방법 논문

비행 시간 보조 이온 질량 분석기를 사용 하 여 금속 페인트 인터페이스의 이미징 부식

DOI:

10.3791/59523

⸱

2019년 5월 6일

 ,  ,  , 
1Earth and Biological Sciences Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, 2Energy and Environment Directorate, Pacific Northwest National Laboratory, 3Wiley Environmental Molecular Sciences Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

비행 시간 보조 이온 질량 분 광 법은 공기에 노출 된 시 편과 비교 하 여 염 용액에 노출 된 후 알루미늄 합금의 금속 페인트 계면에서 화학적 매핑 및 부식 형태를 입증 하기 위해 적용 됩니다.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

알루미늄 합금의 페인트 및 알루미늄 (Al) 금속 페인트 인터페이스에서 개발 된 부식은 비행 시간 보조 이온 질량 분 광 법 (ToF-SIMS)을 사용 하 여 분석 되며 심 들은 화학 물질 분포를 연구 하는 데 적합 한 기술 임을 설명 합니다. 금속 페인트 인터페이스. 그려진 된 Al 합금 쿠폰은 소금 솔루션에 침 지 또는 공기에 노출. 심즈는 인터페이스의 화학적 매핑과 2D 분자 이미징 기능을 제공 하 여 금속 페인트 인터페이스에서 형성 된 부식 산물의 형태를 직접 시각화 하 고 부식 후에 화학 물질을 매핑 할 수 있습니다. 이 방법의 실험 절차는 유사한 연구를 용이 하 게 하 고 이러한 실험 중에 발생할 수 있는 함정을 강조 하기 위해 기술적 인 세부 사항을 제공 하기 위해 제시 된다.

서론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

알루미늄 합금은 높은 강도 대 중량 비, 우수한 성형 성 및 부식에 기인 하는 해양 기술 또는 군용 자동차와 같은 엔지니어링 구조에 광범위 하 게 적용 됩니다. 그러나, Al 합금의 국부 적 인 부식은 여전히 다양 한 환경 조건1의 장기적인 신뢰성, 내구성 및 무결성에 영향을 미치는 일반적인 현상입니다. 페인트 코팅은 부식을 방지 하는 가장 일반적인 방법입니다. 금속 및 페인트 코팅 사이의 인터페이스에서 개발 된 부식의 그림은 부식 방지에 대 한 적절 한 치료법을 결정 하는 통찰력을 제공 할 수 있습니다.

Al 합금의 부식 여러 가지 경로 통해 발생할 수 있습니다. X 선 광전자 분광학 (XPS) 및 주사 전자 현미경/에너지 분산형 X 선 분 광 법은 부식 조사에 일반적으로 적용 되는 두 가지 표면 미세 분석 기술입니다. XPS는 원소 맵핑을 제공할 수 있으 나 표면 화학 정보2,3에 대 한 홀리 스 트 분자 뷰는 아니지만 SEM/강좌는 형태학 적 정보와 원소 맵핑을 제공 하지만 상대적으로 낮은 민감도를 갖습니다.

ToF-심은 높은 질량 정확도와 측면 분해능을 가진 화학적 매핑을 위한 또 다른 표면 도구입니다. 이는 낮은 검출 한계 (LOD)를 가지 며 금속 페인트 계면에서 형성 된 부식 종의 분포를 드러내는 것이 가능 하다. 일반적으로 심 질량 분해능은 등 압 이온4를 구분 하기에 충분 한 5000-15000에 달할 수 있습니다. ToF-심은 서브 마이크론 공간 해상도를 사용 하 여 금속 페인트 인터페이스를 화학적으로 이미지 하 고 특성화 할 수 있습니다. 이는 형태학 적 정보 뿐만 아니라 표면의 상위 몇 나노미터에서 분자 부식 종의 횡 적 분포를 제공 합니다. ToF-심즈는 XPS 및 SEM/강좌에 대 한 보완 정보를 제공 합니다.

부식 계면의 표면 특성화 및 이미징에 대 한 ToF 기능을 시연 하기 위해 공기에만 노출 되는 것과 소금 용액에 1 개를 그린 두 개의 도장 된 Al 합금 (7075) 쿠폰을 분석 합니다 (그림 1 과 그림 2). 식 염 수 조건에 노출 된 금속 페인트 계면에서의 부식 거동을 이해 하는 것은 예를 들어 해양 환경에서 Al 합금의 성능을 이해 하는 데 중요 합니다. Al (OH)3 의 형성은 해 수5에 알의 노출 동안 발생 하지만, al 부식의 연구는 여전히 부식 및 코팅 계면의 포괄적 인 분자 식별이 부족 하다 고 알려져 있다. 본 연구에서는 알 옥 사이드 (예를 들어,al2o3) 및 수산화 종 (예를 들어 al2o36h)을 포함 하는 al (OH)의 단편 들을관찰 하 고 동정한다. 심 질량 스펙 트 라 (그림 3)와 음이온의 분자 이미지 (도 4)와 al2o3 및 al2o3의 비교 - 분자를 제공 염 용액 처리 된 Al 합금 쿠폰의 금속 페인트 계면에서 형성 된 부식 산물의 증거. 심즈는 금속 페인트 인터페이스에서 발생 하는 복잡 한 화학 물질을 명료 하 게 할 수 있는 가능성을 제공 하며,이는 Al 합금에서 표면 처리의 효능에 대 한 빛을 발산 하는 데 도움이 됩니다. 이 상세한 프로토콜에서, 우리는 ToF 심을 사용 하 여 부식 연구의 새로운 실무자를 돕기 위해 금속 페인트 인터페이스를 프로 빙에이 효과적인 접근 방식을 보여줍니다.

