目前,固体样品的元素分析在电子、冶金、地质、环境、空间探索和半导体工业等领域具有极其重的地位。传统的分析方法通常都是将固体样品用强酸强碱溶解消化,然后用光谱法或质谱法进行检测。这一过程不仅费时费力,而且消化所用的强腐蚀性酸碱溶液大大增加了操作的复杂性和危险性,并且在样品溶解过程中难免会产生样品污染和待测元素损失等问题,影响测定结果的准确性。现代科学的飞速发展尤其是材料科学的进步,对样品的分析提出了更高的要求,例如对样品进行微区分析或深度分析等,传统的基于溶液的测试方法已不能满足分析需求。因而,固体样品直接分析方法的研究具有十分重要意义。　　 相较于光谱法,质谱法具有检出能力更强、谱图更简单并且能分析同位素等特点,因此本论文主要介绍了几种用于固体样品直接分析的质谱仪器的研发及其应用。下面简要说明本论文的主要研究内容和成果:　　 第一部分内容是关于激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术。LA-ICP-MS是一种用途广泛的固体直接进样分析的技术。它灵敏度高,能实现对固体样品的表面分析和微区分析,是固体样品痕量、超痕量元素直接分析最有应用前景的方法之一。这部分工作主要是研制了一套激光剥蚀进样系统,并将其用于电感耦合等离子体质谱仪中,以及整套系统的参数优化。结果表明,所研制的激光剥蚀进样系统与电感耦合等离子体质谱相结合,不仅可以实现固体样品直接进样,达到对固体样品快速检测的目的,而且仪器的灵敏度很高,分析能力良好。　　 第二部分内容是关于激光电离飞行时间质谱(LI-TOFMS)技术。LI-TOFMS技术在固体的直接分析方面具有优越的性能和发展潜力。本课题组在LI-TOFMS技术的研究与发展做了大量的工作——引入了氦气辅助式的激光电离源,并与垂直引入式飞行时间质谱仪相结合。这部分工作首先为LI-TOFMS设计了一套延时可调高压脉冲串的电路,结果表明,脉冲串电路的使用可以降低背景,提高信噪比;其次将原有的射频多极杆离子传输系统改造为静电透镜传输系统,并在飞行时间质量分析器中安装偏转板以校正离子动能,实验结果表明,静电透镜的引入大大减轻了离子传输时的质量歧视效应;最后用LI-TOFMS对固体样品直接分析进行研究,结果表明,氦气辅助式LI-TOFMS不仅可以实现对固体样品金属元素进行直接分析,亦能对有机金属化合物展开分析,更重要的是它可以直接快速灵敏地分析非金属元素。对于多数的非金属元素检测动态范围可以达到6个数量级,检测限可到ppm级。　　 第三部分内容是关于辉光放电与激光电离双离子源四极杆质谱(GD/LI-QMS)技术。辉光放电离子源由于其放电稳定、能量分散较小、灵敏度较高以及结构简单成为固体样品直接分析的重要手段。这部分工作首次将氦气辅助激光电离源与四极杆质谱仪相结合,克服了传统激光电离源与四极杆质谱仪不匹配的问题,并将辉光放电电离源与激光电离离子源结合在同一台仪器中,研制了一台辉光放电/激光电离双电离源四极杆质谱仪。实验结果表明,所研制的仪器可以采用固体样品直接进样方式,实现了对固体样品快速检测。该方法具有样品前处理简单、分析速度快、灵敏度高等优点,对固体样品元素分析的检出限可到ppm级。激光电离方式比辉光放电展现出更优异的性能,更高的灵敏度,更小的背景干扰,并且能分析非金属元素和非导体样品。