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    (14C)碳十四定年加速器質譜系統及附屬儀器流水線完整解決方案
    發布日期:2022-02-13

    碳十四定年加速器質譜系統及附屬儀器流水線完整解決方案

     

     

    考古樣品: 結合古氣候學和放射性碳校正,通常需要高精度、高重現性及可靠性

    材料科學:生物燃料和植物材料鑒定越來越重要,一體化解決方案同時分析14C和δ13C

    環境科學: 提供儀器解決方案用于碳循環到生物地球化學研究的微量樣品測量

    生物醫學:結合了高靈敏度的AMS和超快全自動14C分析,用于高效率微示蹤研究

    海洋研究:從沉積物到水樣,從單個有孔蟲到溶解無機碳,提供樣品處理及采樣裝置

    法醫鑒定:偵查各種樣品的背景,發現有價值的信息,特別結合穩定同位素信息分析

    資料下載:300kV多同位素低能量加速器質譜儀、200kV放射性碳加速器質譜儀、全自動石墨化系統、碳酸鹽處理系統、氣動壓樣裝置、鐵粉分配器、同位素比質譜儀、氣體接口系統、管密封裝置、應用領域(地質、考古、環境、生物醫學、材料)、樣品(骨頭和牙齒、木炭、有孔蟲、法醫檢測樣品、地下水、石灰砂漿).pdf[6.79MB]

    加速器質譜儀(AMS)已在地球科學、宇宙化學、環境科學、考古學、海洋科學、生命科學等領域得到了極為廣泛的應用,例如:全球變化研究中最基本的年代標尺的建立、古地磁場變化及氣候突變事件的定年和示蹤、宇宙事件研究、核污染源的環境示蹤與監測、放射性碳年代學、全球水循環以及新藥研制中的微計量示蹤等。

    Ionplus AG是一家專門提供小型加速器質譜儀測量解決方案的商業化公司,其技術源于瑞士蘇黎世聯邦理工學院離子束物理實驗室,Ionplus AG的200kV碳十四小型加速器質譜系統(MICADAS)及50kV 低能量碳十四加速器質系統(LEA)是目前全球最先進的商業化放射性碳加速器質譜儀之一。根據樣品的種類和測量精度要求的不同,可以測量石墨靶或直接測量氣體樣品;針對石墨靶制備和氣體測量,Ionplus AG開發了一系列輔助設備,包括:第三代全自動石墨化系統(AGE3)、氣動壓樣裝置(PSP)、鐵粉分配器(FED)、管密封裝置(TSE)、氣體電離探測器(GID)、氣體接口系統 (GIS)、碳酸鹽處理系統(CHS2)、同位素比質譜儀(IRMS),相關產品在全球主要國家放射性碳AMS實驗室均有使用,包括:中國、美國、英國、法國、德國、瑞士、西班牙、匈牙利、瑞典、羅馬利亞、墨西哥、印度、波蘭、立陶宛、土耳其、韓國、俄羅斯、比利時、荷蘭等國家。

     

    14C AMS 相關儀器組合使用

    固體靶高精度測量:200kV小型加速器質譜儀(MICADAS) 或 50kV 低能量碳十四小型加速器質譜儀 + 氣動壓樣裝置(PSP;該配置適用于用戶實驗室已經擁有石墨化裝置等前處理設備,然后采用我們的壓樣裝置(PSP)壓靶后即可在我們的加速器質譜儀(MICADAS)中測量。

    氣體樣品測量專用:200kV小型加速器質譜儀(MICADAS 或 50kV 低能量碳十四小型加速器質譜儀+ 碳酸鹽處理系統(CHS2+ 氣體接口系統(GIS) + 管密封裝置(TSE + 同位素比質譜儀(IRMS;該配置用于高效率直接測量氣體樣品,適用于藥物開發、生物示蹤、材料鑒別等應用。IRMS可選,用于實時獲取穩定同位素信息。

