二次離子質譜（Secondary Ion Mass Spectroscopy，SIMS）是一種重要的材料成分分析方法。SIMS技術的原理是以一定能量（通常為幾百至幾萬eV）的初級離子束入射到材料表面，當表面粒子（原子、原子團、官能團、分子等）獲得的能量大於基體結合能時，會發生濺射現象（Sputtering），產生一部分的中性粒子（通常>90%）以及少部分的帶電二次離子（通常<10%），這些二次離子進入到質量分析器檢測即可進行定性分析。
SIMS是一種獲取材料表面資訊的技術，最低可以得到物體表面1nm以內的成分資訊，SIMS技術可以以超低的檢出限（ppm~ppb級別）檢測從H到U的所有元素及同位素資訊，同時還可以獲得原子團、分子碎片等質譜資訊，因此除了用於分析無機物，還可用於有機物分子結構分析。如今，SIMS技術已經廣泛應用於半導體微電子、化學、生物、材料、礦物、醫藥等領域，並且在某些領域成為一種不可替代的技術手段。
SIMS的主要工作模式分為靜態模式（SSIMS）和動態模式（DSIMS）。其中SSIMS模式是指在低電子束能量和低束流密度下，穩定持續的轟擊樣品表面。此時初級離子束帶來的能量只有一小部分用於激發離子，二次離子可以具有長達數小時的弛豫時間。同時靜態SIMS要求環境具備超高真空條件（約10-8Pa），來確保獲得樣品表面單層離子資訊的準確性。這種靜態SIMS的軟電離通常用於分析有機物表面，或者用於分析基體表面有機物汙染。DSIMS模式是指離子束濺射和質譜檢測同時交替進行，在一定濺射速率和濺射時間下，獲得樣品不同深度元素組成的動態剖析。因此，DSIMS相比SSIMS而言需要更大的初級電子束能量和束流密度，對樣品的破壞也會更大。DSIMS模式具備很寬的深度範圍和極高的空間解析度，可以分析1nm到幾十微米深度下元素或原子團的三維空間分佈。
常用的二次離子質譜分析器有磁質譜、四極杆質譜、飛行時間質譜等，其中飛行時間二次離子質譜TOF-SIMS是當前解析度最高的表面分析技術，其特點是在初級離子束的脈衝訊號下，就可以得到全譜，這極大提高了二次離子的利用率，也減少了分析時間和對樣品的破壞性。TOF-SIMS的解析度可以達到104，深度解析度達到1nm，微區解析度達到100nm2，二次離子濃度靈敏度達到ppm級別。下圖為靜態TOF-SIMS分析高分子聚酯得到的官能團分子碎片質譜圖。微源實驗室中德國ION-TOF的先進TOF-SIMS儀器可以提供完善的SIMS技術解決檢測方案。
