Лазерно-абляционный лазерно-ионизационный времяпролетный (LALI-TOF) масс-спектрометр MASSBOX

Области применения системы MASSBOX (для органических и неорганических материалов):

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.
- 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.

Пределы обнаружений масс-спектрометра MASSBOX (LALI):

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).

Принцип работы системы:

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). 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.

Технические характеристики: 

Схема устройства прибора MASSBOX:

Схема процесса лазерной абляции и лазерной ионизации (LALI)

Программное обеспечение MASSBOX

MASSBOX – полностью автоматизированный масс-спектрометр, оснащенный наиболее современным программным обеспечением. Все операции в процессе анализа выполняются автоматически, пользователю требуется лишь выбрать зоны и последовательность выполнения анализа. Прибор предназначен для непрерывной круглосуточной автономной работы (без участия оператора).
MASSBOX оснащен встроенным в переднюю панель компьютером на базе ОС Windows 10 с сенсорным экраном.
Интуитивно-понятный пользовательский интерфейс программного обеспечения схож по способам управления с современными смартфонами.
Ключевыми функциями программного обеспечения являются:
- Возможность задания последовательности экспериментов (по точкам / по линии / по площади) на нескольких образцах и выполнения автономного анализа.
- Отображение всех параметров эксперимента в режиме онлайн.
- Возможность работы с базой данных уже проанализированных образцов непосредственно в процессе выполнения текущего анализа.
- Автоматические оповещения пользователей о статусе работы прибора (уведомления приложения и e-mail).
- Вывод результатов анализа масс-спектра и картирования области образца в режиме реального времени.
- Хранение результатов на рабочем ПК и / или в облаке, автоматическое резервирование данных.