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프로토콜

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 부식 샘플 준비

  1. 알루미늄 수 지의 시료 고정 및 연마
    1. 마운트 2 알 합금 쿠폰 (1cm x 1cm) 에폭시 수 지를 사용 하 여 1.25 인치 금속으로 된 샘플 컵 및 하룻밤 또는 수 지가 완전히 경화 될 때까지 연기 후드에 쿠폰을 놓습니다.
    2. 샘플 컵에서 Al 수 지 실린더 컵을 꺼내 세요. 300 rpm 플 래 튼에서 물과 함께 240 그 릿 용지를 사용 하 여 Al 수 지 실린더를 연마 하 고 1 분 동안 홀더에 150rpm.
    3. 연마 판을 사용 하 여 알루미늄 수 지 실린더를 15 µm, 6 µm, 3 µm 및 1 µm 수성 용액으로 5 분 (각 단계) 씩 순차적으로 광택을 냅니다.
    4. Al 수 지 실린더를 탈 이온 수 (DI)로 헹 구 고 면으로 버프를 줍니다.
    5. 다시 에탄올로 Al 수 지 실린더를 헹 구 고 건조 될 때까지 화학 증기 두건에 놓습니다.
      참고: 대안적으로, 샘플은 가압 된 공기 또는 질소로 건조 될 수 있다.
  2. Al 부식 샘플의 제조
    1. 각 Al 수 지 실린더에 검정색 페인트 2x를 뿌리고 24 시간 동안 연기 두건에 세워 놓으십시오. 페인트는 약 100 µm 두께입니다.
      참고: 페인트는 프라이 머가 하나의 병에 혼합 된 상용 제품입니다. 그것은 빠른 건조 및 녹 예방입니다.
    2. 두 개의 평행 라인 (5-6 mm 길이)을 조각 하 여 각각의 페인트 된 Al 수 지 실린더의 상단에 scalpels를 사용 합니다. Al 합금의 중앙에 선을 놓습니다.
    3. 한 알 수 지 실린더를 스크라이브 표면을 아래로 하 여 염화 나트륨, Mgso4, mgcl2및 KCl을 포함 하는 pH 8.3 염 용액에 담 그 십시오. 뚜껑을 덮고 10cm x 10cm 페 트리 접시를 부분적으로 덮습니다.
      참고: 염 용액은 465 mM의 염화 나트륨, 28mm Mgso4,25Mm mgcl2및 3mm의 DI 워터에 50으로 조정 되며 0.1 M NaOH에 의해 조절 되어 약 pH 8.3에 도달 합니다. 이 솔루션에는 바닷물에 주요 이온이 포함 되어 있습니다. 염 용액의 전도도는 약 5.5 S/m입니다. 용액의 온도는 72 ° f입니다.
    4. 다른 Al 수 지 실린더를 스크라이브 표면에 내려 놓고 깨끗 한 페 트리 접시에 넣고 뚜껑을 덮습니다. 3 주 동안 화학 증기 후드에 두 샘플을 유지 합니다.
  3. 부식 인터페이스의 노출과 수 지에 인터페이스의 설치
    1. 다이아몬드 블레이드가 있는 저속 톱을 사용 하 여 각 Al 수 지 실린더를 2 등분 하 여 표시 된 라인의 중간에 직각으로 자르고 과도 한 수 지 가장자리를 자릅니다.
    2. 모든 트리밍된 Al 합금 조각을 2 인치 샘플 컵에 장착 하 고 금속 페인트 인터페이스가 위로 향하게 하 여 원을 따라 Al 합금 조각을 배치 하 여 어셈블리를 형성 합니다. 각 Al 합금 조각을 공간 밖으로.
    3. 단계 1.1.2-1.1.3를 반복 하십시오.
    4. 4 시간 동안 연마 패드에 콜 로이드 실리 카 용액 0.05 µm를 사용 하 여 2 파운드 중량에 부착 된 진동 폴 리 셔의 금속 페인트 단면을 더욱 연마 합니다.
    5. 1.1.4 단계 반복-1.1.5
      참고: 광택이 없는 표면은 2 차 이온 신호의 농도가 낮고 심 분석 중에 질량 분해능이 좋지 않기 때문에 충분 한 심 신호를 얻기 위해 고정 및 연마 작업이 중요 합니다.
  4. 스퍼터 코 터로 시료의 코팅
    1. 폴 리 싱 된 금속 페인트 인터페이스 어셈블리를 스 패터 코 터 챔버에 인터페이스 면 위로 올려 놓는다. 스퍼터 코 터의 뚜껑을 닫고 챔버 아래로 펌프를 시작 합니다.
    2. 일반 스퍼터 코 터 절차를 따르고 금속 페인트 인터페이스 어셈블리에 10nm 금 (Au) 층을 예치 합니다.
      참고:이 샘플 표면 처리의 목적은 심즈 분석 동안 충전 효과를 줄이는 것입니다. 샘플이 전도성 인 경우이 단계는 필요 하지 않습니다.

