北京大气气溶胶表面无机组分的静态飞行时间二次离子质谱研究

采用特定的样品处理方式,利用静态飞行时间二次离子质谱(Static-TOF-SIMS)技术,对使用通用型大气污染物采样仪VAPS(URG-3000K)采集于非导电性的滤膜(聚碳酸酯滤膜)上的大气气溶胶细粒子(PM2.5)与粗粒子(PM2.5～10)的表面无机组分进行了探索性的比较分析.结果表明:大气气溶胶细粒子与粗粒子的表面无机组分组成特征具有明显的差异;气溶胶细粒子表面存在着大气中二次形成的亲水性化合物,会对其表面的疏水性/亲水性特征产生影响,从而影响其大气化学行为;气溶胶粗粒子表面存在氟化物,对生态环境和人体健康具有潜在的危害性,应该重视对气溶胶中氟污染的研究与控制;静态飞行时间二次离子质谱可以成为研究大气气溶胶表面化学组成特征的有利分析手段.

新疆汉代羊毛织物染料的飞行时间二次离子质谱表征

汉代女性干尸着鲜艳的红-蓝-浅黄三色羊毛纤维编制的华丽服饰,本研究以织物片段作为研究样本,主要采用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)法对其染料进行表征。离子成像与高质量分辨数据显示:红色纤维表面产生汞同位素离子(^(202)Hg+和^(199)Hg+)、汞-硫离子(HgS^(+),m/z 234)、硫同位素离子(^(32)S−和^(34)S−)等,指示其染料属于天然无机矿物朱砂(HgS);蓝色纤维则出现目标化合物的准分子离子m/z 263([M+H]^(+)),以及合理的碎片离子系列,如m/z 235(C_(15)H_(11)N_(2)O^(+))和m/z 247(C_(16)H_(11)N_(2)O^(+))等,指示其呈色来自经典天然植物有机染料靛蓝(C_(16)H_(10)N_(2)O_(2),分子质量262.0742);浅黄纤维未检出有机染料(如姜黄)或无机染料(如铁黄),其呈色可能是白色羊毛自然老化陈旧所致。本工作表明,擅长微区原位与超高灵敏度检测的TOF-SIMS法既适用于有机染料分析,也适用于无机染料分析,该方法有望在考古和博物馆馆藏相关研究中获得广泛应用。

使用飞行时间二次离子质谱法判定痕量氧元素的测试方法

采用飞行时间二次离子质谱法对CaF_(2)晶体、YF_(3)薄膜和Au薄膜中的痕量氧元素进行测试。结果表明:通过改变分析离子源光阑大小来改变离子束流,进而改变作用在试样表面的单位面积离子剂量,当离子束流增大时,CaF_(2)晶体与YF_(3)薄膜的氟离子、氧离子产额均增加,表明CaF_(2)晶体与YF_(3)薄膜中存在氧元素,测试结果与CaF_(2)的紫外光谱测试结果和YF_(3)薄膜的红外光谱测试结果相吻合;当离子束流增大时,金离子产额增加,而氧离子产额无明显变化,说明检测到的氧元素来自试验环境中的残余气体,Au膜中不存在氧元素。

飞行时间二次离子质谱在指纹分析中的研究进展

指纹作为接触类犯罪案件现场最常见的痕迹之一,基于其形态学价值及承载的物质进行分析是个体识别、侦查破案的重要手段。飞行时间二次离子质谱技术(TOF-SIMS)是一种兼具高质量分辨率和高空间分辨能力的表面分析技术,能够同时获得待测物质的质谱信息和成像分布。相较于其他理化分析技术,TOF-SIMS所具备的快速检验、无需前处理、原位近无损分析等优势使其逐渐成为指纹分析领域的前沿课题。该文基于TOF-SIMS在成像增强、物质分析、犯罪信息挖掘等指纹分析领域的研究现状展开综述,分析其在公安实战中的应用前景,以期为该技术在指纹检验领域的推广奠定基础。

基于原位液相飞行时间二次离子质谱的电化学固液界面研究

电化学界面是能源转换与存储、生物化学、传感器和腐蚀等领域的核心,研究电化学界面结构与性能的关系一直是电化学和化学测量学的热点与难点。本文重点介绍了基于高真空兼容微流控装置的原位液相飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)技术的原理、特性,及其在电化学固液界面实时、原位探测方面的研究进展。随着微流控装置的进一步创新以及ToF-SIMS仪器的不断发展,原位液相ToF-SIMS将为电催化、电池等领域的复杂电化学固液界面研究提供重要手段。

