Razvoj kapilarne mikroprobe za masenu spektrometriju korištenjem iona megaelektronvoltnih energija

doctoral thesis

• Title (english): Development of capillary microprobe for mass spectrometry with megaelectron volt ions
• Author: Marko Brajković
• Mentor: Ivančica Bogdanović-Radović (mentor)
• Committee member: Matko Milin (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Ivančica Bogdanović-Radović (član povjerenstva)
• Committee member: Nils Paar (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2022-07-11, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics
• Universal decimal classification (UDC): 53 - Physics

Abstract

U ovom radu predstavljen je rad na razvoju kapilarne mikroprobe za MeV TOF-SIMS s primjenom na analizu bioloških uzoraka. Za razliku od magnetskog fokusiranja, pomoću staklene kapilare moguće je kolimirati teške ionske snopove viših energija koji proizvede veći prinos sekundarnih iona težih molekula. Razvijena su dva načina okidanja startnog signala za mjerenje vremena proleta sekundarih iona, detekcijom primarnih iona pomoću čestičnog detektora za tanke uzorke i detekcijom sekundarnih elektrona pomoću elektronskog multiplikatora za uzorke proizvoljne debljine. Ostvarena je optimalna masena razlučivost od 2500 za masu 575 Da u prvom, i 1400 u drugom, preferiranom načinu rada, zbog većeg broja uzoraka koji je moguće analizirati, jednostavnije pripreme istih i smanjene pozadine u masenom spektru. Prinos sekundarnih iona mjeren na uzorku plavog ftalocijanina pokazuje pozitivnu korelaciju s energijom, elektronskom zaustavnom moći, brzinom i nabojem primarnih iona u mjerenom energijskom području (50 – 300 keV/u). Nakon odabira optimalnog primarnog snopa i mjerenja prostorne razlučivosti (5×12 μm^2) analizirani su odabrani uzorci u oba načina rada. Halo primarnog snopa, vidljiv i u izmjerenim energijskim spektrima nakon prolaska kroz konusnu kapilaru, smanjuje kontrast u molekularnim mapama i uvelike ograničava primjene ovakvog postava. Alternativno rješenje, kolimiranje kružnom aperturom, pokazuje se boljim za dobivanje jasnijih i pouzdanijih molekularnih mapa različitih uzoraka u vakuumu (otisak prsta, presjek tinti na papiru, presjek moždanog tkiva).

Abstract (english)

In this work, development of MeV TOF SIMS capillary microprobe is presented. There are two modes of operation, depending on a start trigger for TOF measurement: transmission mode for thin targets, where the best-achieved mass resolution is 2500 for mass 575 Da, and electron start mode for any kind of samples, with the best mass resolution of 1400 for the same mass. Despite the lower mass resolution due to the more complex setup, the latter mode makes possible the analysis of a large variety of samples with simpler sample preparation and less background compared to the former. Secondary ion yield measured for different primary ion parameters shows a positive correlation with ion energy, electronic stopping, velocity and charge state in the analyzed energy range. The best achieved lateral resolution is 5×12 μm^2, limited by the primary beam divergence. Beam halo, unavoidable with conical capillaries, significantly reduces the contrast in molecular maps and limits the application of capillary collimation. A setup with a simple round aperture is implemented as an alternative, and molecular maps obtained with this setup show clear advantage to capillary collimation for in-vacuum applications. A major modification and improvement of the current setup would be the replacement of target voltage pulsing with constant extraction.

• Keywords: MeV TOF SIMS; kapilarna mikroproba; prinos sekundarnih iona; sekundarni elektroni; halo snopa; molekularne mape; kolimiranje aperturom
• Keywords (english): MeV TOF SIMS; capillary microprobe; secondary ion yield; secondary electrons; beam halo; molecular maps; aperture collimation
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:879412
• Promotion: 2022
• Study programme: Title: Physics; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika (doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika)
• Type of resource: Text
• Extent: 99 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2022-07-19 13:40:42