2. ToF 심을 이용한 금속 페인트 부식 인터페이스 분석

  1. ToF-심즈 샘플의 로딩
    1. 염 용액 처리 샘플을 포함 하는 금속 페인트 인터페이스 어셈블리와 나사와 클립을 사용 하 여 탑 마운트 샘플 홀더에 공기 노출 제어를 장착 합니다.
      참고: Topmount 는 샘플 홀더의 상단에 샘플이 들어 있는 샘플 홀더의 이름입니다.
    2. 로드 록 도어의 잠금 나사를 풀고 ToF-심즈 소프트웨어 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)의 Fpanel 창에서 정지 버튼을 클릭 하 여 로드 록 챔버를 환기 시킵니다.
    3. 샘플 이송 암을 오른쪽으로 스윙 하 여 로드 록 챔버를 열고, 톱 마운트 샘플 홀더의 핀에 부착 될 때까지 전사 암을 시계 반대 방향으로 돌린 다음, 다시 켜십시오.
    4. 전사 암을 돌려 로드 잠금 도어를 닫고 도어의 잠금 나사를 조여 로드 잠금을 봉인 합니다.
    5. Fpanel 창에서 시작 버튼을 클릭 하 여 부하 잠금 챔버가 1.0 e-6에 도달할 때까지 아래로 펌프 합니다.
    6. Fpanel 창에서 열기 버튼을 클릭 하 여 메인 챔버와 로드 록 사이의 게이트를 엽니다.
    7. 샘플 홀더가 장착 된 샘플 이송 암을 메인 챔버에 밀어 넣습니다. 샘플 홀더가 메인 챔버의 샘플 스테이지로 이송 될 때까지 전사 암을 반시계 방향으로 돌립니다.
    8. 전송 암을 다시 한 번 철회 하 고 Fpanel 창에서 닫기 버튼을 클릭 하 여 메인 챔버와 로드 록 사이의 게이트를 닫습니다.
    9. Topmount를 선택 합니다. 시 팝업 창의 드롭다운 메뉴에서 샘플 홀더를 선택 하 고 확인을 클릭 합니다. 탑 마운트 샘플 홀더의 이미지가 네비게이터 GUI의 오른쪽에 나타납니다.
    10. 메인 챔버의 진공 레벨이 최소 1.0e-8 또는 그 이하로 도달할 때까지 기다리십시오.
  2. 액체 금속 이온 총 (LMIG) 및 이온 빔의 정렬 시작
    1. 샘플이 주 진공 챔버로 이송 된 후 액체 금속 이온 총 (LIMG), 분석기 및 광원의 전원을 켜기 위해 전원 제어 창에서 limg, 분석기및 조명의 상자를 확인 하십시오.
    2. Fpanel 창에 표시 된 lmig 의 확인란을 선택 하 여 lmig 설정 탭을 활성화 합니다. 계측기 창의 limg 탭 아래에 있는 소스 하위 탭에서 lmig 시작 을 클릭 하 여 lmig를 활성화 합니다.
    3. 로드 설정 의 팝업 창에서 미리 정의 된 분석기 설정 파일을 선택 하 고 열기를 클릭 합니다.
      주: 이중3+ 는 1 차 이온 빔으로 선택 됩니다. LMIG 에너지는 25kv로 설정 됩니다. LIMG 다지기 폭은 25ns로 설정 됩니다. 방출 전류 1.0 μ a를 포함 하는 다른 설정; 가 열 값은 2.75 A; 억제기 약 800-1000V; 추출기 10 kV; 렌즈 소스 3.3 kV; 사이클 타임 100 µs; 질량 범위 1-870 u. 이 설정은 계측기 모델, LMIG의 남은 수명 및 특정 샘플에 대 한 획득 요구 사항에 따라 달라질 수 있습니다.
    4. 로드할 범주의 팝업 창에서 lmig 를 선택 하 고 선택한 단추를 클릭 한 다음 확인을 클릭 합니다.
      참고: LIMG을 완전히 시작 하는 데 약 5 분이 걸립니다.
    5. Fpanel에서 계측기 설정 의 드롭다운 메뉴에서 양수 를 선택 하 여 검출할 이온을 결정 합니다.
      참고: 마이너스 이온을 측정 하려면 드롭다운 메뉴에서 음수 를 선택 합니다.
    6. Fpanel에서 로드 설정 버튼을 클릭 한 후 분석기 설정의 미리 정의 된 파일을 선택 하 여 분석기를 활성화 합니다.
      참고: 분석기 가속은 9.5 kV로 설정 됩니다. 상기 분석기 에너지는 2 kV로 설정 되 고; 검출기는 9 kV로 설정 됩니다. 다른 심즈 모델의 구성에 따라 분석기 설정이 다를 수 있습니다.
    7. 네비게이터 GUI에서 커서 위치의 드롭다운 메뉴에서 패러데이 컵 을 선택 하십시오. 이동을 클릭 하 여 스테이지를 패러데이 컵으로 이동 합니다.
      주: 목표 전류 측정을 위한 패러데이 컵으로 스테이지를 이동 합니다.
    8. 탐색기 GUI의 비디오 드롭다운 목록에서 마이크로 뷰를 선택 하 여 패러데이 컵의 위치를 확인 합니다.
