Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) is used widely throughout industrial and academic research due to the high information content of the chemically specific data it produces. Modern ToF-SIMS instruments can generate high mass resolution data that can be displayed as spectra and images (2D and 3D). This enables determining the distribution of molecules across and into a surface and provides access to information not obtainable from other methods. With this detailed chemical information comes a steep learning curve in how to properly acquire and interpret the data. This Tutorial is aimed at helping ToF-SIMS users to plan for and collect ToF-SIMS data. The second Tutorial in this series will cover how to process, display, and interpret ToF-SIMS data.
REFERENCES
1.
S.
Rinnen
, C.
Stroth
, A.
Risse
, C.
Ostertag-Henning
, and H. F.
Arlinghaus
, Appl. Surf. Sci.
349
, 622
(2015
). 2.
S. C.
Chelgani
and B.
Hart
, Miner. Eng.
57
, 1
(2014
). 3.
T.
Stephan
, Planet. Space Sci.
49
, 859
(2001
). 4.
M. S.
Wagner
and D. G.
Castner
, Appl. Surf. Sci.
231–232
, 366
(2004
). 5.
M. S.
Wagner
, M.
Shen
, T. A.
Horbett
, and D. G.
Castner
, Appl. Surf. Sci.
203–204
, 704
(2003
). 6.
S.
Muramoto
, D. J.
Graham
, M. S.
Wagner
, T. G.
Lee
, D. W.
Moon
, and D. G.
Castner
, J. Phys. Chem. C
115
, 24247
(2011
). 7.
M. S.
Wagner
, T. A.
Horbett
, and D. G.
Castner
, Langmuir
19
, 1708
(2003
). 8.
H.
Wang
, D. G.
Castner
, B. D.
Ratner
, and S.
Jiang
, Langmuir
20
, 1877
(2004
). 9.
R. N.
Foster
, E. T.
Harrison
, and D. G.
Castner
, Langmuir
32
, 3207
(2016
). 10.
R.
Michel
and D. G.
Castner
, Surf. Interface Anal.
38
, 1386
(2006
). 11.
L. J.
Gamble
, D. J.
Graham
, B.
Bluestein
, N. P.
Whitehead
, D.
Hockenbery
, F.
Morrish
, and P.
Porter
, Biointerphases
10
, 019008
(2015
). 12.
K.
Chughtai
and R. M. A.
Heeren
, Chem. Rev.
110
, 3237
(2010
). 13.
C.
Bich
, D.
Touboul
, and A.
Brunelle
, Mass Spectrom. Rev.
33
, 442
(2014
). 14.
S.
Yoon
and T. G.
Lee
, Nano Converg.
5
, 24
(2018
). 15.
P.
Agüi-Gonzalez
, S.
Jähne
, and N. T. N.
Phan
, J. Anal. At. Spectrom.
34
, 1355
(2019
). 16.
E. S. F.
Berman
, S. L.
Fortson
, K. D.
Checchi
, L.
Wu
, J. S.
Felton
, K. J. J.
Wu
, and K. S.
Kulp
, J. Am. Soc. Mass Spectrom.
19
, 1230
(2008
). 17.
J.
Brison
, D. S. W.
Benoit
, S.
Muramoto
, M.
Robinson
, P. S.
Stayton
, and D. G.
Castner
, Surf. Interface Anal.
43
, 354
(2011
). 18.
J. S.
Fletcher
, Biointerphases
10
, 018902
(2015
). 19.
A. M.
Piwowar
, S.
Keskin
, M. O.
Delgado
, K.
Shen
, J. J.
Hue
, I.
Lanekoff
, A. G.
Ewing
, and N.
Winograd
, Surf. Interface Anal.
45
, 302
(2013
). 20.
J.
Malm
, D.
Giannaras
, M. O.
Riehle
, N.
Gadegaard
, and P.
Sjovall
, Anal. Chem.
81
, 7197
(2009
). 21.
A. G.
Shard
et al, J. Phys. Chem. B
119
, 10784
(2015
). 22.
C.
Trouiller
, T.
Signamarcheix
, M.
Juhel
, S.
Petitdidier
, H.
Fontaine
, M.
Veillerot
, L.F.Tz.
Kwakman
, and C.
Wyon
, AIP Conf. Proc.
788
, 584
(2005
). 23.
