用于无损字画分析的微等离子体探针质谱成像方法及装置制造方法及图纸

用于无损字画分析的微等离子体探针质谱成像方法及装置涉及到中国字画分析测试技术领域。其特征在于，是利用高压交流电源对经过石英毛细管的工作气体放电，使工作气体形成含有亚稳态离子的低温等离子体，在大气压条件下，对待测样品表面的化学成分直接解吸附并离子化；同时，在样品离子化区域放置质谱采样装置，对产生的离子进行逐行逐列采样，将采样数据输入质谱成像软件，得到样品中不同质荷比的离子质谱图。本发明专利技术在常压下进行，对于样品体积、形状及厚度不会限制，操作时不需要溶剂，避免了样品污染和破环。该装置还具有体积小，放电功率低，结构简单及操作方便等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到中国字画分析测试
，提供了一种基于低温微等离子体探针的质谱离子源及其成像分析方法。
技术介绍
书画鉴定是一门独立的学科。传统书画作品真伪鉴别主要是通过目鉴与考订的方 法来完成的，由于其人为性和经验性具有一定的局限性。刑事侦察和法庭科学中常常采用 中文字检验技术对字画作品进行真伪鉴定。目前只是从字画作品的宏观角度进行真伪鉴 定，微观科学依据不够充足。随着科技的发展，许多现代分析仪器和分析方法都已应用于文 物分析或文物的鉴定中，为考古和文物研究提供获得更多深层次科学信息。珍贵的文物和 字画样品特性，其鉴定研究对分析手段有着严格的要求，所用的分析手段除能获得大量的 信息外，还要对分析对象的损伤越小越好。针对这种要求，近年来发展了一些无损检测分析 方法在文物考古领域得到了大量的应用。例如X射线荧光分析(XRF)、X射线光电子能谱分 析(XPS)和中子活性分析等适用于艺术品中的元素分析；X射线衍射(XRD)、显微红外吸收 光谱和显微激光拉曼光谱等分析方法适用于分子组成或化学基团分析。对油画等珍贵艺术 品的鉴别发展了各种射线成像技术，如X射线成像，Y射线成像，中子活化成像等，可以获 得油画中元素的空间分布及浓度分布。这些技术均不能提供样品中分子结构信息和其空间 分布信息。近年来，质谱成像技术已广泛应用于生命科学各个研究领域，它能够提供生物组 织表面药物、蛋白质和磷脂等物质的空间分布信息，并能够在分子水平上进行成像和提供 其分子结构信息。质谱成像是一种全新的分子成像技术，主要包括基质辅助激光解吸电离 (matrix assisted laserdesorption ionization，MAU)I)、二次离子质i|| (secondary ion mass spectrometry, SIMS)禾口常压角军析质谱成像(desorption electrospray ionization imaging mass spectrometry，DESI-IMS)。然而这些方法都有一定的局限性，尤其更不能适 用于字画成像。如MALDI成像技术，在样品制备过程中需要添加基质；SIMS成像要求样品 分析必须在真空条件下进行，从而限制了样品形状和体积的大小。DESI成像技术虽然克服 的真空条件的限制，但是在分析过程必须使用溶剂，可能对样品造成污染甚至破坏。本专利技术 涉及微等离子体探针用于字画质谱成像分析研究，为其真伪鉴定提供科学依据，无需样品 制备和使用任何溶剂，并在室温和大气压条件下进行原位无损分析等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微等离子体探针质谱离子源及其用于字画质谱成像分 析，为进一步字画真伪鉴定提供科学依据。本专利技术提出的用于无损字画分析的微等离子体探针质谱成像方法，其特征在于， 是利用高压交流电源对经过石英毛细管的工作气体放电，使工作气体形成含有亚稳态离子 的低温等离子体，在大气压条件下，对待测样品表面的化学成分直接解吸附并离子化；同 时，在样品离子化区域放置质谱采样装置，对产生的离子进行逐行逐列采样，将采样数据输入质谱成像软件，得到样品中不同质荷比的离子质谱图。用于无损字画分析的微等离子体探针质谱成像装置，其特征在于，含有石英毛细管(1)，所述石英毛细管(1)的上端为工作气体入口，在所述石英毛细管的下方放置自动移 动平台(8)，在所述自动平台(8)上放置平板绝缘介质，待分析样品置于所述平板绝缘介质 上；在所述石英毛细管(8)的外壁上黏附两个铝箔电极(2)，该两个铝箔电极连接高压交流 电源(4)；还含有质谱采样装置，该质谱采样装置的采样口(5)与所述石英毛细管底端距离 3-30mm，所述石英毛细管与所述采样口(5)之间呈80 100度；所述质谱采样装置与所述 自动移动平台(8)可同步移动，所述质谱采样装置连接质谱成像装置。