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真空技术在分析技术领域的作用——TOF-SIMS分析技术在矿物样品表征上的应用

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真空 2024年

作者：王富芳徐子琪郭冲梁汉东李展平煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院中国科学院地质与地球物理研究所清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室

矿物样品的研究是矿物学、岩石学、矿床学等地质学科的基础，矿物的表面形貌、元素组成和分布特征能够揭示成矿物质来源、成矿过程和地质历史等。本文阐述了对于矿物样品表征具有广泛应用潜力的TOF-SIMS原理、技术优势及其所需的真空条... 详细信息

矿物样品的研究是矿物学、岩石学、矿床学等地质学科的基础，矿物的表面形貌、元素组成和分布特征能够揭示成矿物质来源、成矿过程和地质历史等。本文阐述了对于矿物样品表征具有广泛应用潜力的TOF-SIMS原理、技术优势及其所需的真空条件，重点总结了国内外学者应用TOF-SIMS在矿物识别、矿物成像、矿物成分定量分析和深度剖析及矿物加工上的研究进展与存在问题，并做了相关领域的展望。

关键词：矿物表征飞行时间二次离子质谱成像分析

飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)在矿物包裹体研究中的应用

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岩石矿物学杂志 2023年第3期42卷 451-464页

作者：王梦琴蔡克大李展平中国地质大学地球科学与资源学院地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室北京100084

矿物包裹体的化学成分研究在地质学、矿床学和油气勘探等方面具有重要意义。目前对包裹体化学成分分析的主要分析方法有激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、电子探针(EPMA)、显微激光拉曼光谱(LRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、... 详细信息

矿物包裹体的化学成分研究在地质学、矿床学和油气勘探等方面具有重要意义。目前对包裹体化学成分分析的主要分析方法有激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、电子探针(EPMA)、显微激光拉曼光谱(LRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、质子诱发X射线光谱分析(PIXE)、同步辐射X射线荧光光谱(SXRF)和(传统的)二次离子质谱分析(SIMS)等。本文在对上述方法的分析特点进行简单介绍的基础上,重点阐述了对于矿床学样品表征具有广泛应用潜力的飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)的原理、特点和技术优势,总结了国内外学者应用TOF-SIMS对矿物包裹体化学成分分析的研究进展与存在问题,并做了相关领域的展望。

关键词：矿物包裹体 TOF-SIMS 表面分析

宋代黑釉茶盏油滴的飞行时间二次离子质谱表征

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质谱学报 2023年第1期44卷 25-33页

作者：徐子琪赵煊赫梁汉东李展平铁偲煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室北京100084 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

本研究利用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)表征典型黑釉茶盏釉面上银色反光斑纹,即华北油滴。高分辨质谱测定油滴的主要成分是氧化铁,由显微拉曼光谱确定其矿物形式是赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))。二次离子质谱(SIMS)离子成像进一步揭示:... 详细信息

本研究利用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)表征典型黑釉茶盏釉面上银色反光斑纹,即华北油滴。高分辨质谱测定油滴的主要成分是氧化铁,由显微拉曼光谱确定其矿物形式是赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))。二次离子质谱(SIMS)离子成像进一步揭示:该赤铁矿呈六方柱晶体(约2~10μm);近百余枚这样的晶体自组织分散排列构成类似雨滴状的斑纹(约120μm);与其形貌互补的是含硅、铝、钙、钠等元素的碱性石灰质釉质。SIMS深度剖析发现,α-Fe_(2)O_(3)晶体的连续深度不小于5μm。基于SIMS表征结果,还探讨了赤铁矿沉积薄膜状镜铁矿(α-Fe_(2)O_(3))引起华北油滴呈银色与镜面反射现象的原理,以及TOF-SIMS在表征和研究古瓷方面的潜力和局限。

关键词：华北油滴赤铁矿镜铁矿离子成像二次离子质谱(SIMS)

基于指纹物质飞行时间二次离子质谱成像信号的指纹遗留人性别识别

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分析化学 2022年第1期50卷 112-118页

作者：李文杰孙令辉游伟田师思王利雪赵雅彬李展平中国人民公安大学侦查学院安徽省公安教育研究院清华大学分析中心清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室

飞行时间二次离子质谱成像技术(TOF-SIMSI)不仅可获取指纹的三级特征，还能获取物质信息，为案件现场提取到的残缺指纹的证据价值提供了更多可能。本研究利用TOF-SIMS技术结合多层感知器神经网络探究基于指纹物质离子信号进行人群性别... 详细信息

飞行时间二次离子质谱成像技术(TOF-SIMSI)不仅可获取指纹的三级特征，还能获取物质信息，为案件现场提取到的残缺指纹的证据价值提供了更多可能。本研究利用TOF-SIMS技术结合多层感知器神经网络探究基于指纹物质离子信号进行人群性别特征分析的可行性。首先通过独立样本T检验对利用TOF-SIMS检测出的所有志愿者共有的107种指纹物质离子信号进行样本差异性分析，并筛选出差异显著的离子信号，再利用主成分分析降维后输入到多层感知器神经网络中进行性别分类识别。结果表明，本方法正确判别男性的概率约为85%,正确判别女性的概率约为95%,总样本正确率约为90%。本研究为深入挖掘残缺指纹多维信息提供了一种有效方法。

关键词：飞行时间二次离子质谱残缺指纹性别特征判断多层感知器神经网络

基于飞行时间二次离子质谱的指纹遗留人个体识别的研究

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分析化学 2023年第4期51卷 570-578页

作者：吴寅田师思李文杰孙令辉宋禧林赵雅彬李展平中国人民公安大学侦查学院清华大学分析中心清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室

