使用飞行时间二次离子质谱法对金属-涂料界面的腐蚀成像

该方法可揭示金属-涂层界面处的腐蚀过程，通过高表面灵敏度深入了解界面处的机械和化学变化。飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）是一种强大的表面分析工具，可提供具有高横向分辨率和高质量分辨率的化学分布图，并能够有效表征金属-涂层界面。

因此，新手操作人员应了解的一个重要提示是：确保样品不接触萃取锥，以避免对仪器造成潜在损坏。对于刚接触飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）的研究人员而言，该方法的可视化演示至关重要，有助于他们掌握基本的分析流程。首先，将经过盐暴露和空气暴露处理的制备样品装入仪器的样品加载块中。

降下装载块，将样品转移至主腔室，并等待腔室压力达到或低于10的负8次方毫巴。然后，启动液态金属离子源（LMIG）、分析器和光源。将主离子源设置为带有优选金属铋的液态金属离子源，并使用预定义的质谱法启动液态金属离子源。

接下来，使用软件或手动控制将样品台移至法拉第杯。然后，自动对准离子束。之后，在法拉第杯处开始测量目标电流，并选择直流模式。

单击X消隐，并调节至目标电流达到最大。然后，对Y消隐重复此过程。测量完成后停止。

接下来，根据主腔室窗口的视野，缓慢降低样品台，直到样品顶部低于提取锥底部。然后，将样品台置于锥体下方，使接口组件在软件的宏观视图中可见。随后，将仪器设置为检测负离子。

加载所需的分析仪设置，并启动分析仪。接着，切换至微尺度视图，将扫描场视野设置为 300 乘以 300 微米。然后，将信号设为二次离子，扫描尺寸设为 128 乘以 128 像素，扫描类型设为随机模式。

通过缓慢垂直移动样品台，调整ROI的二次离子图像，直至图像位于导航器GUI中十字线的中心。在调节Z方向时，切勿过快地向下移动操纵杆手柄，否则提取锥会撞击样品台并造成损坏。之后，使用直流清洗（DC cleaning）去除金镀层和表面污染物。

样品表面清洁后，启用电荷补偿，并加载所需的淹没枪参数。然后，重新对感兴趣区域（ROI）的二次离子图像进行聚焦。聚焦完成后，逐渐提高反射器电压，直至二次离子图像消失。

然后，将电压降低20伏，并停止调节。接着，在成像窗口中打开质谱，显示金属-油漆界面的感兴趣区域（ROI）。开始快速扫描，并在谱图出现后停止扫描。

然后，在质谱窗口中，从快速扫描的质谱图中选择已知的峰，并填写其分子式。接着，将感兴趣的峰添加到峰列表中。打开测量窗口，将扫描模式设置为随机，尺寸设置为 128 × 128 像素，速率为每像素一个脉冲。

将仪器设置为执行 60 次扫描，并开始测量。随后保存完成的光谱。然后命名并保存 ROI 位置。

移动载物台以定位新的分析区域（ROI）。接下来，为LMIG加载所需的高分辨率SIMS成像设置。将样品载物台移至法拉第杯，并重新对准和聚焦离子束以进行成像。

然后，将载物台移回已保存的兴趣区域（ROI）位置。调节反射器电压，采集快速谱图，并进行质量校准。接着，将扫描模式设置为随机式，尺寸设置为 256 × 256 像素，速率为每像素一次脉冲。

将扫描次数设置为150，运行图像采集。完成后导出数据，取出样品，并关闭仪器。二次离子质谱显示，仅暴露于空气中的样品在铝-漆界面处出现微弱的氧化铝和羟基氧化铝峰，表明发生了轻微腐蚀。

相比之下，经盐水处理的样品显示出更大的峰以及额外的羟基氧化物物种。这与盐水处理样品比仅暴露于空气中的样品经历了更严重腐蚀的现象一致。二维分子图像证实，铝的氧化物和羟基氧化物物种在经盐水处理的样品中更为普遍。

理解表面损伤和腐蚀的发展过程极具挑战性。飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）是用于此类研究的理想工具，本实验方案即对此进行了说明。除了用于腐蚀过程的研究外，ToF-SIMS 还被广泛应用于放射性、生物和环境样品中材料表面的表征。

请注意，质谱和图像采集的设置会因液态金属离子源（LMIG）的类型、LMIG的剩余寿命及其他因素而有所不同。本方法表明，飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）在揭示微米尺度下的界面化学特性、提供具有高横向分辨率和高质量精度的化学成像方面具有强大能力。ToF-SIMS是一种对表面敏感的技术。

请始终佩戴手套，并保护您正在处理的样品。