REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Masna spektrometrija sekundarnih ionov z merjenjem časa preleta z uporabo MeV ionov
(MeV ToF SIMS) je že nekaj desetletij uveljavljena površinsko občutljiva metoda za detekcijo
molekulskih ionov z masami do 1000 Da. Metoda omogoča odlično lateralno ločljivost
nekaj μm za slikanje organskih vzorcev, zato se je pokazala kot zelo uporabna izvedba
masne spektrometrije na področjih, kot so biologija, sodna medicina, kulturna dediščina
itd. Podobna metoda je keV SIMS, kjer prevladuje interakcija na osnovi zaustavljanja
primarnih ionov v polju jeder, kar povzroči kaskado trkov in se kaže v disociaciji večjih
molekul s površine ter je učinkovita pri desorpciji majhnih ionov in molekul. V nasprotju
z metodo keV SIMS povzroči bombardiranje z ioni energije MeV pri metodi MeV SIMS
izgubo energije v materialu ob zaustavljanju primarnih ionov zaradi interakcije z elektroni,
kar se odraža v ”mehki” desorpciji večjih organskih molekul. Izkoristek detekcije sekundarnih
ionov se pri metodi MeV SIMS v primerjavi z metodo keV SIMS poveča pri večjih
masah (100-1000 Da), fragmentacija molekul pa se zmanjša, vendar osnovni mehanizmi
desorpcije še vedno niso popolnoma razumljeni ali teoretično razloženi.
To delo obravnava uporabo primarnega ionskega snopa v nizkem energijskem območju
(100 keV – 5 MeV) pri metodi MeV SIMS in možnost, da bi hkrati izkoristili prednosti
metod keV SIMS in MeV SIMS za analizo anorganskih materialov, pri čemer bi še vedno
lahko učinkovito analizirali tudi večje organske molekule. Ta nizko-energijski način
je bil poimenovan LE (ang. Low Energy) MeV SIMS. Raziskali smo odvisnost izkoristka
detekcije sekundarnih ionov od energije primarnega ionskega žarka za levcin in različne
anorganske materiale. Nato smo izvedli slikanje heterogene organsko-anorganske tarče iz
Cr in levcina, ki je pokazalo, da kontrast med organskim in anorganskim območjem skoraj
popolnoma izgine, ko se zniža energija primarnega ionskega žarka. Izvedli smo tudi globinsko
analizo z metodo LE MeV SIMS dvoplastne strukture Cr-ITO z dvema ionskima
žarkoma. Dobljeni globinski profil je bil primerjan z globinskim profilom, dobljenim s konvencionalno
metodo keV SIMS. Globinski profili so pokazali visoko kemijsko občutljivost
za anorganske sekundarne ione in zadovoljivo globinsko ločljivost glede na to, da je bil
za ionsko jedkanje uporabljen preprost izvor ionov. Sistematična raziskava uporabnosti
metode MeV ToF SIMS v nizkoenergijskem režimu odpira nove možnosti tako pri temeljnem
razumevanju vpliva zaustavljanja primarnih ionov na zaznavanje sekundarnih ionov
iz organskih in anorganskih materialov kot za uporabe MeV SIMS za analizo, slikanje in
globinsko analizo anorganskih materialov z večjo učinkovitostjo.
Poleg tega je zaradi vse bolj kompleksne in večplastne narave podatkov, dobljenih
z metodo MeV ToF SIMS, te pogosto težko analizirati in jih primerjati, zaradi česar so
lahko spregledane ključne informacije. To je mogoče izboljšati z implementacijo algoritmov
multivariatne analize, ki se standardno uporabljajo v različnih drugih analitičnih tehnikah,
vključno z najbolj podobno metodo keV SIMS, da bi izluščili kritične, pogosto skrite
informacije in razkrili osnovne povezave v podatkih. To se je izkazalo za posebej koristno
pri uporabi metode MeV SIMS v forenziki spornih dokumentov, zlasti pri slikanju presečišč
črt iz črnila.
Predstavljena je nova uporaba metode MeV SIMS v povezavi s spektroskopijo ionsko
vzbujenih rentgenskih žarkov (PIXE) za ugotavljanje vrstnega reda nanašanja križajočih
se črt iz različnih pisal. Analiza glavnih komponent (PCA), uporabljena pri obdelavi slik,
dobljenih z metodama MeV SIMS in PIXE, je dala odličen kontrast slik, ki je potreben
za prepoznavanje črnil in določitev vrstnega reda njihovega nanašanja. Le primere, ki jih
ni bilo mogoče razumeti z metodo MeV SIMS, smo nadalje analizirali z metodo PIXE,
ki zazna elementarne informacije iz večjih globin. V zahtevnih primerih, ki so vključevali
tekoča črnila, se je kombinacija pristopov izkazala za ključno pri razumevanju načina
nanašanja. Nadalje smo raziskali več primerov prekrivanj črt iz različnih črnil z uporabo
ne-destruktivnih optičnih metod (mikroskopija in infrardeča luminiscenca), ki se standardno
uporabljajo za pregled sumljivih dokumentov v forenzičnem centru ”Ivan Vučetić”, in
z uporabo metode MeV SIMS na Inštitutu Ruđer Bošković. Primerjali smo dobljene rezultate
obeh metod. Uspešna je bila uporaba metode MeV SIMS v kombinaciji z metodo
t-porazdeljena stohastična vdelava soseda (t-SNE) pri razlikovanju dveh zelo podobnih
črnil za pisala in ugotavljanju vrstnega reda njunega nanašanja. Metoda MeV SIMS daje
tudi dodatno informacijo o kemični sestavi črnila iz pisalnih orodjih. V okviru tega dela
smo uspeli razložiti vse prekrivajoče se sledi črnila.