D.
Lu
, Z.-Q.
Mo
, Z.-X.
Xing
, and D.
Gui
, Appl. Surf. Sci.
233
, 352
(2004
). 24.
F.
Zanderigo
, S.
Ferrari
, G.
Queirolo
, C.
Pello
, and M.
Borgini
, Mater. Sci. Eng., B
73
, 173
(2000
). 25.
Y.
Yokoyama
, T.
Kawashima
, M.
Ohkawa
, H.
Iwai
, and S.
Aoyagi
, Surf. Interface Anal.
47
, 439
(2015
). 26.
F.
Liu
, M.
Dubey
, H.
Takahashi
, D. G.
Castner
, and D. W.
Grainger
, Anal. Chem.
82
, 2947
(2010
). 27.
S.
Aoyagi
, A.
Rouleau
, and W.
Boireau
, Appl. Surf. Sci.
255
, 1071
(2008
). 28.
J. S.
Apte
, G.
Collier
, R. A.
Latour
, L. J.
Gamble
, and D. G.
Castner
, Langmuir
26
, 3423
(2010
). 29.
J. E.
Baio
, T.
Weidner
, L.
Baugh
, L. J.
Gamble
, P. S.
Stayton
, and D. G.
Castner
, Langmuir
28
, 2107
(2012
). 30.
F.
Draude
, A.
Pelster
, M.
Korsgen
, R.
Kassenbohmer
, T.
Schwerdtle
, J.
Muthing
, and H. F.
Arlinghaus
, Surf. Interface Anal.
46
, 127
(2014
). 31.
A.
Palmquist
, L.
Emanuelsson
, and P.
Sjovall
, Appl. Surf. Sci.
258
, 6485
(2012
). 32.
F.
Kollmer
, W.
Paul
, M.
Krehl
, and E.
Niehuis
, Surf. Interface Anal.
45
, 312
(2013
). 33.
J.
Brison
, S.
Muramoto
, and D. G.
Castner
, J. Phys. Chem. C
114
, 5565
(2010
). 34.
D.
Briggs
, A.
Brown
, and J. C.
Vickerman
, Handbook of Static Secondary ion Mass Spectrometry
(John Wiley & Sons
, Chichester, 1989
).35.
J. C.
Vickerman
and D.
Briggs
, ToF-SIMS: Surface Analysis by Mass Spectrometry
(IM, Chichester, 2001).36.
J. C.
Vickerman
, “Molecular surface mass spectrometry by SIMS
,” in Surface Analysis—The Principal Techniques
(John Wiley & Sons, Ltd
, Chichester, 2009
), pp. 113
–205
.37.
P.
van der Heide
, Secondary Ion Mass Spectrometry: An Introduction to Principles and Practices
(Wiley
, New York
, 2014
), see https://www.wiley.com/en-us/Secondary+Ion+Mass+Spectrometry%3A+An+Introduction+to+Principles+and+Practices-p-9781118480489.38.
D.
Breitenstein
, B.
Hagenhoff
, and A.
Schnieders
, “Biomolecular analysis by time-of-flight secondary Ion mass spectrometry (ToF-SIMS)
,” in Surface Analysis and Techniques in Biology
, edited by V. S.
Smentkowski
(Springer International Publishing
, Cham
, 2014
), pp. 37
–70
.39.
J.
Kozole
and N.
Winograd
, “Cluster secondary Ion mass spectrometry
,” in Surface Analysis and Techniques in Biology
, edited by V. S.
Smentkowski
(Springer International Publishing
, Cham
, 2014
), pp. 71
–98
.40.
J. L.
Denbigh
and N. P.
Lockyer
, Mater. Sci. Technol.
31
, 137
(2015
). 41.
P.-M.
Vaysse
, R. M. A.
Heeren
, T.
Porta
, and B.
Balluff
, Analyst
142
, 2690
(2017
). 42.
N.
Winograd
, Annu. Rev. Anal. Chem.
11
, 29
(2018
). 43.
A. M.
Belu
, D. J.
Graham
, and D. G.
Castner
, Biomaterials
24
, 3635
(2003
). 44.
G. L.
Fisher
, J. S.
Hammond
, P. E.
Larson
, S. R.
Bryan
, and R. M. A.
Heeren
, J. Vac. Sci. Technol. B
34
, 03H126
(2016
). 45.
