随着科学的发展与技术的进步,固体样品分析在矿产、冶金、陶瓷和半导体工业等领域的需求越来越多。目前针对固体样品的分析主要有溶液分析法和固体直接分析法。固体直接分析法不仅避免了溶液分析操作繁琐、耗时,容易引入污染等缺点,还可提供空间分布和深度分布信息,因此越发受到人们重视。激光电离飞行时间质谱（Laser ionization mass spectrometry,LIMS）就是固体直接分析法中重要的一员,纵观我国质谱行业现状,固体直接分析质谱的缺乏也让我们坚信发展LIMS的重要性。基于以上背景,下面简要介绍本论文的研究内容和成果。第一部分内容是关于气体辅助激光电离飞行时间质谱（Buffer-gas-assisted laser ionization time-of-flight mass spectrometry,BGA-LI-TOF）的搭建。LIMS 在固体直接分析上具有诸多优点,但由于离子初始动能分散,多原子离子及多价离子等问题带来的影响,在定量分析上一直未能有所突破。在此基础上,本课题组引入气体辅助激光电离源,并与垂直引入式飞行时间质量分析器结合,在氦气的辅助下,通过碰撞解离减少多原子离子,三体复合抑制多价离子,经历频繁的碰撞使高能离子得以“冷却”,从而满足飞行时间质量分析器的分析需求。该工作详细介绍了从质谱的真空系统、离子源、离子传输系统到质量分析器和数据采集系统的设计原理及具体搭建过程,同时为了提高仪器操作的便捷性,编写了仪器自动化控制程序,研制成一台具有固体样品无标半定量分析能力的BGA-LI-TOF。第二部分是基于上述BGA-LI-TOF编写在线式数据采集与处理程序,为缺乏解谱经验的操作人员提供一键式的谱图解析和含量分析程序。对原始数据进行滤波降噪、基线校正、双通道累加后,再采用导数法进行寻峰,最终通过自动解谱算法提供元素定性定量信息。为满足在线式分析需求,将数据处理程序与ADC采集卡采集程序结合,提供数据的实时采集、定标、定量,保存及查看等多项功能,极大节省了样品分析的时间。为了验证BGA-LI-TOF的定量分析能力,对BGA-LI-TOF 与飞行时间二次离子质谱（Time-of-flight secondary ion mass spectrometry,TOF-SIMS）进行了初步比较。比较了它们的谱图特征和对固体样品元素的无标半定量分析能力。结果表明,两种方法均能满足半定量分析的需求,相比而言,BGA-LI-TOF提供了更易解析的谱图和更准确的信息,所获元素含量动态范围覆盖六至七个数量级。第三部分是高分辨气体辅助激光电离飞行时间质谱（HR-BGA-LI-TOF）的搭建。上述BGA-LI-TOF质量分辨率约为2000,虽然通过算法尽量使其具有覆盖全元素的定量能力,但对于如181Ta16O+和197Au+,当180Ta16O+低于仪器检出限时,由于Au同位素的缺乏,算法也无法获得Au的定量信息。因此为了提供更准确的定量分析数据,我们通过降低进入分析器的离子动能、全新的加速区设计、偏转板位置的调整、角度可调的检测器等手段设计了全新的高分辨气体辅助激光电离飞行时间质谱。