Desarrollo instrumental en descargas luminiscentes con detección por espectrometría de masasaplicación al análisis de capas delgadas y heterogeneidades en vidrios

Resumen

La creciente evolución en el desarrollo de nuevos materiales con tratamientos encaminados a mejorar las cualidades de los ya existentes, ha motivado la necesidad de disponer de técnicas de análisis directo de sólidos cada vez más potentes que permitan correlacionar las características de estos materiales con su composición, la distribución de los constituyentes, etc. Por este motivo, en la actualidad resulta de gran interés el desarrollo y la mejora de las técnicas existentes para el análisis directo de sólidos. En este sentido, en los últimos años, el acoplamiento de la descarga luminiscente con la espectrometría de masas de tiempo de vuelo ha abierto nuevas expectativas. En este contexto, en la presente Tesis Doctoral se ha investigado la descarga luminiscente de radiofrecuencia con detección por espectrometría de masas de tiempo de vuelo (rf GD TOFMS) con el objetivo de mejorar las prestaciones de la técnica y ampliar su campo de aplicación a muestras de diversa naturaleza. El prototipo de rf GD TOFMS empleado ha sido desarrollado en el marco del proyecto europeo titulado: New Elemental and Molecular Depth Profiling Analysis of Advanced Materials by Modulated Radiofrequency Glow Discharge Time of Flight Mass Spectrometry (STREP NMP Nº032202). Dicho proyecto tenía como fin último el desarrollo, puesta a punto y comercialización de un equipo GD TOFMS competitivo en cuanto a prestaciones analíticas y costes. En el primer capítulo se ha llevado a cabo el diseño y la posterior evaluación analítica de una nueva cámara de descarga luminiscente fácilmente acoplable a la interfase de un nuevo sistema de espectrometría de masas de tiempo de vuelo. Tras una adecuada optimización de las características del diseño y de las condiciones de operación en modo de radiofrecuencia continua y pulsada, la cámara desarrollada ha mostrado su potencial para el análisis de sólidos homogéneos (tanto conductores como aislantes) y de muestras con recubrimientos delgados proporcionando alta sensibilidad y buena resolución en profundidad. En el segundo capítulo se ha investigado la descarga luminiscente de radiofrecuencia pulsada desde un punto de vista fundamental. Con objeto de identificar los procesos de ionización que tienen lugar a lo largo del pulso, se ha estudiado el comportamiento de las señales iónicas en las distintas regiones temporales prestando especial atención a la región del afterglow ya que es la más interesante desde el punto de vista analítico. Además, se ha estudiado el efecto que ejerce en términos de sensibilidad y mecanismos de ionización la presencia de ciertos gases como He o Ne en el plasma. Adicionalmente, se ha valorado el papel que juega la geometría de la cámara sobre los procesos de ionización que tienen lugar en la descarga. Finalmente, en el último capítulo se amplia el campo de aplicación de la GD, habitualmente empleada para sólidos, para el análisis de componentes gaseosos. En este sentido, se han investigado las capacidades analíticas del instrumento de rf GD TOFMS para el análisis de pequeños volúmenes de muestras gaseosas, llevando a cabo una optimización del sistema para el análisis de este tipo de muestras. Una vez probado el potencial de la técnica para el análisis de pequeños volúmenes de gas, se ha desarrollado una metodología basada en la técnica rf GD TOFMS para el análisis de burbujas de pequeño tamaño en vidrios de fabricación industrial.