تبلیغات
Code center
صفحه نخست پروفایل طراح کد تماس با ما پشتیبانی آنلاین
علمى
یونیسف

وبسایت علمی حامی یونیسف

UNICEF Logo

unicef_logo_farsi

آخرین مطالب

» معرفة و نکرة ( شنبه 9 اردیبهشت 1396 )
» تاثیر شیر در بدنسازی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» طرز تهیه و ساخت مکمل خانگی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» رئیس علی دلواری ( سه شنبه 8 تیر 1395 )
» دیدن عدد پی با 4 میلیون رقم اعشار آن در یک تصویر! ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» روز چطور 24 ساعت شد ؟ ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» فرم پیش خرید بسته آموزش دبیره ها و آموزه های پارسی باستان ( چهارشنبه 28 مرداد 1394 )
» حمایت وبسایت علمی از یونیسف ( سه شنبه 27 مرداد 1394 )
» unicef یونیسف ( دوشنبه 12 مرداد 1394 )
» دانلود نسخه هک شده بازی کلش آو کلنز ( شنبه 3 مرداد 1394 )
» جهش در ژن USP9Xو اختلال در کار سلول های طبیعی مغز ( چهارشنبه 31 تیر 1394 )
» داروهای خانگی برای خلط ( یکشنبه 31 خرداد 1394 )
» آیا ابن‌سینا را هم هپلی‌ هپو کردند؟ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» نخستین CD تاریخ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس های محلی اقوام ایرانی ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 2 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 1 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» تاریخچه عکاسی و اختراع کداک ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» انتخاب رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» دایره رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» آزمون تعیین سطح انگلیسی ( جمعه 29 خرداد 1394 )
» آداب و رسوم جشن سده ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» تاریخچه کامل نوروز ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» تولید ابریشم از پیش رنگ شده توسط کرم‌ها! ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» شبیه‌ساز تولد، متخصصان مامایی را در طول زایمان همراهی می‌کند ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» نانوذرات این بار به کمک بیماران قلبی می‌آین ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» دستگاه کوچکی که می‌تواند تنظیم‌کننده‌ی ضربان قلب را از طریق ضربان قلب شارژ کند ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» دنیای خارق‌العاده حشرات ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» آیا تکامل انسان سرانجام متوقف شده است؟ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» شکوه، سقف و دیگر هیچ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )

آمار بازدید

کل بازدید ها :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل مطالب :
آخرین بروز رسانی :

زیر شاخه های علمی


اخبار علمی


وقت فوتبال


تبلیغات متنی

HELLO.WELCOME TO MY WEB MY NAME IS MEHRDAD ZANGENEH I LOVE YOU!!!

.

علمی
درباره ما


علمی سایتی با مطالب علمی متنوع و جالب برای همه ی سنیس
ایجاد کننده علمی :مهرداد زنگنه

