TOF-SIMS

Die Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) dient zum hochempfindlichen Nachweis aller Elemente sowie zur eindeutigen Identifizierung anorganischer und insbesondere organischer Verbindungen an Oberflächen beliebiger Materialien. Nach speziellen Präparationen kann auch im Festkörpervolumen sowie von Flüssigkeiten, Fetten, Gelen, Pasten etc. die chemische Zusammensetzung ermittelt werden. Die Nachweisgrenze reicht herunter bis ca. 10-15 g/cm² (1ppm einer Moleküllage auf der Oberfläche). Ortsaufgelöste Analysen (chemische Abbildungen) sind bis in den Bereich > 1µm möglich.

In dem TOF-SIMS Verfahren wird die Probe mit einem gepulsten Ionenstrahl angeregt. Von der Probe emittierte Sekundärionen werden in einem Flugzeitmassenspektrometer analysiert. Das Prinzip dieses Spektrometers beruht darauf, dass die Geschwindigkeit v der Sekundärionen, die in einem elektrischen Feld die gleiche Energie E aufnehmen, mit zunehmender Masse m sinkt. Somit brauchen schwerere Sekundärionen größere Zeiten, um eine nachfolgende feldfreie Driftstrecke zu durchlaufen. (Abb. rechts). Durch die Messung der Flugzeiten der Sekundärionen bis zum Detektor kann dann ihre Masse sehr genau berechnet werden (Abb. links).

Beispiele für TOF-SIMS Analysen:

• Identifizierung von (organischen) Materialien und ihren Additiven, Spurenanalysen an Festkörpern und Schichten
• Analyse von Kontaminationen auf Oberflächen (z.B. „Restschmutz“), Beurteilung von Reinigungsverfahren; quantitative Analyse von Silikonen auf Werkstoffoberflächen
• Ursachenfindung für Verspröden oder Erweichen von Polymeren
• Aufklärung der Zusammensetzung von Ölen, Fetten etc.
• Enthaftung von Beschichtungen
• Fügeprobleme (Kleben, Löten, Schweißen)
• Ermittlung der Ausfallursachen elektrischer Kontakte
• Vergleichende Analyse der Edelmetalldispersion an Katalysatoren
• Identifizierung der chemischen Verbindungen von Einzelpartikeln
• Direkter Vergleich der Zusammensetzung von Festkörpern, Flüssigkeiten etc. eines Systems

Prinzip der Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie

Das Flugzeit-Prinzip

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