Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Spectromètre de masse d'ions secondaires“

A source of alkaline ions that is flexible, of simple design, and based on the use of a doped alumino-silicate, is presented in this paper. After giving a description of this source, a method to determine the configurations of the two-lens system giving a reduced image of the emissive deposit is described. A phase-space study leads then to an evaluation of which allowed configuration is the optimal one for transport of particles to the target. The diameter of the beam of that source is then determined experimentally to be 0.07 mm at the target. The final version, with an acceleration voltage of 8 kV, can deliver a current of 1 × 10−6 A, the density being of the order of 10 mA/cm2. [Translated by the journal]

L’écorce de résineux, cultivés dans un but commercial, est une source potentielle précieuse de métabolites secondaires tels que les polyphénols. Les tannins, qui font partie des polyphénols présents dans l’écorce, sont utilisés dans la fabrication d’adhésifs et de résines, mais également en tant qu’agent de tannage, antibactérien, antifongique, antitermite et antioxydant. Peu d’informations existent à propos du rendement et de la composition des extraits d’écorce en fonction de la hauteur de l’échantillon prélevé dans le tronc ainsi qu’en fonction de la présence ou l’absence de branches. Cette étude a pour but d’examiner la variabilité des métabolites secondaires présents dans l’écorce d’Abies alba à la fois en fonction de la hauteur de l’échantillon prélevé dans un arbre, mais également la variabilité présente à des hauteurs spécifiques entre plusieurs arbres. La finalité de cette étude est de déterminer quelle fraction d’écorce contient le plus d’extractibles chez cette essence. Pour cela, huit arbres ont été sélectionnés dans lesquels un maximum de treize disques a été coupé tout le long du tronc. Ces échantillons ont été prélevés en bas du tronc à une hauteur de 30 cm du sol puis à différentes hauteurs Ces différentes hauteurs ont été choisies pour des raisons industrielles (hauteur limite pour le bois d’œuvre ou pour l’utilisation industrielle) mais également pour des raisons physiologiques (hauteur à la base du houppier, hauteur de la première branche verte…). Les échantillons prélevés ont été broyés puis extraits avec un mélange eau/éthanol (1 :1, v/v) en réalisant une extraction accélérée à chaud et sous pression. Une première étude quantitative est réalisée pour connaître la quantité d’extractibles totale présente dans l’écorce. La seconde étude est qualitative, afin de connaître quels types d’extractibles sont présents dans ces écorces. Ces extraits ont donc été examinés par chromatographie liquide couplée à un spectromètre UV-visible et un spectromètre de masse .Les résultats ont montré que la composition de l’extrait total d’écorce augmente en même temps que la hauteur dans le tronc. La proportion la plus élevée en composés polyphénoliques se trouve dans la section inférieure sous la couronne.

Le projet ANDROMEDE a pour but de créer un nouvel instrument d’imagerie ionique sub-micrométrique et d’analyse par spectrométrie de masse, en utilisant l’impact d’ions sur des nano-objets présents à la surface des échantillons solides et plus particulièrement sur les échantillons biologiques. L’étude de ces échantillons avec l’objectif d’analyse in vitro et in vivo nécessite une préparation complexe et requiert une expérimentation à la pression atmosphérique. Cet instrument unique ouvre une nouvelle voie dans l’analyse de surfaces, complémentaire aux méthodes utilisées de nos jours.Au sein du projet ANDROMEDE, deux éléments ont été développés dans le cadre de notre étude. La source NAPIS qui délivre les nanoparticules permettant d’augmenter le rendement d’éjection des ions secondaires, et le spectromètre de masse PSI-TOF pour l’analyse chimique des éléments émis depuis la surface de l’échantillon.Le faisceau primaire de nanoparticules de la source NAPIS est accéléré dans un accélérateur de type Pelletron 4MeV et amené sur une cible. La source de nanoparticules NAPIS a été développée et validée indépendamment au sein de la société ORSAY PHYSICS, avant son couplage sur l’accélérateur.Une nouvelle optique d’extraction appelée ExOTOF ainsi que le spectromètre de masse à extraction orthogonale PSI-TOF ont été développés pour permettre l’analyse des ions secondaires et augmenter la résolution en masse du système. Ces ensembles ont été spécialement dessinés pour ce projet. Ils permettront une extraction et une analyse efficace des ions secondaires émis depuis la surface de l’échantillon en utilisant des faisceaux continus et auront leur application pour les analyses à la pression atmosphérique. L’ensemble a été validé et les premiers tests de sortie du faisceau primaire ont été réalisés avec succès
The goal of the ANDROMEDE project is to create a new instrument for sub-micrometric ion imaging and analysis by mass spectrometry, using ion impacts on nano-objects present in the solid sample surface and more particularly on biological samples. In-vitro and in-vivo analysis of these types of samples require mostly complex preparation and even atmospheric pressure experimentation. This unique instrument opens a new path for surface analysis characterization, which is complementary to the standard methods and technics used today.In the ANDROMEDE project, two elements have been developed in our study. The NAPIS source which delivers the nanoparticles allowing the increase of the secondary ion yield and the PSI-TOF mass spectrometer for the chemical analysis of the elements emitted from the sample surface.The NAPIS source delivers a primary beam of accelerated nanoparticles in a Pelletron 4MeV accelerator which is driven to a target. The NAPIS nanoparticles source has been developed and validated independently in the ORSAY PHYSICS Company firstly before its coupling on the accelerator. The new extraction optics called ExOTOF as well as the PSI-TOF orthogonal extraction mass spectrometer have been developed for the reliable secondary ions study and the increase of the mass resolution.These instruments have been specially designed for this project. This development will allow an efficient extraction and analysis of the secondary ions emitted from the sample surface using continuous primary beams and will have applications for atmospheric pressure studies. The assembly has been completely validated and the first tests of the output beam have been successfully carried out

La spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS) est une technique de microanalyse de surface très utilisée en raison de son excellente sensibilité (ppm-ppb), pour déterminer la présence de dopants et d'impuretés dans les matériaux. La quantification demeure son principal défaut à cause de l'importance de l'effet de matrice: la sensibilité d'un élément dépend fortement de la matrice dans laquelle il est analysé. Ce travail est consacré à l'étude d'une nouvelle technique, dite technique MCs+ ou cationisation, peu sensible à l'effet de matrice, permettant une analyse quantitative directe des matériaux complexes. Une étude détaillée des ions MCs+ montre que c'est leur mécanisme de formation par recombinaison qui est à l'origine de la faible sensibilité de la technique à l'effet de matrice. L’étude de plusieurs standards donne une première estimation de la fiabilité des résultats quantitatifs obtenus à l'aide de cette technique

Résumé : Les instruments de spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS) doivent être améliorés afin de satisfaire les exigences et tendances dans de nombreux domaines qui demandent des outils d'analyse pouvant cartographier les échantillons à la fois avec une excellente résolution et une haute sensibilité chimique, mais également avec des temps d’analyse plus court. Les objectifs de cette thèse sont : rechercher à améliorer la résolution en masse des spectromètres de masse à double focalisation en remplaçant le secteur sphérique standard par une nouvelle géométrie sphéroïde ayant de meilleures propriétés de focalisation, et d’étudier la réduction du temps d'analyse en imagerie SIMS, par la preuve de concept du système SIMS à multifaisceaux d'ions. Une comparaison des principales propriétés de focalisation du secteur sphérique, de la géométrie sphéroïde et d’une géométrie de sphéroïde hybride, a été réalisée en utilisant le logiciel SIMION. Une comparaison dans une configuration Nier-Johnson entre le secteur sphérique et le sphéroïde, a montré que le faisceau présente une rotation de 90 ° à la sortie de l'aimant nuisant à la résolution de masse dans la configuration sphéroïde. En ajoutant un élément électrostatique pouvant tourner le faisceau à 90 ° les performances du spectromètre de masse pourrait être amélioré. Toutefois, une comparaison des performances entre les secteurs sphériques et hybrides dans une configuration Mattauch-Herzog a montré que lorsque la double condition de focalisation est optimisée, une meilleure résolution de masse pourrait être obtenue avec la géométrie sphéroïde. Un système multi-faisceau ionique a été étudié pour l'analyse SIMS. La simulation à travers l’optique secondaire d'un Cameca IMS XF de neuf faisceaux a montré une transmission réussie des faisceaux, résultant en neuf points concentrés sur le détecteur plaque à canaux multiples (MCP). La preuve de concept a été achevée expérimentalement dans l'IMS 6F de Cameca, où une ouverture à trous multiples était montée dans la colonne principale, générant 9 et 16 faisceaux de tailles comprises entre 4 µm à 10 µm. Des images d'une grille AlCu ont été obtenues en balayant l'échantillon par le système de multifaisceaux d’ions. Ces résultats montrent que le système multi-faisceau d'ions est une technique possible pour l'imagerie SIMS et qu'en optimisant leur conception les multi-nano-faisceaux d'ions seront une solution permettant de réduire considérablement le temps d'analyse
Secondary ion mass spectrometry (SIMS) instruments need to be improved in order to satisfy the demands of trends in many fields that require analytical tools that can map samples with both excellent resolution and high-sensitivity chemical information, but also with shorter time of analysis. The objectives of this thesis are: investigate the enhancement of the mass resolution of double focusing mass spectrometers by replacing the standard spherical sector with a novel spheroid geometry which has better focusing properties, and to investigate the reduction of the time of analysis in imaging SIMS by the proof-of-concept of the SIMS multi-ion- beam system.A comparison of the main focusing properties of the spherical sector, the spheroid geometry and a hybrid spheroid geometry, was made using the SIMION software. A comparison in a Nier-Johnson configuration between the spherical sector and the spheroid, showed that the beam presents a rotation of 90° at the exit of the magnet harming the mass resolution in the spheroid configuration. By adding an electrostatic element that can rotate the beam 90° the performance of the mass spectrometer could be improved. However, a comparison of the performances between the spherical and hybrid sectors simulated in a Mattauch-Herzog configuration, showed that when the double focusing condition is properly satisfied, better mass resolution could be achieved with the spheroid geometry.A multi-ion-beam system was investigated for SIMS analysis. A simulation through the secondary optics of a Cameca IMS XF showed successful transmission of nine beams through the optics resulting in nine well focussed spots on the multi channel plate (MCP) detector. The proof-of-concept was completed experimentally in the Cameca IMS 6F, where a multi-hole aperture was mounted in the primary column generating 9 and 16 beams of sizes between 4 μm to 10 μm. Images of an AlCu grid were obtained when t the multi-ion-beam system was scanned over the sample. These results showed that the multi-ion-beam system is a feasible technique for imaging SIMS and by optimizing the design multi-nano-ion-beams will be a solution for reducing drastically the time of analysis

