二次离子质谱

2、基本原理
原理流程图
离子源发射 带电离子 加速 聚焦 轰击样 品表面 携带样品 信息的二 次离子
与标准样 图对比
计算机 分析
探测器 记录
进入 质谱仪
引入电 场加速
质谱原理
144 MV Rm = H e
M：离子质量 e：离子电荷 V：加速电压 H：磁场强度 Rm：正离子 轨迹半径
基体效应
在成分复杂的各种样品中,同一种离子的产额 可能变化很大,因为它们受基体效应的影响。 所谓基体效应,是指样品中某种物质的存在,影 响另一些物质离子的产额大小。
材料现代分析方法 ----二次离子质谱（SIMS）
郭腾达 赵衍庆 彭小军
主讲人：赵熠朋
目录

1、发展简介 2、基本原理 3、分析仪器 4、检测方法的优缺点 5、应用实例 6、SIMS的新进展
1、发展简介



1931年，Woodcock得到NaF和CaF2的负离子 质谱图 Herzog和Viehbock为第一台二次离子质谱 （SIMS）仪器的诞生奠定了基础 20世纪70年代， Benninghoven等，静态二次 SIMS形成了两 离子质谱，有机样品表面分析 个发展方向： Wittmaack等，动态二次离 子质谱，无机样品的分析
研究碳纳米管吸氢能力
质谱图
6、新进展

根据不同的分析要求选择不同类型及能量的离 子作为一次束，也可采用中性原子、光子、及 等离子体等作为一次束； 当前一次离子的能量范围以达到从几百eV到 MeV；


具有独特性能的飞行时间二次离子质谱 （TOF-SIMS） 目前已发展出溅射中性粒子的后电离来克服基 体效应；
缺点：

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（1）亦受质量因素干扰； （2）离子产率受基质影响（基体效应）； （3）需要各种标准品来作定量分析； （4）属破坏性分析技术等。
5、应用


二次离子质谱仪的应用很广，侦测表面污染、 氧化、还原、吸附、腐蚀、触媒效应、表面处 理等动态分析之表面研究工作，尤其可作微量 元素分布 的测定。 从 20世纪60年代第一台商用二次离子质谱设 备诞生至今，这项分析技术被广泛地应用于微 电子、 半导体、材料学、地质学 、生物、医 学 、天体物理等各个 领域，随着探测方法的 改进 ，二次离子质谱技术不断 得到发展。
具体应用

1、元素及同位素分析 2、质谱分析与深度剖析 3、颗粒物微分析研究 4、团簇、聚合物分析 5、生物医学研究
应用实例 陨石矿物微量元素研究
通过测量微量元素二次离 子与参照主元素二次离子 的信号比,然后根据标准物 的有关二次离子产率系数, 可计算出待分析矿物的微 量元素组成。

（1） 离子源 （2） 一次离子电镜 （3） 样品室 （4） 二次离子电镜 （5） 能谱仪、质谱仪 （6） 二次离子探测器
一次离子光学系统
单聚焦
双聚焦
质谱仪结构图
4、检测方法的优缺点
优点：



（1）侦测极限可达 ppm（10-6），甚至达到 ppb（10-9）等级； （2）周期表上所有元素均可侦测； （3）可以区分同位素； （4）可分析不导电试片。
真空

二次离子质谱主要以离子为工作物质，所以需 要真空系统抽真空，让离子在真空中运行
3、分析仪器
二次离子质谱仪
基本构造

（1）照射激发用的一次离子束的离子枪； （2）二次离子能量过滤器； （3）进行质量选择的质谱仪； （4）放大、检测经质量选择后的二次离子检 测输出信号装置。
组成