SIMS仪器:质量分析器

动态SIMS仪器会使用两种质量分析器,磁扇形和四极矩。磁扇形仪器是最常用的。当离子束穿过磁场时,在直角方向上的力会对粒子产生作用,同时包括运动方向和磁场方向。以下方程序显示了磁场(B)、离子加速电压(V)和荷质比(m/q)以及磁场中离子曲率(r)半径的关系。原子单位m/q会变成m/z,其中z是离子电荷数量。

次级离子质谱法仪器:质量分析器

次级离子质谱法仪器:质量分析器

磁扇形质量分析器用蓝色显示。离子束轨道(用红色表示)在横向方向被放大。

现代质谱会使用非常态磁极面来作为磁扇形中离子束的出入口。当穿过分析器时,在这种构造中的边缘磁场会压制垂直方向(输入和输出)的离子束。较少的离子会撞击金属表面,并且离子束会更好地聚焦在非常态磁极面的出口狭缝。入口与出口狭缝可以设置在具有相似m/z数值的离子间最清晰分离(最高质量分辨率)的离子束交叉点。光束的绿色部分代表带有较高m/z数值的离子无法通过光谱仪。

次级离子质谱法仪器:质量分析器

磁场和静电场分析器的结合会产生双聚焦仪器。磁性分析器会通过其本身将色像差引入到带有散射离子能的离子束中。这些失常现象会降低质量分辨率。在一个静电和一个磁扇形的串联结构中,静电扇区的能量色射可以补偿磁场的能量分射。这种系统具有磁场的质量分散特性,不同之处在于它会产生较高质量分辨率。光谱仪透镜会调整从静电扇区跨接到磁性扇区所要求的位置。

次级离子质谱法仪器:质量分析器

四极矩质量分析器于1953年被发明出来。许多类型的分析,包括SIMS,都会使用四极矩。理想情况下,这些极棒都具有双曲线形状,但是这种几何图像可以用紧密排列的圆形棒来近似。在典型的四极质谱仪,这些棒的直径有1cm,长度有20cm。在该图中,离子从相对较低能量(~25 eV)的左侧进入。因为SIMS的离子具有大于25eV的广泛能量范围,静电分析器通常会优先四极矩。

次级离子质谱法仪器:质量分析器

进入四极矩之后,极棒上的交流和直流电压会造成离子震荡。对于一组给定的电压,带有单一荷质比的离子会经历稳定的震荡,然后穿越这些极棒。其他所有的离子都会不稳定的震荡,并且会撞击极棒。交流和直流电压之间的交替频率和比率会保持不变。扫描电压会扫描质谱。