TOF-SIMS分析测试技术研究

发布时间：2017-10-29 01:13

  本文关键词：TOF-SIMS分析测试技术研究

  更多相关文章： 飞行时间二次离子质谱 数据分析软件 铜同位素 边缘效应 数据处理

【摘要】：飞行时间二次离子质谱法(Time of Flight Secondary ion mass spectroscopy简称TOF-SIMS)是一种微区表面分析方法,已经应用于生物学、材料学等众多领域。本论文依托于国家重大科学仪器设备开发专项项目《同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器》,项目研制的仪器将应用于地质稳定同位素和稀土元素分析。当前,部分实验仪器已经搭建完毕,需要对这些仪器性能进行测试,在测试过程中需要对数据进行处理和分析。因此本论文对数据处理算法的研究和数据分析软件的开发以满足仪器测试实验过程中对数据分析的需求,TOF-SIMS铜同位素分析研究测试了仪器性能,以满足项目的需要,TOF-SIMS稀土元素分析研究为仪器应用于稀土元素做前期准备性工作。首先为了对后续实验中数据处理与分析,研究了TOF-SIMS数据处理算法和开发了数据分析软件。根据TOF-SIMS原理,采用曲线拟合方式实现了质量数标定;将连续小波变换寻峰方法运用于TOF-SIMS寻峰中并对该方法进行了改进,结合了峰形特点计算出了连续小波变换的尺度参数,再利用该尺度参数进行谱峰识别,实现了TOF-SIMS快速准确的寻峰;根据TOF-SIMS谱峰的特点,利用高斯拟合的方式进行峰信息提取;对比了多种平滑滤波算法去噪效果,选择了小波变换阈值法进行数据去噪。根据实验人员的功能需求和业务的逻辑流程,采用MVC架构对数据分析软件进行设计,将数据分析软件结构分为视图、控制、模型三部分。在模型部分的设计中,由于数据是模型部分的核心,将模型部分分为四个模块:数据处理、数据分析、文件操作和数据,对各个模块进行了开发。在视图部分,通过平台中控件对数据进行谱图显示,并提供了多种观察谱图的工具。在控制部分通过平台中各控件的事件属性实现分配响应的功能。通过对数据处理算法和数据分析软件的开发,满足了实验中需要对数据分析的要求,实现了TOF-SIMS定性和定量分析。利用TOF-SIMS仪器对铜同位素进行了分析和利用SHRIMP仪器研究了边缘效应。首先利用项目中搭建的仪器对样品进行分析,利用本论文的数据分析软件对数据处理和分析,计算了仪器在铜同位素分析中的分析误差为0.2%至0.4%、标准偏差在0.018至0.029、相对标准偏差在3%左右,结果表明当前仪器对铜同位素的测试精度尚未达到MC-ICP-MS铜同位素分析水平,可能造成的原因一方面是仪器的原因,如重复性不佳;另一方面是同位素质量分馏引起的。为了研究了铜同位素实验中出现的边缘效应,利用SHRIMP仪器对氧同位素分析,计算了实验中边缘效应对氧同位素比值测试精度影响的大小,利用SIMION软件建立了二次离子部分结构的仿真模型,发现当样品位置处于样品靶边缘时,样品周围的电场发生了畸变,由此引起了同位素质量分馏,从而解释了边缘效应产生的原因。最后利用ION-TOF Gmb H公司的TOF-SIMS V仪器对玻璃样品中的稀土元素进行了分析,对稀土元素丰度值进行了归一化处理,结果表明TOF-SIMS仪器可以同时检测出所有的微量稀土元素。但是稀土元素同位素相互之间的干扰较大,仪器质量分辨率难以分开这些同位素,需要更高质量分辨率的仪器进行测试。
【关键词】：飞行时间二次离子质谱 数据分析软件 铜同位素 边缘效应 数据处理
