二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）用高能電離轟擊樣品表面，這導(dǎo)致樣品表面上的原子或原子團(tuán)吸收能量并通過(guò)濺射產(chǎn)生二次粒子。這些帶電粒子通過(guò)質(zhì)量分析器后，可以獲得有關(guān)樣品表面的信息光譜。 

在傳統(tǒng)的SIMS實(shí)驗(yàn)中，高能量的一次離子束（如Ga，Cs或Ar離子）在超真空條件下聚焦在固體樣品表面上。一次離子束與樣品相互作用，二次離子在材料表面濺射并解吸。然后將這些次級(jí)離子提取到質(zhì)量分析儀中，以提供具有分析表面特征的質(zhì)譜圖，并生成有關(guān)元素，同位素和分子的信息，其靈敏度范圍從PPM到PPB。 SIMS儀器有三種Z基本的類型，每種類型使用不同的質(zhì)量分析儀。

發(fā)展歷程

自從鄧諾爾（Dunnoyer）首次發(fā)現(xiàn)離子在真空中直線運(yùn)動(dòng)以來(lái)已有100年了。從那時(shí)起，分子束的應(yīng)用一直持續(xù)到20世紀(jì)至21世紀(jì)，為重大技術(shù)進(jìn)步和基礎(chǔ)研究奠定了基礎(chǔ)，其中分子束作為濺射源的應(yīng)用就是其中之一。

雖然在19世紀(jì)中葉觀察到濺射，然而直到1840年代，隨著真空技術(shù)的發(fā)展，Herzog和Viehbock才首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了二次離子濺射。隨后，Laegreid和Wehner的實(shí)驗(yàn)證明，濺射過(guò)程中產(chǎn)生的離子可用于產(chǎn)生次級(jí)離子。然后，在1860年代，其他研究人員，例如納爾遜（Nelson）和西格蒙德（Sigmund），研究了濺射的機(jī)理，以使對(duì)這種現(xiàn)象的理解更加直觀。

雖然TOF分析儀出現(xiàn)得較早，然而因?yàn)榧夹g(shù)困難，直到1982年才在SIMS儀器設(shè)計(jì)中使用它。 Mueller和Krishnaswamy領(lǐng)導(dǎo)了為表面分析質(zhì)譜儀設(shè)計(jì)TOF的早期工作。他們?cè)谠犹结樕习惭b了由Oetjen和Poschenrieder開發(fā)的以能量為ZX的TOF分析儀。已故的德國(guó)科學(xué)家Benni Ghoven及其團(tuán)隊(duì)是shou個(gè)為SIMS設(shè)計(jì)此類設(shè)備的，現(xiàn)已上市。他們是shou個(gè)使用磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析儀和四棒質(zhì)量分析儀進(jìn)行s-SIMS研究的人。 TOF-SIMS的開發(fā)始于1976年。1979年，制造了TOF-SIMS，稱為TOF-SIMSI。隨后，他們將TOF-SIMSI上的Poschenrieder質(zhì)量分析儀轉(zhuǎn)換為反射型分析儀，使質(zhì)量分辨率提高，并準(zhǔn)備了反射TOF-SIMsiI。 1985年，Benninghoven研究小組將Laser-SNMS設(shè)備整合到TOOF-SIMS儀器中?？梢哉f(shuō)，根據(jù)Beninghoven教授（芒斯特大學(xué)物理系的前任主席和國(guó)際二次離子質(zhì)譜協(xié)會(huì)主席）的概念，該大學(xué)開發(fā)了世界上di一個(gè)TOOF-SIMS系統(tǒng)，一直持續(xù)到當(dāng)前第五代TOOF-SIMS的開發(fā)為止。

到目前為止，二次離子質(zhì)譜儀系統(tǒng)已經(jīng)完全脫離了靜態(tài)二次離子質(zhì)譜儀的原始概念，并引入了第二條專門剝離的離子束，從而使得空間范圍的三維分析得以實(shí)現(xiàn)。Z新的分析源為Bi源，能夠?qū)⒃嫉腉a源和金源完全替代。該分析源能夠分析無(wú)機(jī)和有機(jī)大分子，并且可以在不損失系統(tǒng)空間分辨率的情況下使得質(zhì)量分辨率極大地提高。 2012年，第二代Bi Source出現(xiàn)，分析儀的EDR功能得到了新開發(fā)，這對(duì)系統(tǒng)結(jié)果的校正和定量分析有很大幫助，而可用于有機(jī)大分子和生物的氣體簇源也被推出了。分析源的升級(jí)是增長(zhǎng)Z快的：Ga，Au，Xe，SF5，C60，O，Cs。Bi和GCS（Gas Cluster Source）到目前為止已被廣泛使用。

在TOF-SIMS儀器開發(fā)的同時(shí)，其他類型的SIMS儀器的性能也在不斷提高。但是，toF-SIMS在獲得高質(zhì)量解析度后已成為商業(yè)二次離子質(zhì)譜的主流。這主要是由于一次TOF-SIMS離子脈沖能夠使質(zhì)量范圍的完整光譜獲得，具有很高的離子利用率，高質(zhì)量的分辨率和良好的靈敏度。除此以外，原則上，TOF-SIMS的檢測(cè)質(zhì)量范圍不受控制脈沖再應(yīng)力頻率的限制。