NanoSIMS 工作原理

一块矿物中，某种元素集中在哪里？相邻微区的同位素组成是否不同？纳米尺度二次离子质谱（NanoSIMS）通过逐点扫描样品表面，把每个位置测得的离子信号重建成图像，从而观察元素和同位素在微区的分布。在高真空中，仪器将 Cs⁺ 等一次离子加速并聚焦成细束，近乎垂直地轰击样品表面。碰撞将能量传给样品，使表层的原子、分子及其碎片溅射出来。其中带有电荷的部分称为二次离子。以 Cs⁺ 一次离子束为例，提取电场可将负二次离子沿入射轴反向引出，再由离子光学系统送入质量分析器。二次离子的初始能量和出射角度各有差异。静电扇形和磁扇形配合，减小这些差异对聚焦的影响，使相同质荷比的离子在焦平面上集中，而不同质荷比的离子落在不同位置。这就是双聚焦质量分析。质量分辨率足够高时，还能区分质量非常接近的 ¹²C¹⁵N⁻ 与 ¹³C¹⁴N⁻，避免把后者的信号误计入 ¹⁵N 通道。随着一次离子束逐点扫描，多接收器同步记录同一像素上多种离子的信号。计算机按扫描坐标重建各通道的分布图。例如，逐像素计算 ¹²C¹⁵N⁻／¹²C¹⁴N⁻ 信号比值，就能显示样品中 N 同位素组成的空间变化。不同基体会影响二次离子的产率，定量分析通常需要用基体相近的标准物质校准。连续溅射还可获得随深度变化的信息，同时会消耗被分析区域的表层材料。

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