    9. 탐색기 GUI의 마이크로 보기에서 패러데이 컵의 중심을 클릭 하 고 탐색기 에서 SE/SI 기본 건 창을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭 한 후 드롭 다운 메뉴에서 표시 된 위치에 드라이브를 선택 하십시오. Gui.
    10. 탐색기 GUI에서 SE/SI 기본 건 창을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭 한 후 래스터 보기 지정 필드 의 드롭다운 메뉴에서 20 µm x 20 µm 를 선택 합니다.
    11. 계측기 창의 limg 탭 아래에 있는 총 하위 탭에서 C 버튼을 클릭 하 여 이온 빔을 자동 정렬 합니다.
    12. 시작 버튼을 클릭 하 고 lmig 탭 아래에 있는 펄싱 된 하위 하 부분에서 DC 의 확인란을 선택 하 여 대상 전류를 측정 합니다.
    13. LIMG 탭 아래의 초점 하위 탭에서 X 블랭킹 을 클릭 하 고 마우스 휠을 돌려 대상 전류를 최대화 합니다. 동일한 탭에서 Y 블랭킹 을 클릭 하 여 대상 전류를 최대화 합니다.
      참고: 질량 분 광 법 모드에서 측정 된 이온 빔의 목표 전류는 3na 이상 이어야 하며, Bi3+ 가 선택 된 경우에는 0.5 pA 보다 커야 하며, 이온 신호의 원하는 강도를 달성 합니다.
    14. 초점 하위 탭에서 중지 버튼을 클릭 하 여 대상 전류의 측정을 중지 합니다.
  3. 관심 영역에서 빔의 초점 조정
    1. 조이스틱 컨트롤 패널의 Z 버튼을 누르고 추출기 콘이 금속 페인트 인터페이스 어셈블리의 위쪽에 올 때까지 조이스틱을 위로 밀어 샘플 단계를 낮춥니다.
      주:이 단계를 수행할 때 추출기 원뿔 및 샘플 간의 충돌을 피하는 것이 중요 합니다.
    2. 조이스틱의 X 및 Y 버튼을 누르고 조이스틱을 왼쪽/오른쪽 및 위/아래로 움직여 탐색기 GUI의 매크로 보기에 표시 될 때까지 인터페이스 어셈블리를 불러옵니다.
    3. 네비게이터 GUI의 마이크로 뷰로 전환 하 여 금속 페인트 인터페이스의 관심 영역 (ROI)을 찾으십시오.
    4. SI 기본 건 창을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭 하 여 뷰의 필드를 확장 한 후에 ROI를 300 µm x 300 µm 로 설정 하십시오.
    5. 신호 유형 si, 래스터 크기 128 x 128 픽셀및 네비게이터 GUI의 SE/SI 1 차 건 에서 임의의 래스터 유형을 선택 하십시오.
    6. SE/Si 기본 건 창에서 검정색 삼각형 버튼과 조정 si 버튼을 클릭 합니다. ROI의 이차 이온 (SI) 이미지의 둥근 모양은 SE/SI 1 차 건 창에 나타날 것 이다.
    7. 조이스틱 컨트롤 패널에서 Z 버튼을 누릅니다. 조이스틱을 위나 아래로 이동 하 여 SI 이미지의 둥근 모양을 SE/Si 1 차 건 창에서 십자선의 가운데로 가져옵니다.
      주의 사항: 십자 모양이 SI 이미지의 둥근 모양의 중간에 있으면 이미지가 좋은 초점으로 얻어진 다는 것을 나타냅니다.
    8. 조정 SI 버튼을 선택 취소 하 고 SE/SI 기본 건 창에서 정사각형 버튼을 클릭 하 여 초점 조정을 중지 하십시오.
  4. 고전류 모드/DC 모드를 사용 하 여 표면 코팅 및 오염 제거
    1. Se/SI 기본 건 창의 드롭다운 메뉴에서 se 이미지를 선택 하 여 DC 청소 진행 상태를 관찰 합니다.
    2. Fpanel에서 DC 상자를 선택 하 고 검정색 삼각형 버튼을 클릭 하 여 DC 청소를 시작 합니다.
      참고: DC를 10 초 동안 유지 하거나 SE 이미지가 금색 레이어가 제거 되었음을 나타냅니다. DC 세척의 지속 기간은 코팅의 두께에 따라 달라질 수 있습니다.
    3. 검은색 사각형 버튼을 클릭 하 여 탐색기 GUI의 마이크로 뷰를 통해 골드 코팅이 제거 된 것을 관찰할 때 DC 청소를 중지 합니다.
    4. SE 이미지를 네비게이터 GUI의 SI 이미지로 전환 합니다.
      참고: DC 빔을 사용 하는 이유는 DC 빔 (~ 14na)이 Au 코팅과 다른 표면 오염을 제거 하기에 충분히 강력 하기 때문에 펄스 빔 전류 (~1pa)는 적절 하지 않다.
