ES2205979B1 - Camara de descarga luminiscente para el analisis directo de muestras solidas por espectrometria de masas. - Google Patents
Camara de descarga luminiscente para el analisis directo de muestras solidas por espectrometria de masas.Info
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Abstract
Cámara de descarga luminiscente para el análisis directo de muestras sólidas por espectrometría de masas. Consiste en un disco metálico de reducidas dimensiones, bajo coste y diseñado para ser acoplado a un espectrómetro de masas convencional. El disco define un pequeño volumen (1) de forma cónica en el que se forma la descarga luminiscente, con al menos una entrada para el gas formador de la descarga (2), y otra para la monitorización de la presión en su interior (3). La presión en el interior de la cámara se reduce al nivel óptimo con el sistema de vacío del espectrómetro de masas (no precisa bomba de vacío auxiliar). Permite el análisis directo de muestras sólidas proporcionando información sobre la composición total y/o sobre el perfil de concentraciones en profundidad (p. ej. caracterización de materiales recubiertos). De aplicación en industrias del metal, desarrollo de nuevos materiales, industria del automóvil, control de calidad.
Description
Cámara de descarga luminiscente para el análisis
directo de muestras sólidas por espectrometría de masas.
La presente invención consiste en una cámara de
descarga luminiscente sencilla, pequeña y de fácil manejo,
compatible con la interfase de un espectrómetro de masas,
típicamente utilizado en el análisis inorgánico multielemental. La
presión en el interior de la cámara de descarga luminiscente se
reduce hasta un nivel óptimo (1-10 torr) con el
sistema de vacío del propio espectrómetro de masas, de forma que no
es preciso utilizar una bomba de vacío auxiliar.
La cámara de descarga desarrollada puede ser
fácilmente intercambiada con la fuente de plasma de acoplamiento
inductivo (ICP) de un espectrómetro de masas convencional, y
viceversa, en un tiempo no superior a los 15 min. y con las mínimas
modificaciones. Además, el diseño de esta nueva cámara de descarga
permite el acceso directo desde el exterior de la cámara a la
muestra sólida que se va a analizar. De esta forma, muchos de los
problemas encontrados en otros diseños (derivados de la falta de
reproducibilidad en la colocación de la muestra y posibles
inestabilidades debidas a la redeposición del material arrancado en
la cámara de descarga) son minimizados.
Cabe destacar que en otros tipos de cámaras de
descarga la muestra debe ser insertada en el interior de una cámara
de vacío (en lugar de tener un acceso externo directo), y eso
restringe tanto el tamaño como la forma de la muestra requerida
para el análisis. En tales circunstancias, los metales o aleaciones
deben ser mecanizados para obtener una geometría adecuada. Estas
modificaciones suelen eliminar la posibilidad de realizar estudios
de la variación de las concentraciones de los distintos elementos
con la profundidad a partir de la superficie de la muestra
(perfiles). Además, materiales eléctricamente no conductores, tales
como vidrios o cerámicas, no son fácilmente mecanizables.
Por otro lado, en la cámara de descarga
luminiscente de tipo Grimm, tal como la que se presenta en la
patente francesa No. 2 616 545 (16 Dic. 1988), se monta la muestra
en el exterior de la cámara de vacío y se dispone de un cátodo entre
la muestra y el ánodo. Esto implica un riesgo importante de
contaminación (debido al material arrancado del cátodo) y
significa un aumento del tamaño de la cámara (parámetro que en el
nuevo diseño propuesto aquí se ha intentado minimizar).
Además, en la cámara de descarga luminiscente
aquí propuesta es posible realizar modificaciones adecuadas a las
distintas aplicaciones particulares o incluso al acoplamiento
concreto al espectrómetro de masas utilizado.
La descarga luminiscente (GD) surgió hace más de
50 años como una fuente de espectroscopia atómica (Glow Discharge
Spectroscopies, ed. R.K. Marcus, Plenum Press, New York, 1993),
principalmente utilizada en espectrometría de masas (MS) (W.W.
Harrison and C.W. Magee, Anal. Chem., 1974, 46, 461 y
R. Jakubowski, D. Stuewer and W. Vieth, Anal. Chem., 1987,
59, 1825) y en espectroscopia de emisión óptica (OES) (M.R.