    石墨靶制備及測量:200kV小型加速器質譜儀(MICADAS 或 50kV 低能量碳十四小型加速器質譜儀+ 【全自動石墨化裝置(AGE3)+ 碳酸鹽處理系統(CHS2)+ 氣動壓樣裝置(PSP+ 鐵粉分配器(FED + 同位素比質譜儀(IRMS;該配置適用于石墨靶制備及放射性碳加速器質譜儀測量,非常適合高精度測量需求用戶。IRMS可選,用于實時獲取穩定同位素信息。

    測量氣體及固體樣品:200kV小型加速器質譜儀(MICADAS 或 50kV 低能量碳十四小型加速器質譜儀+ 【全自動石墨化裝置(AGE3)+ 碳酸鹽處理系統(CHS2)+ 氣動壓樣裝置(PSP鐵粉分配器(FED 【氣體接口系統(GIS) + 管密封裝置(TSE + 同位素比質譜儀(IRMS;該配置為Ionplus AG提供的放射性碳加速器質譜(14C AMS) 全套流水線產品(加速器質譜中心建設),既適合高精度測量應用,又適合高效率測量應用。IRMS可選,用于實時獲取穩定同位素信息。

    碳達峰/碳中和應用:200kV小型加速器質譜儀(MICADAS 或 50kV 低能量碳十四小型加速器質譜儀+ 【氣體加載裝置(ALF)+ 全自動石墨化裝置(AGE3)+ 氣動壓樣裝置(PSP鐵粉分配器(FED ;該配置適用于石墨靶制備及放射性碳加速器質譜儀測量,非常適合高精度測量需求用戶,例如化石源碳排放、碳溯源等大氣科學、環境科學、碳達峰碳中和相關應用。

    石墨靶制備專用配置:【全自動石墨化裝置(AGE3)+ 碳酸鹽處理系統(CHS2)+ 氣動壓樣裝置(PSP鐵粉分配器(FED + 同位素比質譜儀(IRMS;該配置專門用于石墨樣品制備課題組,將制備好的樣品送到第三方加速器質譜中心測量 - 直接將原始樣品送到第三方加速器質譜儀中心測量耗時(制備樣品耗時),而將制備好的石墨靶送到第三方機構進行14C AMS測量效率高很多。

     

     

    MICADAS碳十四定年小型加速器質譜系統(200kV)

    MICADAS由進樣裝置、離子源、低能質譜、串列加速器、高能質譜、探測器等部分組成。將待測樣品在離子源電離,隨后引出離子束并加速,再借助電荷態、荷質比、能量原子序數選擇,鑒別被加速的離子并記錄,實現同位素比值測定。

     

    MICADAS是典型的第三代加速器質譜儀,具有占地小、輕量化、低功耗、易操作、少維護、全自動、高效率、高精度、可直接測量氣體等特點,MICADAS是目前全球最先進的商業化小型放射性碳測量系統之一。MICADAS主要特征及配置如下:

    MICADAS是全球最簡潔的商業化小型14C AMS系統

    占地面積?。?.4m×2.6m×2m;輕量化:4500 kg

    安裝空間要求:不小于6m (L) × 5m (W) × 3m (H)

    高精度:現代標準物質石墨靶精度0.2%(14C/12C),

                   測量氣體樣品精度0.8%(適用部分應用)*

    預真空進樣裝置支持快速進樣而不破壞真空度;

    隨機采樣切換器,支持40個樣品連續測量

     設備背底:最佳68000年BP,因此實際測量精度主要

                      看樣品是否受污染,幾乎與設備本身無關*

    采用混合銫負離子濺射源作為固體和氣體陰極:

    50-150μA負離子流分布于整個石墨樣品(1mg C)

    10-20μA負離子流分布于氣體樣品(10μg C或更多)

