飞行时间二次离子质谱仪二次离子光学系统仿真研究

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1、——————————————————————————飞行时间二次离子质谱仪二次离子光学系统仿真研究————————————————————————————————SimulationResearchoftheSecondaryIonOpticalSysteminTime-of-flightSecondaryIonMassSpectrometer————————————————————————————————作者姓名：刘晓旭专业名称：精密仪器及机械指导教师：邱春玲教授学位类别：硕士答辩日期：2015年6月1日摘要飞行时间二次

2、离子质谱仪二次离子光学系统仿真研究作为目前前沿的用于表面成分分析的科学装置之一，飞行时间二次离子质谱仪因具有分辨率高、灵敏度高、分析速度快、测量范围宽、样品消耗少等特点，无论在分析化学、环境科学，还是在生物医学领域，都得到了越来越广泛的应用。飞行时间二次离子质谱仪样品消耗极少这一特点使其更加适用于地质年代学样品的分析。本课题来源于“国家重大科学仪器设备开发专项-同位素地质年代学专用TOF-SIMS科学装置”项目，项目旨在开发应用于地质年代学同位素分析的高精度高分辨率的飞行时间二次离子质谱仪。二次离子光学系统作为飞行时间二次

3、离子质谱仪中的关键部分，主要用于二次离子的提取、调整、聚焦、分离和检测等。二次离子光学系统中的参数变化影响二次离子的运动情况进而影响仪器性能，因而对二次离子光学系统进行仿真研究能够为二次离子光学系统设计和参数选择提供指导和参考。首先，结合飞行时间二次离子质谱仪的原理和结构、二次离子的初始运动情况以及离子光学理论，提出二次离子光学系统的结构和各个组成部分的设计方案，并对各个组成部分的设计方案进行分析。然后，在SIMION软件中建立二次离子光学系统各个组成部分的仿真模型并对仿真条件和操作过程进行阐述，进而对各个部分的参数进行配

4、置，使得能够进行精确的仿真分析。而后，将二次离子光学系统各个组成部分的仿真模型结合，建立二次离子光学系统整体仿真模型，通过仿真研究了二次离子光学系统中透镜电极电压变化对质量分辨率、离子束斑直径变化和传输效率的影响。最后，对仿真结果进行全面而细致的分析，确定了二次离子光学系统中透镜最佳电极电压组合配置。通过仿真模拟和SIMION软件的数据记录功能对数据进行分析和处理，不仅能够观察到二次离子运动轨迹，而且可以得到仿真出的质谱图。以稳定同位素铜离子为研究对象分别进行仿真研究和实验测试，仿真结果与实验结果吻合，证明了二次离子光学系

5、统仿真模型的有效性。关键词：飞行时间二次离子质谱仪，二次离子光学系统，仿真模拟，运动轨迹，透镜电极电压IAbstractSimulationResearchoftheSecondaryIonOpticalSysteminTime-of-flightSecondaryIonMassSpectrometerAsoneofthefrontierscientificdevicesforsurfacecompositionanalysis,time-of-flightsecondaryionmassspectrometerhasbe

6、comemoreandmorewidelyusedwhetherinanalyticalchemistryandenvironmentalscience,orinthebiomedicalfieldbecauseofitscharacteristicsthathighresolution,sensitivityandanalysisspeed,widemeasuringrange,lesssampleconsumptionandsoon.Thecharacteristicthatlittlesampleconsumptio

7、nmakestime-of-flightsecondaryionmassspectrometermoresuitablefortheanalysisofgeochronologysamples.Thistopiccomesfrom"NationalMajorScientificInstrumentsandEquipmentDevelopmentSpecialProject–TOF-SIMSScientificDevicededicatedtoisotopicgeochronology",whichaimsatdevelop

8、ingtime-of-flightsecondaryionmassspectrometerappliedingeochronologyisotopeanalysiswithhighaccuracyandresolution.Secondaryionopticalsystem,asakeypartinti