Winchester and R.K. Marcus, J. Anal. At. Spectrom., 1990,
5, 575 y A. Bengtson, Spectrochim. Acta, Part B,
1994, 411, 49), técnicas que hoy en día han logrado alcanzar
ya un cierto nivel de madurez y de valor en los análisis de
rutina. La cámara de descarga aquí presentada está especialmente
adaptada para el análisis directo de muestras sólidas, aunque en
principio también puede ser utilizada con muestras líquidas y
gaseosas.
La luminiscencia en una descarga luminiscente se
produce al pasar una corriente eléctrica a través de un gas
(normalmente Ar) a baja presión (del orden de unos pocos torr). Un
tubo de descarga luminiscente elemental consiste en dos electrodos
planos y paralelos localizados en el interior de una cámara
cilíndrica que contiene un gas a baja presión. La descarga
luminiscente con aplicaciones analíticas, funciona en la
denominada región ``anormal'': toda la superficie del cátodo
expuesta a la descarga está cubierta por la descarga y la relación
entre el voltaje aplicado y la intensidad de corriente es
lineal.
Durante la descarga, el cátodo constituido por la
propia muestra sólida a analizar, es bombardeado con iones
positivos formados a partir del gas de la descarga. Este bombardeo
produce la erosión de la superficie, fenómeno denominado
``arrancado catódico'' en el que átomos, electrones e iones son
arrancados de la superficie de la muestra sólida. Los átomos
arrancados difunden en el interior del plasma gaseoso formado y
participan en los diferentes fenómenos que tienen lugar en la
descarga, en particular, son excitados e ionizados (es decir,
permiten su medida por emisión óptica y por espectrometría de
masas). Además, merece la pena destacar que en estas descargas
luminiscentes los procesos de atomización y excitación/ionización
de los átomos a partir de la muestra sólida, están separados en el
espacio y en el tiempo, disminuyendo de esta forma los efectos de
matriz en comparación con otras fuentes de ionización (Glow
Discharge Optical Emission Spectrometry, ed. R. Payling, D. Jones
and A. Bengtson, John Wiley & Sons, New York, 1997).
Las técnicas de descarga luminiscente pueden ser
aplicadas no sólo al análisis global de muestras sólidas homogéneas
sino también a la obtención de los perfiles de concentración en
profundidad de materiales recubiertos, siempre que se asegure un
buen control de los parámetros de la descarga de manera que se
obtengan unos cráteres con una forma adecuada en la muestra sólida.
El modo de funcionamiento más común en espectroscopia de descarga
luminiscente es la aplicación de corriente continua (dc), debido a
que es una técnica rápida y sencilla de manejar en el análisis
elemental de muestras eléctricamente conductoras. Por otro lado, la
introducción de las descargas luminiscentes generadas a partir del
acoplamiento a la descarga de potencia de radiofrecuencia (rf) ha
aumentado considerablemente su campo de aplicación, debido a su
capacidad para producir arrancado de materiales aislantes (D.C.
Duckworth and R.K. Marcus, Anal. Chem., 1989, 61,
1879).
La aplicación de las descargas luminiscentes como
fuentes espectroquímicas primarias para el análisis elemental
directo de gases, líquidos y sólidos, por espectrometría de masas
está aumentando considerablemente. Aunque la mayoría de los
instrumentos (GDMS) estén acoplados a analizadores de masas de doble
enfoque (Y. Shao and G. Horlick, Spectrochim. Acta, Part B,
1991, 46, 165) y de cuadrupolo (R.C. Hutton and A. Raith,
J. Anal. At. Spectrom., 1992, 7, 623 y D.C. Duckworth
and R.K. Marcus, Appl. Spectrosc., 1990, 4, 649), los
más recientes desarrollos en GDMS se están llevando a cabo
utilizando espectrómetros de masas de tiempo de vuelo (R.E.
Steiner, C.L. Lewis and F.L. King, Anal. Chem., 1997,
69, 1715, M.J. Heintz, D.P. Myers, P.P. Mahoney, G.Q. Li
and G.M. Hieftje, Appl. Spectrosc., 1995, 49, 945,
W.W. Harrison and W. Hang, J. Anal. At. Spectrom., 1996,
11, 835 y C. Yang, M. Mohill and W.W. Harrison, J. Anal.
At. Spectrom, 2000, 15, 1255).
