質(zhì)譜主要發(fā)展方向—小型化和質(zhì)譜成像技術(shù)

人類很早以前就對物質(zhì)產(chǎn)生興趣，我們很想知道物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分、特點是怎樣的，只要仔細觀察一下周圍的世界，我們就會發(fā)現(xiàn)自然界存在著復(fù)雜繁多的物質(zhì)，而物質(zhì)都在發(fā)生著變化，那物質(zhì)是否是由少數(shù)元素構(gòu)成的？構(gòu)成物質(zhì)的微粒是什么？這些構(gòu)成物質(zhì)的微粒是如何組成物質(zhì)的？物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)之間存在什么樣的關(guān)系？物質(zhì)發(fā)生變化的本質(zhì)是什么?

我們一直在不斷努力，發(fā)明創(chuàng)造能夠檢測、觀察和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法和技術(shù)。質(zhì)譜分析技術(shù)是一種很重要的分析技術(shù)，它可以對樣品中的有機和無機化合物進行定性定量分析，同時它也是唯一能直接獲得分子量及分子式的譜學方法。其中，無機、同位素質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展歷史最為悠久，廣泛應(yīng)用于元素含量及其形態(tài)、同位素分析，質(zhì)譜成像分析等領(lǐng)域。

?而隨著科學技術(shù)的發(fā)展和研究領(lǐng)域的不斷拓展，目前的質(zhì)譜分析技術(shù)日趨成熟，在高通量、高靈敏度、高分辨率、低檢出限等性能上均已達到很高的水平。比如表面分析技術(shù)飛行時間-二次離子質(zhì)譜（TOF-SIMS），已擁有非常好的靈敏度和極高的分辨率，可以提供表面、薄膜、界面以至于三維樣品的元素、分子等結(jié)構(gòu)信息而被廣泛應(yīng)用。

2017年8月19日在成都召開的2017年中國質(zhì)譜學會無機及同位素質(zhì)譜學術(shù)會議上，核工業(yè)北京地質(zhì)院郭冬發(fā)研究員分享了題為《鈾礦物質(zhì)譜成像分析》的大會報告，向與會的的質(zhì)譜專家們介紹了質(zhì)譜成像技術(shù)的重要性和鈾礦物分析的最新應(yīng)用進展。郭冬發(fā)研究員談到，隨著質(zhì)譜分析技術(shù)的發(fā)展和成熟，未來質(zhì)譜的發(fā)展方向主要是小型化和質(zhì)譜成像技術(shù)。利用現(xiàn)代質(zhì)譜成像技術(shù)，可以實現(xiàn)單點成像（1D）、二維成像（2D）和 三維成像（3D），并用于鈾礦勘查和鈾基材料的加工研究。

2017無機及同位素質(zhì)譜學術(shù)會議

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院郭冬發(fā)研究員分享報告

質(zhì)譜會議首亮相，聯(lián)用技術(shù)的一場革命

隨著質(zhì)譜成像技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在的質(zhì)譜成像技術(shù)已經(jīng)不局限于一種或者幾種分子，可以同時反應(yīng)多種分子在空間上的分布信息。但從綜合分析的角度，目前的質(zhì)譜成像技術(shù)，無論是哪一種分析手段都無法在分析速度、靈敏率、分辨率、空間三維信息、消除背景干擾上得以兼顧。常規(guī)的SIMS分析手段對于樣品表面成分分析可以達到非常高的靈敏度，但在樣品的整個面和空間深度分析方向，雖然輔以現(xiàn)在的質(zhì)譜成像技術(shù)，已經(jīng)能夠獲得一些信息，但在成像速度和三維結(jié)構(gòu)分析上仍然捉襟見肘。

而對樣品的大面積分析和空間三維信息的獲取，正是FIB-SEM（聚焦離子束-掃描電鏡）技術(shù)的優(yōu)勢所在。借助FIB-SEM極高的分析速度和更優(yōu)異的空間成像能力，SIMS也能在三維分析上具有更好更快速的分析性能，這也是FIB—SEM—TOF-SIMS聯(lián)用技術(shù)帶來的應(yīng)用價值，使質(zhì)譜成像技術(shù)從單點一維、二維成像走向真正意義上的三維成像分析，快速全面的獲取樣品的分子和結(jié)構(gòu)信息。

