Масс-спектрометрия вторичных ионов чувствительности

К локальным методам анализа состава вещества наряду с описанными выше методами рентгеноспектрального анализа и методов электронной спектроскопии относится масс-спектрометрия вторичных ионов (МСВИ). Главной особенностью метода МСВИ является очень высокая чувствительность — более 10 %. Минимальный объем образца, необходимый для анализа 10- см , глубина анализируемого слоя 10" мкм. Первичный ионный пучок может быть сфокусирован в зонд малого сечения в свою очередь фокусировка вторичных ионов может дать ионное изображение бомбардируемой поверхности. Масс-спектрометрическая фильтрация этого изображения дает картину распределения ионов определенного типа по поверхности объекта. Форсируя режим бомбардировки, можно удалять поверхностные слои и проводить послойный анализ. [c.580]

Вторично-электронные приборы применяются в масс-спектрометрии для очень чувствительных измерений малых ионных токов при обнаружении отдельных заряженных частиц, где точность измерения ионного тока стоит на втором плане. В этом случае коллекторный электрод масс-анализатора заменяется катодом вторично-электронного умножителя, а регистрация ионного тока осуществляется в цепи последнего электрода. Величина выходного тока зависит не только от количества частиц, падающих на катод, но и от их энергии и физической природы. Умножитель требует значительного напряжения питания, порядка 1—2 кв, и не обладает стабиль ным усилением. Кроме того, в выходном токе умножителя существует значительный уровень шумов и имеет место дрейф выходного тока. Обычно вторично-электронные умножители применяются в аналитических приборах для специальных исследований. [c.100]

Чувствительность электронного умножителя может быть настолько высока что он используется для счета отдельных частиц, таких, как электроны [137, 139] или положительные ионы [1116]. Аллен [31] впервые применил такую систему в качестве детектора в масс-спектрометре схема расположения электродов в умножителе Аллена изображена на рис. 97. Основные требования, предъявляемые к материалу электрода, состоят в следующем возможно большее соотношение вторичных и первичных частиц работа выхода должна быть большой, материал должен иметь высокую температуру плавления, обеспечивающую возможность его обезгаживания при высоких температурах кроме того, он не должен отравляться под действием ионного пучка или атмосферы. Аллен нашел, что всем этим требованиям удовлетворяет бериллий, который характеризуется отношением вторичных электронов к протонам примерно 2,2 [2161] при низких энергиях это отношение увеличивается до 8 при высоких энергиях [30] фотоэлектрическая работа выхода составляет 3,92 эв [1302], поэтому фотоэлектроны не могут образовываться на его поверхности под действием видимого света. [c.215]

Тепловой разброс молекул по скоростям также вносит значительное искажение в изотопные отношения. Следует учитывать и вторичные процессы, протекающие в ионном источнике и приемнике. Размытость пучка (сферическая и хроматическая аберрации) приводит к ошибкам при измерении изотопного состава. В конце концов, как указывает Барнард [40], чувствительность масс-спектрометра 5 = //Р, где / — ионный ток, Р — парциальное давление данного компонента (изотопа), находится в зависимости от массового числа М. [c.38]

Фактор 7 представляет собой средний эффективный коэффициент конверсии на первом электроде вторично-электронного умножителя, измеряемый количеством вторичных электронов, эмиттируемых на один первичный ион. Без применения подобных умножителей в настоящее время практически невозможно реализовать требования, предъявляемые к чувствительности и быстродействию масс-спектрометра. Полный коэффициент усиления умножителя может быть выражен следующим образом у = у,уэ , где у — коэффициент умножения на всех электродах, кроме первого п — число электродов. [c.35]

