SIMS二次离子质谱介绍

什么是二次离子质谱？

二次离子质谱（secondary ion mass spectoscope) 是基于质谱的表面分析技术，原理是通过若干kev的一次离子束（通常是O2+/Cs+）轰击样品表面，在轰击区域引发一系列物理化学反应，包括一次离子散射、原子团、政府离子溅射和表面化学反应，使样品表面的原子或原子团吸收能量而从表面发生溅射产生二次离子，这些带电离子通过质量分析器后，就可以得到关于样品表面信息的质谱图，简称二次离子质谱。

 

二次离子质谱有什么用？

SIMS几乎可以分析任何真空下稳定的固体，分析元素能够做到H到U全元素和同位素分析，同时还可以分析原子团和官能团，并可以对固体表面微区分析成像，同时配合剥离和样品表面扫描，可以得到样品表层和内部化学成分的三维图像，尤其对与分析不同薄层的材料，以及相邻两层之间材料的性能进行剖析，了解其缺陷或者污染。也可以用于生物组织和细胞表面或内部化学成分的成像分析，了解药物在细胞内的吸收、分布和代谢情况，还可以了解药物在细胞中的定位，对于提高药物的靶向性以及合理设计药物具有重要意义。

二次离子质谱特点？

和AES、XPS、EDS等技术相比，SIMS可以获得材料更加表面的元素信息（1nm）；同时具有极高的元素检出限（可以达到ppm甚至ppb级别），可检测极低浓度的掺杂和杂质含量。；该技术提供了从几埃（Å）到几十微米（μm）深度范围内的元素深度分布，元素从H到U全元素及同位素分析。

但其也有缺点，就是对样品是破坏性的，没有化学键的信息，且样品必须是适合放入真空的固体。

SIMS的分类？

根据一次一次离子束的能量和纵向扫描方式，SIMS技术可以分为静态S-SIMS和动态D-SIMS两种。

静态S-SIMS电子束能量低于5keV，同时在低束流密度下对材料微区进行轰击，从而保证只激发出单层原子，以达到超高的表面分辨率。这种软电离技术可以用于分析有机物，其质谱信息可以得到官能团和有机大分子的分子量，可分析材料表面有机分子结构。再配备TOF检测器是当前表面分析技术中分辨率和灵敏度最高的组合，TOF-SIMS的分辨率可以达到104，深度分辨率达到1nm，微区分辨率达到100nm2，二次离子浓度灵敏度达到ppm级别。

而D-SIMS一次离子束流高于10离子/cm2 ，利用高能量、高密度离子束对材料进行层层剥离，同时检测在不同深度下的二次离子信息，从而动态地剖析材料的元素在三维空间的分布情况。因此DSIMS是一种破坏性较大的表面分析技术，主要用于无机样品的深度剖析、痕量杂质鉴定等，在矿物地质研究、同位素分析、研究半导体元素掺杂等领域广泛使用。

应用领域？

当前，SIMS以其强大的功能和超高的分辨率和优异的检出限而被广泛应用于半导体、生物、医药、化学、材料、天体物理等研究领域。

专门设备服务介绍：

厦门大学翔安校区的嘉庚创新实验室新到一台飞行时间IONTOF M6二次离子质谱，飞行时间(Time of Flight)在飞行管中以恒定的速度飞向检测器，根据离子到达检测器的时间进行分离的检测手段。

 

在此类质谱仪中，二次离子被提取到无场漂移管，二次离子沿既定飞行路径到达离子检测器。由于给定离子的速度与其质量成反比，因此它的飞行时间会相应不同，较重的离子到达检测器的时间会比较轻的离子更晚。此类质谱仪可同时检测所有给定极性的二次离子，并具有极佳质量分辨率。

仪器设备特点：

1 新型 Nanoprobe 50 具有高横向分辨率 (< 50 nm)，横向分辨率≤40nm，深度分辨率≤1nm；

2 质量分辨率 > 30,000，质量分辨率>30,000（FWHM）；

3 独特的延迟提取模式可同时实现高传输，高横向质量；

4 广域的动态范围和检测限，可对H-U元素进行定性分析（定量需标样），质量范围~12000u，检测极限ppm~ppb级；；

5 用于阐明分子结构具有 CID 片段功能的 TOF MS/MS，可对元素进行面分布分析。；

6 先进智能的 SurfaceLab 7 软件，包括完全集成的多元统计分析 (MVSA) 软件包，可分析有机物，能直接输出有机物分子式；；

7 新型灵活按钮式闭环样品加热和冷却系统，可长期无人值守运行。

审核编辑 黄昊宇