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(lèi)型，每種類(lèi)型使用不同的質(zhì)量分析儀。

操作模式

SIMS大概能夠分成兩類(lèi)，包括“靜態(tài)二次離子質(zhì)譜”以及“動(dòng)態(tài)二次離子質(zhì)譜”。盡管從工作原理上來(lái)講，他們的本質(zhì)區(qū)別不大，然而兩種模式的應(yīng)用特點(diǎn)卻有所差異。劃分兩種模式的主要標(biāo)準(zhǔn)為一次離子束流密度大小。通常在在S-SIMS模式下，將一次離子束流控制在1013 離子/cm2，飛行時(shí)間質(zhì)量分析器較為常用。動(dòng)態(tài)二次離子質(zhì)譜就是一次離子束流比10離子/cm2高，雙聚焦質(zhì)量分析器較為常用。

SIMS操作模式能夠分成質(zhì)譜表面譜、成像模式、深度剖析等。其中質(zhì)譜模式有著Z高的質(zhì)量分辨率。對(duì)于各種材料中所含有的元素、材料中的摻雜、污染物中的成分等的鑒別較為常用。二次離子在二維平面上的強(qiáng)度分布，即是二次離子質(zhì)譜成像，能夠?qū)⒊煞值姆植急容^直觀的顯示出來(lái)。使得元素離子、分子碎片或分子離子的形貌獲得。交替式地對(duì)分析樣品表面濺射剝離和對(duì)濺射區(qū)域采集圖譜，即是深度剖析，由深度剖析結(jié)果中能夠使得不同成分沿深度方向的分布得到。能夠使樣品深層或內(nèi)部化學(xué)成分的三維圖像獲得。能夠分析材料或者生物組織微區(qū)成分。

分析物要求

固體或者粉末、纖維、塊狀、片狀、甚至液體（微流控裝置）均能夠作為二次離子的常規(guī)檢測(cè)中用于分析的樣品。若考慮到導(dǎo)電性因素，這些樣品既能夠?yàn)閷?dǎo)電性好的材料，也能夠?yàn)榻^緣體或者半導(dǎo)體。由化學(xué)組成來(lái)看，既能夠?yàn)闊o(wú)機(jī)樣品，如鋼鐵、玻璃、礦石等，也能夠?yàn)橛袡C(jī)樣品，如高分子材料、生物分子。