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二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）用高能電離轟擊樣品表面，這導(dǎo)致樣品表面上的原子或原子團(tuán)吸收能量并通過(guò)濺射產(chǎn)生二次粒子。這些帶電粒子通過(guò)質(zhì)量分析器后，可以獲得有關(guān)樣品表面的信息光譜。
二次離子質(zhì)譜儀的三種基礎(chǔ)類型介紹：
1. 飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀(ToF-SIMS)
在此類質(zhì)譜儀中，二次離子被提取到無(wú)場(chǎng)漂移管，二次離子沿既定飛行路徑到達(dá)離子檢測(cè)器。由于給定離子的速度與其質(zhì)量成反比，因此它的飛行時(shí)間會(huì)相應(yīng)不同，較重的離子到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間會(huì)比較輕的離子更晚。此類質(zhì)譜儀可同時(shí)檢測(cè)所有給定極性的二次離子，并具有良好的質(zhì)量分辨率。
此外，由于此類質(zhì)譜儀的設(shè)計(jì)利用了在極低電流(pA范圍)中運(yùn)行的脈沖離子束，所以此類質(zhì)譜儀有助于分析表面、絕緣體和軟材料等易受離子影響而導(dǎo)致化學(xué)損傷的物質(zhì)。
2. 扇形磁場(chǎng)二次離子質(zhì)譜儀器
扇形磁場(chǎng)二次離子質(zhì)譜儀器通常使用靜電和扇形磁場(chǎng)分析器來(lái)進(jìn)行濺射二次離子的速度和質(zhì)量分析。扇形磁場(chǎng)使離子束偏轉(zhuǎn)，較輕的離子會(huì)比較重的離子偏轉(zhuǎn)更多，而較重的離子則具有更大動(dòng)量。因此，不同質(zhì)量的離子會(huì)分離成不同的光束。靜電場(chǎng)也應(yīng)用于二次光束中，以消除色差。由于這些儀器具有更高的工作電流和持續(xù)光束，因此它們十分有助于深度剖析。但是，這些儀器用于表面分析和表征易產(chǎn)生電荷(charge)和/或損傷的樣品時(shí)，難以發(fā)揮理想的效果。
3. 四級(jí)桿二次離子質(zhì)譜儀器
由于這些儀器的質(zhì)量分辨率相對(duì)有限（單位質(zhì)量分辨率不能解決每超過(guò)一個(gè)峰值的質(zhì)量），因此這些儀器越來(lái)越稀有。四級(jí)桿利用一個(gè)共振電場(chǎng)，其中只有特定質(zhì)量的離子才能穩(wěn)定通過(guò)震蕩場(chǎng)。與扇形磁場(chǎng)儀器相類似的是，這些儀器需要在高一次離子電流下操作，且通常被認(rèn)為是“動(dòng)態(tài)二次離子質(zhì)譜”儀器（比如用于濺射深度剖析和/或固體樣品的總量分析）。
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