静态二次离子质谱（TOF-SIMS）

原理：利用高能脉冲一次离子束（常用Bi₃⁺、Au₃⁺、C₆₀⁺等团簇离子源）轰击样品表面，在静态条件下（一次离子剂量≤10¹² ions/cm²，确保仅分析最外层单分子层而不破坏深层结构），使表层原子、分子及分子碎片通过溅射过程脱离表面并离子化，形成二次离子。二次离子经飞行时间质量分析器（TOF）按质荷比（m/z）分离检测。飞行时间质量分析器具备高质量分辨率、无限质量范围及高传输效率，可同时检测所有质量数的离子，获得样品最表层（0.5–2 nm）的元素、分子及分子碎片信息。结合离子束扫描或样品台移动，可进行微区分析（空间分辨率可达50–100 nm）及面分布成像，揭示样品表面化学成分的空间分布。

分析对象：固态材料表面，涵盖金属、合金、半导体、陶瓷、玻璃、高分子聚合物、薄膜、涂层、生物组织、单细胞、纸张、文物、药物制剂等。可检测元素（H-U）、同位素、分子离子、聚合物碎片、有机官能团、污染物等，尤其擅长分析轻元素（H、Li、B、C、N、O、F等）及有机分子信息。

应用领域：材料科学（表面改性、涂层成分与均匀性、界面反应、腐蚀层分析、摩擦学表面膜）；半导体与微电子（芯片表面污染物鉴定、掺杂剂分布、超浅层分析）；生物医学（生物组织切片分子成像、单细胞表面化学、药物分布）；高分子与复合材料（表面官能团种类、聚合物共混物相分离、添加剂与抗氧剂分布）；能源材料（电池电极表面SEI膜组分、催化剂表面活性位点）；文物保护（古器物表面有机/无机残留物鉴定、腐蚀产物分析）；失效分析（微量污染物溯源、表面缺陷化学鉴别）；纳米材料（纳米颗粒表面修饰、核壳结构壳层成分）。