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院是TESCAN FIB—SEM—TOF-SIMS聯(lián)用系統(tǒng)的重要用戶，在鈾礦物質(zhì)譜成像分析等方面做了大量實驗和研究，在此次無機和同位素質(zhì)譜會議上，核工業(yè)北京地質(zhì)院郭冬發(fā)研究員也提到，目前質(zhì)譜成像（MSI）儀器主要有LA-ICP-MS、FIB-SEM，LG–SIMS，其中LG–SIMS MSI更適用于點成像，LA-ICP-MS MSI更適用于元素成像，F(xiàn)IB-SEM-TOF-SIMS MSI更適用于界面成像。利于這項聯(lián)用技術(shù)，更加有利于實現(xiàn)三維快速成像，獲得樣品的綜合全面信息。

TESCAN在此次質(zhì)譜學術(shù)會議上，也攜帶其FIB—SEM—TOF-SIMS技術(shù)產(chǎn)品首次亮相質(zhì)譜學術(shù)界，向參會的專家學者們介紹了這款FIB-SEM和TOF-SIMS新型聯(lián)用技術(shù)碰撞出的新產(chǎn)品以及在質(zhì)譜和材料分析領(lǐng)域所帶來的應(yīng)用拓展，解讀了TESCAN公司在綜合分析和聯(lián)用拓展上的創(chuàng)新理念，而在TESCAN展臺，不少專家在了解了這項技術(shù)后表示出了濃厚的興趣。

2017無機及同位素質(zhì)譜會議TESCAN展臺

三維質(zhì)譜成像，F(xiàn)IB—SEM—TOF-SIMS技術(shù)得天獨厚

TESCAN是第一個將TOF-SIMS和自己的SEM/FIB成功集成在一起，擁有這項技術(shù)的公司，這項技術(shù)是用聚焦離子束 (FIB)將試樣剝離，產(chǎn)生帶電離子或者中性粒子，采集帶電離子作為TOF-SIMS的分析信號，實現(xiàn)對于輕元素、同位素、三維數(shù)據(jù)重構(gòu)或者對薄膜深度方向的剖析和化學高分子試樣的官能團等化學結(jié)構(gòu)的解析。更加有利于實現(xiàn)三維快速成像，獲得樣品的綜合全面信息。

集成在FIB-SEM上的TOF-SIMS

FIB—SEM—TOF-SIMS技術(shù)獨特的優(yōu)勢

同位素快速檢測

三維重構(gòu)

更好的空間分辨率

水平方向分析示例：

垂直方面分析示例：

正離子和負離子模式

而正是因為TESCAN“All In One” 的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計理念，使得TESCAN的任何系統(tǒng)在接入EDS、WDS、RAMAN、TOF-SIMS等更多分析附件和設(shè)備時表現(xiàn)出更好的兼容性和更優(yōu)異的性能，對于樣品的進一步組合分析提供了很大的便利。

尤其是隨著分析技術(shù)的發(fā)展，對分析的要求也越來越高，F(xiàn)IB與TOF-SIMS的聯(lián)用開始受到越來越多的關(guān)注。TESCAN將TOF-SIMS和自己的SEM/FIB成功集成在一起，創(chuàng)新成為一體化系統(tǒng)，為更深入、更全面的分析應(yīng)用提供解決方案，其雙束聚焦離子束與飛行時間二次離子質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)（TOF-SIMS）將越來越多地在分析行業(yè)發(fā)揮巨大價值。

TESCAN FIB—SEM—TOF-SIMS一體化系統(tǒng)（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所）

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關(guān)于TESCAN

TESCAN發(fā)源于全球最大的電鏡制造基地-捷克Brno，是電子顯微鏡及聚焦離子束系統(tǒng)領(lǐng)域全球知名的跨國公司，有超過60年的電子顯微鏡研發(fā)和制造歷史，是掃描電子顯微鏡與拉曼光譜儀聯(lián)用技術(shù)、聚焦離子束與飛行時間質(zhì)譜儀聯(lián)用技術(shù)以及氙等離子聚焦離子束技術(shù)的開拓者，也是行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。

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