При сочетании масс-спектрометра и газового хроматографа в ходе анализа приходится иметь дело с различными быстрыми изменениями парциального давления в ионном источнике в соответствии с меняющимся профилем газохроматографического элюирования. Парциальное давление во время измерения масс-спектра должно по возможности поддерживаться постоянным во избежание помех, влияющих на интенсивности пиков и могущих привести к ошибочной интерпретации результатов измерений. Решением проблемы может быть регистрация спектра за очень короткий промежуток времени (в режиме быстрого сканирования), поскольку колебания парциального давления в шкале времени пролета ионов сравнительно невелики и не сказываются существенным образом на качестве спектра. Для быстрого сканирования, однако, необходимы быстродействующие безынерционные детектирующие устройства с высокой чувствительностью. В значительной мере этим требованиям удовлетворяют вторичные электронные умножители. Вторичный электронный умножитель выполняет функцию предусилителя. Ионы, проходящие через входную щель детектирующего устройства, попадают вначале на первый конверсионный динод, при соударении с которым каждый ион выбивает несколько вторичных электронов. Эти электроны под действием ускоряющего напряжения между динодами направляются на второй динод, из которого каждый падающий электрон вновь выбивает некоторое число вторичных электронов, и этот процесс повторяется на следующем диноде. С последнего динода на коллектор падает настоящий электронный ток, по своей мощности многократно превосходящий первоначальный ионный ток, поступающий на конверсионные диноды. Коэффициенты усиления во вторичных электронных умножителях с числом динодов от 16 до 20 достигают значений 10 —10 . Другим существенным преимуществом этого метода предварительного усиления является возможность обеспечения исключительно малых значений постоянных времени при очень низком уровне шумов. В качестве одного из недостатков можно указать на некоторую зависимость коэффициента усиления от массы ионов (дискриминация по массам). [c.296]

При взаимодействии ионного микрозонда с твердым телом регистрируют катодное распыление и вторичную ионную эмиссию— ионный микроанализ. Бомбардировку поверхности образца производят пучком ионов с энергией - 10 КэВ. Ионное изображение сепарируют при помощи масс-спектрометра и после преобразования наблюдают на экране ионного микроскопа. С помощью ионных микроанализаторов возможно определение всех элементов и их изотопов. Пределы обнаружения отличаются на несколько порядков (могут достигать 10 % при абсолютной чувствительности 10- г). Локальность послойного ионного микроанализа достигает нескольких десятков ангстрем. [c.102]

Решение задачи получения веществ особой чистоты невозможно без решения задачи анализа этих веществ на содержание в них примесей. В соответствии с этим значительная часть материала сборника посвящена изложению современного состояния таких чувствительных методов анализа, как искровая, лазерная, вторично-ионная масс-спектрометрия, спектральные методы, газовая хроматография. Большого внимания заслуживают сообщения по определению чистоты металлов путем измерения относительного остаточного электросопротивления. [c.4]

В любом источнике ионов, в котором используется электрический разряд, сначала распыляются поверхностные слои электродов, а затем вещество, находящееся в объеме. Поэтому масс-спектры, зарегистрированные в начальной стадии анализа, характеризуют поверхность образца. Возможность разделения примесей, находящихся на поверхности и в объеме образца, наряду с высокой чувствительностью регистрации делает масс-спектрометрию с источником ионов, основанном на электрическом разряде, мощным средством для изучения поверхностных загрязнений и тонких пленок. В настоящее время известен еще более перспективный метод изучения состава исключительно тонких слоев твердых тел, основанный на распылении образца пучком первичных ионов. Эти два дополняющих друг друга метода (главным образом второй — метод вторичной ионной эмиссии) рассмотрены в гл. 13. [c.12]

Анализатор этого прибора сконструирован таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность, и характеризуется рядом особенностей. Масс-спектрометр с двойной фокусировкой не имеет входной щели, что позволяет увеличить степень пропускания ионов и сфокусировать изображение во вторичных ионах всей бомбардируемой поверхности образца непосредственно па выходной щели прибора, регулирующей разрешение по массам. В методе с применением ионного микрозонда это осуществимо только в том случае, когда бомбардируемая поверхность имеет предельно малые размеры. При этом не происходит отсев ионов, имеющих большой разброс по энергиям. [c.414]

Приведенный здесь обзор не является исчерпывающим, в нем приведены лишь основные характеристики масс-спектрометрических методов анализа поверхностей и тонких пленок. Приборы с искровым, лазерным источниками ионов и источником с вторичной ионной эмиссией имеют большие возможности. Сфера применения каждого из этих методов будет расширяться по мере развития и дальнейшего усовершенствования техники, а также более глубокого понимания очень сложных процессов, происходящих во время анализа. В ближайшие несколько лет эти исследования должны бурно развиваться, поскольку предельная чувствительность и пространственное разрешение, достигаемые в масс-спектрометрии, значительно выше, чем в случае других инструментальных методов. [c.422]

