一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，包括以下步骤：S1、分别依次测试各氢同位素单一标准气体的响应系数；S2、测试氢同位素混合气体的峰面积；S3、根据所测得的各氢同位素单一标准气体的响应系数和所测得氢同位素混合气体的峰面积计算出氢同位素混合气体中的各氢同位素气体的丰度。本发明专利技术还提供一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析装置。本发明专利技术有利于可以保证在气体样品少的情况下，依据较为稳定的气体压强、体积和各个氢同位素单一气体的响应系数，结合氢同位素混合气体的峰面积来计算，得到较为准确的丰度测试结果，减小定量分析中的误差。

An absolute measurement method and device for hydrogen isotope gas abundance analysis by quadrupole mass spectrometry

【技术实现步骤摘要】
一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法及装置
本专利技术涉及一种测量方法，具体地讲，是涉及一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法。
技术介绍
氢同位素气体丰度分析是氢同位素工艺研究的基础，目前较多的是使用气相色谱法(GC)。虽然GC有良好的定量分析效果，但是GC一方面对样品量要求较高(样品压强在kPa量级以上)，另一方面结果受温度影响较大，温度的小范围波动都会造成测量结果的改变。四极质谱分析氢同位素的原理是基于氢同位素分子之间质荷比(m/z)的不同，利用质谱实现不同质核比元素的分离与测定。质谱仪所需的工作环境为高真空环境，微小的进样量就能进行分析。对于微量或痕量氢同位素分子的在线连续测量，质谱法是十分理想的选择。通过直接测定实时离子强度定量分析各组分丰度难度较高，对于量很少的气体样品，离子强度不稳定，分析受到很大局限性。因此，通常四极质谱仅作为定性分析使用，定量分析存在一定难度。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术提出一种便利同位素分子定量分析的绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，包括以下步骤：步骤S1、分别依次测试各氢同位素单一标准气体的响应系数；步骤S2、测试氢同位素混合气体的峰面积；步骤S3、根据所测得的各氢同位素单一标准气体的响应系数和所测得氢同位素混合气体的峰面积计算出氢同位素混合气体中的各氢同位素气体的丰度。进一步地，所述步骤S1中，将一种氢同位素单一标准气体通入定量罐内，通过薄膜真空规测得该种氢同位素单一标准气体的气体压强，且由定量罐的体积得知该种氢同位素单一标准气体的气体体积，再将该种氢同位素单一标准气体通入质谱室内测得其峰面积，根据公式：推出该种氢同位素单一标准气体响应系数与其峰面积的关系：式中，t1和t0分别是质谱检测的结束和开始时间，I(t)为离子信号强度，为t0-t1时间内质谱检测中离子信号强度的时间曲线积分面积，q(t)为该种氢同位素单一标准气体的进样量，为t0-t1时间内该种氢同位素单一标准气体的总进样量，k为该种氢同位素单一标准气体的响应系数，n为该种氢同位素单一标准气体的物质的量，P为实测的气体压强，V为该种氢同位素单一标准气体的体积，R为理想气体常数，T为环境温度，A为测得的该种氢同位素单一标准气体的峰面积。具体地，所述步骤S2中，将氢同位素混合气体通入质谱室内测得该氢同位素混合气体内的各相对原子质量的峰面积。具体地，所述步骤S2中存在的2amu的峰为H2和D+贡献的混合峰，存在的4amu的峰为D2贡献的峰。具体地，所述步骤S3中，通过如下公式计算同位素混合气体中个氢同位素单一气体的气体丰度与各相对原子质量的峰面积和的关系：式中，为H2的气体丰度，为D2的气体丰度，为H2的响应系数，为D2的响应系数，为D+的响应系数，A2amu为相对原子质量为2amu的峰面积，A4amu为相对原子质量为4amu的峰面积。一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析装置，该装置配合绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法使用，该装置包括装载氢同位素混合气体的样品罐，与所述样品罐同管道连接的第一阀门，与所述第一阀门同管道连接的第二阀门，连接于所述第一阀门与第二阀门连接管道之间的第三阀门，与所述第三阀门同管道连接且装载氢同位素单一标准气体的标准气体罐，与所述第二阀门同管道连接的定量罐，连接于所述定量罐一端且用于测量位于定量罐内气体压强的薄膜真空规，与所述定量罐另一端连接且带动定量罐内的气体转动的第一分子泵组，与所述定量罐同管道连接的微调漏孔阀，与所述微调漏孔阀同管道连接且用于对气体质谱分析的质谱室，以及与所述质谱室连接且带动质谱室内的气体转动的第二分子泵组，其中，所述标准气体罐与连接管道可更换连接且标准气体罐数量有两个，所述两个标准气体罐内分别装载H2、D2两种氢同位素单一标准气体。本专利技术的设计原理在于，当质谱在其线性工作区间工作时，离子信号强度I(t)和进样量q(t)是呈线性关系的：I(t)＝kq(t)(5)其中，k为响应系数。对于式(5)进行积分即可得到：其中t1是质谱(MS)检测的结束时间，t0是MS检测的开始时间。式(7)中项为t0-t1时间内MS离子信号强度时间曲线积分面积，为t0-t1时间内氢同位素气体的总进样量。当检测的气体为氢同位素单一标准气体时，在进样压强与进样体积已知的情况下，就可以转化为进样的氢同位素单一标准气体的物质的量n，则式(6)可以转化为：可推出该种氢同位素单一标准气体响应系数与其峰面积的关系：其中，P为实测进样的气体压强，Pa；V为定量罐的体积，m3；R为理想气体常数，J·mol-1·K-1；T为环境温度，K。首先选取某一氢同位素单一标准气体通入定量罐内，通过薄膜真空规测得该氢同位素单一标准气体的气体压强，且由定量罐的体积得知该种氢同位素单一标准气体的气体体积，再将该氢同位素单一标准气体通入质谱室内测得其峰面积，利用式(8)对其进行分析得到该氢同位素单一标准气体的响应系数，重复上述步骤测量其余氢同位素单一标准气体，得到所有氢同位素单一标准气体的响应系数，其中，A2amu为H2的峰面积，A4amu为D2的峰面积，具体计算公式如下：再将同位素混合气体通入四极质谱仪，使该同位素混合气体的气体压强与同位素单一气体的气体压强相同，对同位素混合气体进行质谱分析，获得该同位素混合气体的各相对原子质量的峰面积。对氢同位素单一标准气体进行分析：测定纯H2时，除了由H2贡献的2amu的峰之外，还有由H+的1amu的峰；测定纯D2时，除了由D2贡献的4amu的峰之外，还有由D+为2amu的碎片峰；可知D+为2amu的碎片峰面积与也是如式(11)所示的线性关系。对氢同位素混合气体进行分析：由D+贡献的2amu的峰与H2贡献的2amu的峰重合，因此在分析时，需要H2的2amu峰面积就必须要在2amu峰面积扣除D+贡献的峰面积。计算氢同位素混合气体时，定量罐中的及H2、D2的丰度通过下列公式计算：所得计算公式仅为氢同位素混合气体为H2、D2两种气体的混合气体时的状况。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术是基于微小的同位素气体进样量来进行分析，先将各氢同位素单一标准气体通入定量罐内，通过薄膜真空规测得该种氢同位素单一标准气体的气体压强，且由定量罐的体积得知该种氢同位素单一标准气体的气体体积，再将该种氢同位素单一标准气体通入质谱室内测得其峰面积，从而计算出各单一标准气体的响应系数；再将氢同位素混合气体通入定量罐内，通过薄膜真空规测得该氢同位素混合气体的气体压强，且由定量罐的体积得知该氢同位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1、分别依次测试各氢同位素单一标准气体的响应系数；/n步骤S2、测试氢同位素混合气体的峰面积；/n步骤S3、根据所测得的各氢同位素单一标准气体的响应系数和所测得氢同位素混合气体的峰面积计算出氢同位素混合气体中的各氢同位素气体的丰度。/n