به سایت علمی خوش آمدید


  • تاریخ ارسال : شنبه 9 فروردین 1393, 04:41 بعد از ظهر

به منظور آنالیز شیمیایی سطح نانو ذرات و جزئیات در مقیاس نانو مواد طبیعی و مصنوعی ،از تکنیک های مختلفی استفاده میشود. تصویربرداری طیف سنجی جرمی یکی از تکنیک های آنالیز مولکول ها در سطح است. روش های متفاوت از طیف‌سنجی جرمی، توانایی تصویر برداری شیمیایی را داشته ولی در این بین، طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه (SIMS) جزئیاتی در مقیاس نانو را فراهم میکند. طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه یکی از حساسترین و دقیقترین روشهای آنالیز مواد درمقیاس بسیار کوچک و در غلظتهای بسیار کم است
به منظور آنالیز شیمیایی سطح نانو ذرات و جزئیات نانو مواد طبیعی و مصنوعی ،از تکنیک های مختلفی استفاده میشود. تصویربرداری طیف سنجی جرمی (Secondary Ion Mass Spectroscopy - SIMS) یکی از تکنیک های تجسم مولکول های قرارگرفته بر سطح است. روش های متفاوت از طیف‌سنجی جرمی، توانایی تصویر برداری شیمیایی را داشته ولی در این بین طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه، جزئیاتی در مقیاس نانو را فراهم میکند.[ 1] در مقاله طیف‌سنجی جرمی به طور عمومی در خصوص این روش و بخش‌های اساسی دستگاه طیف‌سنج جرمی صحبت شده است (برای اطلاعات بیشتر لطفا به این مقاله مراجعه فرمایید). همچنین در مقاله ذکر شده، انواع مختلفی از این اجزاء با طراحی و عملکرد مختلف ارائه شده است. مقاله حاضر به صورت اختصاصی به طیف سنج‌های مورد استفاده در روش تصویر برداری جرمی و خصوصا روش SIMS می‌پردازد.
از میان تمامی تجزیه گرهای جرمی ذکر شده، به خصوص به‌منظور تصویر برداری در مقیاس نانو، تجزیه گر جرمی چهارقطبی، زمان پرواز و قطاع مغناطیسی بیشترین کاربرد را دارند. همچنین برای اینکه بتوان از طیف‌سنجی جرمی بعنوان یک تکنیک تصویربرداری استفاده کرد، باید مرحله ی یونیزاسیون بر روی سطح جاحالت صورت بگیرد. بنابراین در این بین، یونیزاسیون واجذبی (Desorption Ionization) در تصویربرداری طیف‌سنجی جرمی گزینه ای مناسب میباشد. از نظر تکنیکی امکان استفاده از هر سطحی (از جمله مواد در مقیاس نانو) برای عکسبرداری دو بعدی وجود دارد. البته به دلیل یک سری مسایل عملی (تفکیک پذیری فضایی مناسب، حساسیت و غیره) تصویربرداری طیف‌سنجی جرمی تنها برای طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه(SIMS)، MALDI و یونیزاسیون واجذبی افشانه ی الکترونی (DESI) به صورت تجاری موجود میباشد. در این میان تنها SIMS توانایی تصویربرداری در مقیاس نانو را دارا میباشد و بنابراین در این مقاله بررسی بیشتری در مورد SIMS صورت خواهد گرفت.
تفکیک بالای تصویربرداری بوسیله ی طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه قابل رقابت با روش‌های مختلف در تصویربرداری شیمیایی از جمله سایر روش های مبتنی بر طیف‌سنجی جرمی، طیف‌سنجی اشعه ایکس، طیف‌سنجی ارتعاشی و تا حدودی طیف‌سنجی فلورسانس است. از مزایای این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• آماده سازی نمونه نسبتا ساده است و نیازی به نشاندار کردن (Labeling) نیست.
• اطلاعات بدست آحالته ازتعداد لایه های اتمی کمی بدست آحالته و بنابراین حساسیت سطحی بالائی دارد (نمونه برداری صرفا از سطح – و نه حجم توده‌ای ماده- انجام می‌شود).
• آنالیز نمونه های معدنی و آلی، هادی و غیر هادی امکان پذیر است.
• امکان حصول اطلاعات عنصری و مولکولی در یک آنالیز وجود دارد.
• میتوان تفکیک پذیری جانبی (Lateral Resolution) را در مقیاس نانو فرهم آورد.
• دارای حساسیت بالا نسبت به بعضی از گرههای عاملی قرار گرفته بر روی ذرات در مقیاس نانو است.

در مقایسه با سایر روشهای ذکر شده برای تصویربرداری شیمیایی، محدویت ها و معایبی برای این روش وجود دارد از جمله:
• کاربرد طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه، نیازمند شرایط خلا بالاست.
• محدوده ی جرمی که توسط این روش قابل بررسی است به 2000 دالتون محدود میشود وبنابراین در نمونه های زیستی با محدودیت روبرو هستیم.
• در حضور اثر مزاحمتی زمینه (Matrix Interference)، کمی سازی (Quantitation) داده ها پیچیده است.[1]
2 طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه SIMS [1,5]
طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه یکی از حساس‌ترین و دقیق‌ترین روشهای آنالیز مواد درمقیاس بسیار کوچک (mn2 عمق و عرضmn 50) و در غلظتهای بسیار کم است.[6] این روش، با برخورد پرتویی از یونهای اولیه (Primary Ions) پر انرژی بروی سطح نمونه جاحالت باعث شکسته شدن پیوندها و کندوپاش اجزای نمونه می‌شود. به طور دقیق‌تر این پدیده در اثر انتقال انرژی از یون‌های پرانرژی به اجزای نمونه اتفاق می‌افتد و ذرات سطح بصورت ذرات خنثی و ذرات باردار واجذب می‌شوند. در صد ذرات باردار واجذب شده بسیار کم (کمتر از 1%) بوده و بسیاری از ذرات بی‌بار هستند.

