二次离子质谱仪的分类

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。

仪器分类

该领域Z常用的SIMS仪器有三种基本类型，每种类型使用不同的质量分析仪：

1.四级棒式二次离子质谱仪

因为这些仪器的质量分辨率相对有限（单位质量分辨率无法解析每个峰的质量），所以这些仪器变得越来越稀有。四级棒使用共振电场，在该共振电场中，只有特定质量的离子在整个振荡场中是稳定的。与扇形磁场仪器类似，这些仪器需要在高离子电流下运行，一般被叫做“动态二次离子质谱”仪器（例如，用于溅射深度分析和/或用于总固体样品分析）。

现在，虽然这些设计在SIMS世界中Z常见，然而依然有许多令人兴奋的新设计涌现出，它们可能在未来扮演更重要的角色。这些新设计包括各种质谱仪中的连续离子束设计（例如使用四极或飞行时间质谱仪的串联质谱（MS-MS）分析）以及傅立叶变换离子回旋共振（FT- ICR），其分辨率达到或超过一百万。

2.飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）

在这种类型的质谱仪中，次级离子被提取到无场漂移管中，并沿着给定的飞行路径到达离子检测器。因为给定离子的速度与质量成反比，所以其飞行时间将相应地发生变化，较重的离子比较轻的离子晚到达检测器。这样的质谱仪能够同时以优异的质量分辨率检测给定极性的所有次级离子。

另外，因为此类质谱仪被设计为利用在极低电流（pA范围）下运行的脉冲离子束，因此可用于进行易受离子引起的化学损伤的表面，绝缘体和软质材料的分析。

3.扇形磁场二次离子质谱仪

扇形场二次离子质谱仪一般使用静电场和扇形场分析仪来分析溅射二次离子的速度和质量。扇形磁场使电子束偏转，因此较轻的离子比重的离子有更大的偏转，并且较重的离子具有的动量更大。因此，不同质量的离子将分离为不同的光束。静电场还用于次级光束中，来使色差消除。这些仪器具有较高的工作电流和连续光束，所以对于深度分析非常有用。然而，当这些仪器用于表面分析和表征容易带电和/或损坏的样品时，这些仪器无法正常工作。