Ejemplos de anteriores cámaras de descarga
luminiscente utilizadas en el análisis directo de muestras sólidas
se describen en: U.S. Pat. Nos. 4,853,539, 4,912,324 and 5,086,226;
y en las Patentes Europeas con Nos. de aplicación 0407030 y
0437358.
La mayoría de los instrumentos de GDMS descritos,
presentan problemas relacionados con la falta de reproducibilidad
en la colocación de la muestra y también con posibles
inestabilidades debidas a la redeposición del material arrancado
en la cámara; además, en algunos casos el análisis de perfiles de
concentración en profundidad no puede llevarse a cabo. El nuevo
diseño de cámara de descarga luminiscente propuesto aquí, ofrece
unas prestaciones superiores para el análisis de muestras sólidas
por espectrometría de masas, comparado con las cámaras previamente
mencionadas. Se trata de una nueva cámara de descarga más simple y
más pequeña. De hecho, consiste en una única pieza de metal
adecuadamente mecanizada y eléctricamente conectada a tierra. La
cámara es compatible con la interfase de un ICPMS (formada por un
``sampler'' (cono de muestreo) y un ``skimmer'' (cono de
extracción) y es suficientemente delgada como para obtener unas
distancias ``sampler'' (cono de muestreo)-muestra de
alrededor de 4 mm y ``skimmer'' (cono de
extracción)-muestra de alrededor de 12 mm (valores
optimizados para una mejor transmisión fónica). La cámara de
descarga consiste en un disco metálico con una pequeña cámara de
vacío (\sim-10^{2} mm^{3}) que es evacuada a
través del orificio del ``sampler'' (cono de muestreo), utilizando
la bomba de vacío del espectrómetro de masas. La cámara de
descarga es fácil de utilizar, con un bajo coste de fabricación
(como resultado de su diseño simple) y su acoplamiento a la
interfase del espectrómetro de masas es sencillo y rápido. Además,
es importante destacar el que las muestras sólidas a analizar se
colocan directamente en el exterior de la cámara de vacío y no se
necesita portamuestras.
Figura 1: Diseño de la cámara de descarga
luminiscente (se representan las diferentes vistas de la cámara).
(1) Conexión para medir la presión en el interior de la cámara de
vacío, (2,3) entradas del gas de la descarga, (4) volumen donde se
produce el plasma gaseoso, (5) agujeros para los tornillos de
fijación, (6) orificio que limita el área de arrancado en la
superficie de la muestra sólida, (7) posición de la junta tórica
que sella la interfase muestra-cámara de descarga
luminiscente.
Figura 2: Diagrama esquemático de la cámara de
descarga luminiscente y de su acoplamiento a un instrumento
comercial ICP-TOFMS después de retirar la fuente
de ICP: (1) ``skimmer'' (cono de extracción), (2) ``sampler'' (cono
de muestreo), (3) cámara de descarga luminiscente, (4) muestra
sólida, (5) unidad de refrigeración, (6) aislante eléctrico, (7)
soporte, (8) tornillo para presionar la muestra, (9) generador de
corriente continua, (10) controlador de flujo de gas, (11) medidor
de presión.
Figura 3: Dependencia lineal observada de la
diferencia de potencial con la corriente eléctrica, para una
muestra de bronce (material de referencia 234 procedente de USSR
Certified Reference Material) con un 61.81% de Cu y un 31.10% de
Zn, para dos presiones diferentes: (a) 3.6 torr y (b) 4.6 torr.
Figura 4: Comparación entre las distintas formas
de cráteres obtenidos para la muestra de bronce certificada
31X-B7-H (Cu 85%, Zn 15%) procedente
de MBH Analytical Ltd. En las siguientes condiciones:
- a)
- 1 mA, 1050 V, 0.8 \mum/min.
- b)
- 6 mA, 950 V, 3.1 \mum/min.
- c)
- 14 mA, 800 V, 2.5 \mum/min.
Figura 5: Perfil en profundidad cualitativo
(Muestra de Galvanneal)
- a)
- GDMS (875 V, 10 mA).
- b)
- GDOES (875 V, 10 mA).
Figura 6: Espectro de masas de un material de
bronce certificado 33X GM7 procedente de MBH Analytical Ltd., con
un 85.5% de Cu, obtenido con unas condiciones de 780V y 5mA en la
cámara de descarga luminiscente.
- a)
- Espectro de masas del Pb (0.87%) y del Bi (0.11%).
