辉光放电质谱仪的原理

一种将辉光放电源当作离子源并且和质谱仪器联接行质谱测定的分析方法，被称为辉光放电质谱法，英文名：glow discharge mass spectrometry，简称为GDMS。GDMS应用于多个学科领域，作用举足轻重，在材料科学领域，GDMS已经变成了无机固体材料，特别是高纯材料杂质成分分析的强有力方法。GDMS已经变成了反应性和非反应性等离子体沉积过程的控制和表征的工具。

原理

将大约10-1000帕压力的惰性气体通入到放电池中，将一个电场施加于阳极与阴极之间。当电压达到足够高时，会击穿电离惰性气体。在电场作用下，电离产生的大量电子和正离子分别往相反方向加速，特征的辉光在大量电子与气体原子的碰撞过程被辐射出来，使得“负辉区”在放电池中形成。正离子则对阴极（样品）表面进行撞击，利用动能传递使阴极发生溅射。

阴极材料的原子、原子团为阴极溅射的产物，也会有二次离子和二次电子产生。样品的深度分析是以阴极的溅射过程作为理论基础的，同时阴极的溅射过程也是样品原子的产生途径。辉光放电的机制由于大量的原子、离子和电子对等离子体中的碰撞过程进行参与，而变得非常复杂。“负辉区”和“阴极暗区”这两个对样品分析的区域在辉光放电形成的众多区域中显得尤为重要。阴极暗区是一个在阴极表面附近的薄层区域，正离子密度比较高，施加于这个区域的电压降几乎为整个辉光放电的全部的电压降。负辉区几乎是一个无场的区域，辉光放电的大部分容积通常由其占着，传导电流的作用由电子承担着。，所以溅射产生的二次离子通常会往电极表面拉回，从而使沉积形成从而使得从阴极暗区通过变得非常的困难。那么中性的原子就会从负辉区通过而离子化或者被激发，当然也有在频繁的碰撞过程中返回的可能性，此作为辉光放电的特点，非常的明显。使固体样品中具有代表性组成的原子产生同时产生这些原子的激发态和离子态的能力为辉光放电源所具有。所以辉光放电不仅能够作为光源，也能够作为离子源，在固态样品的含量和深度分析中得到了非常广泛的应用。阴极溅射和彭宁电离这两个重要的优点为辉光放电为质谱分析所提供。在电离出被溅出原子进入质谱分析中，彭宁离子化过程的作用至关重要，一种直接从固体样品中获得大批具有代表性组成的原子的手段为阴极溅射所提供。