การวิเคราะห์ฟิล์มบางอินทรีย์ [การประยุกต์ใช้งาน MALDI]

แมสสเปกโตรมิเตอร์: JMS-S3000 "SpiralTOF™"

JMS-S3000 "SpiralTOF™" (รูปที่ 2a) เป็นแมสสเปกโตรมิเตอร์ (TOFMS) แบบ time-of-flight ของ MALDI ที่มีวิถีไอออนแบบเกลียวที่สร้างขึ้นโดยภาคไฟฟ้าสถิตสี่ส่วน (รูปที่ 2b) ความยาวเส้นทางการบินของไอออนทั้งหมดสำหรับ SpiralTOF™ คือ 17 ม. (ยาวกว่า TOFMS ทั่วไปถึงห้าเท่า) จึงทำให้ได้ความละเอียดมวลสูงสุดที่มีจำหน่ายในท้องตลาดสำหรับระบบ MALDI TOFMS นอกจากนี้ การรบกวนจากพื้นหลังทางเคมีจะลดลงโดยการกำจัดไอออนที่สลายตัวหลังแหล่งกำเนิดในภาคไฟฟ้าสถิต คุณสมบัติเหล่านี้เป็นข้อดีสำหรับการตรวจจับส่วนประกอบเล็กๆ บนพื้นผิวตัวอย่างที่ปนเปื้อน

รูปที่ 1 หลักการของ Ag SALDI

รูปที่ 2 a) JMS-S3000 "SpiralTOF™" และ b)วิถีโคจรไอออนเกลียว

เอ็กซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโตรสโคปี: JPS-9030

JPS-9030 เป็นระบบ XPS ที่สามารถใช้วิเคราะห์องค์ประกอบองค์ประกอบและสถานะพันธะเคมีของพื้นผิวตัวอย่างได้ (รูปที่ 3) รังสีเอกซ์จะถูกฉายรังสีเข้าไปในพื้นผิวของตัวอย่างเพื่อสร้างโฟโตอิเล็กตรอนจากสารวิเคราะห์พื้นผิวต่างๆ (รูปที่ 4) การทำโปรไฟล์เชิงลึกขององค์ประกอบองค์ประกอบและสถานะพันธะเคมีสามารถทำได้เมื่อ XPS และ GCIB รวมกัน เมื่อเร็ว ๆ นี้ เทคนิคเหล่านี้ได้ถูกนำไปใช้กับตัวอย่างอินทรีย์ที่เสียหายได้ง่ายโดยใช้ไอออนของคลัสเตอร์ก๊าซสำหรับการกัดด้วยไอออน

รูปที่ 3 JPS-9030 X-ray photoelectron Spectrometer

รูปที่ 4 หลักการของ X-ray photo-electron Spectroscopy

การเตรียมตัวอย่าง: ฟิล์มสองชั้น

รูปที่ 5. แผนภาพของฟิล์มบางสองชั้น

ฟิล์มบางสองชั้นถูกสร้างขึ้นโดยใช้ IRGANOX 1010 (C₇₃H₁₀₈O₁₂) และ IRGANOX 3114 (C₄₈H₆₉N₃O₆). ขั้นแรก ชั้น IRGANOX 150 ความหนา 3114 นาโนเมตร ถูกวางบนแผ่นเวเฟอร์ Si ต่อไป IRGANOX 1010 ถูกวางลงบนครึ่งหนึ่งของฟิล์ม IRGANOX 3114 ที่ความหนา 10, 50 หรือ 100 นาโนเมตร ฟิล์มสองชั้น IRGANOX 1010/3114 นี้เรียกว่า Region 1 ในขณะที่ IRGANOX 3114 เฉพาะภูมิภาคเท่านั้นที่เรียกว่า Region 2 (รูปที่ 5) เงินถูกฝากไว้ในภูมิภาค 1 และ 2 ที่ความหนา 10 นาโนเมตร หลังจากนั้น ใช้ FE SEM JSM-7610F (รูปที่ 6a) เพื่อดูอนุภาคนาโนเงินบนพื้นผิวตัวอย่าง แรงดันไฟเร่ง 5 kV ถูกใช้เพื่อสังเกตภาพอิเล็กตรอนทุติยภูมิ (รูปที่ 6b) บริเวณสีเทารูปเกาะในภาพ SEM คืออนุภาคนาโนเงินจริง ภาพนี้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวตัวอย่าง ควรสังเกตว่าขอบเขตการมองเห็นสำหรับภาพ SEM นั้นเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเลเซอร์ (20 μm) ที่ใช้ระหว่าง Ag SALDI-MSI มาก

