科研动态

环境材料中心师生团队成功研制新型极紫外光源

  • 近期,中国科学院大学(以下简称“国科大”)环境材料与污染控制技术研究中心成功研发了一种新型微通道-极紫外(MCP-EUV)光源并应用于质谱仪器检测,该光源突破了传统真空紫外(VUV)光源窗口材料无法输出波长<1<>15 nm极紫外(EUV)光的技术瓶颈,可产生了高通量EUV光输出。相关研究成果以“Novel MCP-Windowed EUV Light Source and Its Mass Spectrometric Application for Detecting Chlorinated Methanes”为题发表于Analytical Chemistry 2023 95 (45) 16531-16538,并被选为Supplementary Journal Cover文章。国科大本部环境材料中心研究生程诗宇为第一作者,杨波副教授和束继年教授为通讯作者。

    VUV和EUV光源在化学分析、基础物理研究及芯片制造等多个领域具有重要应用。稀有气体放电灯是一种广泛使用的VUV光源,原则上通过激发不同的稀有气体可产生波长覆盖VUV(100-200 nm)和EUV(10-120 nm)的多种光辐射,然而常用的MgF2窗口材料对EUV范围高能光子的吸收限制了EUV光的有效利用,电离能高于窗口材料透射极限(115 nm, 10.8 eV)的物质是传统VUV光电离分析方法的检测盲区。无窗光源虽然可以传输任何波长的光,但光源内的放电气体将泄露至分析系统,影响仪器检测效率并增大真空系统负担。为扩大VUV光源传输的波长范围,同时减少放电气体的泄露,研究团队创新地提出一种利用微通道板(MCP)传输EUV光的方法,成功研制出可传输EUV高能光子并且光通量高于1014 photons s-1的EUV光源。新型光源使用氖气作为放电气体,与实验室自主研发的飞行时间质谱耦合,可直接检测氯代甲烷等高电离能小分子有机物,在30 s的测量时间内检测限达到pptv量级,该技术为氟、氯代烃等大气臭氧耗损物种和温室气体的实时检测提供了新的分析手段。

    新型MCP-EUV光源可以输出53.7/58.4 nm(氦线)、73.6/74.3 nm (氖线)、104.8/106.7 nm(氩线)、116.5/123.6 nm(氪线)和129.5/147.6 nm(氙线)等多种VUV和EUV光。另外,选择其它放电气体,可以输出更多波长的光。上述研究为相关领域的科学研究和工业应用提供了一种新的EUV光源技术。

    该研究工作得到了国家自然科学基金面上(22076184;21527901)、中国科学院科研仪器设备研制(YJKYYQ20180072)和校优秀教师科研能力提升等项目的支持。

    原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02365

    图1. 基于MCP-EUV光源的质谱装置

    图2. 100 ppbv一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的EUV光电离质谱图。

    责编 : 脱畅