- b)
- Espectro de masas de la Ag (0.07%).
Figura 7: Espectro de masas del estaño en un
material certificado 31X-B7-H
(Sn<0.01%) obtenido con unas condiciones de 750V y 6mA en la
cámara de descarga luminiscente.
Figura 8: Estabilidad temporal de sistema
GD-TOFMS (muestra
31X-B7-H)
- a)
- Señal obtenida para cuatro isótopos diferentes.
- b)
- Estabilidad a largo plazo de la relación ^{63}Cu/^{65}Cu.
Figura 9: Diseño de cámara de descarga
luminiscente incluyendo (1) la junta tórica que sella la interfase
``sampler'' (cono de muestreo)-cámara de descarga
luminiscente.
Figura 10: Diseño de cámara de descarga
luminiscente con una junta tórica alrededor de la cámara (2).
La cámara de descarga luminiscente objeto de esta
invención consiste en un disco metálico que actúa de ánodo con un
diámetro determinado por las dimensiones de la interfase del
espectrómetro de masas. En el centro de dicho disco se localiza un
orificio cilíndrico que restringe el arrancado de la descarga en la
superficie de la muestra sólida (o del cátodo), a un área bien
definido. Su diámetro puede ser modificado (generalmente entre
1-8mm) dependiendo de las dimensiones del área de
la muestra, conveniente para un análisis dado. Después del arrancado
de la muestra, los átomos e iones viajan a través del orificio
cilíndrico hacia el pequeño volumen cónico (\sim 10^{2}
mm^{3}), adecuado para una buena transmisión de los iones hacia
el ``sampler'' (cono de muestreo) y el ``skimmer'' (cono de
extracción) del espectrómetro de masas. Tres conexiones cruzan el
ánodo desde el exterior hasta el volumen cónico interno. Dos de
ellas son utilizadas para introducir el gas de la descarga
(típicamente Ar o He) y están colocadas de tal forma que sus
terminaciones están una enfrente de la otra, obteniendo así un
buen enfoque del plasma. La tercera conexión se utiliza para medir
la presión en la cámara de descarga luminiscente usando por ejemplo
un Baratron (transductor
``capacidad-presión'').
La cara del disco (ánodo) que posee el volumen
cónico para la descarga, se coloca frente al ``sampler'' (cono de
muestreo) de la interfase del espectrómetro de masas y se puede
ajustar utilizando unos pequeños tornillos. Se utiliza una junta
tórica entre el ``sampler'' (cono de muestreo) y el disco para
obtener un buen sellado de vacío en la interfase; el canal para
esta junta puede estar tanto en el ``sampler'' (cono de muestreo)
como en la cara interna de la cámara de descarga. Son también
posibles pequeñas modificaciones en la forma de sellar la interfase
(posición de la junta tórica) y en la manera de introducir el gas
de la descarga (número y localización de las conexiones utilizadas
para introducir el gas en la cámara) sin cambiar las
características principales de esta cámara de descarga
luminiscente.
Las muestras sólidas a analizar, que forman el
cátodo, se colocan en la otra cara del disco y se aíslan de la
presión atmosférica utilizando una junta tórica. Esta junta tórica
limita la separación entre el ánodo y la muestra, que es de unos
0.2 mm.
Un disco metálico hueco, a través del cual pasa
agua, se coloca detrás de la muestra como sistema de refrigeración.
Tras él, un disco aislante, hecho de un material tal como el
politetrafluoretileno (PTFE), aísla eléctricamente la muestra del
resto de elementos que forman el soporte y que están eléctricamente
conectados a tierra. Un tornillo que pasa a través del soporte
permite presionar la muestra contra la cámara de descarga (siempre
con el mismo par), obteniendo una distancia cámara- muestra
reproducible.
La descarga luminiscente en este diseño puede ser
generada tanto con corriente continua (dc) como con
radiofrecuencias (rf). En el caso de utilizar dc, la unidad de
refrigeración contiene un pequeño saliente en forma de aguja donde
se aplica la corriente; cuando se trabaja con rf, se conecta un
cable coaxial del generador de rf al extremo del tornillo que pasa
a través del soporte. Una barra de cobre en el interior del
tornillo conecta eléctricamente el extremo del tornillo con la
muestra.
