به منظور آنالیز شیمیایی سطح نانو ذرات و جزئیات نانو مواد طبیعی و مصنوعی ،از تکنیک های مختلفی استفاده میشود. تصویربرداری طیف سنجی جرمی (Secondary Ion Mass Spectroscopy - SIMS) یکی از تکنیک های تجسم مولکول های قرارگرفته بر سطح است. روش های متفاوت از طیفسنجی جرمی، توانایی تصویر برداری شیمیایی را داشته ولی در این بین طیفسنجی جرمی یون های ثانویه، جزئیاتی در مقیاس نانو را فراهم میکند.[ 1] در مقاله طیفسنجی جرمی به طور عمومی در خصوص این روش و بخشهای اساسی دستگاه طیفسنج جرمی صحبت شده است (برای اطلاعات بیشتر لطفا به این مقاله مراجعه فرمایید). همچنین در مقاله ذکر شده، انواع مختلفی از این اجزاء با طراحی و عملکرد مختلف ارائه شده است. مقاله حاضر به صورت اختصاصی به طیف سنجهای مورد استفاده در روش تصویر برداری جرمی و خصوصا روش SIMS میپردازد.
از میان تمامی تجزیه گرهای جرمی ذکر شده، به خصوص بهمنظور تصویر برداری در مقیاس نانو، تجزیه گر جرمی چهارقطبی، زمان پرواز و قطاع مغناطیسی بیشترین کاربرد را دارند. همچنین برای اینکه بتوان از طیفسنجی جرمی بعنوان یک تکنیک تصویربرداری استفاده کرد، باید مرحله ی یونیزاسیون بر روی سطح جاحالت صورت بگیرد. بنابراین در این بین، یونیزاسیون واجذبی (Desorption Ionization) در تصویربرداری طیفسنجی جرمی گزینه ای مناسب میباشد. از نظر تکنیکی امکان استفاده از هر سطحی (از جمله مواد در مقیاس نانو) برای عکسبرداری دو بعدی وجود دارد. البته به دلیل یک سری مسایل عملی (تفکیک پذیری فضایی مناسب، حساسیت و غیره) تصویربرداری طیفسنجی جرمی تنها برای طیفسنجی جرمی یون های ثانویه(SIMS)، MALDI و یونیزاسیون واجذبی افشانه ی الکترونی (DESI) به صورت تجاری موجود میباشد. در این میان تنها SIMS توانایی تصویربرداری در مقیاس نانو را دارا میباشد و بنابراین در این مقاله بررسی بیشتری در مورد SIMS صورت خواهد گرفت.
تفکیک بالای تصویربرداری بوسیله ی طیفسنجی جرمی یون های ثانویه قابل رقابت با روشهای مختلف در تصویربرداری شیمیایی از جمله سایر روش های مبتنی بر طیفسنجی جرمی، طیفسنجی اشعه ایکس، طیفسنجی ارتعاشی و تا حدودی طیفسنجی فلورسانس است. از مزایای این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• آماده سازی نمونه نسبتا ساده است و نیازی به نشاندار کردن (Labeling) نیست.
• اطلاعات بدست آحالته ازتعداد لایه های اتمی کمی بدست آحالته و بنابراین حساسیت سطحی بالائی دارد (نمونه برداری صرفا از سطح – و نه حجم تودهای ماده- انجام میشود).
• آنالیز نمونه های معدنی و آلی، هادی و غیر هادی امکان پذیر است.
• امکان حصول اطلاعات عنصری و مولکولی در یک آنالیز وجود دارد.
• میتوان تفکیک پذیری جانبی (Lateral Resolution) را در مقیاس نانو فرهم آورد.
• دارای حساسیت بالا نسبت به بعضی از گرههای عاملی قرار گرفته بر روی ذرات در مقیاس نانو است.
در مقایسه با سایر روشهای ذکر شده برای تصویربرداری شیمیایی، محدویت ها و معایبی برای این روش وجود دارد از جمله:
• کاربرد طیفسنجی جرمی یون های ثانویه، نیازمند شرایط خلا بالاست.
• محدوده ی جرمی که توسط این روش قابل بررسی است به 2000 دالتون محدود میشود وبنابراین در نمونه های زیستی با محدودیت روبرو هستیم.
• در حضور اثر مزاحمتی زمینه (Matrix Interference)، کمی سازی (Quantitation) داده ها پیچیده است.[1]
2 طیفسنجی جرمی یون های ثانویه SIMS [1,5]
طیفسنجی جرمی یون های ثانویه یکی از حساسترین و دقیقترین روشهای آنالیز مواد درمقیاس بسیار کوچک (mn2 عمق و عرضmn 50) و در غلظتهای بسیار کم است.[6] این روش، با برخورد پرتویی از یونهای اولیه (Primary Ions) پر انرژی بروی سطح نمونه جاحالت باعث شکسته شدن پیوندها و کندوپاش اجزای نمونه میشود. به طور دقیقتر این پدیده در اثر انتقال انرژی از یونهای پرانرژی به اجزای نمونه اتفاق میافتد و ذرات سطح بصورت ذرات خنثی و ذرات باردار واجذب میشوند. در صد ذرات باردار واجذب شده بسیار کم (کمتر از 1%) بوده و بسیاری از ذرات بیبار هستند.