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.63;P597
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 研究现状12
• 1.4 主要工作内容12-14
• 第2章 TOF-SIMS数据处理算法研究14-26
• 2.1 引言14
• 2.2 质量数标定14-17
• 2.2.1 质量数标定理论基础14-15
• 2.2.2 质量数标定15-16
• 2.2.3 质量数标定实验16-17
• 2.3 谱峰识别17-21
• 2.3.1 连续小波变换寻峰原理17-18
• 2.3.2 尺度参数计算18-19
• 2.3.3 谱峰识别流程19-20
• 2.3.4 谱峰识别实验20-21
• 2.4 峰特征信息提取21-22
• 2.5 其他算法22-25
• 2.5.1 本底扣除22
• 2.5.2 平滑滤波22-24
• 2.5.3 信噪比计算24
• 2.5.4 统计分析计算24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 TOF-SIMS数据分析软件开发26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 TOF-SIMS数据分析软件的开发环境介绍26-27
• 3.2.1 数据分析软件的开发环境26
• 3.2.2 Matlab 与 C#混合编程的实现26-27
• 3.3 软件总体设计27-28
• 3.3.1 系统的功能需求27
• 3.3.2 软件架构设计27-28
• 3.4 系统各部分设计28-31
• 3.4.1 模型部分28-30
• 3.4.2 视图部分30-31
• 3.4.3 控制部分31
• 3.5 软件测试31-32
• 3.6 本章小结32-34
• 第4章 TOF-SIMS铜同位素分析研究34-49
• 4.1 引言34
• 4.2 实验样品34-35
• 4.2.1 实验样品选择34-35
• 4.2.2 实验样品制备35
• 4.3 仪器与分析条件的建立35-37
• 4.3.1 仪器介绍35-36
• 4.3.2 实验分析条件的建立36-37
• 4.4 分析方法37-38
• 4.5 实验结果与讨论38-43
• 4.5.1 TOF-SIMS仪器的性能测试结果与讨论38-40
• 4.5.2 样品中铜同位素测试结果与讨论40-43
• 4.6 样品位置对同位素分析精度的影响43-48
• 4.6.1 实验设计43-45
• 4.6.2 分析结果45-46
• 4.6.3 边缘效应产生原因46-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 TOF-SIMS稀土元素分析研究49-56
• 5.1 引言49-50
• 5.2 实验仪器及样品50-51
• 5.2.1 实验仪器50-51
• 5.2.2 实验样品选择与制备51
• 5.3 实验结果与讨论51-55
• 5.3.1 仪器性能测试51-53
• 5.3.2 样品中稀土元素分析结果与讨论53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 全文总结56-58
• 6.1 本文主要的工作56
• 6.2 存在不足及下一步工作56-58
• 参考文献58-61
• 作者简介及科研成果61-62
• 致谢62