    操作及維護性好:通常2名工程師即可運作和維護整個

    放射性碳AMS流水線設備,1-2名教授和研究人員即可

    運轉整套設備和從事相關研究。

    傳輸效率高:通??蛇_46%,甚至可達到47%

    全自動控制、交互式友好操作界面、數據自動記錄。

    采用200kV串列加速器,真空絕緣,不需要SF6

    或其他絕緣氣體,因此加速器維護簡單且成本低。

     安全指標:在正常情況下操作加速器質譜儀輻射量為

                     0.2μSv/h;距離1m噪聲標準為70dB(A)。

    與氣體接口(GIS)完美兼容,可以直接高效測量

    CO2氣體樣品,既滿足科研高精度要求,也可以面

    社會提供商業化測試服務,快速創造商業效益。

    MICADA與Ionplus AG的全自動石墨化系統、碳酸鹽

    樣品處理系統、石墨靶壓樣裝置等產品完全兼容,

    能夠實現最佳匹配協助,全球也只有Ionplus AG一

    家公司提供整套商業化14C AMS測量流水線產品。

    支持各種來源的CO2全自動測量,包括:自動采樣器

    、元素分析儀或充滿CO2的玻璃管或石英管。

    氣體電離探測器:噪聲低、精度高、探測14C離子

      可靠性好、抗輻射性能好、維護簡單。

    低功耗:電磁鐵AMS平均功耗18kW/永磁鐵2.5kW。

    *數據來自法國CEREGE等方機構報告。

     

     

    LEA 低能量碳十四微型加速器質譜系統(50kV)

    基于現有成熟的200kV MICADAS加速器質譜儀,Ionplus AG開發了50kV LEA低能量碳十四加速器質譜儀。LEA在不降低儀器性能的同時大大降低儀器的占地面積,LEA占地4.5m2高度1.5m – 約為MICADAS占地面積的一半,因此LEA是全球最小巧的14C AMS。

        

    LEA碳十四加速器質譜儀                                             LMP專用數據采集及處理軟件

    通過采用MICADAS的許多相同概念和部件,LEA具有MICADAS一樣的特點:混合型濺射離子源可用于測量氣體和固體樣品;帶預真空進樣裝置的隨機采樣樣品靶盤,不需要破壞真空或冷卻離子源的任何部件而實現更換樣品靶盤;真空絕緣串列加速器。采用低端電壓氦剝離,能夠實現高達50%的傳輸效率和極好的測量穩定性。

    MICADAS一樣,LEAIonplus的其他所有附屬儀器兼容,例如GIS氣體接口系統用于全自動氣體樣品測量,LMP專用軟件用于數據采集和處理。Ionplus新一代ACS加速器控制軟件可以讓用戶操作LEA十分容易:從快速自動調試和任務引擎工作流程,到新的維護和診斷任務特點 運行一臺加速器質譜儀從來沒有如此簡單過!

    LEA是全球最小巧的14C AMS,占地面積?。?.6m × 1.8m;輕量化:約3000 kg;
    采用混合銫濺射負離子源用于固體和氣體樣品分析,石墨靶(1mg C)負離子流50-150 uA, 氣體樣品(≥ 10 ug)負離子流10-20 uA。
    50kV端電壓串列加速器,真空絕緣,不需要SF6或其他絕緣氣體,維護簡單且成本低。采用氦剝離器,對14C傳輸效率可達50%。
    現代標準物質樣品石墨靶14C/12C精度可達0.2%,空白樣品石墨靶本底測試 14C/12C≤2.0×10-15。
    采用永磁鐵,整臺AMS平均功率不超過2.5kW。整套儀器采用氣冷解決方案,不需要冷卻水裝置。
    正常操作時輻射量不超過0.2μSv/h

     

    AGE3第三代全自動石墨化系統

    石墨靶制備是加速器質譜儀14C年代學測量中的關鍵步驟之一,基本原理如下:經預處理的有機樣品采用薄箔包裹后進入約920°燃燒室,加入一定量的氧氣,薄箔產生放熱反應,使得樣品周圍能夠達到1500°的局部高溫,從而實現有機樣品充分燃燒;隨后將得到的二氧化碳氣體經過分離、凈化并傳輸到石墨化單元中的反應器中,然后在氫氣和鐵粉催化劑的作用下將二氧化碳還原成石墨,將上述方法獲得的石墨壓制成石墨靶用于加速器質譜儀放射性碳測量分析。

    全自動石墨化系統的主要特點:

