DSIMS(動態二次離子質譜)技術實現元素分析主要通過以下方式:
一、離子源轟擊樣品
1、產生一次離子束:DSIMS利用電子光學方法將惰性氣體等物質形成初級離子,并通過加速和聚焦形成細小的高能離子束。常見的一次離子包括銫(Cs?)或氧(O??)離子等,這些離子在加速電壓作用下獲得特定能量。
2、轟擊樣品表面:高能的一次離子束以一定的能量和束流大小轟擊樣品表面,這一過程使樣品表面的原子或分子獲得能量。
二、二次離子產生
1、濺射過程:一次離子束轟擊樣品表面時,與樣品表面的原子或分子發生相互作用,導致樣品表面的原子或分子獲得足夠的能量而掙脫束縛,形成帶正或負電荷的二次離子。這個過程如同撞擊巖石使其產生碎屑,只不過這里的“碎屑”是帶電的離子。
2、攜帶樣品信息:產生的二次離子攜帶著樣品表層及一定深度范圍的元素、同位素等信息,是后續質譜分析的基礎,就像從碎屑的成分可以推斷出巖石的組成一樣。

三、質量分析
1、選擇合適的質量分析器:常用的質量分析器有磁質譜或四極桿質譜等。磁質譜利用磁場對不同質荷比(m/z)的離子進行偏轉分離,根據離子在磁場中運動軌跡的差異,實現按質荷比分類;四極桿質譜則通過交變電場營造動態篩選環境,僅允許特定質荷比范圍內的離子穩定通過,像精細的“篩子”一樣精準篩選目標離子。
2、確定元素種類:經過質量分析器后,不同質荷比的二次離子被分離,根據已知元素的質荷比信息,就可以確定樣品中所含的元素種類。例如,質荷比為24的離子可能是鎂離子(Mg²?),質荷比為28的離子可能是硅離子(Si?)等。
四、離子探測與信號處理
1、離子探測:離子探測器作為“情報接收站”,敏銳捕捉經過質量分析后的離子信號。電子倍增器、法拉第杯等探測器各司其職,電子倍增器憑借高增益特性,將微弱離子流放大,把極其微量的二次離子信號轉化為可觀電信號;法拉第杯則以穩定可靠著稱,精準測量較大離子流強度。
2、信號處理與分析:將探測到的離子信號進行處理,得到二次離子的強度等信息,結合元素的標準圖譜和已知的質荷比關系,進一步確定樣品中元素的含量、分布等情況,從而實現對樣品的元素分析。