接质谱分析技术仍然以有机组分为主，对金属材料的分析检测还鲜有报道，其主要的困难在于实现金属材料的直接、有效电离，从而限制了直接质谱技术在金属材料分析检测领域的应用。为此，本项目通过结合电化学技术和质谱分析技术，开发了一种电化学-质谱联用技术，研制了电化学-质谱联用装置，考察了多种实验参数（如电解质溶液、电解电压、电离电压等）的影响，建立了混杂样品中金属组分直接质谱分析平台。基于此分析平台，在无需样品预处理条件下，实现了固、液、气等多种不同混杂样品中金属组分的直接质谱分析，包括合金材料中金属组分的分析、金属制品（如首饰、牙桩、轴承滚珠等）中金属组分的分析、水管内壁附着物中金属组分的直接质谱分析、稀土矿样中金属组分的分析、机油样品中金属组分的分析、气溶胶颗粒物（如PM2.5、PM10）中金属组分的分析。在本项目的支持下，已发表研究论文3篇，申请专利2件。本项目研究成果在材料检验、环境安全、汽车养护等领域均具有重要的应用。