纯钛种植体—骨界面的飞行时间二次离子质谱分析

为探明纯钛与骨组织间的相互作用与结合机理，采用荧光显微镜及先进的飞行时间二次离子质谱分析仪，对已形成骨整合的１，３及６个月钛—骨结合界面进行了分析和测试。结果表明，纯钛种植体与骨结合十分紧密；钛与骨组织间的离子作用是相互的；钛—骨间既存在物理性结合，也存在化学性结合。钛离子向组织内有扩散，但扩散的量极微，扩散的深度可达１００μｍ以上；钛离子的扩散在植入骨组织后早期（１个月～３个月）较多，以后较少。钛离子向组织内沥出的同时，组织内Ｃａ＋、ＯＨ－、Ｏ－等离子向钛氧化膜内也有渗透。对纯钛种植体周围骨组织的生长方式观察，证明呈双向性生长，一种是骨组织从邻近或远离种植体的骨床向种植体表面生长；另一种是新骨组织直接沉积在种植体表面并向骨床生长。研究根据纯钛种植体与骨组织间的离子分布、渗透等情况，从分子、原子水平进一步对钛与骨组织的相互作用及结合机理进行了探讨。

烃源岩生烃性的飞行时间二次离子质谱研究

讨论了利用用飞行时间二次离子质谱仪 ( TOF- SIMS)研究烃源岩生烃性的制样技术、碎片离子的丰度和离子的浓度的关系 ;研究了吐哈盆地中侏罗统烃源岩中矿物沥青基质 TOF-SIMS的谱图分布特征、无机和有机碎片离子峰的归属与碎片离子的构成 ,提出了烃源岩成烃性评价方法 ,并利用碎片离子特征峰参数 XAL,YOX和 ZAR来反映矿物沥青基质中脂、氧和芳香结构的组成 ,结果表明 :它们作为矿物沥青基质的成烃性指标是有意义的 ;CH5NO3 + 等含氮氧化合物碎片离子特征峰的发现 。

飞行时间-二次离子质谱技术在大气气溶胶研究中的应用进展

在简述飞行时间-二次离子质谱技术(TOF-SIMS)的基本原理、技术特点和优势的基础上,阐述了近年来TOF-SIMS应用于气溶胶表面化学表征、气溶胶粒子化学组成深度剖析、气溶胶表面化学反应、气溶胶粒子表面毒性,以及气溶胶污染源排放特征与污染源识别等方面的研究进展,并对TOF-SIMS技术在大气气溶胶研究中的应用前景进行了展望。

铜合金表面元素的飞行时间二次离子质谱微区原位分析

铜合金中含有Pb、Sn、Zn、Ni等元素,其分布和相对含量对铜合金的性能具有重要影响。本工作采用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)法对铜合金标准样品GBW02137和GBW02140的表面进行了微区原位分析;采用束斑直径约5μm的一次离子束轰击500μm×500μm区域内的混合固体合金样品,实现了Cu、Pb、Ni、Sn和Zn元素的表面成像,并测量了各元素在铜合金样品表面的分布情况;利用标样校准法对GBW02137、GBW02140中的^(64)Zn/^(120)Sn、^(208)Pb/^(120)Sn值进行相对含量分析。实验结果表明:TOF-SIMS法可用于铜合金中Cu、Pb、Ni、Sn和Zn等元素的表面成像和相对含量测定;采用标样校准法进行相对含量分析时,测得的^(64)Zn/^(120)Sn相对误差小于5.1%,RSD优于2.5%,^(208)Pb/^(120)Sn的测量相对误差较大,接近27%,但其RSD仍低于5%。

飞行时间二次离子质谱在摩擦学领域中的应用

介绍了二次离子质谱(SIMS)的结构、基本原理、分析特点,特别是飞行时间二次离子质谱在摩擦学研究领域,如对涂层及摩擦反应膜、润滑油添加剂的吸附与反应、硬磁盘/磁头摩擦界面中的应用与进展,指出了飞行时间二次离子质谱分析中存在的问题,希望为摩擦学领域学者在表面分析方面提供一些新的启示.