  5. 홍수 총을 사용 하 여 표면 전 하 보상 활성화
    1. 충전 보상을 활성화 하려면 Fpanel에서 홍수 총 상자를 확인 하십시오.
    2. Fpanel에서 버튼 로드 설정 파일 을 클릭 합니다. 홍수 총의 설정을 로드 하는 로드 설정을 클릭 한 후 홍수 총 설정의 미리 정의 된 파일을 선택 합니다.
      참고: 홍수 총의 설정에는 다음이 포함 됩니다: 20v의 에너지, 300 V의 양극, 2.0 µs의 지연, 2.4 A의 홍수 총 필 라 멘 트 전류 및 2.0 µs의 홍수 총 리드. 홍수 총의 설정은 악기 마다 다를 수 있습니다.
    3. 2.3.6 단계를 반복 하 여 ROI에 대 한 초점을 재조정 합니다.
      참고: Au 코팅이 제거 되 자 마자 ROI의 높이가 변경 됩니다. 따라서, 초점을 재조정 할 필요가 있다.
    4. 계측기 창의 분석기/기본 탭에 있는 TOF 하위 화면에서 반사판 을 클릭 합니다.
    5. 반사 기의 막대의 왼쪽에 있는 값을 클릭 하 여 SI 이미지의 둥근 모양이 사라질 때까지 반사 기의 전압을 감소 시킵니다. 그런 다음 리플렉터 전압을 20v로 늘립니다.
      참고:이 프로세스는 평평한 이미징 표면과 최대 SI 신호를 보장 하기 위해 수행 됩니다. 네거티브 모드에서, SI 이미지의 둥근 모양이 사라질 때까지 반사판 전압을 증가 하 고, 다음, 그것을 아래로 가져 20 V.
    6. 2.3.8 단계를 반복 하 여 초점 및 리플렉터 전압 조정을 중지 합니다.
  6. 고 분해능 질량 스펙트럼의 획득
    1. 스펙트럼 및 이미지 프로그램을 열려면 Fpanel에서 스펙트럼 및 이미지 의 아이콘을 클릭 합니다.
    2. 금속 페인트 인터페이스의 선택 된 ROI를 마이크로 뷰로 표시 합니다.
    3. 네비게이터 GUI에서 삼각형 버튼을 클릭 하 여 빠른 스캔을 시작 하면 심 스펙트럼이 스펙트럼 프로그램에 표시 됩니다. 검은색 정사각형을 클릭 하 여 빠른 검사를 중지 합니다.
      참고: 빠른 검사는 몇 번의 검사만 수행 해야 하며 일반적으로 몇 초 정도 걸립니다.
    4. 스펙트럼 프로그램의 도구 모음에 있는 스펙트럼 의 드롭다운 목록에서 질량 교정을 선택 하거나 F3 키를 눌러 빠른 스캔이 완료 된 후에 질량 교정 창을 불러옵니다.
    5. 인식 된 피크를 선택 하 여 해당 피크를 클릭 하 여 질량 스펙트럼을 교정 하 고, 질량 교정 창에 공식을 추가 하 고, 피크 선택이 완료 되 면 확인 을 클릭 하 여 질량 교정 창을 종료 합니다.
      참고: 채널3+, c.3h3+및 aloh+ 는 양의 질량 스펙트럼을 교정 하기 위해 선택 됩니다. 오 및 CN 및 AlO - 음의 질량 스펙트럼을 보정 하기 위해 선택 됩니다. 질량 교정을 위해 선택한 피크는 샘플 마다 다를 수 있습니다. 선택한 피크의 편차는 정확한 피크 식별을 보장 하기 위해 30 ppm 미만입니다.
    6. 스펙트럼에서 선택한 이온의 피크를 클릭 하 고 도구 모음에서 피크 추가 버튼을 클릭 하 여 피크 리스트에 관심의 피크를 추가 합니다.
    7. Fpanel에서 빨간색 삼각형 버튼을 클릭 하 여 측정 시작 창을 엽니다.
    8. 래스터 유형을 임의, 128 x 128 픽셀및 1 샷/픽셀로설정 하 고 팝업 창에서 스캔 수 를 60로 설정 하 고 확인 을 클릭 하 여 ROI의 질량 스펙트럼 획득을 시작 합니다.
      주: 원하는 스캔 수를 획득 하면 질량 스펙트럼 수집이 자동으로 중지 됩니다.
    9. Fpanel에서 파일 저장 을 클릭 하 여 획득 한 질량 스펙트럼을 저장 하 고 지정 된 파일 이름 (예: 염 수 용액 처리,에 어 노출)을 입력 합니다.
    10. Fpanel에서 극성을 음수로 전환 하 고 2.5.3-2.6.9 단계를 반복 하 여 동일한 ROI에 대 한 음의 질량 스펙트럼을 획득 합니다.
      참고: 각 샘플의 4 가지 ROIs의 심 질량 스펙트럼은이 연구에서 양극 및 음극 극성에 대해 획득 되었습니다.
  7. 추가 분석을 위해 해석 된 ROI 위치 저장
    1. 네비게이터 GUI에서 추가 버튼을 클릭 하 고 팝업 창에 ROI의 이름을 입력 합니다 (예: 염 용액 1).
    2. 단계 Pos 버튼을 클릭 하 고 OK 버튼을 클릭 하 여 ROI 위치를 저장 합니다.