【技术特征摘要】
1.一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、分别依次测试各氢同位素单一标准气体的响应系数；
步骤S2、测试氢同位素混合气体的峰面积；
步骤S3、根据所测得的各氢同位素单一标准气体的响应系数和所测得氢同位素混合气体的峰面积计算出氢同位素混合气体中的各氢同位素气体的丰度。


2.根据权利要求1所述的一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述氢同位素单一标准气体为H2、D2两种气体，所述步骤S2中，所述的氢同位素混合气体为H2、D2两种气体的混合气体。


3.根据权利要求2所述的一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，将一种氢同位素单一标准气体通入定量罐内，通过薄膜真空规测得该种氢同位素单一标准气体的气体压强，且由定量罐的体积得知该种氢同位素单一标准气体的气体体积，再将该种氢同位素单一标准气体通入质谱室内测得其峰面积，根据公式：



推出该种氢同位素单一标准气体响应系数与其峰面积的关系：



式中，t1和t0分别是质谱检测的结束和开始时间，I(t)为离子信号强度，为t0-t1时间内质谱检测中离子信号强度的时间曲线积分面积，q(t)为该种氢同位素单一标准气体的进样量，为t0-t1时间内该种氢同位素单一标准气体的总进样量，k为该种氢同位素单一标准气体的响应系数，n为该种氢同位素单一标准气体的物质的量，P为实测的气体压强，V为该种氢同位素单一标准气体的体积，R为理想气体常数，T为环境温度，A为测得的该种氢同位素单一标准气体的峰面积。


4.根据权利要求3所述的一种绝对量测量的四极质谱氢同位素气体丰度分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，将氢同位素混合气体通入质谱室内测得该氢同位素混合气体内的各相对原子质量的峰面积...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯兴文，李信佟，王泽骥，王祥霖，何康昊，李敏，姚伟志，罗军洪，宋江锋，石岩，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51