二次离子质谱仪理论
简介
二次离子质谱（SIMS）的概念非常简单，一批拥有相同动能的离子按质量对电荷比的顺序飞行经过一条无电磁场的真空管到达离子检测器。该检测器输出电流，以时间为函数，可以很容易地转换成质谱。理论上在可分析的m / z范围值里，它并没有任何限制。
基本原理
指带有几千电子伏特能量的一次离子束入射样品表面，在作用区域激发出不同粒子包括二次电子、中性微粒、二次离子、反射离子等，通过不同的探测器采集不同微粒可得到不同信息，收集二次离子通过质量分析器分析后可得到关于样品表面成分信息的质谱，简称二次离子质谱。
图1 - 上图显示的漂移管
在二次离子质谱仪(SIMS)领域，飞行时间质谱概念上是最简单的一种质谱仪，主要用于分离质量。在飞行时间质谱分析中，脉冲二次离子被加速到特定电压（2至8千电子伏），使所有离子具有大致相同的动能通过无电磁场空间然后到达探测器。
离子化：能量以这样的方式从初级离子被转移到样品表面，在撞击的区域附近，导致有相当表面的范围分裂，造成释放低质量的原子和分子种类。在撞击区域，能量进一步传到基质导致释放出更高质量的分子种类。
静态SIMS：入射电流很低（1 nA/cm2），入射源离子浓度通常是在1012~1013 atoms/cm2左右，只作用单分子层表面（剥离速率0.1 nm/h）几乎对表面没有破坏作用；由于是脉冲作用模式，且电流比较小，所以产生的二次离子比例相对较少，灵敏度相对动态SIMS较弱，但表面分析能力和成像能力比动态SIMS强，通常提到的TOF-SIMS就是指静态SIMS。
TRIFT分析器：TRIFT三重聚焦ESA飞行时间质量分析器的设计可以非常有效地去除亚稳态离子，同时该分析仪具有超大的接收角和能量接收标准，通过采用具有优良离子传输能力的三重聚焦半球形静电分析器可达到高空间分辨率和高质量分辨率。
图2 - TRIFT分析器
时间飞行质谱的应用
分析AlQ3 OLED材料：TRIFT光谱仪所提供的高灵敏度和低背景信号以及结合新的离子源增强了质量高的碎片的检测能力，如AlQ3。
图3 - Alq3的阳离子谱
粗糙表面成像：图4的图像来自高立体角收集模式，以此模式收集的镍或铟离子图像的Mapping对比效果，这模式下可以明显对比出粗糙表面的化学成像图。
| Ni+ |  |
In+ |  |
| 图4 - 最高立体角收集模式下的离子Mapping | |||
总结
（飞行时间质谱仪）已经发展成为一个强大的微观表面分析应用技术。该技术可应用在传统动态SIMS不能应用的领域。(飞行时间质谱仪)具有以下优点：
- 可以在一个几乎无限制的质量范围内同步检测不同的离子；
- 具有很高的高质量分辨率；
- 达到精确质量测定，准确离子传输；
- 分析样品表面的无机和有机污染物，同时具有微米和亚微米的分辨能力。