      참고: 추가 심즈 이미징 분석을 위해 ROI 위치가 저장 됩니다.
  8. 고해상도 심즈 이미지를 얻기
    1. Fpanel에서 로드 설정 파일 버튼을 클릭 하 고 미리 정의 된 이미징 설정 파일을 선택 합니다. 열기 를 클릭 하 여 이미징 설정을 불러옵니다.
      주: 가장 높은 측면 해상도 또는 가장 작은 스폿 크기는 평행 모드 (즉, DC 모드)에서 최적화 됩니다. 이 모드에서는 빔 라인에서 가장 작은 조리개가 조리개의 각도를 결정 합니다. ToF-심의 구성 설정에 따르면, DC 전류가 약 50 pA이 고 초점이 100 nm 주위에 도달할 수 있을 때 가장 높은 측면 해상도가 됩니다. 이 해상도를 달성 하려면 DC 전류를 관찰 하는 동안 렌즈 소스를 늘리고 최종 DC 전류가 50 pA에 도달할 때까지 X 블랭킹 및 Y 블랭킹을 최적화 하십시오. 다음은 이미징 모드의 자세한 매개 변수 설정을 나열 합니다. Bi3+ 는 1 차 이온 빔으로 선택 됩니다. LMIG 에너지는 25kv로 설정 됩니다. LIMG 초 퍼 폭은 100 ns로 설정 되 고 헬기 오프셋은 30.9 ns로 설정 됩니다. 다른 설정에는 1.0 μ a의 방출 전류가 포함 됩니다. 가 열 값은 2.75 A; 억제기 약 800-1000V; 추출기 10 kV; 렌즈 소스 3.5 kV; 사이클 타임 100 µs; 질량 범위 1-870 u.
    2. 로드할 팝업 범주 창에서 lmig 를 선택 합니다.
    3. 2.2.7-2.2.14 단계를 반복 하 여 대상 전류를 측정 하 고 이온 빔을 정렬 합니다.
      참고: 측정을 위해 Bi3+ 를 선택한 경우 이미징 모드에서 원하는 대상 전류가 0.6 nA 또는 약 1pa 보다 커야 합니다.
    4. 탐색기 GUI에서 커서 위치의 드롭다운 목록에서 저장 된 ROI 위치를 선택 합니다. 이동을클릭 합니다.
      참고:이 단계를 수행 하면 동일한 ROI에서 질량 스펙트럼 및 이미지 매핑이 확보 됩니다.
    5. 2.5.4 및 2.5.5 단계를 반복 하 여 리플렉터 전압을 조정 합니다.
    6. 2.6.3-2.6.6 단계를 반복 하 여 이미징 모드에서 질량 교정을 수행 합니다.
      주: 대량 교정을 수행할 때 소프트웨어가 선택한 피크를 등록할 수 없는 경우 질량 교정 창에서 선택한 채널 사용 확인란을 선택 합니다.
    7. 2.6.7 및 2.6.8 단계를 반복 하 여 이미지 데이터를 수집 합니다.
      참고: 이미징 모드에서 래스터 유형을 임의, 256 x 256 픽셀및 1 샷/픽셀로설정 하 고 스캔 수 를 150 스캔으로 설정 하 고 확인 을 클릭 하 여 ROI의 이미지 획득을 시작 합니다. 이미지 해상도와 스캔은 다를 수 있으며 샘플에 따라 결정 되어야 합니다.
  9. 진공 챔버에서 샘플 검색
    1. 탐색기 GUI에서 커서 위치의 드롭다운 목록에서 전송을 선택 하 고 이동 버튼을 클릭 하 여 샘플 스테이지를 게이트 근처에 놓습니다.
    2. 2.1.6 단계를 반복 하 여 게이트를 엽니다.
    3. 샘플 트랜스퍼 암을 메인 챔버로 밀고, 샘플 홀더의 핀에 부착 될 때까지 팔 로드를 시계 방향으로 돌립니다.
    4. 전사 암을 돌려 모든 방향으로 후퇴 시킵니다.
    5. Fpanel에서 닫기 버튼을 클릭 하 여 게이트를 닫고 샘플 홀더 선택 창에서 샘플 홀더 없음을 선택 합니다.
    6. 로드 잠금 도어의 잠금 나사를 풀고 Fpanel에서 버튼 정지 를 클릭 하 여 로드 잠금을 환기 시킵니다.
      참고: 벤 팅은 약 3-5 분 정도 걸립니다.
    7. 이송 암을 오른쪽으로 스윙 하 고 이송 암 로드를 반시계 방향으로 돌려 샘플 홀더를 분리 합니다.
    8. 전사 암을 뒤로 돌려 로드 잠금 도어의 잠금 나사를 조입니다.
    9. Fpanel에서 시작 버튼을 클릭 하 여 로드 잠금을 펌프 합니다.
    10. 샘플 홀더에서 금속 페인트 인터페이스 수 지 어셈블리를 벗고 깨끗 한 페 트리 접시에 놓습니다.
  10. LIMG 끄기
    1. 인스트루먼트 윈도우의 lmig 탭 아래에 있는 하 탭에서 lmig 중지 를 클릭 합니다.
    2. Fpanel에서 Lmig 및 홍수 총 의 상자를 선택 취소 하 고 전원 창에서 조명의 상자를 선택 취소 합니다.

