Способ идентификации пиков химических соединений элементов в масс-спектрометрии вторичной ионной эмиссии Советский патент 1984 года по МПК H01J49/26 

1 Изобретение относится к физическим методам анализа состава вещества, а именно к применению вторичноионной масс-спектрометрии для анализа влияния примесей на образовани химических соединений элементов на различных стадиях технологических процессов и может быть использовано для выяснения вопросов структурообраэоваикя и отработки технологии по лучения новых высококачественных материалов, например высокопрочньпс чугунов. Известен способ определения моле лярного состава многокомпонентных смесей на масс-спектрометре методом определения индивидуального состава смесей, согласно которому производится калибровка масс-спектрометра путем записи масс-спектров каждого индивидуального соединения, которое содержит анализируемая смесь 1 2Так как анализируемое вещество является смесью входящих в него индивидуальных соединений, масс-спект этой смеси представляет собой наложение (или сумму) линий масс-спектров индивидуальных соединений. Чтоб определить вклад каждого индивидуального вещества в масс-спектр анализируемой смеси, необходимо составить, а затем решить систему линейных управлений, искомыми величинами которых являются интенсивности линий индивидуальных соединений, содержащихся в анализируемой смеси. Однако данный способ применим только в том случае, когда точно известен состав анализируемой газовой смеси и требуется определить количертво каждого из входящих в нее соединений. Поэтому калибровка прибора по каждому соединению и последующее решение системы линейных урав нений не дает возможности идентифицировать отдельный пик масс-спектра особенно в том случае, когда одному пику соответствует несколько химических соединений. Особенно важное значение, а иногда и принципиальное, эта задача имеет при анализе твердых веществ методом вторично-ионной масс-спктрометрии. Применение масс-спектрометра с вы сокой разрешающей способностью (например 10000), позволяющего разделить пики масс-спектра, имеющие одинаковЬе целочисленное значение мас56сового числа, не всегда возможно из-за большой сложности проведения анализа и высокой стоимости прибора. Известны также способы анализу состава вещества по пикам масс-спектра вторичных ионов С 2 3. Однако они применяются в случае, когда достаточно надежно известны соответствующий химический элемент или химическое соединение и не дает возможности идентифицировать пики химических соединений в масс-спектре. Наиболее близким к изобретению является способ идентификации пиков химических соединений элементов в масс-спектрометре вторичной ионной эмиссии, в котором поверхность образца облучают пучком первичных ионов и регистрируют масс-спектры вторичных ионов, заключающийся в сравнении температурных зависимостей эмиссии вторичных ионов осколочной и исходной молекул, при этом зависимость отношения соответствующих токов вторичных ионов от температуры образца свидетельствует о том, что ионы с меньшей массой образуются из молекул, имеющихся в образце независимо от ионов с большей массой, если же это отношение не зависит от температуры, то цопы с меньшей массой являются осколком молекулы и в образце отсутствуют з. Недостатками этого способа являются:узкая область применения, так как он позволяет идентифицировать только пики, соответствующие ионам, образовавшимся в результате диссоциации более сложной молекулы; усложнение установки за счет применения дополнительного устройства для нагревания образцов и регистрации температурной зависимости вторичных ионов ;увеличение времени проведения анализа, что приводит к повьштенным требованиям на стабильность экспериментальных условий. Цель изобретения - повьш1ение точности и упрощение анализа. Поставленная цель достигается тем, то согласно способу идентификации иклов химических соединений элеменов вмасс-спектрометрии вторичной онной эмиссии, при котором поверхость образца облучают пучком перичных иЬнов и регунстрируют массспектры вторичных ионов, в несколько одинаковых образцов вводят различные заданные количества исследуемого элемента, после чего проводят дополнительный масс-спектрометрический анализ указанных образцов и по отношению измеренных ионных токов судят о наличии или отсутствии химического соединения исследуемого элемента в образце по соотношениям

И J,,/J,f(dV .

