二次离子质谱仪的发展

二次离子质谱仪（SIMS）用高能电离轰击样品表面，这导致样品表面上的原子或原子团吸收能量并通过溅射产生二次粒子。这些带电粒子通过质量分析器后，可以获得有关样品表面的信息光谱。 

在传统的SIMS实验中，高能量的一次离子束（如Ga，Cs或Ar离子）在超真空条件下聚焦在固体样品表面上。一次离子束与样品相互作用，二次离子在材料表面溅射并解吸。然后将这些次级离子提取到质量分析仪中，以提供具有分析表面特征的质谱图，并生成有关元素，同位素和分子的信息，其灵敏度范围从PPM到PPB。 SIMS仪器有三种Z基本的类型，每种类型使用不同的质量分析仪。

发展历程

自从邓诺尔（Dunnoyer）首次发现离子在真空中直线运动以来已有100年了。从那时起，分子束的应用一直持续到20世纪至21世纪，为重大技术进步和基础研究奠定了基础，其中分子束作为溅射源的应用就是其中之一。

虽然在19世纪中叶观察到溅射，然而直到1840年代，随着真空技术的发展，Herzog和Viehbock才首次通过实验证明了二次离子溅射。随后，Laegreid和Wehner的实验证明，溅射过程中产生的离子可用于产生次级离子。然后，在1860年代，其他研究人员，例如纳尔逊（Nelson）和西格蒙德（Sigmund），研究了溅射的机理，以使对这种现象的理解更加直观。

虽然TOF分析仪出现得较早，然而因为技术困难，直到1982年才在SIMS仪器设计中使用它。 Mueller和Krishnaswamy领导了为表面分析质谱仪设计TOF的早期工作。他们在原子探针上安装了由Oetjen和Poschenrieder开发的以能量为ZX的TOF分析仪。已故的德国科学家Benni Ghoven及其团队是shou个为SIMS设计此类设备的，现已上市。他们是shou个使用磁偏转质量分析仪和四棒质量分析仪进行s-SIMS研究的人。 TOF-SIMS的开发始于1976年。1979年，制造了TOF-SIMS，称为TOF-SIMSI。随后，他们将TOF-SIMSI上的Poschenrieder质量分析仪转换为反射型分析仪，使质量分辨率提高，并准备了反射TOF-SIMsiI。 1985年，Benninghoven研究小组将Laser-SNMS设备整合到TOOF-SIMS仪器中。可以说，根据Beninghoven教授（芒斯特大学物理系的前任主席和国际二次离子质谱协会主席）的概念，该大学开发了世界上di一个TOOF-SIMS系统，一直持续到当前第五代TOOF-SIMS的开发为止。

到目前为止，二次离子质谱仪系统已经完全脱离了静态二次离子质谱仪的原始概念，并引入了第二条专门剥离的离子束，从而使得空间范围的三维分析得以实现。Z新的分析源为Bi源，能够将原始的Ga源和金源完全替代。该分析源能够分析无机和有机大分子，并且可以在不损失系统空间分辨率的情况下使得质量分辨率极大地提高。 2012年，第二代Bi Source出现，分析仪的EDR功能得到了新开发，这对系统结果的校正和定量分析有很大帮助，而可用于有机大分子和生物的气体簇源也被推出了。分析源的升级是增长Z快的：Ga，Au，Xe，SF5，C60，O，Cs。Bi和GCS（Gas Cluster Source）到目前为止已被广泛使用。

在TOF-SIMS仪器开发的同时，其他类型的SIMS仪器的性能也在不断提高。但是，toF-SIMS在获得高质量解析度后已成为商业二次离子质谱的主流。这主要是由于一次TOF-SIMS离子脉冲能够使质量范围的完整光谱获得，具有很高的离子利用率，高质量的分辨率和良好的灵敏度。除此以外，原则上，TOF-SIMS的检测质量范围不受控制脉冲再应力频率的限制。