3. ToF-심즈 데이터 분석

  1. 심즈 스펙트럼 데이터 내보내기
    1. 스펙트럼 프로그램 창의 도구 모음에서 파일 을 클릭 하 고 드롭다운 목록에서 내보내기를 선택 합니다.
    2. 스펙트럼 파일의 이름을 지정 하 고 지정한 폴더에 .txt 파일로 저장 한 다음 [확인]을 클릭 합니다.
    3. 구간 차원 채널을 정의 하려면 팝업 창에 숫자 10을 입력 하 고 확인을 클릭 합니다.
      주: 질량 스펙트럼을 내보내기 전에 10 채널을 범주화 하는 것은 질량 분해능과 정확도를 유지 하면서 데이터 크기를 줄이는 데 일반적으로 사용 되는 방법입니다.
    4. 심즈 이미지 데이터를 내보냅니다.
    5. 이미지 프로그램 아이콘을 클릭 하 고 획득 한 이미지 파일을 두 번 클릭 하 여 심즈 이미지를 표시 합니다.
    6. 목록에서 이미지 표시 창으로 특정 화학 종의 이미지를 드래그 하 고 이미지 프로세스 창을 열려면 해당 이미지를 두 번 클릭 합니다.
    7. 이미지 프로세스 창의 드롭다운 목록에서 정규화 를 선택 하 여 선택한 화학 종의 이미지를 총 이온의 이미지로 정규화 합니다.
    8. 동일한 색상 배율을 적용 하 여 이미지 프로세스 창에서 색상 배율을 조정 하 여 여러 샘플 간의 화학적 분포를 비교 합니다.
      참고: 이미지의 원시 데이터는 다른 그래픽 소프트웨어를 사용 하 여 내보내고 플롯할 수 있습니다.

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결과

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

도 3 은 염 용액으로 처리 된 금속 페인트 계면과 공기에 노출 된 계면 간의 질량 스펙트럼의 비교를 제시 한다. 300 µm x 300 µm rois에서 25kv Bi3+ 이온 빔 스캔을 사용 하 여 두 샘플의 질량 스펙트럼을 획득 했습니다. 염 용액 처리 된 샘플의 질량 분해능 (∆ m)은 m/z- 26의 피크에서 약 5600 이었다. 질량 스펙트럼의 원시 데이터는 10 채널을 범주화 한 후에 내보내집니다. 프리젠테이션을 위한 질량 스펙트럼을 플롯 하기 위해 그래픽 소프트웨어가 적용 되었습니다. Al (OH)을 포함 하는 보호층 (3 )이 형성 된 후 al 부식이 시작 되는 것으로 알려져 있다6. 상기 옥 사이드 (al2o3)및 옥 시 다이 아 종 (al2o3 h, al2o3,3, 2)의

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토론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ToF-심은 두 섬광 체 사이의 비행 시간에 따라 이온을 구별 합니다. 지형 또는 샘플 거칠기는 다른 시작 위치에서 이온의 비행 시간에 영향을 미치며,이는 일반적으로 피크의 폭이 증가 하 여 불량 한 질량 분해능으로 이어집니다. 따라서, 양호한 신호 수집8을 보장 하기 위해 분석 되는 rois가 매우 평평 하 게 하는 것이 중요 하다.

