a. Surface Lab 6

Surface Lab 6 est la suite de logiciel de contrôle, d’acquisition et de retraitement du spectromètre de masse TOF-SIMS développée par ION-TOF GmbH. La partie faisant interface entre l’ordinateur et l’instrument permet de déplacer le porte échantillon, les paramètres d’acquisition, mesurer le courant d’ions primaires, etc… Lorsqu’une acquisition est lancée, le logiciel crée un fichier ayant une extension .itm pour « ion tof measurement ». La Figure 35 montre l’organisation des données pour le logiciel Surface Lab 6. Le fichier .itm contient tous les paramètres d’acquisition, c’est le fichier brut de l’acquisition (fichier « raw »). Il contient tous les spectres référencés avec leurs coordonnées x,y. Le faisceau d’ions primaires pouvant balayer la surface plusieurs fois, le logiciel incrémente tous les spectres scan après scan. Cela permet par la suite de reconstruire l’acquisition pour un certain nombre de balayages voulus. Il est aussi possible d’ajouter une image optique, par exemple préalablement enregistrée à l’aide d’un microscope optique et d’ajouter celle-ci dans le fichier. De plus, il est aussi possible d’aligner celle-ci sur l’image vidéo de l’instrument. Les fichiers utilisés pour le retraitement des données sont distincts et ont pour extension .ita pour « ion tof analysis ». Ce fichier permet de travailler sur les spectres, images et profils et de les exporter sous format .its pour « ion tof spectrum », .iti pour « ion tof image » et .itp pour « ion tof profile ». Les retraitements et analyses sont réalisés par le logiciel Measurement

Explorer, avec les modules spectra, images et profiles, tous inclus dans la suite Surface

45 Figure 35 : Schéma de l’organisation des données d’une acquisition TOF-SIMS. Cette figure provient des fichiers

d’aide du logiciel du constructeur.

Measurement Explorer - Spectra

Le logiciel Surface Lab 6 permet d’étalonner les spectres, de rechercher et de comparer le spectre acquis avec celui d’une bibliothèque, de mesurer la largeur du pic à mi-hauteur (en nanosecondes), la résolution en masse à mi-hauteur (FWHM pour

full width at half maximum), d’annoter un spectre à une formule chimique pour

déterminer l’erreur standard en ppm. Une des fonctions essentielles est la sélection de pics d’intérêt pour en extraire des images. Une autre option est la correction de Poisson : C’est une méthode de correction des spectres permettant de corriger l’aire des pics en prenant en compte le fait que le discriminateur, qui est un module électronique située entre le détecteur et le convertisseur temps-numérique, ne peut pas détecter plus d’un ion d’une masse donnée à chaque impulsion d’ion primaire. Comme la distribution d’émission ionique suit la loi statistique de Poisson, l’aire des pics peut être corrigée par la formule suivante [83] :

𝐴_{𝐶𝑜𝑟𝑟} = −𝑁 ∙ 𝑙𝑛 (1 −^{𝐴𝐸𝑥𝑝}

𝑁 ⁾ Équation 18

Avec Acorr : L’aire corrigée, AExp : L’aire mesurée et N : Le nombre d’impulsions d’ions primaires. Cette correction est valable tant que les intensités des ions ne sont pas trop importantes, en pratique inférieures à 0,5 ion par impulsion d’ion primaire.

Measurement Explorer - Images

La Figure 36 montre un exemple d’image ionique TOF-SIMS. Celle-ci a été acquise à la surface d’une coupe de cervelet de rat. Une barre d’échelle indique les dimensions de l’image. Cette image représente en couleur, pour un ion sélectionné, son intensité sur toute la surface. Les couleurs bleue et magenta représentent des pixels peu intenses, là où peu d’ions ont été détectés, contrairement à la couleur jaune qui représente des pixels où plus d’ions ont été détectés. La première ligne correspond au au rapport masse sur charge de l’ion, ici

État de l’art

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l’ion détecté. La troisième ligne présente les valeurs du MC pour max count, qui correspond à l’amplitude de l’échelle d’intensité, c’est-à-dire la valeur du pixel le plus intense, ainsi que le

total count (TC) qui est le nombre de coups pour toute l’image. La valeur du total count

correspond aussi à l’aire du pic sélectionné pour la reconstruction de l’image.

Figure 36 : Exemple d’une image reconstruite avec Measurement Explorer – Images. Opérations sur les images

Les opérations pouvant être appliquées aux images sont les suivantes :

 Modification de la valeur du max count : Cela permet d’augmenter le contraste apparent de l’image.

 Superposition d’images : Cette fonction permet de comparer directement plusieurs images. L’échelle de couleur de chaque image est un gradient permettant de garder l’information sur l’intensité. De plus les superpositions mélangent la couleur des pixels suivant une synthèse additive. Cela permet aussi de garder simultanément la localisation des trois images.

 Line scan : Cette fonction permet de tracer l’intensité d’un ion en fonction de la distance le long d’un segment de droite ou le long d’une bande dont on peut aussi choisir la largeur.

 Addition d’images : Cette fonction permet d’additionner les pixels de différentes images.

 Les régions d’intérêts : La reconstruction de spectre provenant d’une zone d’intérêt dans l’image est une fonction indispensable en imagerie par spectrométrie de masse. Certaines zones de l’image peuvent contenir une signature spectrale différente du spectre de masse total (signal très intense,

47 co-localisation de certains composés etc…). L’obtention du spectre spécifique à cette zone peut révéler la présence de signaux peu intenses dans le spectre de masse total. Ces spectres permettent aussi une quantification relative de certaines espèces ioniques. Le logiciel de traitement de données du TOF-SIMS permet de dessiner des ROI pour region of interest ROI. Deux méthodes permettent de dessiner les régions d’intérêt : manuellement en traçant un polygone point par point autour de la zone désirée ou en utilisant des seuils d’intensité pour ne conserver que les zones les plus intenses de l’image. Ensuite, le logiciel reconstruit un spectre de masse correspondant à la ROI. Ce nouveau spectre permet d’intégrer de nouveaux pics absents ou pas assez intenses dans le spectre de masse total afin de reconstruire les cartes de densité ionique, ou de mesurer l’aire de ces signaux. Cet « aller-retour » entre les images et les spectres issus de ROIs est essentiel et constitue un excellent moyen de découvrir des signaux « perdus » dans le bruit de fond du spectre global reconstitué à partir de tous les pixels de l’image.

Measurement Explorer - Profiles

Ce module permet de reconstituer des profils, c’est-à-dire l’aire d’un pic en fonction du temps ou de la dose d’ions primaires. La pente d’un profil permet de mesurer la section efficace d’endommagement pour un couple ion primaire / ion secondaire donné. Ce module n’a pas été beaucoup employé au cours de ma thèse.