加速器質譜分析

加速器質譜分析（accelerator-based mass spectroscopic analysis）是指加速器與質譜分析相結合的一種核分析技術。將待測樣品在加速器的 離子源中電離，隨後將離子束引出並加速，再藉助電荷態、荷質比、能量 和原子序數的選擇，鑑別被加速的離子並加以記錄，實現同位素比值的測定。

基本介紹

• 中文名：加速器質譜分析
• 外文名：accelerator-based mass spectroscopic analysis
• 特徵：加速器與質譜分析結合的分析技術

原理

與傳統的放射性衰變計數法不同，加速器質譜法用直接計數法取代衰變計數法。以¹⁴C分析為例，傳統方法是測定¹⁴C衰變時的放射性，而加速器質譜法則是直接計數¹⁴C的數目，從而極大地提高了分析靈敏度。因此，加速器質譜法特別適用於長壽命放射性核素的分析，如¹⁴C、¹⁰Be、²⁶Al、³⁶Cl、⁴¹Ca、⁵³Mn、¹²⁹I等，也可用於穩定核素的測量，如貴金屬及半導體材料中痕量雜質元素的分析。加速器質譜法通常給出的是同位素比值，如¹⁴C/¹²C 、¹⁰Be/⁹Be、³⁶Cl/Cl_總等。在此基礎上，通過換算可給出樣品的年齡或樣品中某種感興趣核素的絕對含量。

歷史

為了克服傳統放射性計數方法靈敏度低、取樣量大的缺點，早在20世紀70年代有人就嘗試用傳統的低能質譜計來計數¹⁴C的數目，以取代¹⁴C的放射性衰變計數法。然而由於分子干擾和同量異位素的干擾等因素，無法實現所需的分析靈敏度。1977年，提出了用回旋加速器測定長壽命放射性核素的建議，隨後又成功地利用串列加速器測¹⁴C的數目。在此基礎上，1978年召開了第一次國際加速器質譜學會議，其後該系列會議每三年舉行一次。20餘年來，加速器質譜技術發展迅速，全世界已有加速器質譜計逾40台，中國的北京大學、中國原子能研究院和上海原子核研究所也相繼掌握了這種分析技術和方法。

技術

加速器質譜裝置通常由離子源、注入系統、串列加速器、高能分析系統、探測器、計算機控制與數據獲取系統等部分組成。

加速器質譜法的兩個關鍵問題是：一是如何抑制本底。本底來自於內源的和外源的兩種途徑。內源本底又稱為機器本底。依離子種類的不同，可分為同量異位素干擾、分子干擾和同位素干擾。這類干擾本底的大小反映了加速器質譜計的分析能力。外源本底來自於樣品被污染，以及離子源中的交叉污染與記憶效應。另一個關鍵問題是如何降低分餾效應。分餾效應來自樣品製備過程中的化學分餾、離子源中的濺射分餾、串列加速器中的剝離分餾和離子輸運過程中的傳輸分餾等。現已發展了多種方法以克服本底和降低分餾效應，使加速器質譜法可測定的同位素豐度比達到10^－12—10^－15，取樣量可小至1—5毫克碳，在某些情況下甚至可小到10—100微克碳，分析1個樣品的時間一般只需十幾分鐘，從而使以前無法實現的分析任務成為可能。

套用

加速器質譜法套用最多的是測定年代和同位素示蹤。實際上，現代科學技術的許多領域（如考古學、生物醫學、地學、水文學、宇宙學、原子核物理學等）都十分依賴於加速器質譜法。

例如用於極地冰¹⁴C年齡測定，直接測定冰氣泡中的¹⁴C，可以建立長時期凍的時標。用於植物微化石測年，湖積物中植物微化石是研究更新世古氣候的重要途徑，但樣品極少，傳統的放射性衰變計數法無法測定。用於測定海洋底柄有孔蟲和浮游有孔蟲化石¹⁴C的濃度差，可探討古海洋¹⁴C濃度變化及深海水循環速度。