[实用新型]TOF-SIMS的样品图像系统和TOF-SIMS

说明书

技术领域

本实用新型涉及化学分析技术领域，特别涉及一种TOF-SIMS的样品图像系统和TOF-SIMS。

背景技术

质谱仪是一种可以用于分析多种样品中各种化学成分及其含量的科学仪器，被广泛应用于医疗卫生、环境保护、食品安全等各个领域。在常用的各种质谱仪中，TOF-SIMS（Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry，飞行时间二次离子质谱仪）是目前灵敏度最高的表面化学分析手段之一。

TOF-SIMS的基本原理是利用聚焦的一次离子束在样品上进行稳定的轰击，一次离子可能受到样品表面的背散射（概率很小），也可能穿透固体样品表面的一些原子层深入到一定深度，在穿透过程中发生一系列弹性和非弹性碰撞。一次离子将其部分能量传递给晶格原子，这些原子中有一部分向表面运动，并把能量传递给表面离子使之发射，这种过程称为粒子溅射。

TOF-SIMS的结构如图1所示，主要由位于主腔体内的离子源01、一次离子光学系统02、三维样品台03、样品图像系统、二次离子提取系统05、飞行时间质量分析器06和离子检测系统07等所组成。由离子源01产生一次离子，一次离子束经过一次离子光学系统02对离子进行筛选、加速、聚焦等操作后轰击到由三维样品台03固定的样品靶04上。在样品表面溅射出的二次离子经二次离子提取系统05提取出来后加速进入飞行时间质量分析器06，根据离子核质比大小的不同，他们飞行到达离子检测器的时间也不同，从而可以分析出样品表面不同的元素成分。

可见，样品图像系统是TOF-SIMS的重要组成部分，通过样品图像系统可以实现对一次离子束的束斑形状、离子束轰击样品位置、样品图像的清晰度的观测，并配合一次离子光学系统对一次离子束进行优化、对三维样品台进行控制完成轰击点位的设置和样品图像的聚焦等功能。

目前大部分TOF-SIMS中的样品图像系统使用折射式光学透镜结构（如图1所示结构），这种结构的图像系统需要安装在TOF-SIMS的主腔体内部，并且需要在主腔体内部提供额外的光源08进行照明，这需要占用大量的空间，影响主腔体的设计和二次离子提取系统的效率。

实用新型内容

本实用新型提供了一种TOF-SIMS的样品图像系统和TOF-SIMS，用以解决TOF-SIMS的主腔体内部空间不足、二次离子提取效率低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种TOF-SIMS的样品图像系统，包括：安装于TOF-SIMS的主腔体外的电荷藕合器件图像传感器、变焦镜头和光源、以及设置于所述主腔体内的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜上设有安装孔，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜通过安装孔套装于所述主腔体内的二次离子提取系统的壳体；

在所述光源发出的光射入所述主腔体的光路中：所述第一反射镜的一部分位于所述光源的出射光路上，所述第三反射镜的一部分位于所述第一反射镜的反射光路上，所述第二反射镜的一部分位于所述第三反射镜的反射光路上，TOF-SIMS的样品靶位于所述第二反射镜的反射光路上；

在所述样品靶反射的光射出所述主腔体的光路中：所述第二反射镜的另一部分位于所述样品靶的反射光路上，所述第三反射镜的另一部分位于所述第二反射镜的反射光路上，所述第一反射镜的另一部分位于所述第二反射镜的反射光路上，所述变焦镜头位于所述第一反射镜的反射光路上，所述电荷藕合器件图像传感器位于所述变焦镜头的出射光路上。

本实用新型提供的TOF-SIMS的样品图像系统，通过在主腔体内设置第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，实现了光线的内外传输，达到将电荷藕合器件图像传感器、变焦镜头和光源设置在主腔体的外部的目的，节省了TOF-SIMS的主腔体的内部空间，间接提高了主腔体的真空度，并提高了二次离子提取效率。

所以，本实用新型提供的TOF-SIMS的样品图像系统，节省了TOF-SIMS主腔体的内部空间，提高了二次离子提取效率。

在一些可选的实施方式中，所述第二反射镜为球型凹面镜，所述第三反射镜为球型凸面镜，且所述第二反射镜和所述第三反射镜同心，所述第二反射镜和所述第三反射镜形成史瓦西Schwarzschild双反射结构。Schwarzschild双反射结构在一定参数设定下，具有消除三阶球面像差、慧差、像散的特性，且成像质量好。