MASSBOX – это лазерно-абляционный лазерно-ионизационный времяпролетный (LALI-TOF) масс-спектрометр для измерения элементного и изотопного состава твердых и псевдо-твердых (напр. кристаллизованные био-материалы) веществ и материалов. Система позволяет проводить анализ ультрамалой массы вещества с поверхности образца и одновременно определять большое число элементов с низкими пределами обнаружения. Прибор полностью автоматизирован и не требует пробоподготовки.
Геология
- Изотопный анализ на образцах керна и шлама: возможность определения всех изотопов углерода (C), кремния (Si), стронция (Sr), урана (U), цезия (Cs), циркония (Zr) и многих других.
- Определение концентраций металлов платиновой группы, редкоземельных и трансурановых элементов в породе и их картирования (распределения) по поверхности.
- In situ анализ минеральных зерен.
- Изотопное датирование для стратиграфических исследований и корреляции отложений.
- Выделение и анализ компонентного состава керогена в нефтематеринской породе.
- Определение компонентного состава органических и неорганических соединений.
- Количественная оценка неорганических элементов/микроэлементов металлов в твердых образцах (керна и горной породы).
- Исследование органического вещества в породе.
Материаловедение
- Оценка содержания и распределения легирующих и примесных элементов в сплавах и композиционных материалах.
- Контроль химического состава материалов, в том числе при решении задач в аддитивных технологиях.
- Количественное элементное картирование.
- Анализ профиля поверхности или покрытия.
- Изотопный анализ.
- Анализ редкоземельных элементов.
Медицина
- Клинический анализ биологических материалов.
- Определение количества токсических и жизненно важных элементов на образцах био-материала
- Изучение микроэлементного состава твердых тканей (костные ткани, волосы, зубы и др.)
- Определение биомаркеров определенных расстройств по содержанию микро-примесей
Фармакология
- Качественный и количественный анализ лекарственных средств.
- Контроль примесных компонентов в лекарственных субстанциях.
- Фармакопейный анализ.
- Выявление фальсификаций и контроль подлинности лекарственных средств.
Пищевая промышленность
- Определение количества микро-примесей неорганических компонентов на образцах пищевых продуктов.
- Оценка качества и безопасности пищевой продукции.
- Контроль допустимому содержания химических, биологических веществ и их соединений, микроорганизмов.
- Определение пестицидов химического и биологического происхождения.
- Анализ происхождения и выявление фальсификаций в продуктах питания.
Ключевые преимущества MASSBOX и метода LALI
по сравнению с масс-спектрометрией лазерной абляцией с индуктивно-связанной плазмой (LA-ICP):
- Не требуется растворять твердые вещества для анализа, что значительно упрощает пробоподготовку и сокращает время анализа: метод лазерной абляции лазерной ионизации предполагает анализ твердых образцов.
- Одновременное определение всех элементов и их изотопов, без интерференции массовых спектров.
- Простота выполнения эксперимента: оператору не требуется специальных знаний для проведения эксперимента, запуск анализа производится в 3 клика на панели управления.
- Не требует расходных материалов. Для проведения анализа требуется только подключение к электропитанию и сверх-малый расход гелия (не более 10 л в год).
Типовые результаты анализа:
1. Массовый спектр (содержание элементов и их изотопов)
2. Картирование (распределение элементов) на поверхности образца
MASSBOX оснащен двойным лазером, позволяющим проводить последовательно процессы лазерной ионизации и лазерной абляции материала (LALI). MASSBOX извлекает и затем ионизирует атомы исследуемого материала в два отдельных этапа. На первом шаге LALI использует сфокусированный лазерный луч для абляции/десорбции материала с твердой поверхности образца. В MASSBOX используется десорбционный лазер Nd:YAG (лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом) с регулируемой длиной волны. В зависимости от области применения лазер десорбции/абляции может быть настроен на четвертую гармонику (266 нм) или пятую гармонику (213 нм) для абляции или на основную длину волны 1064 нм для десорбции.
В процессе, абсолютно аналогичном лазерной ионизационной масс-спектрометрии (LIMS) и лазерно-индуцированной пробойной спектроскопии (LIBS), лазер абляции/десорбции генерирует начальный набор пар ион/электрон из темпоральной плазмы вместе с облаком нейтральных частиц, которое движется в нормальном направлении к поверхности образца. Небольшая задержка (<1 мкс) позволяет погасить плазму и рассеять генерируемые плазмой ионы до запуска второго лазера для ионизации (также Nd:YAG-лазер, настроенный на 266 нм).