соответственно,

где ЗЭА- ток вторичных ионов исследуемого элемента-, ЗУ - ток вторичных ионов химического соединения; d- - концентрация иссл1едуемого

элемента.

Предлагаемый способ основывается на одинаковом виде зависимости тока вторичных ионов как исследуемого элемента, так и его химического соединения от количества этого элемента, содержащегося в образце, поэтому отношение соответствующих ионных токов для разных концентраций этого элемента должно оставаться постоянным. В случае, если регистрируемые вторичные ионы выбиты из молекул, не содержащих исследуемый элемент, зависимость токов этих ионов от концентрации ot. исследуемого элемента будет отличаться от зависимости для исследуемого элемента, и, следовательно, отношение этих токов будет являться функцией концентрации ai.

Примером конкретного исполнения может служить определение наличия химических соединений водорода с иттрием в чугуне, модифицированном иттрием. Химически возможными соединениями иттрия с водородом являются ,YH, ЧН, VHj. Соединение YH имеет массовое число 90, однако такое же массовое число имеет и соединение FeCOH). Поэтому соответствующий пик в масс-спектре может быть обусловлен как соединением YH, так и соединением FeCOH), причем непосредственно по масс-спектру невозможно определить, какому именно соединению соответствует этот пик. Предлагемый способ дает возможность решить этот вопрос. Анализ проводился на массспектрометре МИ-1305, оснащенном уни версальной приставкой для исследований твердых тел методом вторичной ионной эмиссии.

На держатель образцов устанавливают три образца с вводом иттрия

0,05, 0,20, 0,45% и измеряют токи вторичных ионов для пиков с массовыми числами 89 (V) и 90. Результаты измерений представлены на фиг. 1, из которых видно, что соотношение

токов Yga является функцией концентрации введенного иттрия. Следовательно, пик с массовым числом 90 соответствует химическому соединению, в которое не входит исследуемый

элемент -.иттрий, т.е. соединению ЕеСОН). Аналогичный вывод был получен и для соединений VH- и ЧН . Таким образом, в чугуне, модифицированном иттрием, отсутствуют соединения иттрия с водородом, а соответствующие пики в масс-спектре обусловлены соединениями железа с кислородом и водородом.

Эффективность предлагаемого способа заключается в возможности прямого определения химического соединения, соответствующего исследуемому пику, в случае, когда этот пик может быть обусловлен двумя или более химическими соединениями с одинаковым массовым числом. Предлагаемый способ применим всегда, когда можно подготовить образцы с различной концентрацией исследуемого элемента. Выбор исследуемого элемента производится в результате сравнения формул возможных химических соединений, имеющих одинаковое массовое число, соответствующее исследуемому пику,

и не представляет затруднений. Точное знание того, какое из возможных химических соединений действительно образуется в исследуемом образце, позволяет уточнить теорию

кристаллизации и тем самым технологию получения новых высококачественных материалов, например высокопрочных чугунов, внедрение которых в промьгашенности дает значительный

экономический эффект.

Кроме того, данный способ дает возможность решить поставленную задачу при использовании наиболее простых масс-спектрометрических устаноБОК. проведение исследований без применения дополнительных устройств, позволяющих регистрировать температурную зависимость интенсивности вторичных ионов как в известном

способе, также снижает стоимость анализа не менее чем в два раза. В обоих случаях предлагаемый способ

позволяет снизить время анализа не менее чем в три раза и значительно упростить проведение измерений.

СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПИКОВ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ В МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ ЭМИССИИ, при котором поверхность образца облучают пучком первичных ионов и регистрируют масс-спекТры вторичных ионов, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и упрощения анализа, в несколько одинаковых образцов вводят различные заданные количества исследуемого элемента, после чего проводят дополнительный масс-спектрометрический анализ указаннйх образцов и судят о наличии или отсутствии химического соединения исследуемого элемента в образце по соотношениям (Л „ (d,) эл соответственно, лток вторичных ионов исслегде дуемого элемента, 3v ток вторичных ионов химического соединения, oL концентрация исследуемого Oi элемента. ел о

. eif.

7

М83

7