从飞行时间二次离子质谱像解析航天器污染的信息

飞行时间二次离子表面质谱能对航天材料上肉眼可见微量污染物实现包括元素、同位素和各种化合物在内的指纹鉴别,特别是样品量有限航天器污染成份分析的理想手段。本文重点讨论如何从带有金一次离子源的飞行时间二次离子像中提取有关航天器污染的信息。由于飞行时间二次离子质谱独具的并行质量登录能力,二次离子表面像上每一像素都储存着完整的质谱,任意质量的二次离子像都可重构。与四极和磁二次离子质谱相比,飞行时间二次离子质谱更适于复杂航天器污染物的成像分析。

飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(上)

飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)成为材料表面化学分析越来越重要的手段,随着分析仪器性能的不断提高,尤其是团簇离子源的发明和使用,使得TOF-SIMS在生物材料和生命科学研究中能够更接近常规性地被使用。它可以用来鉴定表面的生物分子,并且描述生物分子在单细胞表面和内部及组织切片上的二维分布。TOF-SIMS的主要测试功能包括表面质谱,化学成像及深度剖析3种。本综述(分上、下两篇)围绕这3项仪器功能,简单综述近20年内TOF-SIMS在生物材料和生命科学中的应用。本篇主要讨论应用质谱功能表征生物医学有机高分子材料表面化学特性及在表面的生物分子,包括氨基酸、多酞、蛋白质、核苷酸、DNA、磷脂膜及多糖。重点举例介绍的科学问题包括蛋白质吸附、生物材料表面化学改性以及生物降解高分子药物释放机理。

飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(下)

随着仪器性能的不断提高,飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)在材料表面化学分析中起着越来越重要的作用。TOF-SIMS的主要测试功能包括表面质谱、化学成像及深度剖析,本工作对TOF-SIMS的化学成像及深度剖析2种功能在生物材料和生命科学中的应用做了简单综述,重点介绍了TOF-SIMS成像技术在生物芯片制备工艺中的应用和TOF-SIMS成像和深度剖析技术对生物分子在细胞和生物体组织上空间分布的表征方法;另外,对生物样品的低温制备方法,样品表面添加基质以增强信号强度的实验手段,使用团簇一次离子源提高分子二次离子产额和利用对样品损伤小的C60离子源为轰击源做深度剖析等实验做了简单的介绍;最后,对TOF-SIMS在生物生命材料领域的应用做了展望。

用当代飞行时间二次离子质谱分析航天器污染

随着对航天器长寿命和高可靠性的要求日益提高,其污染问题已引起国内外高度重视。在监测污染物总量的基础上,需要有效的分析手段确定污染物的化学成分才能判断污染源。用当代飞行时间二次离子质谱仪器(TOF-SIMS)对我国地面空间环境模拟污染的典型样品进行了探索性实验,结果表明:与国内外现有的检测手段相比,当代TOF-SIMS最适于样品量有限的航天污染物的成份分析;具有高质量分辨的TOF-SIMS,对航天污染物包含的所有元素、同位素和化合物具有指纹鉴别能力;成像分析可解析出污染物形成历史的一些相关信息。TOF-SIMS有望在航天污染系统工程中发展成为一种独具特色的航天污染检测新技术。

金属/基质增强飞行时间-二次离子质谱用于单细胞脂质分析

单细胞中化学成分的分析对细胞生长、信号转导、凋亡等生理过程意义重大。飞行时间-二次离子质谱(SIMS)是一种高灵敏的表面质谱成像技术,具有较高的空间分辨率,已被用于细胞及微区域分析。然而,生物有机分子较低的离子化效率限制了To F-SIMS在单细胞分析中的广泛应用。本研究采用金属/基质增强方法,明显提高了脂质的离子化产率。镀金硅片上磷脂酰胆碱PC(40:0)标样在加入基质后,准分子离子峰强度增大为硅片上的65倍。相应基底上单细胞表面脂质信号同时增强,但由于细胞的不规则形貌以及复杂化学环境影响,脂质信号增强幅度较小。在此基础上,使用延时提取(Delayed extraction,DE)模式克服了细胞形貌带来的影响,进一步增强脂质信号,并获得了高质量的单细胞脂质成像图。此方法为研究细胞代谢及细胞-环境相互作用提供了新的途径。

飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）在矿物加工中的应用进展

TOF-SIMS作为一种物质表面分析技术,可以用于物质表面的活性参数的测定。在简述TOF-SIMS的工作原理、工作模式以及技术优势的基础上,对飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)在矿物加工中的应用进行了综述。SIMS技术作为一种质谱技术,具有独特的质谱性质,如百万分之一的灵敏度、同位素的区别、甚至可以对复杂分子进行检测,为所有需要极端表面敏感性和表面分子信息的测定提供了可能。总结了SIMS技术在难免离子对矿物表面性质的影响、表面润湿性以及表面吸附机理方面的应用进展。指出TOF-SIMS技术能够提供可靠的表面化学数据,用于评价磨矿过程中矿物表面发生的各种反应、浮选过程造成各种矿物分离的因素、分析药剂的作用机理。TOF-SIMS技术在未来可以作为选择合适浮选药剂的手段,用来优化浮选过程的选择性和提高回收率,或帮助设计适合特定矿物浮选所需的药剂。

飞行时间二次离子质谱——强有力的表面、界面和薄膜分析手段

《真空》杂志是中国学术期刊中重要的核心刊物 ,在加入 WTO后 ,为了更好与国际接轨 ,为广大读作者服务 ,本刊将逐步向双语刊物过渡。在这一期 ,特邀真空界著名学者 :真空杂志编委会副主任、清华大学查良镇教授与曾任德国真空学会主席、第十一届国际真空会议主席和真空杂志社编委会国际顾问 阿·贝宁豪文教授合作撰写的“飞行时间二次离子质谱”一文 ,用双语发表 ,这种改革是否妥当 ,请广大读者赐教。

磺隆类除草剂的飞行时间二次离子质谱研究

采用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析6种磺隆类除草剂,获得了它们的正离子和负离子谱图。数据显示,这类除草剂在TOF-SIMS谱图中均出现准分子离子峰和特征碎片离子峰。裂分机理讨论进一步表明,这类除草剂的典型碎片化发生在化合物结构中酰胺基团的C-N键之间,可获得较大质量片段的碎片化离子以及准分子离子的主要原因是其芳香结构的稳定化作用。结果表明,尽管TOF-SIMS由于其特殊电离方式通常容易导致一般有机分子的高度碎片化,但还是有望用于磺隆类除草剂及其衍生物或降解物的定性检测。

基于飞行时间二次离子质谱的硅橡胶老化机理分析

针对南方地区湿热气候条件下复合绝缘子硅橡胶快速老化的问题,在实验室对硅橡胶进行了300、500、1000 h的盐雾老化试验。采用飞行时间二次离子质谱检测了不同老化程度硅橡胶表面小分子基团的含量,结合憎水性测试与扫描电镜结果分析了硅橡胶的老化机理。结果表明:在硅橡胶表面检测到Si+、C2H5+、SiCH3+、SiC3H9+、H-、CH-、O-和OH-等离子,硅橡胶的憎水性与烷基类小分子的含量正相关,盐雾的淋洗消耗了硅橡胶表面的烷基类小分子,导致憎水性下降。在盐雾气氛中,硅橡胶发生氧化与水解反应,Si-O、Si-C键发生断裂生成Si-OH,羟基化使硅橡胶的三维网状结构坍塌,分子聚合度下降。老化反应产生的H2、CH4等气体在硅橡胶表面形成空隙,使硅橡胶表面粉化、龟裂。

飞行时间二次离子质谱法在一次污染过程中PM2.5表面组分分析中的应用

团簇离子源的发明和使用,使飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)法成为材料表面化学分析越来越重要的手段,TOF-SIMS法的主要测试功能包括表层质谱、化学成像及深度剖析3种。采用TOF-SIMS法对一次污染过程中的大气细颗粒物(PM2.5)的表层进行检测,得到了PM2.5表面成分的质谱及成像信息。结果表明:PM2.5表层存在多种金属离子,通过扫描电子显微镜能谱仪的形貌与飞行时间二次离子质谱仪的成像亮度分析可知,K^+、Na^+、Mg^2+响应强度相对较强,含量较高;通过原子吸收光谱仪进行金属离子定量可知,2018年11月4日和12月24日的K^+、Na^+、Mg^2+的平均质量分别为1.8095、0.4438、1.5262 mg;从形态分布上看,PM2.5表面烟尘集合体含量较多,其次为燃煤飞灰、矿物颗粒和超细未知颗粒;PM2.5表层的有机物离子Cx Hy片段也较多,经过m/z的测试数据进一步确定,表明颗粒物表层含有大量的脂肪烃和芳香烃;除此之外,还存在含N、O、S等的有机物和无机物。