為了推動(dòng)我國(guó)高端質(zhì)譜儀器的自主研發(fā)，針對(duì)目前宇宙樣品及地球化學(xué)珍貴樣品穩(wěn)定同位素、稀土元素微區(qū)原位分析的難題，國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)立“同位素地質(zhì)學(xué)專(zhuān)用 TOF-SIMS(飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜)科學(xué)儀器”項(xiàng)目，由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)北京離子探針中心牽頭實(shí)施。

 

　　據(jù)了解，根據(jù)記者掌握的情況，項(xiàng)目研制的兩臺(tái)分別用于穩(wěn)定同位素分析和稀土元素分析的TOF-SIMS-SI和TOF-SIMS-REE儀器，將為巖石成因?qū)W、礦床成因?qū)W、地球環(huán)境、氣候變化、月球及行星演化等熱點(diǎn)研究領(lǐng)域提供最先進(jìn)的技術(shù)支撐。

 

　　專(zhuān)家稱(chēng)，用于高精度同位素豐度分析的TOF-SIMS 是一項(xiàng)全新的技術(shù)，它的成功研制，將是質(zhì)譜學(xué)技術(shù)劃時(shí)代的里程碑，同時(shí)將進(jìn)一步推動(dòng)地球化學(xué)和宇宙化學(xué)向更微的空間發(fā)展。像 SHRIMP 的誕生一樣，這項(xiàng)新技術(shù)的誕生將帶來(lái)一系列重要的科學(xué)成果，特別是將直接為我國(guó)探月工程在獲得月球樣品后的分析研究工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

 

　　據(jù)介紹，經(jīng)過(guò)近4年的技術(shù)攻關(guān)，北京離子探針中心聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和吉林大學(xué)等單位完成了兩臺(tái)TOF-SIMS儀器的整體設(shè)計(jì)，對(duì)一次離子源等關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)加工和單獨(dú)調(diào)試，并完成了TOF-SIMS專(zhuān)用系統(tǒng)控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。

 

　　自2014年8月起，項(xiàng)目組開(kāi)始對(duì)兩臺(tái)TOF-SIMS整機(jī)進(jìn)行總裝配和總調(diào)試工作。2015年6月，TOF-SIMS整機(jī)的質(zhì)量分辨率可達(dá)12000(m=106)。截至2015 年初，項(xiàng)目共取得新裝置 12套、核心部件20個(gè)；新申請(qǐng)專(zhuān)利 33項(xiàng)，獲專(zhuān)利授權(quán)8項(xiàng)(其中發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng))；登記軟件著作權(quán)3項(xiàng)；發(fā)表論文24篇，取得了重要的階段性成果。

 

　　一是首次將飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜(TOF-SIMS)技術(shù)應(yīng)用于精密同位素分析和元素豐度測(cè)定。近年來(lái)，隨著離子接收系統(tǒng)在技術(shù)上取得突破性進(jìn)展，北京離子探針中心和相關(guān)合作單位在國(guó)內(nèi)率先嘗試將 TOF技術(shù)應(yīng)用于高精度同位素分析儀器的研發(fā)。

 

　　二是開(kāi)發(fā)了一套適用于珍貴地質(zhì)樣品(如月巖、宇宙顆粒等)高靈敏度、高分辨率同位素分析的小束斑氧離子一次源和離子光學(xué)系統(tǒng)。

 

　　三是開(kāi)發(fā)了提高地學(xué)樣品分析靈敏度的二次中性粒子激光后電離技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在優(yōu)化條件下，飛秒后電離技術(shù)可使信號(hào)提高60 倍。

 

　　四是研發(fā)了高分辨TOF質(zhì)量分析器。有效解決了雙聚焦SIMS質(zhì)譜的低離子通過(guò)率、體積龐大、成本高昂的不足。

 

　　五是開(kāi)發(fā)了一套滿足超高真空環(huán)境下高精度同位素分析要求的創(chuàng)新型三維樣品臺(tái)及樣品傳送系統(tǒng)。

 

　　項(xiàng)目組專(zhuān)家表示，該科研項(xiàng)目盡管取得了一定的成效，但該儀器目前尚處于研發(fā)階段，待目標(biāo)儀器的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)要求后，項(xiàng)目組將啟動(dòng)以下兩項(xiàng)應(yīng)用示范研究工作：一是應(yīng)用TOF-SIMS-SI儀器分析金屬硫化物(黃鐵礦、閃鋅礦等)的硫同位素，探討典型銅礦床銅的富集和礦床形成機(jī)理;二是應(yīng)用TOF-SIMS-REE儀器對(duì)月巖和月球隕石樣品中鋯石的稀土含量和配分模式進(jìn)行分析，以探討月巖中鋯石的成因;測(cè)定月巖樣品和月球隕石中鋯石的Ti元素含量，估算其結(jié)晶時(shí)的溫度，從而推算撞擊事件的溫度。

 

　　據(jù)中國(guó)礦業(yè)報(bào)記者了解到，2015年8月，項(xiàng)目組已將TOF-SIMS-REE儀器應(yīng)用于純金屬樣品銅和銀的同位素豐度分析，分析精度可達(dá) 1%。