[发明专利]使用二次离子质谱仪同时分析非金属元素和金属元素的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及分析仪器技术领域，特别涉及一种使用二次离子质谱仪同时分析非金属元素和金属元素的系统和方法。 

背景技术

常见的二次离子质谱仪是使用离子对样品进行轰击，使样品被电离，产生代表样品成分的二次离子，进而使用质谱仪对二次离子进行定性和定量分析。一般采用磁场做质量分析器的二次离子质谱仪的原理如图1所示，一次离子源1产生一次离子2。一次离子2经过离子光学透镜3，5，6产生的电场聚焦到样品7的表面，对样品7进行轰击。一次离子2和离子光学透镜3，5，6位于真空腔4内。一次离子2对样品7进行轰击，将部分样品7离子化，产生二次离子9。二次离子9经过离子光学透镜10，11，12，静电场分析器13，离子光学透镜15，磁场分析器16，离子光学透镜18，到达接收器19。样品7和离子光学透镜10，11，12位于第一真空腔体8内。离子光学透镜15位于真空腔14内。离子光学透镜18位于真空腔17内。静电场分析器13和磁场分析器16组成双聚焦结构，在实现二次离子9的质量分离的同时，实现角度聚焦和能量聚焦。在使用一次离子2轰击样品7产生的溅射物质中，二次离子9只占有很小一部分，大部分溅射物质以原子，分子或分子集团的形式存在。将轰击过程中产生的二次离子9引入质谱仪。磁场分析器16的强度决定了接收器19所接收到的离子种类。根据接收器19所接收的信号强度，就可以对样品7进行定性和定量分析。 

但是这种传统的二次离子质谱仪不能同时分析非金属元素和金属元素，这是因为：在使用二次离子质谱仪分析样品时，如果需要分析样品中的非金属元素，一般使用Cs+或Ga+等金属离子轰击样品，样品加负电压；样品中的非金属元素得到电子变成负离子，由于样品带负电，生成的负离子被推入质谱仪进行质量分析；如果需要分析样品中的金属元素，一般使用O- 离子等非金属离子轰击样品，样品加正电压，样品中的金属元素失去电子变成正离子，由于样品带正电，生成的正离子被推入质谱仪进行质量分析。由于分析金属元素和非金属元素需要使用不同的离子来进行轰击，样品加不同极性的电压，且二次离子的极性不同，因此使用传统的二次离子质谱仪对样品中的金属元素和非金属元素是不能同时进行分析的。 

因此需要一种使用二次离子质谱仪同时分析非金属元素和金属元素的系统和方法。 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种使用二次离子质谱仪同时分析非金属元素和金属元素的系统。 

本发明的另一目的是提供一种使用二次离子质谱仪同时分析非金属元素和金属元素的方法。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种使用二次离子质谱仪同时分析非金属元素和金属元素的系统，包括二次离子质谱仪，中性溅射物收集装置，离子源和小型质谱仪，其特征在于，所述中性溅射物收集装置收集所述二次离子质谱仪在分析样品时产生的中性溅射物，并将其传送至所述离子源离子化后由所述小型质谱仪进行质量分析，所述二次离子质谱仪和所述小型质谱仪分别用来分析所述样品中的金属元素和非金属元素，或者，所述二次离子质谱仪和所述小型质谱仪分别用来分析所述样品中的非金属元素和金属元素。 

在上述任一方案中优选的是，所述中性溅射物收集装置、离子源和小型质谱仪位于第二真空腔体内，所述中性溅射物收集装置的前端入孔与所述二次离子质谱仪的第一真空腔体连接，末端出孔与所述离子源连接。 

在上述任一方案中优选的是，还包括与所述第二真空腔体连接的分子泵，在所述分子泵的作用下，所述第二真空腔体内的压力低于所述第一真空腔体内的压力。 

在上述任一方案中优选的是，所述中性溅射物收集装置为一漏斗结构，其前端入孔和所述第二真空腔体的入口重合，并通过标准法兰接口连接于所述第一真空腔体，其末端出孔位于所述离子源内部。 

在上述任一方案中优选的是，所述第一真空腔体，第二真空腔体和中性溅射物收集装置均连接于地电位，所述离子源和小型质谱仪均通过标准法兰接口固定于所述第二真空腔体上，并通过该标准法兰接口为其供电。 

在上述任一方案中优选的是，所述中性溅射物收集装置和第二真空腔体为无磁不锈钢材料制成，所述样品位于所述第一真空腔体内，所述中性溅射物收集装置位于所述第二真空腔体和第一真空腔体之间，其末端出孔为所述第二真空腔体和第一真空腔体之间的物质通道。 

在上述任一方案中优选的是，所述二次离子质谱仪采用一台二次离子质谱仪，所述离子源能够采用电子轰击或激光照射的方式将所述中性溅射物离子化，所述小型质谱仪包括四极杆质谱仪或飞行时间质谱仪。