稀有气体(He、Ne、Ar、Kr、Xe)是一类具有特殊性质的气体,在诸多领域都有广泛应用。由于部分稳定稀有气体同位素可通过核反应产生,因此在核保障监督、核科学等领域中相关核素可以提供关键参考信息。此外,稀有气体也是地质学、矿床学等领域中的重要指示元素,近三十年来一直受到人们的持续关注。
高精度、准确的稀有气体分析是上述研究的基础。在各类稀有气体静态质谱(Static Noble Gas Mass Spectrometry)中,均需对持续测量的稀有气体信号进行处理以反推样品引入时刻的信号强度。值得注意的是,尽管稀有气体质谱技术已经发展多年,但对于时变信号的拟合处理问题尚无统一定论,多数学者采用线性拟合为主。这是由于大部分应用中样品体系简单,且为相对(参考气)测量,对单次测量的准确度要求不高。然而,上述拟合方式的结果受测量条件影响较大,可能导致不同方法的校正系数差别较大,无法较好地满足复杂基体样品中稀有气体的高精度分析需求。
为提升复杂样品中稀有气体质谱分析的准确性,我们通过分析气体样品引入质谱后的物理过程,包括电子轰击电离,以及气体的吸附-解析,建立了样品引入质谱后的浓度变化模型。以空气Xe测量为例,基于该模型的拟合方式达到了比传统的线性拟合更高的拟合优度(R2=1);更重要的是,在不同质谱测量条件下该拟合方式的反推结果一致性明显(2~10倍)优于线性拟合,说明我们提出的处理方式更加稳定、可靠。
尽管稀有气体分析方法学本身属于冷门研究方向,但基于稀有气体的应用众多。本工作可为相关应用提供技术参考,因此受到了编辑和审稿人的肯定,投稿非常顺利。十二月疫情封控期间,我们遵照所、室的居家办公安排集中精力开展材料准备,一月投稿后返回小修,节后复工第一天就收到了文章接收通知,取得了今年研究工作的开门红。研究结果有助于提升质谱团队在静态稀有气体质谱分析方面的核心能力,后续将继续在相关工作任务中反馈应用。该文章是205室在Analytical Chemistry上发表的首篇文章,同时也是近年本室来基于稀有气体质谱分析方向发表的首篇文章。