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表面分析利器——TOF-SIMS飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀

來源：時(shí)間：2023-12-11 11:32:02 瀏覽：3120次

TOF-SIMS（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry）是通過用一次離子激發(fā)樣品表面，打出極其微量的二次離子，根據(jù)二次離子因不同的質(zhì)量而飛行到探測(cè)器的時(shí)間不同來測(cè)定離子質(zhì)量的極高分辨率的測(cè)量技術(shù)。

TOF-SIMS具有極高分辨率，可以提供表面，薄膜，界面以至于三維樣品的元素、分子等結(jié)構(gòu)信息，其特點(diǎn)在二次離子來自表面單個(gè)原子層分子層，僅帶出表面的化學(xué)信息，具有分析區(qū)域小、分析深度淺和不破壞樣品的特點(diǎn)。

TOF-SIMS 主要成分信息：元素（H-U）、同位素、分析鍵接等

適用材料：有機(jī)和無機(jī)材料

信息深度：1-2nm

剖析膜層深度：納米~微米

成分檢出限：~ppm

定量能力：需要標(biāo)準(zhǔn)樣品

TOF-SIMS應(yīng)用領(lǐng)域

一、刑偵

TOF-SIMS在刑偵科學(xué)中的應(yīng)用:指紋殘留物的化學(xué)成像

TOF-SIMS下人民幣上指紋的離子像

由于TOF-SIMS能鑒定物質(zhì)結(jié)構(gòu),特別對(duì)有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)鑒定,因此,通過TOF-SIMS成像的方式分析指紋,不僅能獲得比傳統(tǒng)方式更精細(xì)的形貌信息,還能獲得指紋上物質(zhì)化學(xué)成分的分布信息。例如利用TOF-SIMS對(duì)長(zhǎng)期流通過的人民幣表面上的指紋進(jìn)行化學(xué)成像分析,利用TOF-SIMS的技術(shù)優(yōu)勢(shì),顯現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法顯現(xiàn)的潛在指紋;利用其空間分辨率高的優(yōu)勢(shì)，獲取指紋中三級(jí)特征:利用其對(duì)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，特別是有機(jī)分子的鑒定能力,檢測(cè)指紋中的外源性物質(zhì),為此類疑難樣品表面的指紋分析提供新的解決思路。

二、生物科學(xué)

骨骼肌中脂質(zhì)的TOF-SIMS成像

三、電池材料

TOF-SIMS深度剖析（3D 成像）：鋰電池極片表面SEI層的成分和厚度

TOF-SIMS是一種質(zhì)量分辨并兼具時(shí)空分辨的技術(shù)。傳統(tǒng)的電化學(xué)研究手段與ToF-SIMS結(jié)合，能夠快速直接原位(ms級(jí))鑒定電化學(xué)反應(yīng)微量的中間體/產(chǎn)物(ppm水平甚至更低濃度)，并同時(shí)關(guān)聯(lián)化學(xué)信息和電極/電解液界面空間信息，為揭示完整的電化學(xué)界面反應(yīng)物理化學(xué)圖像提供了可能性。

四、半導(dǎo)體材料

硅油（Silicon Oil）污染的TOF-SIMS表面質(zhì)譜圖

TOF-SIMS可以分析所有的導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣材料，也同樣具備質(zhì)譜儀的「全周期表」元素分析特色，以及ppm等級(jí)的偵測(cè)靈敏度。除此之外，TOF-SIMS的橫向空間分辨率、縱深分析分辨率，非常適合像是多層膜結(jié)構(gòu)、微量摻雜及有機(jī)無機(jī)異物的分析，也補(bǔ)足XPS或FT-IR分析技術(shù)上偵測(cè)極限的范圍。

五、地質(zhì)考古

宋代華北油滴黑釉殘片油滴的正負(fù)二次離子圖像

TOF-SIMS分析技術(shù)具有針對(duì)元素或分子的微區(qū)成像和深度剖析功能，高質(zhì)量分辨和高空間分辨特點(diǎn)，且離子源多樣化，使其分析測(cè)試對(duì)象逐漸延伸到“小眾”領(lǐng)域，如考古文化遺存、古董、油畫、藝術(shù)品、古陶瓷等。

六、環(huán)境

TOF-SIMS下污染過程大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）

TOF-SIMS的不同工作模式可以應(yīng)用于氣溶膠研究的不同方面，靜態(tài)TOF-SIMS主要應(yīng)用于氣溶膠粒子表層分析和表面成像、氣溶膠粒子表面元素組成、表面化合物信息的獲取等;動(dòng)態(tài)TOF-SIMS主要應(yīng)用于單個(gè)氣溶膠粒子的深度剖析和三維成像。目前，已將TOF-SIMS應(yīng)用于氣溶膠粒子表面特征、化學(xué)組成深度分布特征、表面化學(xué)反應(yīng)、表面毒性、污染源排放特征研究等多個(gè)領(lǐng)域。TOF-SIMS技術(shù)可以較易獲得氣溶膠粒子各類無機(jī)物和有機(jī)物的信息。

TOF-SIMS

TOF-SIMS作為重要的表面化學(xué)分析手段之一，在材料分析中的主要應(yīng)用：能源電池材料、半導(dǎo)體和電子器件、有機(jī)半導(dǎo)體（OLED & 鈣鈦礦）、礦物陶瓷、金屬、生物醫(yī)藥、聚合物等材料的表面分析和膜層結(jié)構(gòu)剖析。

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