Масс-спектрометрическая визуализация на смешанной проводящей/непроводящей подложке с использованием JMS-S3000 SpiralTOF™ [приложение MALDI]

Методы анализа поверхности, такие как EPMA, AES или XPS, могут предоставить химическую информацию о типе элемента, состояниях связи или функциональных группах. Однако немногие методы могут получить информацию о молекулярной структуре органических соединений. Времяпролетная масс-спектрометрия с лазерной десорбцией/ионизацией с использованием матрицы (MALDI-TOFMS) представляет собой метод мягкой ионизации, который может определять элементный состав с помощью точного масс-анализа и может получать структурную информацию с помощью МС/МС. В последнее время стала популярной масс-спектрометрическая визуализация MALDI (MSI), которая может отображать пространственное распределение органических соединений. В MALDI-TOFMS к пластине-мишени прикладывается высокое напряжение, ускоряя ионы в TOFMS, обычно установленную при потенциале земли. Следовательно, для целевой пластины требуется проводимость, а нержавеющая сталь часто используется для анализа на основе растворителя. В MALDI-MSI срез ткани толщиной около 10 мкм помещают на предметное стекло из оксида индия-олова (ITO) для обеспечения проводимости на поверхности образца.
В промышленности есть интерес к измерению органических соединений на непроводящих подложках, таких как смолы толщиной в несколько миллиметров. Если масс-спектр получен с непроводящей поверхности без предварительной обработки, разрешение по массе будет ниже, и, в конечном счете, интенсивность ионов значительно уменьшится из-за эффекта заряда. Эту проблему можно решить, обеспечив проводимость непроводящей части методом осаждения золота.[1] В этом отчете MSI выполняется с использованием перманентного красного маркера на подложке с проводящей частью и непроводящей частью. Раньше ионы можно было наблюдать только с проводящей части. Теперь, с помощью метода осаждения золота, их можно наблюдать как с проводящих, так и с непроводящих частей, и их можно правильно нанести на карту.

Эксперимент

Для создания модельной подложки из металлических рисунков (Au 100 нм/Cr 30 нм) формировали проводящие и непроводящие части на подложке из кварцевого стекла толщиной 1 мм, чередуя проводящие и непроводящие части с интервалом 400 мкм ( Фигура 1). Мы использовали красный перманентный маркер для ионизации основного компонента без нанесения матричного соединения. Буквы «МС» были написаны этим маркером так, чтобы они располагались между проводящими и непроводящими частями на подложке модели. Затем мы закрепили модельную подложку и мишень из нержавеющей стали токопроводящей лентой (рис. 2). Измерение MSI проводили без осаждения золота. После этого мы использовали осаждение золота на том же образце и снова провели измерение MSI. Все измерения MSI проводились в режиме положительных ионов SpiralTOF™. Размер пикселя 50 мкм; количество лазерных выстрелов составляло 50 на пиксель.

Рис. 1. Схема модельной подложки.
Проводящие и непроводящие части располагались в чередующемся порядке на кварцевом стекле.

Рис. 2. Модельная подложка была закреплена токопроводящей лентой на мишени.

Итоги

На рис. 3 показаны результаты измерения MSI без осаждения золота. Вверху слева — оптическое изображение с черными частями, соответствующими проводящей части. Вверху справа массовое изображение родамина B (C₂₈H₃₁N₂O₃⁺), который является основным компонентом перманентного красного маркера. Внизу изображение перекрывающихся оптических и массовых изображений. Буквы «МС» на массовом изображении прочитать трудно, так как ионы наблюдались только с проводящей части. Масс-спектры области интереса (ROI), которые были созданы в двух областях для каждой из проводящих частей (ROI1, -3) и непроводящих частей (ROI1, -4), показаны на рисунке 4. Это моноизотопные пики. ионов родамина В. Ионы не могут наблюдаться из непроводящих областей, ROI2 и ROI4. Даже в проводящих областях ROI1 и ROI3 массовое разрешение было ниже, чем можно было бы получить с помощью метода осаждения золота, описанного ниже. Такие результаты создают проблему, потому что, если ион можно обнаружить только из проводящей части, целевые соединения не появятся в непроводящей части, независимо от того, существуют они на самом деле или нет.

Рисунок 3. Результат измерения MSI без осаждения золота.

Масс-спектры области интереса (ROI), которые были созданы в двух областях для каждой из проводящих частей (ROI1, -3) и непроводящих частей (ROI1, -4), показаны на рисунке 4. Это моноизотопные пики. ионов родамина В. Ионы не могут наблюдаться из непроводящих областей, ROI2 и ROI4. Даже в проводящих областях ROI1 и ROI3 массовое разрешение было ниже, чем можно было бы получить с помощью метода осаждения золота, описанного ниже. Такие результаты создают проблему, потому что, если ион можно обнаружить только из проводящей части, целевые соединения не появятся в непроводящей части, независимо от того, существуют они на самом деле или нет.

Рисунок 4. Масс-спектры ROI от проводящих частей (ROI1 и 3) и непроводящих частей (ROI2 и 4) на модельной подложке без осаждения золота.

Результаты измерения MSI после осаждения золота показаны на рис. 5. Слева вверху то же оптическое изображение, что и на рис. 3. Справа вверху — массовое изображение иона (C₂₈H₃₁N₂O₃⁺), полученный из основного компонента родамина B. Внизу изображение наложенных оптических и массовых изображений. Ионы были обнаружены как в проводящих, так и в непроводящих частях, на которых можно прочитать буквы «МС». На рис. 6 показан масс-спектр ROI в двух местах в каждой из проводящих и непроводящих частей. Наблюдаемый пик представляет собой моноизотопный ион родамина B (C₂₈H₃₁N₂O₃⁺). В отличие от результатов без осаждения золота, ионы можно наблюдать в областях 2 и 4 непроводящей части, а также в областях 1 и 3 проводящей части. Кроме того, высокое разрешение может быть реализовано во всех областях, а влияние заряда считается достаточно малым.

Рисунок 5. Результат измерения MSI с отложением золота.

Рисунок 6. Масс-спектры ROI от проводящих частей (ROI1 и 3) и непроводящих частей (ROI2 и 4) на модельной подложке с напылением золота.

Заключение

Если измерения MSI проводятся для органического соединения, помещенного непосредственно на смешанную проводящую/непроводящую подложку, эффект заряда повлияет на результаты. Интенсивность ионов непроводящей части будет слишком низкой, и на массовых изображениях в непроводящих частях ничего не будет видно. Метод осаждения золота — это простой способ решить эту проблему путем добавления проводимости поверхности образца.

Справка

[1] MSTips № 251, «Анализ органических соединений на акриловой пластине с использованием JMS-S3000 SpiralTOF™».

Если вы хотите увидеть печатную версию, щелкните этот файл PDF.

PDF 896KB