پرتوی یونهای اولیه میتواند یونهایی با بار منفی (-O)، بار مثبت filereader.php?p1=main_4124bc0a9335c27f0، بصورت پرتوی پیوسته یا پالسی، مولکولهای گازی خنثی یا خوشه یونی filereader.php?p1=main_47bce5c74f589f486باشند. بیشتر یونهای ثانویه تشکیل شده از دو لایه ی ابتدایی سطح است. پرتوی یونی اولیه برخوردی فقط میتواند علاوه بر ناحیه ی برخورد، سطح را به عمق کمی از این نقطه تحت تاثیر قرار دهد.در ناحیه‌ی برخورد بدلیل انرژی زیاد در دسترس، احتمال تشکیل فرم اتمی اجزای تشکیل دهنده ی نمونه بیشتر و با دور شدن از این نقطه احتمال تشکیل خوشه‌ها یا قطعات مشخصه‌ی (Characteristic Fragments) اجزای نمونه بیشتر است (شکل 9). این حالت زمانی مشاهده میشود که چگالی جریان یون‌های اولیه کم باشد (کمتر از حد ایستا (Static Limit) :1012یون اولیه بر سانتی متر مربع). بنابر این انتظار داریم که در این حالت بدون آسیب جدی به سطح،علاوه بر تصویر برداری از سطح، اطلاعات شیمیایی (با استفاده از آنالیز جرمی یون مولکولهای تشکیل شده) از مولکولهای سطح نمونه نیز بدست آورده شود. این روش که از چگالی جریان یونهای اولیه کم، استفاده میشود اساس طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه ایستا (Static SIMS) میباشد. اگرپرتوی یونهای اولیه، چگالی جریانی بالاتر از حد ایستا داشته باشند، طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه پویا (Dynamic) نامیده میشود. به‌دلیل انرژی زیاد در روش پویا، اجزای نمونه به فرم اتمی و به مقدار بسیار کم خوشه‌های چنداتمی (و البته یونهای مربوطه) پدیدار خواهند شد. از این روش میتوان در آنالیز عنصری در حد مقادیر بسیار کم (Trace Elemental Analysis) با حساسیت بالااستفاده کرد.با توجه به وجود یون های بسیار واکنش پذیر ، SIMSنیاز به شرایط خلا بسیار بالا دارد.

filereader.php?p1=main_d3d9446802a442597
شکل 10-  نواحی سطح تحت تاثیر در برابر پرتویی از یونهای اولیه در طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه ایستا