Особенно ценным методом является спектроскопия потерь электронной энергии (EELS). Она позволяет определить колебательные частоты атомов и молекул, связанных с поверхностью. Такие частоты, определенные для молекул в газовой фазе, химики постоянно используют для того, чтобы определить, каков порядок связывания атомов в молекуле, насколько прочны связи, какова геометрия молекулы (см. далее разд. Инфракрасная спектроскопия ). В методе EELS пучок электронов известной энергии отражается от поверхности металла в анализатор энергий. Если электроны попали в то место поверхности, где адсорбированы молекулы, то в молекуле может быть возбуждено одно из характеристических колебаний. Необходимая для этого энергия определяется частотой колебания. Кинетическая энергия электрона уменьшается на соответствующую величину. Измерение таких потерь электронной энергии дает колебательный спектр адсорбированных молекул. Рассеяние ионов поверхностями используется как очень чувствительный метод (10 атомов на 1 см ) определения состава поверхности. В масс-спектрометрии вторичных ионов (SIMS) поверхность бомбардируют ионами инертных газов, разогнанными до энергий 1-20 кэВ. При этом с поверхности удаляются нейтральные и ионизованные атомы, а также молекулярные фрагменты, состав которых и определяют. Спектроскопия рассеяния ионов позволяет установить состав поверхности по изменению энергии ионов [c.238]

В статье [34] опубликованы исчерпывающие данные по анализу органических материалов на содержание следов металлов с использованием масс-спектрометрии вторичных ионов. Один из проанализированных образцов был стандартный образец Национального бюро стандартов, называемый Фруктовые листья , в котором среди прочих элементов содержится (2,09 0,030 %)Х Х10- % кальция и (1,47 0,03 %) 10- % калия. На оснбвании тщательных измерений, проведенных на приборе для масс-спектрометрии вторичных ионов, авторы статьи разработали таблицу коэффициентов относительной чувствительности (к.о.ч.), выражаемых отношением [c.483]

Одним из наиболее чувствительных методов исследования метастабильных ионов является метод Барбера — Эллиота [50], в котором обычные ионы дефокусируются электростатическим анализатором масс-спектрометра с двойной фокусировкой. Метод позволяет обнаружить все метастабильные переходы, ведущие к данному вторичному иону, и позволяет определить массу этого вторичного иона с высокой точностью. Однако определение массы исходного иона может быть ошибочным, а для установления кинетической энергии, высвобождаемой при образовании ионов, необходимо осуществить весьма сложные операции [51]. [c.33]

Применение в органическом анализе масс-спектрометрии с химической ионизацией обусловлено ее высокой чувствительностью и селективным образованием квазимолекулярных ионов, обеспечивающих возможность определения молекулярной массы исследуемого соединения. Ионизация осуществляется в ионномолекулярных реакциях молекул анализируемого образца с так называемыми ионами-реагентами, образующимися при взаимодействии ионов, получающихся в результате ионизации реагентного газа электронным ударом, с молекулами того же газа при повышенном 10—100 Па) давлении в ионном источнике масс-спектрометра. Ионы, образующиеся в результате электронной бомбардировки молекул газа реагента, носят название первичных, а получающиеся в ионномолекулярных реакциях первичных ионов с нейтральными молекулами газа реагента называются вторичными ионами [1, 2]. [c.126]

