激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱技术在材料表面微区分析领域的应用进展.pdf

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1、第34卷，第8期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．8，pp2238—22432014年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2014激光烧蚀一电感耦合等离子体质谱技术在材料表面微区分析领域的应用进展张勇，贾云海，陈吉文，沈学静，刘英，赵雷，李冬玲，韩鹏程。，赵振。，樊万伦，王海舟1．钢铁研究总院，北京1001812．北京有色金属研究总院，北京1000883．钢研纳克检测技术有限公司，北京1000944．重庆大全新能源有限公司，重庆404000摘要激光烧蚀一电感耦合等离子体

2、质谱(LA-ICP-MS)技术不仅可以对导体及非导体进行元素的成分含量分析，而且还可进行元素分布及涂层深度表面微区分析，故在元素分析领域引起广泛的关注。主要介绍了LA-ICP-MS的仪器装置及其表面微区分析理论，同时对LA-ICP-MS在钢铁、有色金属及半导体等材料科学领域中的元素分布及涂层深度表面微区分析应用进展情况进行回顾，与sEM／EDs(扫描电子显微镜／能谱仪)、EPMA(电子探针微区分析)、AES(俄歇电子能谱)等传统经典的表面分析方法的比较，LA-ICP-MS具有无需或很少样品制备、空间分辨率可调、多元

3、素同时分析及灵敏度高等优点，目前LA-ICP-MS已成为这些经典表面微区分析工具强有力的补充。随着LA-ICP-MS分析技术进一步的发展与成熟，相信不久的将来越来越多的元素分析工作者会使用这一强有力的分析工具，它像LIBS(激光诱导击穿光谱)一样，将会成为元素分析领域非常耀眼的一颗新星。关键词激光烧蚀；电感耦合等离子体质谱仪(ICP／MS)；材料科学；表面微区分析中图分类号：0657．3文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)08—2238—06些传统经典表面分析工具强有力

4、的补充。关于LA4CP-MS引言综述性文章国N~,bElsqs]已有许多学者对其进行了精彩的论述，针对LA-ICP-MS在材料科学领域中的应用进展进行回自1985年ICP-MS奠基人之一Gray~ll发表第一篇关于顾，介绍了LA-ICP-MS仪器装置、表面微区分析理论基础激光烧蚀进样系统与电感耦合等离子体质谱联用技术(LA_及在材料科学领域中的应用情况，并对其发展前景进行了展ICP-MS)以来，LA-ICP-MS由于具有无需或很少样品制备、望。灵敏度高及动态线性范围非常宽且可多元素同时测定等优点，故在生命科学[]、

5、材料科学]、硅酸盐工业-7l，地lLA-ICP—MS仪器装置质L8]及环境_1等领域引起广泛关注。从LA-ICP-MS在材料科学应用角度出发，可分为成分分析及表面微区分析两LA-ICP-MS通常由激光烧蚀进样系统及ICP-MS两大大分支，表面微区分析又可分为横向的元素分布分析及纵向部分组成，激光与物质相互作用产生气溶胶，样品气溶胶在的深度分析两个方向，与传统扫描电子显微镜／能谱仪载气携带作用下，进入到ICP等离子体中，在高温等离子体(SEM／EDS)、电子探针微区分析(EPMA)、二次离子质谱中进一步气化、原子化及

6、电离，产生的离子被质谱仪所检(SIMS)及俄歇电子能谱(AES)等表面分析技术相比，由于测，其仪器装置见图1。其灵敏度高，横向及纵向空间分辨率适中且可调，故成为这激光烧蚀进样系统通常由聚焦成像系统、可带动样品移收稿日期：2013—09-16。修订日期：2013—12—05基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项项目(2011YQ14014710)资助作者简介：张勇，1977年生，钢铁研究总院博士研究生e-mail：chauchylan@163．corn*通讯联系人e-mail：jyh@analysis．org．cn第

7、8期光谱学与光谱分析2239五角棱镜激光扩柬器后，即可确定镀层的厚度。3LA-ICP-MS在材料科学领域中表面微区分析的应用进展3．1材料涂层分析涂层材料的质量及厚度对材料的性能有显著的影响，目前对涂层材料进行深度分析已是涂层工艺必需检测的一项指标，传统分析材料的手段有SIMS(次离子质谱)、AES、GD-OES／MS(辉光源发射光谱或质谱)及RBS(卢瑟福背散谱)等表面分析方法，这些方法的缺点在于需要在超高真空Fig．1ExperimentalsetupofLA-ICP-MS下进行分析、仪器昂贵，此外，要求待分析

8、的材料必需导电，故限制了其应用范围，LA_ICP-MS最大优点在于对非导电动的步进电机及气路控制系统等三大部分组成，聚焦成像系的材料进行分析，弥补了这些表面分析方法的不足。统用于实现聚焦及成像两种模式的分析，并通过显微成像系Plotnikov等[】。对表面镀TiN的钢铁及WC／Co材料进统对样品分析区域进行放大观察，光路中的匀束器用于对激行分析，系统考察了脉