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表面分析利器——TOF-SIMS飛行時間二次離子質譜儀

來源：時間：2023-12-11 11:32:02 瀏覽：7509次

TOF-SIMS（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry）是通過用一次離子激發樣品表面，打出極其微量的二次離子，根據二次離子因不同的質量而飛行到探測器的時間不同來測定離子質量的極高分辨率的測量技術。

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、分子等結構信息，其特點在二次離子來自表面單個原子層分子層，僅帶出表面的化學信息，具有分析區域小、分析深度淺和不破壞樣品的特點。

TOF-SIMS 主要成分信息：元素（H-U）、同位素、分析鍵接等

適用材料：有機和無機材料

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：需要標準樣品

TOF-SIMS應用領域

一、刑偵

TOF-SIMS在刑偵科學中的應用:指紋殘留物的化學成像

TOF-SIMS下人民幣上指紋的離子像

由于TOF-SIMS能鑒定物質結構,特別對有機分子的結構鑒定,因此,通過TOF-SIMS成像的方式分析指紋,不僅能獲得比傳統方式更精細的形貌信息,還能獲得指紋上物質化學成分的分布信息。例如利用TOF-SIMS對長期流通過的人民幣表面上的指紋進行化學成像分析,利用TOF-SIMS的技術優勢,顯現傳統方法無法顯現的潛在指紋;利用其空間分辨率高的優勢，獲取指紋中三級特征:利用其對物質分子結構，特別是有機分子的鑒定能力,檢測指紋中的外源性物質,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

骨骼肌中脂質的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是一種質量分辨并兼具時空分辨的技術。傳統的電化學研究手段與ToF-SIMS結合，能夠快速直接原位(ms級)鑒定電化學反應微量的中間體/產物(ppm水平甚至更低濃度)，并同時關聯化學信息和電極/電解液界面空間信息，為揭示完整的電化學界面反應物理化學圖像提供了可能性。

四、半導體材料

硅油（Silicon Oil）污染的TOF-SIMS表面質譜圖

TOF-SIMS可以分析所有的導體、半導體、絕緣材料，也同樣具備質譜儀的「全周期表」元素分析特色，以及ppm等級的偵測靈敏度。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構、微量摻雜及有機無機異物的分析，也補足XPS或FT-IR分析技術上偵測極限的范圍。

五、地質考古

宋代華北油滴黑釉殘片油滴的正負二次離子圖像

TOF-SIMS分析技術具有針對元素或分子的微區成像和深度剖析功能，高質量分辨和高空間分辨特點，且離子源多樣化，使其分析測試對象逐漸延伸到“小眾”領域，如考古文化遺存、古董、油畫、藝術品、古陶瓷等。

六、環境

TOF-SIMS下污染過程大氣細顆粒物（PM2.5）

TOF-SIMS的不同工作模式可以應用于氣溶膠研究的不同方面，靜態TOF-SIMS主要應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;動態TOF-SIMS主要應用于單個氣溶膠粒子的深度剖析和三維成像。目前，已將TOF-SIMS應用于氣溶膠粒子表面特征、化學組成深度分布特征、表面化學反應、表面毒性、污染源排放特征研究等多個領域。TOF-SIMS技術可以較易獲得氣溶膠粒子各類無機物和有機物的信息。