R.
Hill
, P.
Blenkinsopp
, S.
Thompson
, J.
Vickerman
, and J. S.
Fletcher
, Surf. Interface Anal.
43
, 506
(2011
). 46.
M. K.
Passarelli
et al, Nat. Methods
14
, 1175
(2017
). 47.
K. H.
Becker
and V.
Tarnovsky
, Plasma Sources Sci. Technol.
4
, 307
(1995
). 48.
M.
Körsgen
, B. J.
Tyler
, A.
Pelster
, D.
Lipinsky
, K.
Dreisewerd
, and H. F.
Arlinghaus
, Biointerphases
11
, 02A318
(2016
). 49.
M.
Dubey
, J.
Brison
, D. W.
Grainger
, and D. G.
Castner
, Surf. Interface Anal.
43
, 261
(2011
). 50.
T. B.
Angerer
, D.
Velickovic
, C. D.
Nicora
, J. E.
Kyle
, D. J.
Graham
, C.
Anderton
, and L. J.
Gamble
, Anal. Chem.
91
, 15073
(2019
). 51.
D. J.
Graham
and B. D.
Ratner
, Langmuir
18
, 5861
(2002
). 52.
N. J.
Popczun
, L.
Breuer
, A.
Wucher
, and N.
Winograd
, J. Am. Soc. Mass Spectrom.
28
, 1182
(2017
). 53.
B. J.
Garrison
, Z. J.
Schiffer
, P. E.
Kennedy
, and Z.
Postawa
, Surf. Interface Anal.
45
, 14
(2013
). 54.
D. A.
Brenes
, Z.
Postawa
, A.
Wucher
, P.
Blenkinsopp
, B. J.
Garrison
, and N.
Winograd
, Surf. Interface Anal.
45
, 50
(2013
). 55.
A. G.
Shard
, S. J.
Spencer
, S. A.
Smith
, R.
Havelund
, and I. S.
Gilmore
, Int. J. Mass Spectrom.
377
, 599
(2015
). 56.
R. G.
Cooks
and K. L.
Busch
, Int. J. Mass Spectrom.
53
, 111
(1983
). 57.
K.
Takahashi
, S.
Aoyagi
, and T.
Kawashima
, Surf. Interface Anal.
49
, 721
(2017
). 58.
J. E.
Baio
, D. J.
Graham
, and D. G.
Castner
, Chem. Soc. Rev.
49
, 3278
(2020
). 59.
S.
Muramoto
, J.
Brison
, and D. G.
Castner
, Anal. Chem.
84
, 365
(2012
). 60.
M. A.
Robinson
and D. G.
Castner
, Biointerphases
8
, 15
(2013
). 61.
H.
Nygren
, C.
Eriksson
, P.
Malmberg
, H.
Sahlin
, L.
Carlsson
, J.
Lausmaa
, and P.
Sjovall
, Colloid Surf., B
30
, 87
(2003
). 62.
J. L. S.
Lee
, I. S.
Gilmore
, M. P.
Seah
, and I. W.
Fletcher
, J. Am. Soc. Mass Spectrom.
22
, 1718
(2011
).63.
J. L. S.
Lee
, I. S.
Gilmore
, M. P.
Seah
, A. P.
Levick
, and A. G.
Shard
, Surf. Interface Anal.
44
, 238
(2012
). 64.
S.
Rangarajan
and B. J.
Tyler
, J. Vac. Sci. Technol. A
24
, 1730
(2006
). 65.
M. J.
Taylor
, H.
Aitchison
, M. J.
Hawker
, M. N.
Mann
, E. R.
Fisher
, D. J.
Graham
, and L. J.
Gamble
, Biointerphases
13
, 03B415
(2018
). 66.
D. M.
Wang
, G.
Poologasundarampillai
, W.
van den Bergh
, R. J.
Chater
, T.
Kasuga
, J. R.
Jones
, and D. S.
McPhail
, Biomed. Mater.
9
, 015013
(2014
). 67.
M. J.
Taylor
, D. J.
Graham
, and L. J.
Gamble
, J. Biomed. Mater. Res. Part A
107
, 2195
(2019
). 68.
S. P.
Harvey
, J.
Messinger
, K.
Zhu
, J. M.
Luther
, and J. J.
