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Dr. Axel Renno
Abteilung Analytik
Tel.: 0351 260 - 3274

Super-SIMS

Die Super-SIMS (SIMS = Sekundärionenmassenspektrometrie) ist eine ultrasensitive Analysemethode zur Bestimmung stabiler Elemente auf der Ultraspurenbene. Das Ionenstrahlzentrum am HZDR hat dafür eine herkömmliche SIMS mit einem 6-MV-Tandembeschleuniger gekoppelt.

Aktuell betreibt die Abteilung Beschleuniger-Massenspektrometrie und Isotopenforschung am Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung das Gerät. Messaufgaben und die Weiterentwicklung des Equipments werden in enger Abstimmung mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie durchgeführt. Das Gerät wird in Strahlzeiten betrieben. Die Bewerbung erfolgt über das HZDR-GATE-Portal.

Technische Merkmale

  • SIMS-Quelle (Cameca IMS 7fauto) in Verbindung mit einem 6-MV-Tandembeschleuniger
  • 2 bis 3 Größenordnungen niedrigere Nachweisgrenzen (bis zu 10 ppt oder 0,00001 μg/g, stark abhängig vom Analyt und Matrix wie bei herkömmlicher SIMS)

Zukünftige Anwendungen

  • Für Ultraspurenelemente in Mineralen zur geochemische Erkundung tief liegender Erzvorkommen
  • Provenienzanalyse und Forensik

Probenanforderungen

  • Extrem gut polierte und flache Proben mit einem maximalen Durchmesser von 25.4 mm (1 inch)

Einschränkungen

  • Nur feste und im vakuumstabile Proben
  • Destruktiv
  • Standard-/Referenzmaterial notwendig
  
Super-SIMS Housing ((c) Oliver Killig) ©Copyright: Dr. Merchel, Silke, HZDR/Oliver Killig

Super-SIMS-Haus (c) Oliver Killig
Funktionsweise ►

Mit einer Sputter-Quelle wird ein Cs+ Strahl auf eine sehr flache und gut polierte Probenoberfläche fokussiert. Die extrahierten negativen Ionen (Elemente oder Moleküle) werden elektrostatisch und magnetisch getrennt. Eine erste Isobarenunterdrückung wird direkt in der Ionenquelle erreicht, sofern sie keine negativen Ionen bilden (z.B. keine Bildung von Mg bei der Analyse von Al).

Ionen mit der richtigen Energie, Masse und Ladung werden in den 6-MV-Beschleuniger injiziert und zum positiv geladenen Hochspannungsterminal beschleunigt. Negative Ionen passieren einen mit Argongas gefüllten Bereich und verlieren Elektronen aus der Außenhülle. Dabei werden alle vorhandenen Moleküle zerstört. Die fortan mehrfach positiv geladenen Ionen werden ein zweites Mal in Richtung des anderen Endes des Beschleunigers geschickt.

Am sogenannten Hochenergiestandort werden alle Ionen wieder magnetisch und elektrostatisch getrennt, bevor sie schließlich von Faraday-Cups (Hauptelementen) oder Gasionisationsdetektoren (Spurenelementen) detektiert werden.

Secondary ion mass spectrometer from above ©Copyright: Schulz, Tina

SIMS von oben

Foto: Tina Schulz
The 6 MV Accelerator at the Ion Beam Center of the HZDR ©Copyright: HZDR

Der 6-MV-Beschleuniger im Ionenstrahlzentrum des HZDR

Foto: HZDR
Grundlagen ►
  • S. Matteson, Issues and opportunities in accelerator mass spectrometry for stable isotopes, Mass Spectrometry Reviews 27 (2008) 470-484
  • E. J. von Wartburg, Messung von Isotopenverhältnissen stabiler Spurenelemente mit Beschleuniger-Sekundärionen-Massenspektrometrie, Dissertation, ETH Zürich (2007).
  • E.E. Groopman et al. Rapid, molecule-free, in situ rare earth element abundances by SIMS-SSAMS, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 32 (2017) 2153 - 2163

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