质谱成像(Mass spectrometry imaging,MSI)技术可以对样品成分和分布进行分析,具有高灵敏度、低样品消耗、多元素同时分析和无需引入标记物等优点。目前,MSI技术已经成为研究的热点。开发具有纳米级别横向分辨率的MSI技术,在物理学,化学,地质学,生物学和材料科学等领域都具有重要的意义。然而,基于激光采样的MSI技术受到衍射极限的限制,其横向分辨率局限在微米尺度,无法满足现代分析科学的发展要求。因此,开发具有纳米横向分辨率的MSI技术,已经成为现代分析科学的发展趋势。基于局域表面等离激元共振(Localized surfaceplasmonresonance,LSPR)效应,无孔金属针尖在近场范围内可以对合适波长的入射光的光强进行增强,这就是无孔针尖近场增强效应。利用无孔针尖近场增强效应,结合扫描隧道显微镜技术对针尖-样品距离进行控制,本工作开发了针尖增强溅射/电离飞行时间质谱(Tip-enhanced ablation/ionization time-of-flight mass spectrometry,TEAI-TOFMS)系统。该系统首次将无孔针尖近场增强效应用于样品的溅射和电离,并且成功获取了纳米级别的横向分辨率。该工作具有良好的创新性。利用该系统实现了具有纳米横向分辨率的金属固体样品的分析,盐残渣的分析和质谱成像分析。下面是主要研究内容和成果的简要说明:1、构建了 TEAI-TOFMS系统。本工作介绍了真空系统,离子源和质谱系统部件的设计与构建。在本设计中,离子源被放置于真空环境中,直接引入质谱分析器,免去离子传输过程带来的损失,提高了离子利用率。在离子源的设计中,成功将扫描隧道显微镜进行改装,并整合至飞行时间质谱系统中,保证了针尖-样品距离的有效控制。本工作成功构建了 TEAI-TOFMS系统,顺利地获取了分析物的质谱信号,为后续工作提供了重要的保证。2、分别进行了纳秒和飞秒激光诱导下的针尖增强溅射/电离实验。本工作分别使用纳秒激光和飞秒激光来诱导无孔针尖的近场增强效应,得到了相应的实验结果。使用TEAI-TOFMS系统成功在单晶金上分析了多种不同金属镀层,并且获取了纳米级别的横向分辨率。本工作讨论了近场弹坑的形成过程,证明了TEAI-TOFMS系统具有良好的重复性。本工作对混合盐残渣进行了快速分析,获取了相应的近场质谱结果,并与SIMS的分析结果进行了对比,显示出针尖增强溅射/电离法能获取清晰、无干扰的谱图。本工作还成功地进行了近场质谱成像实验,获取了具有50 nm横向分辨率的质谱图像。3、构建有限元法三维模型。本工作使用有限元法构建了三维分析模型,对针尖近场增强效应进行了理论研究。分别探讨了针尖-样品距离,不同金属镀层与增强因子的关系。模拟结果与实验结果相吻合,说明了本三维模型的电磁场模拟是可靠的。