現(xiàn)代飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀（TOF-SIMS）源于上個(gè)世紀(jì)七十年代。它的特點(diǎn)之一是高靈敏度。對(duì)幾乎所有的元素其可測(cè)量濃度都可以達(dá)到ppm（百萬(wàn)分之一）數(shù)量級(jí)，有些可以達(dá)到ppb（十億分之一）量級(jí)。特點(diǎn)之二是高縱向分辨率，一代TOF-SIMS其分辨率可以達(dá)到二至三個(gè)原子層。同時(shí)隨著技術(shù)的改善，分析區(qū)域越來(lái)越小。上述特點(diǎn)使TOF-SIMS在材料的成份、摻雜和雜質(zhì)沾污等方面的分析中擁有不可替代的地位（特別是在微量摻雜和缺陷分析領(lǐng)域幾乎不可替代），TOF-SIMS還可以提供膜層結(jié)構(gòu)深度信息和三維重構(gòu)（3D）信息。
近年來(lái)，TOF-SIMS在生物科技領(lǐng)域應(yīng)用也日益受到重視。TOF-SIMS的高分辨率成像效果，使得納米尺度的單細(xì)胞成像成為可能，國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)在藥物細(xì)胞內(nèi)代謝分析、細(xì)胞分型等領(lǐng)域取得成果。
三重聚焦飛行時(shí)間質(zhì)量分析器：用于接收和傳輸二次離子；其包括三套90º 扇形靜電分析器（ESA)；擁有共點(diǎn)觀察，寬角度能量接收和高景深，提高了質(zhì)量分辨率，對(duì)粗糙、表面不平整（有Patterns) 表面有優(yōu)異靈敏的化學(xué)成像和成分分析能力；
液態(tài)金屬離子槍LMIG可同時(shí)進(jìn)行高質(zhì)量采譜和成像分析：采用HR2模式 （即高質(zhì)量分辨模式下保持高空間分辨模式）的化學(xué)態(tài)/分子成像能力，使之可同時(shí)在高空間分辨和高質(zhì)量分辨下進(jìn)行分析，其使用高分析束流（ i.e. ≥ 1 nA）， 因此分析時(shí)間依然可以控制在短時(shí)間內(nèi)， e.g. ≤ 10 分鐘。
脈沖荷電中和系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)：在分析絕緣材料時(shí)可對(duì)荷電效應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)中和；采用低能量脈沖、聚焦電子槍和超低能量的離子束流進(jìn)行荷電中和使系統(tǒng)適于高分子和玻璃等絕緣材料分析；
全自動(dòng)化分析能力：使用高精度5-軸樣品臺(tái)可在快速進(jìn)樣腔室和分析腔室里運(yùn)行，在進(jìn)樣腔室里可直接把樣品托安裝在樣品臺(tái)上；從進(jìn)樣腔室到分析室全自動(dòng)控制，無(wú)需手動(dòng)傳輸；
冷熱樣品臺(tái)：冷熱樣品臺(tái)在傳輸過(guò)程中其溫度可持續(xù)控制；
MS/MS串聯(lián)質(zhì)譜：可同時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)TOF-SIMS成像和采譜分析（MS1) 以及對(duì)特定離子進(jìn)行離子成像和采譜分析（MS2)，從而對(duì)所分析區(qū)域提供最完整全面的分析信息；對(duì)每一個(gè)特定離子來(lái)說(shuō)，其離子裂解規(guī)律，或離子譜圖都有特征性，可清楚表征高質(zhì)量數(shù)離子的分子結(jié)構(gòu)，特別適用于對(duì)有機(jī)高分子材料的成分表征（更準(zhǔn)確地得到有機(jī)成分和分子結(jié)構(gòu)信息）；
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