综述：飞行时间二次离子质谱在环境分析与成像中的最新进展

这篇综述系统阐述了飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）在环境分析中的突破性应用。作为兼具高表面灵敏度（亚微米级2D成像）和分子识别能力的技术，ToF-SIMS通过质量电荷比（m/z）精准解析，实现了气溶胶界面反应、土壤微塑料、植物-微生物互作等复杂环境过程的原位（in situ）动态监测，为环境界面化学研究提供了全新维度。

　　

ToF-SIMS分析原理与技术革新

飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）通过脉冲离子束轰击样品表面产生二次离子（SIs），基于质量电荷比（m/z）实现分子级检测。其独特的时间飞行（ToF）质量分析器可实现>10,000的质量分辨率，配合静态分析模式，能同时捕获完整分子和碎片信息。相较于能谱（EDX）、X射线光电子能谱（XPS）等传统表面分析技术，ToF-SIMS在保留样品完整性的前提下，兼具纳米级三维成像能力。最新发展的原位液体ToF-SIMS技术，通过微流控芯片（SALVI）实现了挥发性有机物（VOCs）在气-液界面的实时反应监测。

气溶胶研究的分子视角

ToF-SIMS在气溶胶单颗粒分析中展现出独特优势：通过2D化学成像揭示了PM_2.5表面有机硫酸酯的非均相分布，深度剖析（depth profiling）则发现黑碳颗粒内核包裹硝酸盐的分层结构。液体ToF-SIMS捕获到α-蒎烯在气-液界面氧化生成二次有机气溶胶（SOA）的动态过程，为大气成核机制提供了直接证据。

土壤与水体的微观探针

针对土壤污染，ToF-SIMS实现了微塑料表面增塑剂（如邻苯二甲酸二乙酯）的原位定位，同时通过⁶³Cu/⁶⁵Cu同位素比值追踪了重金属迁移路径。在水体分析中，该技术无需前处理即可检测ng/L级有机污染物，如双酚A（BPA）在水-沉积物界面的富集行为。

植物与微生物的化学对话

ToF-SIMS三维成像技术突破了植物细胞壁木质素/纤维素分布的纳米级可视化，在拟南芥根部发现鞘脂类物质介导的微生物定植热点。对海洋微藻（如三角褐指藻）的代谢物成像，则揭示了硅藻壳表面多糖屏障对病毒入侵的防御机制。

未来展望

随着飞行时间质量分析器与团簇离子源的协同优化，ToF-SIMS在环境单细胞代谢组学、污染物跨介质迁移等领域的潜力亟待开发。值得注意的是，该技术对复杂基质中低丰度分子的定量能力仍需与LC-MS/MS等方法联用验证。