کمی سازی (Quantization) داده های SIMS بسیار مشکل است تا آنجا که این روش بیشتر برای آنالیزهای کیفی (Qualitative) مورد استفاده قرار میگیرد.البته میتوان از روشهای کمومتریکس (Chemometrics) برای رفع این مشکل استفاده کرد. علت مشکل بودن کمی سازی داده های SIMS، بازده ی یونهای ثانویه است که وابسته به بازده کندوپاش و احتمال یونیزاسیون میباشد. هر‌دوی این موارد توسط ویژگی‌های نمونه مورد آنالیز و نوع یونهای اولیه مورد استفاده و زاویه ی برخورد آن با سطح نمونه به‌شدت تحت تاثیر قرار میگیرند. برای مثال اگر باقیمانده ی گاز در محفظه ی آنالیز بتواند بر روی ماده ی مورد نظر جذب شود، بشدت بروی احتمال یونیزاسیون تاثیر میگذارد، همچنین وجود ناخالصی در نمونه بازده کندوپاش نمونه ی مورد نظر را کاهش میدهد. 
سه نوع دستگاه SIMS بصورت تجاری برای تصویربرداری در مقیاس نانو موجود میباشد:
  •  ترکیب پرتوی پیوسته و قوی یون گالیم متمرکز شده(FIB) بعنوان منبع یون و تجزیه گر جرمی چهار قطبی یا قطاع مغناطیسی
  •  ترکیب تفنگ یون فلزی مایع پالسی بعنوان منبع یون و تجزیه گر جرمی زمان پرواز
  •  ترکیب پرتوی اولیه ای از یونهای واکنش پذیر و تجزیه گر جرمی قطاع مغناطیسی
به منظور تصویر برداری از سطح نمونه دستگاههای SIMS در دو حالت میکروردیاب (Micro-Probe) یا ردیاب روبشی (Scanning Probe) و ردیاب میکروسکوپ (Microscope Probe) بکارمیرود.(شکل 1) در حالت میکروردیاب، پرتوی یونهای متمرکز شده در راستای ناحیه ی مشخصی از نمونه روبش میشود (Scanning).در این حالت با تابش این پرتو به قسمتی از ناحیه ی مورد نظر، وجداسازی یون های ثانویه بر اساس نسبتz\m، طیف جرمی این ناحیه ذخیره و قسمتهای دیگر ناحیه ی مورد نظر بدین ترتیب آنالیز میشود تا اینکه کل ناحیه ی مورد نظر یا کل سطح نمونه روبش شود. سپس با استفاده از نرم افزار تصویر طیف جرمی کل ناحیه ی نمونه، را از روی طیف جرمی هر قسمت از نمونه ساخته میشود. مزیت روش میکروردیاب را میتوان سادگی عملکرد، سازگار با انواع تجزیه گر های جرمی و تکنیکهای یونیزاسیون ذکر کرد. متاسفانه در این روش اطلاعات فضایی در مورد هر ناحیه از سطح نمونه از دست میرود.
در حالت ردیاب میکروسکوپی، پرتوی پهنی از یونهای اولیه تابیده شده و سپس یونهای ثانویه بطور همزمان از کل ناحیه مورد نظر برای ساخت تصویر مورد استفاده قرار میگیرد. بطورواضح مشخص است که آشکارساز علاوه بر توانایی در تعیین شدت نسبت z \ m ، باید بتواند موقعییت (y وx) یونهای رسیده به آشکار ساز را برای ساخت تصویر، تعیین کند. اگر از تجزیه گر جرمی مناسب (زمان پروازو قطاع مغناطیسی)، آشکارساز حساس به موقعییت استفاده کنیم، میتوان موقعیت هر یون را حتی بعد از تشخیص مشخص کرد. تصویر ایجاد شده از این ردیاب، دارای تفکیک پذیری بالا و غیر وابسته به پرتوی یونی متمرکز شده است. اما نیاز به آشکارساز حساس به موقعییت باعث افزایش قیمت دستگاه میشود. البته این روش سازگار به تجزیه گر جرمی خاص(زمان پروازو قطاع مغناطیسی) میباشد.

filereader.php?p1=main_6512bd43d9caa6e02
شکل 11- نمایش میکروردیاب و میکروسکوپ SIMS

