二次イオン質量分析法
放出された粒子の内、二次イオンがイオンレンズによって集められた後、質量分析計に導入される。質量分析計は、目的に応じて二重収束型、飛行時間型、四重極型などが用いられる。
四重極型質量分析計は、装置が小型であり、試料の電位がほぼ0なので一次イオンの入射角やエネルギーを変えることが容易であり、ビームも絞りやすい。質量分解能は低い。
二重収束型質量分析計は、質量分解能が高い。装置は大型。試料に大きな電位を与える必要があるため、一次イオンのエネルギーが低下したり、ビームを絞りにくい。
飛行時間質量分析計(TOF-MS)を用いた場合には、飛行時間二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)とも呼ばれる。重い分子イオンを分析できる。質量分解能は高い。一次イオンをパルス化する必要があり、深さ方向の分析が難しい。
多くの元素には同位体があるため、質量干渉が生じる。例えば56Feを分析するときは、28Si2が質量ピークが重なり、正確な定量ができなくなることがある。これを解消するには質量分解能の高い質量分析計を用いる必要がある。
試料を削りながら破壊的に測定するダイナミック・モード(D-SIMS)と、非破壊的に測定するスタティック・モード(S-SIMS)があり、目的に応じて使い分ける。
ダイナミック・モードでは一次イオンとして通常酸素とセシウムを適時使い分ける。これは一次イオンが試料表面にもたらす、二次イオン発生効率を高める物理化学的な作用を利用している(酸素は試料の表面酸化により正の二次イオンを、セシウムは試料の表面仕事函数の低下により負の二次イオンを高める)。この効果により、分析室中の残留ガスによってバックグラウンドが高くなる軽元素以外の殆どの元素をppbかpptオーダーに至る検出下限を達成している。