La source d'ions a decharge luminescente en mode continu est utilisee en spectrometrie de masse car elle permet d'obtenir un signal intense, stable et peu discriminatoire. Nous avons etudie les differentes fonctions remplies par cette source (atomisation de l'echantillon et ionisation des produits re-emis) pour analyser son fonctionnement et l'optimiser. L'etude des processus successifs (etablissement et fonctionnement de l'auto-entretien, atomisation par pulverisation de l'echantillon, ionisation des atomes emis dans la decharge) nous a permis de montrer l'importance des parametres suivants: conditions de l'auto-entretien, energie et nature des particules incidentes sur l'echantillon, influence de la pression et de la geometrie de la cellule sur la diffusion des produits de pulverisation. Nous avons developpe des modeles pour simuler le comportement en sensibilite des courants d'ions des especes majeures et definir les conditions d'optimisation du signal. En appliquant ces conclusions, nous avons concu et realise une nouvelle cellule a echantillon plat. Les gains en sensibilite obtenus permettent d'abaisser le seuil des limites de detection de plus d'un ordre de grandeur pour une vitesse d'erosion en profondeur sensiblement reduite, gage d'une meilleure resolution en profondeur pour l'analyse des couches minces. Par ailleurs, nous avons montre l'interet et la faisabilite de la decharge luminescente en mode radiofrequence pour l'analyse des echantillons isolants sur vg9000

La microscopie ionique analytique (MIA) est une méthode de microanalyse donnant l'image des distributions chimiques élémentaires composant un échantillon solide. Elle se caractérise, en biologie, par un rapport signal/bruit très faible et par la difficulté d'interpréter les images des différentes espèces chimiques. Notre travail a consisté, à partir de l'intégration sur un microordinateur d'un processeur d'images spécialise, en la mise au point d'un ensemble cohérent et original de méthodes d'imagerie numérique permettant une utilisation optimale de la MIA en biologie. La méthodologie proposée couvre la totalité de la chaîne image, depuis la formation d'une image élémentaire jusqu'à la caractérisation d'une série d'images, après correction des distorsions. La sommation d'images, combinée à une technique de coupure du bruit de fond, permet d'augmenter notablement le rapport signal/bruit et de former des images interprétables. La formation d'une image composite, par la technique de superposition en pseudo-couleurs de plusieurs images, autorise l'analyse conjointe de différentes distributions chimiques et la caractérisation de leurs topographies relatives. La correction des distorsions est réalisée en alignant les images ioniques distordues sur l'image de la coupe sériée obtenue en microscopie optique. Elle est effectuée, sur la base de points de contrôle choisis dans les deux images, par la combinaison d'une transformation élastique précédée d'une transformation affine. Le travail est illustre par des études physiologiques de la thyroïde et du tissu cardiaque, par la détection d'éléments traces et par la corrélation des images ioniques avec l'image optique du même champ