Con el diseño propuesto de la cámara de descarga,
las muestras sólidas pueden ser colocadas directamente en el
exterior de la cámara, permitiendo un fácil intercambio de las
mismas. Este proceso se lleva a cabo cerrando las diferentes
válvulas de vacío del espectrómetro de masas, que mantienen el alto
vacío en el analizador del espectrómetro de masas, mientras que la
interfase alcanza la presión atmosférica. Al mismo tiempo, la
presión en el interior de la cámara de descarga luminiscente
alcanza también la presión atmosférica y la muestra sólida puede
ser fácilmente reemplazada. Una vez la muestra ha sido cambiada,
las válvulas se vuelven a abrir, y se alcanza nuevamente el vacío
óptimo, en menos de dos minutos.
Algunos ejemplos ilustrativos, que no restringen
la invención, se presentan a continuación:
Se diseñó una cámara de descarga luminiscente
formada por un disco de acero inoxidable de 6 mm de espesor. En una
de las caras del disco (cara interna que irá dispuesta sobre la
interfase de un espectrómetro de masas) se mecanizó una forma
cónica de 10 mm de diámetro en su base y una profundidad de 4 mm con
un ángulo de 50 grados. Esta forma cónica es concéntrica con el
disco y está comunicada con la otra cara del disco (cara externa
en donde se colocará la muestra sólida a analizar) a través de un
canal cilíndrico de 3 mm de diámetro.
En el disco se perforan tres canales internos
cilíndricos con un diámetro de 1.5 mm de forma que comunican el
exterior del disco con la superficie cónica anteriormente
mencionada. Dos de estos canales se encuentran dispuestos en la
misma dirección pero sentidos opuestos y ambos se encuentran en
dirección perpendicular al tercero. En los extremos externos de los
canales opuestos entre sí se sueldan sendos conectores para gases
de tipo ``Swagelok'', mientras que en el extremo del tercer canal
se suelda un adaptador tipo ``NW 16'' para la colocación de un
medidor de presión tipo ``baratrón''.
En la cara externa del disco se mecanizó un canal
concéntrico con el orificio que comunica las dos caras, con un
diámetro interno de 12.6 mm, un diámetro externo de 20.4 mm y con
una profundidad de 2mm en donde se coloca una junta tórica de vitón
(12 mm diámetro interno y 3 mm de espesor). La superficie limitada
por el canal se encuentra a una altura 0,25mm mayor que el resto de
la superficie de la cara externa del disco.
Un esquema detallado de la cámara se muestra en
la Figura 1.
Para realizar el análisis elemental directo de
muestras sólidas con esta cámara de descarga luminiscente, por
GD-espectrometría de masas, la cámara fue acoplada
a un analizador de masas comercial Renaissance(r)
ICP-TOFMS de LECO (St. Joseph, MI, USA). La Figura
2 muestra, un diagrama esquemático de la forma de acoplamiento de
la GD desarrollada con el equipo comercial de LECO (sin ICP)
siguiendo un procedimiento análogo al descrito previamente en la
descripción detallada de la invención.
Con el objeto de asegurar una completa
estanqueidad entre el ``sampler'' (cono de muestreo) (de la
interfase del espectrómetro de masas) y la cámara (donde se
produce la descarga luminiscente) se utiliza una junta tórica entre
ambos (24 mm diámetro interno y 2 mm de espesor) para lo cual ha
sido necesario mecanizar el ``sampler'' (cono de muestreo)
incorporando sobre su superficie externa un canal concéntrico con
el orificio de entrada de iones para el alojamiento de dicha junta
tórica.
El correcto funcionamiento de la descarga
luminiscente se comprobó midiendo la relación entre el voltaje
aplicado y la intensidad de corriente eléctrica. Como es conocido,
la relación entre el voltaje y la intensidad de corriente tiene que
ser lineal como prueba de que la descarga luminiscente está
trabajando en las condiciones ``anormales'' deseadas. Para llevar a
cabo estos estudios se utilizó como muestra sólida un bronce con
un 61.81% de Cu y un 31.10% de Zn (material de referencia 234). Los
gráficos de la Figura 3 muestran el comportamiento óhmico de la
descarga para dos presiones de descarga diferentes: (a) 3.6 torr y
(b) 4.6 torr.
Asimismo, se obtuvieron las formas de los
cráteres producidos en muestras sólidas para diferentes condiciones
de la descarga. Es bien conocido que la forma de los cráteres tras
el arranque del material, constituye un aspecto muy importante de
la calidad de los análisis de perfiles en profundidad y que las
condiciones del plasma juegan también un papel importante en la
calidad de los cráteres producidos en las muestras (M.L.