Схема устройства прибора MASSBOX
Ионизационный лазер расположен параллельно поверхности образца, а его луч сфокусирован внутри облака нейтральных частиц. Сфокусированный луч от ионизационного лазера имеет плотность энергии > 109 Вт*см-2, что позволяет ионизировать нейтральные частицы посредством многофотонной ионизации (MPI). Многофотонная ионизация отличается от используемой в других устройствах резонансной усиленной многофотонной ионизации (REMPI) тем, что в MPI лазер не настроен на конкретную элементную или молекулярную частоту для ионизации. Благодаря ионизирующим элементам в широком диапазоне энергий ионизации MPI служит высокоэффективным источником ионов и заменяет Ar-плазму приборов ICP (индуктивно-связанной плазмы).
После ионизации ионная воронка собирает и фокусирует ионы в среде с низким давлением (0,2-0,3 мбар). После выхода из ионной воронки квадрупольный ионный дефлектор (QID) поворачивает ионы на 90 градусов и направляет пучок ионов через стек линз Эйнзеля и квадруполь для дальнейшего улучшения формы пучка. После перехода квадруполя в MASSBOX есть узкополосный квадрупольный фильтр. Для задач, где требуется высокая чувствительность, узкополосный нотч-фильтр увеличивает динамический диапазон, избирательно уменьшая сигнал до четырех различных ионных масс (обычно наиболее распространенных матричных элементов). Затем ионы переносятся во времяпролетный рефлектрон Time-Of-Flight (TOF), который завершает массовый анализ.
- Кривые Стрибека для отображения режимов смазки модификаторов вязкости и присадок в маслах.
- Трение и износ в процессе высокотемпературной обработки металла.
- Зависимое от направления трение и износ полимерных композитов.
- Трение и износ материалов тормозных колодок при высоких температурах.
- Кривые Стрибека для проверки смазки пищевых частиц и напитков.
- Трибокоррозия материалов.
- Быстрая трибологическая характеристика покрытий, таких как TiBN, TiN, DLC, WC, PCD и многих других.
- Износостойкость режущего инструмента и твердосплавных покрытий, используемых в горнодобывающей промышленности.
- Испытания космических материалов в условиях высокого вакуума и температуры.
-
- ASTM G99: Стандартный метод испытаний для испытания на износ с помощью прибора "штифт на диске"
- ASTM G133: Стандартный метод испытаний для износа скольжения шариков по плоскости с линейным возвратно-поступательным движением
- ASTM G77: Стандартный метод испытаний для оценки сопротивления материалов износу при скольжении с использованием испытания на износ блока на кольце
-
- ASTM G59: Стандартный метод испытаний для измерения сопротивления потенциодинамической поляризации
- ASTM G102: Стандартная практика для расчета скорости коррозии и сопутствующая информация по электрохимическим измерениям
-
- DIN 50324: Трибология; Испытания на трение и износ модели Испытание на трение скольжения твердых тел (система шарик-диск)
- DIN ISO 7148-1: Испытания трибологических свойств материала подшипников скольжения. Часть 1: Испытания материалов подшипников, процедура испытаний A, штифт на диске.
- DIN ISO 7148-2: Испытание трибологических свойств пластмассовых материалов для подшипников скольжения, процедура испытаний A, штифт на диске
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Типы анализируемых образцов |
Органический и неорганический |
| Агрегатное состояние образцов |
Твердый или псевдо-твердый (биологические пробы) |
| Определяемые элементы |
от Li до U |
| Пределы определения |
10 ppb – 1 ppm (в зависимости от области применения) |
| Диапазон определения массовых чисел |
1 - 20000 Th |
| Разрешающая способность MASSBOX (стандартная версия) MASSBOX HR (версия высокого разрешения) |
700 - 1100 Th/Th (CTOF) 6000 - 14000 Th/Th (LTOF) |
| Предельная погрешность измерений масс |
~10 ppm |
| Каналы узкополосного нотч-фильтра |
4 шт. |
| Картирование |
Площадь до: 80 мм x 80 мм x 30 мм 3-осное картирование с разрешением 1 нм |
| Размер лазерного пятна |
Настраиваемый, от 1 до 250 мкм |
| Частота повторения импульсов |
1 – 50 Гц |
| Мощность лазера абляции / ионизации (266 нм) |
10 мДж (плотность потока 15 Дж/см2) |
| Характеристики луча |
Равномерный поток, квадратный профиль |
| Общее время анализа (включая вакуумирование) |
< 5 мин |
| Держатель для образцов (загрузчик проб) |
Подстраиваемый под задачи пользователя Стандартный держатель: 9 слотов для образцов |
| Количественная оценка/характеристика |
Возможны материалы с различной матрицей без использования стандартов |
