SIMS理论:质量干扰

当其他离子存在和分析物离子同样的名义质量时,就会发生质量干扰的现象。这种干扰被称为等重元素干扰。以硅基质中的铁元素作为离子分析的案例中,会出现28Si2+干涉,因为它具有和56Fe+同样的质量。因为氧-金属键特别的稳定,所以氧化物是常见的干扰物。因此,40CaO+也是56Fe+的质量干扰。许多元素的低强度氢化物出现一个质量单位比元素本身更高。一个很好的案例是硅-30氢化物(30SiH+),会干扰微量磷的分析。一次离子通常会和样品元素结合起来,产生干扰。例如,在测定黄铁矿中黄金时,133Cs32S2-Au-m/z 197)的等重元素。

高质量分辨率

尽管分析物/干扰物具有同样的名义质量,他们的准确质量相差小于一个质量单位。准确质量减去名义质量被称为质量缺陷。质量缺陷的产生原因是将质子和中子一起保持在原子核中的核结合能的差异。质量缺陷的变化从氢的+0.0078,到元素周期表中间元素的0.1,再到铀元素的+0.051等。

质量缺陷的曲线指出在较低质量时原子离子的质量比分子干扰高,在较高质量时则相反。

次级离子质谱法理论:质量干涉

下面的质谱中在m/z 32区域显示了32S 16O2的分离。

次级离子质谱法理论:质量干涉

拥有足够质量分辨率的质谱仪可以将原子离子从分子离子干扰中分离出来。质量分辨率通常以m/Δm的形式表示,其中m是两个离子的名义质量,Δm是他们的差值。例如,56Fe28Si2 (m/z 55.934955.9539)要以m/Δm 5,600进行分离,另外Au133Cs32S2 (m/z 196.9666 196.8496)则要以m/Δm 1700。这两个等重元素对说明一种趋势:在较低质量时原子离子的质量比分子干扰低,在较高质量时则相反。

每种不同类型的SIMS质量分析器都具有广泛的质量分辨率。例如,一种(良好调谐的)双聚焦磁场扇形仪器的质量分辨率范围是从m/Δm 500 10,000。二次离子强度损失是伴随着质量分辨率范围高端的运行。

微量同位素

微量同位素通常可以解决干扰问题。但是,微量同位素的二次离子强度较低(通过同位素比),侦测极限较高(较差),以及RSF必须调整(向上调整)。例如,测量铁离子利用54Fe同位素可以避免56Fe28Si2干扰,但是54Fe讯号强度比56Fe要低,54Fe/56Fe 同位素比率(0.0645)。天然同位素含量比率不能总是被用于这些调整,因为某些过程,例如特定同位素离子的注入,就会改变比率。

元素干扰

在有些情况下,一个元素的同位素具有和其他元素同位素同样的名义质量。他们的分离需要超高质量分辨率,超越任何商业SIMS仪器的能力。例如,104Ru104Pd会相互干涉,并要求分离m/Δm ~75,000。幸运地是,非干扰性的同位素可用于大多数元素的干扰。

电压偏移

溅射会产生散射能量的二次离子。电压偏移技术使用质谱仪的能量分析器,从高范围的平移能量内选择二次离子。偏移仅仅是对加速电压的降低。能量分析器由一个较大的角度偏转较低的离子。物理屏障(能量狭缝的内口)会截取较低能量的离子。较高平移运动能量的离子会开始穿过质量分析器。因此,电压偏移会区别和原子种类有关的分子干扰。分析人员会挑选能量中止点。用30V的偏移量将基本上可以从典型的能量散射中消除所有二原子和三原子离子。这是降低等重元素干扰的一种分析方案。大部分的单原子离子也会被消除。30V偏移通常会使单原子离子的强度以10的倍数降低。分析师必须决定这种分析物讯号减少是否可以容忍。降低的分析物讯号强度通常可以通过改变其它实验参数进行补偿,例如更高的一次离子束电流或更宽的光谱仪的狭缝。以下图片表现出硅基质中砷元素的分析情况,包括具有和不具有电压偏移。m/z 75有来自28Si30SiOH的较小干扰讯号。注意用15V偏移来改善侦测极限。

次级离子质谱法理论:质量干涉