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二次イオン質量分析計とは

SIMS全景

理学部3号館009室にあるSIMS。仏 CAMECA 社製、ims-6f。


二次イオン質量分析

Secondary Ion Mass Spectrometry

数keV〜数十keVのエネルギーを持つ細いイオンビーム(一次イオンビーム)を試料表面に照射し、スパッタリング(sputtering)により試料表面から放出される試料構成物質のイオン(二次イオン)を加速して質量分析をおこなうもの。
装置名:二次イオン質量分析計
  Secondary Ion Mass Spectrometer

  またはイオン(マイクロ)プローブ
  Ion Microprobe, Ion Probe

SIMSの原理

 酸素(O2+や O-)やセシウム(Cs-)のイオン(一次イオン)を加速して、試料表面に照射する。 スパッタリングにより飛び出してきた粒子のうち、電荷を持つ粒子(二次イオン)を質量分析する。

試料表面がイオン源になるため、「その場分析」が可能で、 多くの元素について感度が高い。

SIMSの原理

SIMS (ims-6f) のイオン光学系

ims-6f のイオン光学系


SIMS の特徴

利点

高感度
・微量元素の定量分析 (~ppm、ときに~ppbレベル)
・EPMAで測れない軽元素(H, Li, Be, B, C, N)の分析にも威力を発揮

同位体組成のスポット分析
 H, B, C, N, O, Mg, Si, K, Ca, Ti, Cr, etc.

元素(同位体)マッピング

欠点

破壊分析
 ・ただし分析によってできるクレーターの深さは1-2μmであり、薄片を用いて何度も分析することが可能。

マトリックス効果(matrix effect: 分析結果の対象物依存性)が大きい
 ⇒ 通常、化学組成、同位体組成が既知の標準試料(standard)を同一条件で分析して結果を規格化。

SIMS による分析例

消滅核種を用いた初期太陽系年代学
(26Al-26Mg, 53Mn-53Cr, 60Fe-60Ni, 10Be-10B, etc.)

酸素同位体分析
(隕石中のCAI, コンドルール)

希土類元素分析
(隕石中のCAI)

拡散・蒸発などによる同位体分別
(forsteriteの蒸発に伴うMg同位体分別、拡散実験)

微量元素分析
(Sr, Ba, etc.)



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