Kjemiske analyse av multicomponent molekylære heldekkende objekter, utgjør et spesielt utfordrende problem i materiallære, biologi og nanoteknologi. Nyere utviklinger klynge ion Massespektrometri-forskning åpner nye retninger for dette feltet. Med dette verktøyet, en energisk primære IONE-stråle er opprettet ved hjelp av ulike typer molekylære ioner til å opprette en projectile som består av mange forskjellige atomic komponenter. Neste, denne strålen er akselerert til 10–20 keV av kinetisk energi, tett fokusert til en submicrometer sonde størrelse og dirigert til overflaten på utvalget. Som denne energisk klynge projectile samhandler med målet, positive og negative ioner på sekundære slippes ut fra nær skadepunktet som et resultat av en kompleks serie av energi overføringen hendelser. Disse sekundære ioner pakkes inn i en masse spectrometer å avdekke den kjemiske sammensetningen av desorbed arter.

Fastsettelse av denne massen distribusjon er referert til som sekundær ion Massespektrometri eller SIMS. Kjemiske natur disse ioner er sterkt avhengig av typen og energi av projectile. For rent atomic ion prosjektiler, sekundær ion intensiteten er lavt, og den kjemiske sammensetningen er ofte forskjellig fra på overflaten selv, å begrense verktøyet analytisk. Som antall atomer i klyngen projectile økes, men hvor mange sekundære ioner og mengden pålitelig kjemiske informasjon assosiert med Massespektrometri øker sterkt. Med en microfocused klynge ion strålen sonde, bildebehandling av to - og three - dimensional (2D og 3D) kjemiske sammensetningen er mulig for en rekke forskjellige materialer, som strekker seg fra uorganisk og organiske med flere lag strukturer til biomaterials, sensorer og biologiske enkeltceller.