피해 야 할 또 다른 함정을 충전 하는 것입니다. Al-페인트 인터페이스가 절연 수 지와 함께 고정 되었기 때문에 충전이 예상 되었다. ROI가 일차 이온 빔에 포 격 되어 표면에서 방출 되는 이온의 운동 에너지에 영향을 미치기 때문에 충전은 샘플 표면에 축적 됩니다. 충전은 넓은 봉우리와 감소 된 질량 분해능 결과. 이 효과의 부정적 영향을 피하기 위해 심 들이 분석 하기 전에 10 nm의 금을 계면 표면에 스퍼터 링 하 여 전도 경로를 형성 했습니다. 다른 방법은 홍수 총을 적용 반사 기의 전압을 최적...

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공개 사항

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작품은 태평양 북서부 국립 연구소 (PNNL)에 의해 지원 되는 QuickStarter 프로그램에 의해 후원 되었다. PNNL은 미국 DOE를 위해 Battelle에 의해 운영 됩니다. 이 작업은 PNNL의 생물 과학 시설 (BSF)에 위치한 IONTOF-심즈 V를 사용 하 여 수행 되었습니다. JY와 X-y 유는 또한 대기 과학 & 글로벌 변화 (ASGC) 부문 및 물리적 및 전산 과학 이사회 (PCSD)에서의 지원을 인정 했습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
0.05 & 마이크로; m 콜로이드 실리카 연마 용액LECO812-121-300최종 연마 용액
1 µ m 연마 솔루션Pace TechnologiesPC-1001-GLB수성 연마 솔루션
15 µ m 연마 솔루션Pace TechnologiesPC-1015-GLBR수성 연마 솔루션
3 µ m 연마 솔루션Pace TechnologiesPC-1003-GLG수성 연마 솔루션
6 µ m 연마 용액Pace TechnologiesPC-1006-GLY수성 연마 용액
BalanceMettler Toledo11106015화학 물질 측정에 사용됩니다.
Epothin 2 에폭시 경화제Buehler20-3442-064샘플 마운트 캐스팅에 사용
Epothin 2 에폭시 수지Buehler20-3440-128샘플 마운트 캐스팅에 사용
빠른 단백질 액체 크로마토그래피 (FPLC) 전도도 센서Amersham AKTA FPLC염 용액의 전도도를 측정하는 데 사용됩니다.
최종 B 패드연합군90-150-2351 µ에 사용; m 및 0.05 &마이크로; 엠  연마 단계
KCl 시그마-알드리치P9333소금 용액을 만드는 데 사용됩니다.
저속 톱Buehler Isomet11-1280-160에폭시 수지에 고정된 Al 쿠폰을 절단하는 데 사용됩니다.
MgCl2Sigma-Aldrich63042염 용액을 만드는 데 사용됩니다.
MgSO4Sigma-AldrichM7506소금 용액을 만드는 데 사용됩니다.
NaCl시그마-알드리치S7653소금 용액을 만드는 데 사용됩니다.
NaOH시그마 알드리치306576소금 용액의 pH를 조정하는 데 사용됩니다.
페인트러스트-올렘 245217범용 범용 광택 블랙 해머 스프레이 페인트. Al 쿠폰에 스프레이하는 데 사용됩니다. 
Pan-W 연마 패드LECO809-50515, 6, 3 µ에 사용; m 연마 단계
pH 측정기Fisher Scientific13-636-AP72염 용액의 pH를 측정하는 데 사용됩니다.
피펫 써모 피셔 과학적 범위: 10 - 1,000 &마이크로; L
피펫 팁 1Neptune 2112.96.BS 1,000 &마이크로; L
파이펫 팁 2Rainin1700186520 µ L
실리콘 카바이드 종이LECO810-251-PRM그라인딩 페이퍼, 240 그
릿 스퍼터 코팅기Cressington108 스퍼터 코팅샘플 코팅에 사용됩니다.  
Tegramin-30 반자동 연마기Struers6036127거친/미세 연마/연삭
ToF-SIMSIONTOF GmbH, Mü nster, 독일ToF-SIMS V, Bi liquid metal ion gun 및 flood gun 장착표본의 질량 스펙트럼 및 이미지를 획득하는 데 사용됩니다.
Vibromet 2 진동 연마기Buehler67-1635-160최종 연마 단계
기

참고문헌

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