    高度集成化:樣品燃燒與石墨化集成于一個簡潔系統; 自動化裝置:采用沸石阱,無需液氮,便于全自動控制

    高產出效率:每批7制備個樣品,每批樣品大約4小時; 操作簡單方便:交互式圖形化用戶界面控制軟件(GUI)

    數據記錄與處理:處理樣品的壓力和溫度均自動記錄; 高可靠性與高精度:標準重量樣品交叉污染小于1‰

    微劑量樣品:常規樣品含碳量1-2mg;小樣品含碳量大于0.2mg;含碳量大于3%、重達200mg樣品可以處理

     

    CHS2 碳酸鹽處理系統

    CHS2 碳酸鹽處理系統是一套碳酸鹽樣品或液態有機物樣品處理系統,用于高效沖洗、水解和氧化樣品。CHS2 原理及操作流程如下:碳酸鹽樣品經過預處理,由CHS2 碳酸鹽處理系統進行全自動采樣、沖洗、加酸、水解和氧化(根據實際情況可加熱加速水解氧化),獲得的二氧化碳氣體用于后續處理分析(可直接進入加速器質譜儀測量氣體樣品,或進入第三代全自動石墨化系統進行石墨化)。

    主要特點:自動沖洗/加酸/采樣,與AGE3/GIS完全兼容;加熱組件(20-90℃)可以處理42個樣品;LCD讀出器和流量報警器集成于流量計;氣體切換閥便于EA/CHS2相互切換。

     

    FED鐵粉分配器

    FED鐵粉分配器設計用于AGE3和其他石墨化系統的鐵粉催化劑分配。主要特點:采用無磁材料制作,儀器不“粘”鐵粉;手動操作且不需要其他輔助設施,幾乎無磨損;定量加入鐵粉催化劑,可重復性好。

     

    PSP氣動壓樣裝置

    石墨靶通過PSP氣動壓樣裝置可快速、可靠、可重復地進行氣動壓樣。主要特點:壓力100-800N可調節;反面施力壓樣,大大降低樣品正面污染;所有常用的AMS陰極壓樣均可以通過PSP來實現,支持NEC和HVEE陰極制靶

    GIS氣體接口系統

    GIS氣體接口系統是一個多功能氣體處理裝置,用于CO2氣體樣品加速器質譜儀測量,適用于小量樣品(3-100μg C)、低精度樣品篩選、高效測量樣品。

    主要特點如下:

    可以處理劑量3-100μg C的CO2樣品;直接測量CO2而非石墨靶,樣品制備簡單且省時;

    每天可以處理多達60個氣體樣品或更多樣品;與EA、CHS和全自動tube cracker實現多功能耦合;

    與其他AMS實現半自動測量(每個樣品點兩下鼠標);氦氣稀釋樣品,減少樣品損耗、更多CO2進入GIS

     配置4個輔助進氣口用于參照氣體;

     

    GID氣體電離探測器

    GID氣體電離探測器是14C AMS定年測量系統的標準計數探測器,專門設計用于探測和識別離子,覆蓋整個離子質量,范圍從100 keV-至MeV(核素氫-鑭)。GID特點包括:噪聲低、能量分辨率高、精度高、GID抗輻射性能好、維護簡單、支持其他廠家生產的AMS / IBA。

     

    TSE管密封裝置

    TSE管密封裝置是一套簡潔的、手動操作真空管路,裝配有2個用于燃燒管密封的9mm Ultra-Torr接口,2個用于石英和玻璃管密封的4mm接口,以及一個1/2’’ Ultra-Torr接口。

     

    同位素比質譜儀IRMS

    在AGE3石墨化或GIS測量氣體時,IRMS可以極其方便地和AGE3或GIS配合使用,用于實時且精確獲取δ13C和δ15N*穩定同位素信息,進而深入了解樣品。從考古和法醫樣品到材料試驗和示蹤研究均可以使用IRMS同位素比質譜儀。

    15N值僅限于和元素分析儀(EA)配合使用時獲得。

    中國參考用戶:南京大學、中國海洋大學、蘭州大學、中國科學院地球環境研究所、河南大學、鄭州市文物考古研究院

     

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