所述石英毛细管(1)的长度为10-15cm。所述石英毛细管(1)的内径为1-500 μ m。 所述石英毛细管(1)底端与待分析样品之间的距离为3-20mm。所述每一个铝箔电极的高度 为8-15mm。所述两个铝箔电极之间的距离为10_30mm。所述交流电源的功率为5-25W。所 述工作气体气压为0.2 0. 6MPa。所述工作气体是氦气、氩气、氮气、空气中的一种，或任意 两种以上的混合气体。所述平板绝缘介质是石英、普通玻璃、陶瓷、塑料或薄层色谱板。本专利技术提出的方法及装置具有以下特点(1)分析的样品字画不需要进行样品 预处理，并且微等离子体探针的温度可以控制在室温以下，因此对于一些珍贵的字画样品 是一种无损的分析方法。将工作气体使用液氮冷却，产生的微等离子体的温度可达零下 一百五十度，对于生物组织和热不稳定样品的分析尤其重要；(2)样品的分析是在常压条 件下进行，克服了传统离子源质谱成像分析必须在真空条件的限制，因此分析样品体积、形 状及厚度不会受到限制；(3)微等离子体探针离子源，不需要任何溶剂，与常压DESI离子源 相比，该离子源避免了样品污染甚至遭到破环，同时也避免了操作者和环境的污染；(4)该 微等离子体探针离子源具有体积小，放电功率低，结构简单及操作方便等优点，为发展便携 式小型质谱仪器提供了可能性。附图说明图1为本专利技术微等离子体探针离子源的结构示意图。图2A为微等离子体探针扫描宣纸上黑墨留下痕迹的扫描电镜图；图2B为微等离 子体探针扫描宣纸上印泥留下痕迹的扫描电镜图，扫描速度a) 400，b) 300，c) 270，d) 200和 e) 100 μ m/s0图3A为不同内径的毛细管构建的微等离子体探针放电的真实照片图；图3B为像 纸上含有3-氨基喹啉黑墨的条带图；图3C为微等离子体探针扫描通道ldane 1)的3-氨 基喹啉(m/zl45)提取离子流图；图3D为微等离子体探针扫描通道2 (lane 2)的3-氨基喹 啉(m/zl45)提取离子流图。图4为中文简体印章(阳章)在宣纸上的质谱成像图。图5为中文简体印章(阳章)在胶片上的质谱成像图。图6为字画上篆体印章(阴章)的质谱成像图。图7为字画上篆体印章(阳章)的质谱成像图。图8A-C为字画作品1的印章质谱成像图；图8D-F为字画作品2的印章质谱成像 图；图8G-I为字画作品3的印章质谱成像图；图8J为字画作品1印章的质谱图；图8K为 字画作品2印章的质谱图；图8L为字画作品3印章的质谱图。具体实施例方式本专利技术所提供的装置，包括绝缘介质石英毛细管、金属铝箔电极、工作气体和三维自动移动平台。两个铝箔电极粘附在石英毛细管外，将毛细管竖直安装在平台支架上，样品 平铺在有一块平板绝缘介质层上，然后放置于平台载物台和毛细管下端出口之间，两电极 与电源装置相连接，供电装置提供高压交流电源。工作气体直接从毛细管上端口进入。为了保证样品的离子化程度，毛细管下端出口与自动平台上的平板绝缘基质层载 物台的距离为3-20mm;平板绝缘介质层载物台的厚度为l_5mm，可以为石英、普通玻璃、陶 瓷、塑料及薄层色谱板等。利用本专利技术微等离子体探针离子源进行字画真伪鉴定质谱成像时，微等离子体炬 焰扫描在样品表面进行分析，随着毛细管内径的减小，形成微等离子体的炬焰的直径也随 之变小，从而可以提高对字画样品表面分析的质谱成像分辨率。为了保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于无损字画分析的微等离子体探针质谱成像方法，其特征在于，是利用高压交流电源对经过石英毛细管的工作气体放电，使工作气体形成含有亚稳态离子的低温等离子体，在大气压条件下，对待测样品表面的化学成分直接解吸附并离子化；同时，在样品离子化区域放置质谱采样装置，对产生的离子进行逐行逐列采样，将采样数据输入质谱成像软件，得到样品中不同质荷比的离子质谱图。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张新荣，刘月英，张四纯，林子青，马潇潇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]