Berry
, Adv. Energy Mater.
10
, 1903674
(2020
). 69.
I. S.
Gilmore
and M. P.
Seah
, Appl. Surf. Sci.
203–204
, 600
(2003
). 70.
C.
Zhou
, A.
Trionfi
, J. W. P.
Hsu
, and A. V.
Walker
, J. Phys. Chem. C
114
, 9362
(2010
). 71.
R.
Havelund
, M. P.
Seah
, A. G.
Shard
, and I. S.
Gilmore
, J. Am. Soc. Mass Spectrom.
25
, 1565
(2014
). 72.
T. L.
Colliver
, C. L.
Brummel
, M. L.
Pacholski
, F. D.
Swanek
, A. G.
Ewing
, and N.
Winograd
, Anal. Chem.
69
, 2225
(1997
). 73.
M.
Taylor
, D.
Scurr
, M.
Lutolf
, L.
Buttery
, M.
Zelzer
, and M.
Alexander
, Biointerphases
11
, 02A301
(2016
). 74.
R.
Metzner
, H. U.
Schneider
, U.
Breuer
, and W. H.
Schroeder
, Plant Physiol.
147
, 1774
(2008
). 75.
S.
Rabbani
, A. M.
Barber
, J. S.
Fletcher
, N. P.
Lockyer
, and J. C.
Vickerman
, Anal. Chem.
83
, 3793
(2011
). 76.
S. S.
Rabbani
, I. B.
Razo
, T.
Kohn
, N. P.
Lockyer
, and J. C.
Vickerman
, Anal. Chem.
87
, 2367
(2015
). 77.
J. G.
Son
, S.
Yoon
, H. K.
Shon
, J. H.
Moon
, S.
Joh
, and T. G.
Lee
, Biointerphases
15
, 021011
(2020
). 78.
J.
Cheng
, J.
Kozole
, R.
Hengstebeck
, and N.
Winograd
, J. Am. Soc. Mass Spectrom.
18
, 406
(2007
). 79.
N.
Wehbe
, T.
Tabarrant
, J.
Brison
, T.
Mouhib
, A.
Delcorte
, P.
Bertrand
, R.
Moellers
, E.
Niehuis
, and L.
Houssiau
, Surf. Interface Anal.
45
, 178
(2013
). 80.
Y.
Yokoyama
et al, Anal. Chem.
88
, 3592
(2016
). 81.
S.
Sheraz
, H.
Tian
, J. C.
Vickerman
, P.
Blenkinsopp
, N.
Winograd
, and P.
Cumpson
, Anal. Chem.
91
, 9058
(2019
). 82.
J.
Bailey
, R.
Havelund
, A. G.
Shard
, I. S.
Gilmore
, M. R.
Alexander
, J. S.
Sharp
, and D. J.
Scurr
, ACS Appl. Mater. Interfaces
7
, 2654
(2015
). 83.
A.
Wucher
, J.
Cheng
, L.
Zheng
, and N.
Winograd
, Anal. Bioanal. Chem.
393
, 1835
(2009
). 84.
N.
Winograd
, Surf. Interface Anal.
45
, 3
(2013
). 85.
D. J.
Graham
and L. J.
Gamble
, Biointerphases
13
, 06E402
(2018
). 86.
D.
Rading
, R.
Moellers
, H.-G.
Cramer
, and E.
Niehuis
, Surf. Interface Anal.
45
, 171
(2013
). 87.
S.
Ninomiya
, K.
Ichiki
, H.
Yamada
, Y.
Nakata
, T.
Seki
, T.
Aoki
, and J.
Matsuo
, J. Surf. Anal.
15
, 275
(2009
). 88.
H.
Gnaser
, K.
Ichiki
, and J.
Matsuo
, Surf. Interface Anal.
45
, 138
(2013
). 89.
M.
Suzuki
, M.
Nojima
, M.
Fujii
, T.
Seki
, and J.
Matsuo
, Surf. Interface Anal.
46
, 1212
(2014
). 90.
S.
Muramoto
, J.
Brison
, and D. G.
Castner
, Surf. Interface Anal.
43
, 58
(2011
). 91.
M. P.
Seah
, J. Phys. Chem. C
117
, 12622
(2013
). 2023 Published under an exclusive license by the AVS.
2023
Author(s)
You do not currently have access to this content.