Hartenstein, S.J. Christopher and R.K. Marcus, Anal. Chem.,
1996, 68, 4213). En la Figura 4 se muestran los perfiles de
los cráteres obtenidos para la muestra de bronce certificada
31X-B7-H en tres condiciones del
plasma distintas. Como se puede observar en la Figura 4(a),
aunque el voltaje es alto (1050 V) la intensidad de corriente es
muy baja (1 mA) y la velocidad de arrancado también es muy baja
(0.8 \mum/min), mientras que en el caso de aplicar 950 V, 6 mA (en
la Figura 4(b)) o 800 V, 14 mA (en la Figura 4(c))
las velocidades de arrancado son 3.1 y 2.5 \mum/min
respectivamente. Por otro lado, la forma de los tres cráteres es
buena, obteniéndose la mejor a 950 V y 6 mA (cráteres con paredes
perpendiculares y base paralela a la superficie de la
muestra).
Se ha evaluado la posibilidad de medir perfiles
en profundidad cualitativos con el sistema GD-TOFMS
desarrollado. Este estudio fue llevado a cabo utilizando una
muestra de acero recubierto con una capa de Zn de un espesor de unos
9 \mum (Galvanneal). Las condiciones eléctricas de la descarga
fueron 875 V y 10 mA. En la Figura 5(a) se muestra un
perfil en profundidad cualitativo de la muestra Galvanneal. El
perfil puede ser comparado con el obtenido utilizando
dc-GD-OES que se muestra en la
Figura 5(b) y donde se utilizaron las mismas condiciones
eléctricas (J. Pisonero, C. Pérez, R. Pereiro, N. Bordel and A.
Sanz-Medel, J. Anal. At. Spectrom., 2001,
16, 370).
Las Figuras 6 y 7 muestran los espectros de masas
de dos materiales de bronce certificados: 33X GM7 (85.5% de Cu) y
31X-B7-H (85.0% de Cu) obtenidos
fijando las condiciones de la descarga luminiscente a 780 V y 5 mA
para el 33X GM7 y a 750 V y 6 mA para el
31X-B7-H. Como se puede observar,
varios elementos minoritarios de estos materiales de referencia
pueden ser directamente analizados utilizando el sistema diseñado
GD-TOFMS.
La estabilidad temporal de la descarga
luminiscente fue caracterizada utilizando una muestra homogénea
(bronce certificado 31X-B7-H). La
deriva de la señal con el tiempo en el sistema
GD-TOFMS desarrollado fue evaluada durante 65
minutos tomando medidas a intervalos de 5 minutos. La Figura
8(a) ilustra la evolución de las señales de cuatro isótopos
diferentes (^{63}Cu, ^{65}Cu, ^{64}Zn and ^{66}Zn) frente
al tiempo de arrancado (período de tiempo durante el cual la muestra
certificada fue expuesta a la descarga luminiscente).
La desviación estándar relativa (RSD) de las
señales aisladas estuvo en el intervalo \pm10 - 15% para los
analitos estudiados. Sin embargo, en un TOFMS todos los iones
generados en un pulso dado del potencial son extraídos
simultáneamente y, por eso, el uso de valores relativos
(relaciones isotópicas de medición inmediata) puede reducir las
derivas y mejorar sustancialmente los RSDs de los valores
isotópicos relativos medidos. La Figura 8(b) ilustra la
estabilidad de la relación ^{63}Cu/^{65}Cu. Como era de
esperar, la precisión de esta relación isotópica mejora
considerablemente (RSD por debajo de \pm5%) respecto a las medidas
absolutas de las masas.
La nueva cámara es idéntica a la descrita en el
ejemplo 1, aunque en este caso se añade en la cara interna del
disco un canal concéntrico con la base de la superficie cónica y
con un diámetro de 24.15 mm y profundidad de 1.5 mm. En dicho canal
se dispone una junta tórica de 24 mm diámetro interno y 2 mm de
espesor con el objeto de asegurar un correcto sellado entre
``sampler'' (cono de muestreo) y el interior de la cámara en donde
se produce la descarga luminiscente. De esta forma no es necesario
llevar a cabo ninguna modificación en la interfase del espectrómetro
de masas del tiempo de vuelo.
