孙令辉，赵雅彬

(中国人民公安大学侦查学院，北京 100038)

0 引言

二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)，是一种检测带电粒子的质谱检测方法[1]。其工作原理为离子源发射聚焦的一次离子束轰击样品表面，受到高能离子撞击所产生的能量传递，样品表面原子发生“级联碰撞”，部分原子因碰撞返回到样品表面，从而溅射出多种表层粒子(包括中性粒子、带电粒子)，其中的带电粒子又被称作二次离子(见图1)。二次离子进入质量分析器后按质荷比(m/z)的不同被分离检测，从而得到样品表面的质谱信息。此外，通过计算机记录下每个像素点上不同离子的强度、空间位置坐标，可以实现化学成像。SIMS的起源可以追溯至1910年Thomson[2]实验过程中发现二次离子现象，距今已有100多年历史。

图1 二次离子质谱原理示意图[1]

飞行时间二次离子质谱(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry，TOF-SIMS)采用飞行时间质量分析器(Time of Flight Analyzer)，根据不同m/z飞行时间的差异实现质谱分离。自上世纪70年代第一台商用TOF-SIMS面世以来，TOF-SIMS逐渐被广泛应用于法庭科学、生物医药、环境材料等领域。目前TOF-SIMS检测灵敏度最高可达PPB级，分辨率达亚微米级，能够对各类无机、有机样品近无损地化学成像与质谱解析，此外还可以通过溅射实现3D深度剖析。

基于TOF-SIMS分析成像的优势，研究者们将其应用到了更为灵敏和微观的物质分析发现工作中，尤其近些年，将TOF-SIMS应用于刑事侦查、物证溯源方面的研究越来越多。在Web of Science核心数据库中检索 “TOF-SIMS”、“Forensic Science”，对所选文献的关键词进行统计分析，并通过VOSviewer软件绘制聚类图谱(见图2)。可以看出，TOF-SIMS在法庭科学的应用主要集中于指纹、文件检验、枪弹残留物检验、毒物毒品等领域。……