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴小山，，林振金，姬成周，杨锡震;ION BEAM AND SIMS ANALYSIS ON DAMAGE OF GaAs DOPED WITH N~+[J];Nuclear Science and Techniques;1994年03期

2 刘大锰,金奎励,毛鹤龄;Compositional and Structural Study of Macerals in Coals and Source Rocks Using SIMS[J];Journal of China University of Mining & Technology;1997年01期

3 ;TOF-SIMS analysis: Application to ultra-thin AWA film on magnetic head[J];Science in China,Ser.A;2001年S1期

4 ;An SIMS Study on the Fingerprint Characteristics of Minerals with Special Reference to Minerals from the Jinningian Granites in the Yunnan Sector of the Xikang-Yunnan Axis[J];Acta Geologica Sinica(English Edition);1991年03期

5 ;Application of Ultra-High Resolution STXM-NEXAFS and Nano-SIMS on the Mapping of Carbon Related Samples[J];矿物学报;2011年S1期

6 李荣西,梁汉东;TOF-SIMS在源岩单组分研究中的应用[J];地学前缘;2001年02期

7 ;Zircon SIMS ages and chemical compositions from Northern Dabie Terrain:Its implication for pyroxenite genesis[J];Chinese Science Bulletin;2001年12期

8 虞鹏鹏;;SIMS分析技术及其在黄铁矿原位微区分析微量元素测定的应用[J];中山大学研究生学刊(自然科学.医学版);2013年01期

9 王玟珉;王秋玉;;Mn DEPLETION IN THE SURFACE LAYER OF STAINLESS STEEL 304 LN AT THE TEMPERATURE 1200 K[J];Nuclear Science and Techniques;1991年01期

10 杜美利,李春生;镜状体TOF-SIMS特征研究[J];中国煤田地质;2000年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 何小青;梁汉东;许世波;;硅元表面污染物的TOF-SIMS检测[A];2007年全国质谱学会无机质谱、同位素质谱、质谱仪器和教育学专业委员会学术交流会论文集[C];2007年

2 Benninghoven;X.Q. Zhou;;Surface and Thin Layer analysis by TOF-SIMS[A];2001年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2001年

3 王成;季峻峰;WANG Jianhua;;应用SIMS原位分析土壤和小麦籽实中微量元素微区分布特征[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年

4 王辉;;SIMS特种工业膜技术在矿业冶炼行业的应用[A];第四届全国膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集[C];2014年

5 赵梦璧;;应用SIMS技术分析IC掺杂工艺[A];华东三省一市第三届真空学术交流会论文集[C];2000年

6 李少伟;赵永刚;王同兴;李井怀;沈彦;张燕;;SEM/SIMS含铀微粒分析质量控制方法的研究[A];中国核科学技术进展报告（第二卷）——中国核学会2011年学术年会论文集第4册（核材料分卷、同位素分离分卷、核化学与放射化学分卷）[C];2011年

7 瞿欣;王家楫;;深亚微米IC超浅结的SIMS表征[A];2005年全国无机质谱、同位素质谱和质谱仪器学术报告会论文集[C];2005年

8 PATRICK ASAMOAH SAKYI;;SIMS ZIRCON U-Pb GEOCHRONOLOGY AND Sr-Nd ISOTOPES OF Ni-Cu-BEARING MAFIC-ULTRAMAFIC INTRUSIONS IN EASTERN TIAN SHAN AND BEISHAN IN CORRELATION WITH FLOOD BASALTS IN TARIM BASIN(NW CHINA):CONSTRAINTS ON A CA.280 MA MANTLE PLUME[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届（2011年度）学术年会论文集(下)[C];2012年

9 武昌平;李安利;李金英;;二次粒子质谱(SIMS)分析堆材料表面涂层成份深度分布[A];第十一届全国活化分析学术会议论文摘要汇编[C];2006年

10 方培源;曹永明;;SOI材料中绝缘层界面处离子注入氟的SIMS剖析[A];2005年全国无机质谱、同位素质谱和质谱仪器学术报告会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 明文;澳大利亚Sims集团利润大幅增长[N];中国冶金报;2007年

2 赵;Sims成为全球最大废钢公司[N];世界金属导报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 包泽民;TOF-SIMS二次离子检测技术研究[D];吉林大学;2016年

2 王培智;TOF-SIMS光学成像系统研制及激光后电离技术研究[D];吉林大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 石坚;TOF-SIMS分析测试技术研究[D];吉林大学;2016年

2 王光普;当代TOF-SIMS在航天器污染分析中的可能应用[D];清华大学;2005年

3 陶强;TOF-SIMS控制软件的研究与开发[D];吉林大学;2014年

4 吴志鹏;用于SIMS分析的LED芯片样品制备[D];南昌大学;2014年

5 武昌平;二次离子质谱（SIMS）分析混合堆材料表面涂层成份深度分布的方法研究[D];中国原子能科学研究院;2004年

6 陈密惠;重掺砷硅中磷杂质的SIMS定量测试方法研究[D];西安电子科技大学;2010年

7 高建忠;Si基LED外延层中C、H、O污染的SIMS研究[D];南昌大学;2013年

8 涂小红;氮化镓基LED外延片的SIMS溅射坑底形貌研究[D];南昌大学;2014年

9 杨赛红;冀北—松辽盆地白垩纪地层SIMS锆石U-Pb定年[D];中国地质大学;2010年

10 梁变;基于指纹识别的SIMS的设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年

本文编号：1110751