El diseño de está cámara aparece recogido en la
Figura 9 siendo su comportamiento para el análisis de muestras
sólidas exactamente idéntico al del ejemplo anterior.
La nueva cámara es similar a la descrita en el
ejemplo 1, aunque presenta ciertas modificaciones. El diseño básico
es el mismo, sin embargo existen dos diferencias que serian:
- 1.-
- En este caso se añade alrededor del perímetro del disco un canal con una profundidad de 1.5 mm. En dicho canal se dispone una junta tórica con el objeto de asegurar un correcto sellado de la cámara de descarga luminiscente con la interfase del espectrómetro de masas del tiempo de vuelo. De esta forma, al igual que en el caso del ejemplo 2, ahora no es necesario llevar a cabo ninguna modificación en la interfase del espectrómetro de masas del tiempo de vuelo.
- 2.-
- Por otro lado, la disposición de los canales de entrada de gases en la cámara presentan una distribución diferente que en la cámara del ejemplo 1. Es este caso, no se perforan los tres canales internos mencionados en el ejemplo 1. Por el contrario, en el ejemplo 3, en el disco se perforaron dos canales internos simétricos cilíndricos con un diámetro de 1.5 mm de forma que comunican el exterior del disco con la superficie cónica de la cara interna. Estos canales se unen en su extremo externo formando un único canal donde se suelda un conector para gases de tipo ``Swagelok''
Este diseño no dispone del tercer canal donde
soldar un adaptador para la instalación de un medidor de
presión.
El diseño de está cámara aparece recogido en la
Figura 10 siendo su comportamiento para el análisis de muestras
sólidas similar al del ejemplo anterior.
Claims (4)
1. Una cámara de descarga luminiscente adecuada
para el análisis directo de la composición elemental de muestras
sólidas o la determinación de perfiles en profundidad, por
espectrometría de masas. Caracterizada porque comprende una
única pieza de metal con forma de disco y con un espesor no mayor de
15 mm, que en su cara interna presenta una pequeña cámara de vacío
con forma cónica, y que en su cara externa presenta un orificio
cilíndrico con un diámetro que podría ser variado dependiendo del
área de la muestra que tuviera que ser analizada y que está
comunicado con la cámara de vacío. Además, la cámara de descarga
luminiscente consiste en un electrodo, eléctricamente conectado a
tierra que presenta al menos una entrada para la introducción del
gas plasmógeno al interior de la mencionada cámara de vacío y que
comprende, sobre la cara externa, un canal circular concéntrico con
el orifico cilíndrico anteriormente mencionado, sobre el que se
sitúa una junta tórica para aislar ánodo y cátodo, y porque
asegura el acoplamiento de la cara interna de la cámara de
descarga luminiscente al ``sampler'' (cono de muestreo) del
espectrómetro de masas, que constituye la unión que mantiene el
vacío (baja presión) en la cámara de vacío, y porque asegura el
acoplamiento de la muestra a la cara externa de la cámara de
descarga luminiscente, donde al menos una porción de la muestra
forma una unión que mantiene el vacío alrededor del orificio
cilíndrico.
2. Una cámara de descarga luminiscente, según la
reivindicación anterior, caracterizada porque presenta una
conexión al interior de la mencionada cámara de vacío que permite
medir la presión en su interior,
3. Una cámara de descarga luminiscente, según las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque presenta
en su cara interna un canal para colocar una junta tórica aislante
alrededor del mencionado orifico cilíndrico.
4. Una cámara de descarga luminiscente, según la
reivindicación 1, caracterizada porque presenta un canal
alrededor de la cámara de descarga para colocar una junta tórica
aislante.
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| EP0296920A1 (fr) * | 1987-06-09 | 1988-12-28 | Regie Nationale Des Usines Renault | Dispositif d'analyse de surfaces non conductrices |
| US4849628A (en) * | 1987-05-29 | 1989-07-18 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Atmospheric sampling glow discharge ionization source |
| US4891515A (en) * | 1987-01-30 | 1990-01-02 | Vg Instruments Group Limited | Solution analyzing mass spectrometer |
| US5036195A (en) * | 1988-11-18 | 1991-07-30 | Vg Instruments Group Limited | Gas analyzer |
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-
2001
- 2001-07-05 ES ES200101609A patent/ES2205979B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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