原则

       飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS：飞行时间二元体）是一种利用飞行时间差（飞行时间与重量平方根成正比）对固体样品照射离子束（初级离子）并从表面释放的离子（二次离子）进行质量分离的方法。TOF-SIMS 以非常高的检测灵敏度提供有关样品表面 1 nm 或更小深度的元素或分子物种的信息。 照射到表面一次离子的每单位面积的个数约为 1012 ions/cm2 个以下（硅表面原子数为 1015 atoms/cm2 少量，几乎无损分析是可能的。

激发源（初级离子枪）

       在 TOF-SIMS 中，液态金属离子枪（LMIG：液体离子枪）具有亚微米的探针直径，可产生数百皮秒的短脉冲，被广泛用作初级离子源。 在 LMIG 中，有三种类型的离子源可供选择：Ga、Au 和 Bi。 虽然所有 Ga 离子束都是一个量体，但 Au 或 Bi 离子束含有大量的多聚体离子。 使用多聚体离子可以有效地分析高质量分子。Ga 离子适用于低质量区域（主要是元素）的分析，Au 和 Bi 离子适用于高质量区域（主要是分子）的分析。

充电补偿机制（低能量电子）

       TOF-SIMS 的测量范围可以是导电材料、绝缘材料，也可以是粉末或纤维等样品形式，只要它们可以引入真空。 测量绝缘体时，可同时照射初级离子和脉冲低能电子，以防止样品因初级离子照射而带电。

二次离子检测系统（TRIFT™型分析仪）

       从固体表面释放的二次离子具有从几 eV 到几十 eV 的能量分布和广泛的发射角，即使质量相同，到达探测器的时间也会不同。 在 TRIFT 型分析仪中，高能离子在轨道外运行，以补偿能量差异引起的飞行时差。 此外，由于二次离子可以以广角捕获，因此即使对于约 100 μm 的不规则性，也可以获得阴影较少的图像。