Avec la réduction des dimensions des circuits intégrés, le temps de réponse du circuit ne dépend, de fait, que des interconnexions. Les matériaux choisis comme interconnections sont optimisés en fonction de leur résistance et leur compatibilité avec un procédé de fabrication. C'est pour répondre au besoin de ces nouveaux matériaux, que nous avons étudié le contact Tungstène sélectif déposé par LPCVD sur Si(lOO) d'une part et le système Si/Cr /W d'autre part, W et Cr étant déposé dans ce cas par pulvérisation. Le moyen d’étude privilégié que nous avons adopté est la spectrométrie de masse d'ions secondaires {SIMS). Le travail peut être divisé en trois parties : 1) La mise au point de l'analyse SIMS, l'étalonnage de l'appareil et la quantification continue des mesures en concentration et profondeur à la traversée de l'interface. 2) L'étude. Du système tungstène- déposé par LPCVD à 300°C par la réduction de WF6 par le substrat Si (lOO), ainsi que l'influence de l'oxyde natif, des défauts d'implantation, et de la nature du dopant (As ou B) sur l'épaisseur de W déposé et la quantité de Si consommée. 3) L' étude par SIMS d es structures Cr/Si et W/Cr/Si en fonction de la température de recuit, de l'évolution du chrome utilisé comme sous couche d'adhérence, et du dopant présent dans le substrat, ainsi que la détermination des siliciures formés à différentes températures. Nous avons ainsi mis en évidence une forte ségrégation du dopant à l'interface W/siliciure de chrome lors de la formation de ce dernier.

Une méthode originale de formation d’ions polyatomiques par ionisation résonnante à deux photons de couleurs différentes avec un spectromètre de masse à temps de vol comme moyen de détection est présentée. Parmi les nombreuses applications possibles, nous avons étudié la spectroscopie des cations de quelques molécules aromatiques : aniline, phénol et phénétole et plus particulièrement la photodissociation des ions phénétole préparés dans des états parfaitement définis. Dans le domaine d’énergie interne de l’ion compris entre 2. 4 et 3. 3 eV, nous avons déterminé deux voies non-compétitives de dissociation, le spectre de photodissociation de l’ion phénétole et la variation de la constante de vitesse en fonction de l’énergie pour la formation du fragment C₆H₅OH+. Ces résultats ne peuvent pas être interprétés simplement à l’aide des théories RRKM ou QET. Un schéma réactif complexe, basé sur la conversion de l’état initialement excité vers deux états non-couplés a été proposé pour expliquer les observations expérimentales.

La detection et la mesure de tres faibles niveaux de radioactivite correspondent a un besoin dans de nombreux domaines, notamment en dosimetrie interne, dans le cadre des analyses radiotoxicologiques. Les methodes actuellement utilisees sont toutes fondees sur la detection des rayonnements. En ce qui concerne les actinides, les methodes reposent sur la mesure par spectrometrie alpha qui necessite une preparation des echantillons et un temps de comptage parfois tres long. Aujourd'hui, un grand nombre de recherches sont menees afin d'utiliser des methodes basees sur la spectrometrie de masse comme methodes, si non alternatives, au moins complementaires a la spectrometrie alpha. Dans cette etude, les performances de la spectrometrie de masse d'ions secondaires (sims) sont evaluees pour l'analyse de l'uranium, a l'etat de traces, dans des echantillons biologiques, et plus particulierement, dans des prelevements d'urine. La methode sims consiste a bombarder la surface d'un specimen avec un faisceau d'ions primaires. Les atomes des couches superficielles du specimen sont ainsi progressivement arraches, dont certains sous forme d'ions. Ces ions, appeles ions secondaires, sont ensuite analyses selon leur rapport masse sur charge. Compte tenu de son importance, l'etude debute par la recherche d'une methode de preparation des specimens adaptee au sims et egalement a la spectrometrie alpha, retenue comme methode de validation. L'utilisation de films polymeres, obtenus a partir d'un pyrrole fonctionnalise, dans lesquels l'uranium se fixe par echange ionique, s'est revelee adequate. Les essais avec les premiers specimens ainsi prepares montrent, d'une part, la sensibilite de la methode sims et, d'autre part, la possibilite d'obtenir des rapports isotopiques. La faisabilite de la methode demontree, l'etape suivante concerne l'utilisation d'un traceur pour quantifier l'uranium urinaire. Le choix s'est porte sur l'isotope #2#3#3u qui n'est que tres rarement present dans les cas d'exposition interne et dont la periode radioactive est compatible avec l'analyse par sims. Apres extraction de l'uranium contenu dans des echantillons d'urine et en appliquant le protocole etudie de preparation du specimen, la mesure par sims des rapports isotopiques #2#3#3u/#2#3#8u permet d'atteindre une limite de detection de 10#-#6 bq (10#-#10 g) en #2#3#8u par litre d'urine, pour un temps d'analyse de 5 minutes. Par ailleurs, au vu des resultats obtenus, quelques autres echantillons biologiques sont traites afin d'illustrer l'autre potentialite de la methode sims pour la recherche en dosimetrie interne, a savoir la microlocalisation analytique.