Проблема фоновых масс-спектров хорошо известна в масс-спектрометрии. Следует отметить, что такой проблемы не существует при работе с термоионным источником н детектором ионов, имеющим чувствительность 2-10 а. В этих условиях основные пики в масс-спектре фона принадлежат ионам калня и натрия. Если необходимо произвести анализ калия, то приходится до нанесения образца на нить просто хорошо прогреть ее для удаления следов веществ, определяющих фон. При применении в качестве детектора вторично-электронного умножителя проблема фона становится очень серьезной. На рис. 6 показан типичный масс-спектр, зарегистрированный при первом прогреве нити при температуре около 600° спектр содержит пики, соответствующие каждой массе, большей 12 интенсивность пиков составляет 10 а. Этот масс-спектр принадлежит следам углеводородов, которые содержатся, но-вндимому, на самой нити. При нагревании нити до 2000° в течение нескольких часов фон может быть значительно снижен. Иногда сам анализируемый образец содержит примеси такого же типа, как и вещества, создающие фон в этом случае меры по удалению фона следует проводить осторожно, чтобы при очистке нити не испарить образец. Предварительное нагревание нити в вакууме несколько ускоряет операцию очистки, но полностью не устраняет фон. Вероятно, это объясняется конденсацией паров масла из форвакуумного насоса на нити, которая происходит после того, как нить вставлена в источник. Кроме углеводородного фона, в приборе наблюдается более устойчивьш фон, обусловленный примесями в самом материале нити. Мы уже упоминали о натрии и калии. При нагревании вольфрамовой нити до 2200° обычно появляются ионы W, W0, Мо, Ва, а также сложные ионы вида К , Кд,. ..,К . На рис, 7 и 8 показаны масс-спектры изотопов [c.102]

Для проведения анализа металлов и полупроводников был изготовлен времяпролетный масс-спектрометр с лазерным ионным источником. В качестве масс-спектрометра был использован серийный прибор типа МХ-1303. Испарение и ионизация атомов анализируемого вещества осуществлялось ОКГ, работающим в режиме с модуляцией добротности резонатора. Регистрация масс-спектра осуществлялась вторичным электронным умножителем, осциллографом С1-29. Работа прибора проверялась при анализе спектральных эталонов стали, и было установлено, что чувствительность прибора к данной примеси постоянна. Аналитические характеристики установки оказались следующими нижний предел обнаружения примесей около 5.10 %, воспроизводимость определения не превышагт 10%, разрешающая способность на уровне 10% составляет 180, информационная способность 10 бит. Рис. 6, библ. 4 назв. [c.236]

Предел регистрации следов элементов при помощи масс-спектрометра зависит от вторичных эффектов, которые будут описаны в следующем разделе. Небольшая часть ионов, соответствующих основе, распределяется по всему масс-спектру. Этот фон и ограничивает способность обнаружения следов. Фон можно снизить до величины, меньшей 1 млн" для массовых чисел, достаточно удаленных от интенсивных пиков. Для этого необходимы тщательное изготовление прибора и высокий вакуум в системе. Несмотря на эти меры, фон вблизи линий основы мо-м- ет достигать одной тысячной части их интенсивности. Наиболее-эффективный метод подавления фона — использование двух последовательно расположенных масс-спектрометров. Это было-установлено Герцогом (1959), Пиром (1963), а также Уайтом и Форманом (1967), которые достигли чувствительности анализа 1 млрд Ч Юстировка подобных тандемных приборов более трудна. Дополнительная сложность вызвана необходимостью одновременного сканирования обеих секций таким образом, чтобы они были с высокой точностью настроены на одни и те же массовые числа. Упрощенная модификация подобного прибора, имеющего одинарную фокусировку и поэтому лишь среднее разрешение, выпускается фирмой Аегоуас и обеспечивает чувствительность 10 млрд для газовых примесей на уровне следов. К сожалению, тандемные масс-анализаторы нельзя использовать в масс-спектрографах. [c.85]

Одним из наиболее интересных способов анализа поверхно- сти твердых тел и тонких пленок (а также других образцов) является метод, в котором для распыления и ионизации вещества используется пучок так называемых первичных ионов. Вторичные ионы, выбитые с поверхности образца, анализируются при помощи масс-спектрометра. Этот метод позволяет получить примерно такое же пространственное разрешение, как и в элек-тронно-зондовом микроанализе, и в то же время обладает высокой чувствительностью, характерной для масс-спектрометрии с искровым источником ионов. Приборы с ионной бомбардировкой различных фирм отличаются конструктивным оформлением и аналитическими возможностями. Они будут рассмотрены здесь примерно в том же порядке, как и происходило их развитие. [c.410]