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。

儀器分類

該領(lǐng)域Z常用的SIMS儀器有三種基本類型，每種類型使用不同的質(zhì)量分析儀：

1.四級(jí)棒式二次離子質(zhì)譜儀

因?yàn)檫@些儀器的質(zhì)量分辨率相對(duì)有限（單位質(zhì)量分辨率無(wú)法解析每個(gè)峰的質(zhì)量），所以這些儀器變得越來(lái)越稀有。四級(jí)棒使用共振電場(chǎng)，在該共振電場(chǎng)中，只有特定質(zhì)量的離子在整個(gè)振蕩場(chǎng)中是穩(wěn)定的。與扇形磁場(chǎng)儀器類似，這些儀器需要在高離子電流下運(yùn)行，一般被叫做“動(dòng)態(tài)二次離子質(zhì)譜”儀器（例如，用于濺射深度分析和/或用于總固體樣品分析）。

現(xiàn)在，雖然這些設(shè)計(jì)在SIMS世界中Z常見(jiàn)，然而依然有許多令人興奮的新設(shè)計(jì)涌現(xiàn)出，它們可能在未來(lái)扮演更重要的角色。這些新設(shè)計(jì)包括各種質(zhì)譜儀中的連續(xù)離子束設(shè)計(jì)（例如使用四極或飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的串聯(lián)質(zhì)譜（MS-MS）分析）以及傅立葉變換離子回旋共振（FT- ICR），其分辨率達(dá)到或超過(guò)一百萬(wàn)。

2.飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀（TOF-SIMS）

在這種類型的質(zhì)譜儀中，次級(jí)離子被提取到無(wú)場(chǎng)漂移管中，并沿著給定的飛行路徑到達(dá)離子檢測(cè)器。因?yàn)榻o定離子的速度與質(zhì)量成反比，所以其飛行時(shí)間將相應(yīng)地發(fā)生變化，較重的離子比較輕的離子晚到達(dá)檢測(cè)器。這樣的質(zhì)譜儀能夠同時(shí)以優(yōu)異的質(zhì)量分辨率檢測(cè)給定極性的所有次級(jí)離子。

另外，因?yàn)榇祟愘|(zhì)譜儀被設(shè)計(jì)為利用在極低電流（pA范圍）下運(yùn)行的脈沖離子束，因此可用于進(jìn)行易受離子引起的化學(xué)損傷的表面，絕緣體和軟質(zhì)材料的分析。

3.扇形磁場(chǎng)二次離子質(zhì)譜儀

扇形場(chǎng)二次離子質(zhì)譜儀一般使用靜電場(chǎng)和扇形場(chǎng)分析儀來(lái)分析濺射二次離子的速度和質(zhì)量。扇形磁場(chǎng)使電子束偏轉(zhuǎn)，因此較輕的離子比重的離子有更大的偏轉(zhuǎn)，并且較重的離子具有的動(dòng)量更大。因此，不同質(zhì)量的離子將分離為不同的光束。靜電場(chǎng)還用于次級(jí)光束中，來(lái)使色差消除。這些儀器具有較高的工作電流和連續(xù)光束，所以對(duì)于深度分析非常有用。然而，當(dāng)這些儀器用于表面分析和表征容易帶電和/或損壞的樣品時(shí)，這些儀器無(wú)法正常工作。