عامل بسیار مهم مرتبط با عملکرد تصویر برداری در SIMS، تفکیک پذیری جانبی است. تفکیک پذیری جانبی حداقل فاصله بین دو قسمت از تصویر است بطوری که بصورت مجزا و واضح قابل تمایز باشند. در حالت میکرو ردیاب این توسط عوامل زیر تعیین میشود:
  •  پهنای پرتوی یونهای اولیه: که پهنا در نصف ارتفاع حداکثر است، تعیین کننده ی تفکیک پذیری جانبی نهایی است.
  •  شدت سیگنال در هر پیکسل از تصویر: که به نوبه ی خود تابع نسبت N \ S (نسبت سیگنال به نویز) است که با افزایش ریشه ی دوم تعداد یونهای شمارش شده افزایش می یابد. تعداد یونهای شمارش شده دارای ارتباط مستقیم با چگالی جریان یونهای اولیه، بازده کند و کاش و بازده یونهای ثانویه (وابسته به ماهیت نمونه و نوع یونهای اولیه)است. البته پارامترهای دستگاهی هم مانند کارایی آشکارساز و قدرت عبور یونی در تجزیه گر جرمی بر روی این موضوع تاثیر گذار است.
  •   تباین تصویر (Image Contrast) : عاملی است که بشدت تحت تاثیر تفکیک پذیری جرمی (Mass Resolution) قرار دارد. تاثیر تفکیک پذیری دو پیک در طیف جرمی بستگی به عملکرد تجزیه گر جرمی دارد. هرچه توانایی تجزیه گر جرمی در ایجاد تمایز بین دو نسبت z\m بیشتر باشد، تفکیک پذیری جرمی افزایش می یابد که به‌نوبه ی خود روی تباین تصویر اثر گذار است.
  •  انحراف در ناحیه ی مورد بررسی (Drift of The Area of View): این پدیده در حالتی که زمان‌های اندازه گیری طولانی است باعث کاهش در تفکیک پذیری جانبی میشود. میتوان این مشکل را با راهکارهایی که در زیر آمده‌اند کاهش داد. دستورالعمل میانگین گیری مناسب (Appropriate Averaging Procedures)، روبش‌های تصادفی یا پی در پی و همچنین با انجام آزمایش در شرایط بهینه، میتوان میزان زمان اندازه گیری و بنابراین انحراف در ناحیه ی مورد نظر را کاهش داد.
3 کاربرد تصویربرداری طیف‌سنجی جرمی در نانوفناوری
شناسایی شیمیایی ذرات در مقیاس نانو (طبیعی و صنعتی) موضوع مورد بحث در علم تجزیه است.از SIMS میتوان برای آنالیز ذرات در مقیاس نانو در موارد متعددی استفاده کرد. به‌کارگیری تکنیک SIMS با تفکیک‌پذیری بالا (High Resolution) جهت بررسی ساختار شیمیایی نانوساختارهای مهندسی‌شده به‌کار گرفته می‌شود. نمایش نقشه ی توزیع عنصری (Elemental Map) ذرات در مقیاس نانو، اندازه گیری نسبتهای ایزوتوپی و توصیف خصوصیات نانو ذرات پوسته-هسته از این دسته‌اند. بررسی پخش (Distribution) نانوذرات در یک کامپوزیت یا در بافت‌های بدن از دیگر موارد کاربردی می‌باشد. در شکل 3، پخش عناصر گوگرد، مس، آرسنیک، کربن-نیتروژن و کلر در یک نمونه موجود در هوا (Air-born) با روش تصویربرداری SIMS نشان داده شده است. در این گونه از تصاویر، تغییر رنگ از سیاه به سفید نشان دهنده افزایش غلظت عنصر مورد سنجش می‌باشد. 


filereader.php?p1=main_fd9fb6f45529c6345
شکل12- نمونه ای از تصویر برداری طیف‌سنجی جرمی با روش SIMS

در صنایع نیمه رسانا از تصویربرداری جرمی در جهت کنترل کیفی (Quality Control) و بررسی پروفایل عمقی نمونه (Depth Profile) استفاده می‌شود. همچنین ناخالصی‌های موجود در نمونه نارسانا با این روش مشخص می‌شود.
تجزیه‌ی پلیمرهای نانوساختار (بخصوص نانوالیاف پلیمری و لایه نازک‌های پلیمری تشکیل شده با روش لانگمیر-بلاجت) نیز به خوبی با این روش انجام می‌گیرد. کاربردهایی در زمینه آنالیز ساختاری سرامیک و شیشه، همچنین بررسی پدیده‌های خوردگی از دیگر کاربردها می‌باشد. 

4 - نتیجه گیری:
مقاله حاضر بطور خاص به بررسی طیف‌سنجی جرمی یون های ثانویه و کاربرد آن در تصویر برداری جرمی می‌پردازد. همچنین معرفی کاربردهای متنوع این تکنیک جهت تصویر برداری شیمیایی از سطح نمونه‌های نانوساختار در انتها آمده است.



ادامه مطلب
تبلیغات

<
علمی
علمی
علمی