指纹作为法庭科学领域中用于人身认定的重要物证，蕴含了丰富的个体信息。但是，在实际案件现场中，提取到的多为模糊和残缺的指纹，无法利用传统的形态比对方法进行鉴定；而且指纹中物质成分复杂，也很难通过检测其中的具体物质实现遗... 详细信息

指纹作为法庭科学领域中用于人身认定的重要物证，蕴含了丰富的个体信息。但是，在实际案件现场中，提取到的多为模糊和残缺的指纹，无法利用传统的形态比对方法进行鉴定；而且指纹中物质成分复杂，也很难通过检测其中的具体物质实现遗留人的溯源分析。飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）能够在不破坏检材的情况下获得指纹物质的离子信号，同时获得对应的离子分布图像，为利用指纹物质信息进行个体识别提供了可能。本研究利用TOF-SIMS采集了5名志愿者十指指纹的质谱信息，初步探究了基于指纹物质离子信号进行遗留人个体识别的可行性。首先筛选出98种代表指纹物质的离子信号，利用主成分分析法对筛选出的离子信号强度进行降维，再将降维后的主成分新变量输入到不同的分类器中对比。结果表明，使用无监督的层次聚类法的结果与实际的分类相差较大，难以进行个体区分；使用有监督的Fisher判别法对个体进行判别，正确率可以达到94%，交叉验证的正确率也达到了90%；将数据输入到多层感知机神经网络中，经过多次训练可以得到更加理想的结果。本研究借助多种统计分析方法建立了个体分类和预测模型，为指纹证据价值的提升提供了新渠道，也为后期利用指纹物质信号进行个体识别的深入探究奠定了研究基础。

关键词：飞行时间二次离子质谱指纹物质个体识别多元统计分析

飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析技术

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矿物岩石地球化学通报 2020年第6期39卷 1173-1190页

作者：李展平有机光电子与分子工程教育部重点实验室清华大学化学系北京100084

飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)是目前应用最广泛的表面分析技术之一,是一种具有高质量分辨本领(质量分辨率)和高空间分辨(空间分辨率)的表面分析技术,适用于有机、无机、生物、医学、电子、地质/考古、环境等各种领域的各种固体材料... 详细信息

飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)是目前应用最广泛的表面分析技术之一,是一种具有高质量分辨本领(质量分辨率)和高空间分辨(空间分辨率)的表面分析技术,适用于有机、无机、生物、医学、电子、地质/考古、环境等各种领域的各种固体材料的分析。本文对TOF-SIMS分析技术的发展、原理、基本构成、特点和应用领域等方面做了全面介绍。

关键词： TOF-SIMS 表面分析固体材料分析

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石质园林小品

真空环境中多场耦合对Au/Cu/Si薄膜界面结构的影响

作者：李展平

来源：南通市图书馆图书评论

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真空科学与技术学报 2013年第8期33卷 766-770页

作者：严楷曹江利姚文清严谨李展平朱永法北京科技大学新材料技术研究院北京100083 清华大学化学系北京100084

采用磁控溅射方法在Si基底上制备了Au/Cu薄膜。利用扫描俄歇微探针(SAM)纳米化分析技术进行表面成分分析与深度剖析,研究在真空环境中,紫外辐照、微氧氧含量及处理温度等因素作用对Au/Cu薄膜界面结构的影响。实验结果表明:环境温度的升... 详细信息

采用磁控溅射方法在Si基底上制备了Au/Cu薄膜。利用扫描俄歇微探针(SAM)纳米化分析技术进行表面成分分析与深度剖析,研究在真空环境中,紫外辐照、微氧氧含量及处理温度等因素作用对Au/Cu薄膜界面结构的影响。实验结果表明:环境温度的升高,使薄膜内缺陷增加,为Cu原子的扩散提供了更多的扩散通道;紫外辐照产生了等同的热效应,加剧了Cu原子在Au层中的扩散;微氧的存在诱导了Cu原子的扩散。三种因素协同作用下,诱导迁移扩散机制在室温下形成,并于处理温度达到100℃后趋于稳定。

关键词：薄膜扫描俄歇微探针真空环境紫外辐照微氧迁移扩散

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PM2.5-铵的单颗粒表征

质谱学报 2018年第6期39卷 722-728页

作者：杨欧梁汉东李展平刘宇豪煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 清华大学化学系有机光电子与分子工程教育部重点实验室北京100084

在北京空气重污染期间,以石英膜采集的PM2.5为样本,采用飞行时间二次离子质谱(TOFSIMS)结合质量高分辨模式与正负离子成像模式表征了PM2.5-铵。实验观察到了硫酸氢铵(NH4HSO4)单颗粒物,未见硝酸铵或氯化铵。实验验证了正、负离子成像之... 详细信息

在北京空气重污染期间,以石英膜采集的PM2.5为样本,采用飞行时间二次离子质谱(TOFSIMS)结合质量高分辨模式与正负离子成像模式表征了PM2.5-铵。实验观察到了硫酸氢铵(NH4HSO4)单颗粒物,未见硝酸铵或氯化铵。实验验证了正、负离子成像之间微米级偏差的人工校正方法,同时阐明了TOF-SIMS表征PM2.5水溶性无机盐等成分的特点、优势和应用潜力。

关键词： PM2.5 铵硫酸氢铵单颗粒飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)