今天是:

飞行时间二次离子质谱的应用进展

信息来源:SYNL技术支撑部更新时间:2021-01-19阅读:525

    飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)作为材料表面成分组成与结构表征的重要分析手段,近年来已在各研究领域得到了广泛的应用。其对元素含量的探测极限可达ppm量级,并可以对元素周期表内从H开始的所有元素、同位素及其分子碎片进行表面质谱、二维成像以及深度分析的表征,且深度分析的纵向分辨率可达1nm。近日,利用二次离子质谱逐层剥离的纵向深度分析技术结合三维成像技术,清晰地分辨出金属与陶瓷异质界面微量元素的扩散,并且基于ToF-SIMS所获得的成分数据,发展了一种新的三维成分分析方法,更详实地提供了各元素在真实三维空间中的分布情况。相应结果发表在Surface and Interface Analysis杂志上,详见Lei Zhang et al. Surf Interface Anal. 2020;52:306-310. 与此同时,ToF-SIMS对钢中稀土的表征也取得了一定的进展。受限于基体效应的影响,二次离子质谱应用于稀土成分含量的定量分析需要依据定标的方法,利用ToF-SIMS测得Ce元素在纯铁和钢中的离子强度,再依据电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的含量测试结果作为外部标准,对Ce含量从10ppm到大约3%的稀土钢表面二次离子质谱结果进行了定量比较研究。ToF-SIMSCeCeO的计数强度与ICP-MS所测得含量有一定的线性相关性。二次离子像的量化分析显示Ce及其氧化物的晶界偏析量随含量的增大而增多。进一步根据CeO/Ce比率的定量分析结果判断出晶界偏析的绝大多数以CeO化合物的形式存在。该结果证明了Ce的氧化物会严重影响稀土在钢中的添加效果。相应结果发表在Surface and Interface Analysis杂志上,详见Chunli Dai et al. Surf Interface Anal. 2020;52:301-305.

 

FIGURE 1  CsAl+3D views for separated Al (red color) diffused through the interface in (A) the as-deposited sample and (B) the protannealed sample

 

以上图片来自Lei Zhang et al. Surf Interface Anal. 2020;52:306-310.

 

FIGURE 1  ToF-SIMS images of Ce+ and CeO+ in arc melted sample with different Ce concentrations of 2.84 wt% (A,B) and 11 ppm (C,D)

 

FIGURE 2  CeO+ / Ce+ ratio in Q345E steel with Ce content of 41,140, and 310 ppm

                 

以上图片来自Chunli Dai et al. Surf Interface Anal. 2020;52:301-305.