IRGANOX เป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนหรือเครื่องหมายการค้าของ BASF SE

รูปที่ 6 a) JSM-7610F และ b) ภาพ SEM ของ Ag-NP ที่ฝากไว้บนพื้นผิวตัวอย่าง

เงื่อนไขการวัด

การทำโปรไฟล์เชิงลึกของ IRGANOX 1010/3114 ดำเนินการโดยใช้ SALDI-MSI และ XPS ร่วมกับ GCIB เงื่อนไขการวัดแสดงอยู่ด้านล่าง ในระหว่างการวัด XPS สเปกตรัมจะได้รับทุกๆ 10 นาโนเมตรจากพื้นผิว IRGANOX ไปยัง Si wafer โดยการแกะสลักด้วยลำแสงไอออนของคลัสเตอร์ Ar

ตารางที่ 1. เงื่อนไขการวัดของ SALDI-MSI และ XPS

ผลลัพธ์และการสนทนา

1. Ag SALDI-MSI

ผลลัพธ์ Ag SALDI-MSI สำหรับเลเยอร์ 10, 50 และ 100 นาโนเมตร IRGANOX 1010 แสดงในรูปที่ 7 ac นี่คือภาพมวลสำหรับ [M+Ag]⁺ ของ IRGANOX 1010 และ IRGANOX 3114 ขอบเขตฟิล์มบางแต่ละอันสำหรับภูมิภาค 1 และ 2 จะแสดงในภาพมวล IRGANOX 1010 เป็นสีเขียว (สังเกต) และสีดำ (ไม่ได้สังเกต) โปรไฟล์เส้นสำหรับ Ag SALDI-MSI ถูกวัดตามเส้นประสีแดงในรูปที่ 7a และผลลัพธ์ถูกแสดงไว้ในรูปที่ 7d ความเข้มของไอออนสัมพัทธ์สำหรับโปรไฟล์ไลน์ถูกทำให้เป็นมาตรฐานด้วยความเข้มเฉลี่ย IRGANOX 3114 ในภูมิภาคที่ 2 ความเข้มของชั้นล่าง IRGANOX 3114 ลดลงเมื่อชั้นบนสุด IRGANOX 1010 มีความหนาเพิ่มขึ้น สุดท้าย ตรวจไม่พบไอออนภายใต้ชั้น 100 นาโนเมตร IRGANOX 1010 ดังนั้น ความลึกในการวัดสำหรับการวัด Ag SALDI-MSI คือ 50-100 นาโนเมตร ซึ่งลึกกว่า XPS ที่สามารถวิเคราะห์ได้โดยไม่ต้องใช้ GCIB ในส่วนถัดไป XPS ถูกรวมเข้ากับ GCIB เพื่อวัดโปรไฟล์ความลึกของภูมิภาค IRGANOX 1010(50nm)/3114

รูปที่ 7 ภาพมวลของไอออน adduct เงิน ([M+Ag]⁺) สำหรับ IRGANOX 1010/3114 ที่ได้มาโดยใช้ Ag-NP SALDI-MSI (ac) โปรไฟล์ไลน์ของซิลเวอร์แอดดักชั่นไอออนของ IRGANOX 3114 ยังแสดงไว้ด้วย (d)

2．การทำโปรไฟล์เชิงลึกโดยใช้ XPS และ GCIB

รูปที่ 8 การทำโปรไฟล์ความลึกสำหรับ 1010(50 nm)/3114
(150 นาโนเมตร) โดยใช้ XPS ร่วมกับ GCIB

XPS ถูกรวมเข้ากับ GCIB เพื่อกำหนดโปรไฟล์ความลึกของ IRGANOX 1010(50nm)/3114(150nm) ความผันแปรของความเข้มข้นของอะตอมสำหรับคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน และซิลิกอนแสดงไว้ในรูปที่ 8 ความเข้มข้นของอะตอมของซิลิกอนถูกใช้เพื่อตรวจสอบการกำจัดชั้นอินทรีย์โดยสมบูรณ์โดยการแกะสลักด้วยไอออนคลัสเตอร์ Ar ซึ่งใช้เวลาประมาณสี่นาที (ดู รูปที่ 8). ความเข้มข้นของอะตอมของไนโตรเจนถูกใช้เพื่อแยกความแตกต่างของ IRGANOX 3114 (ที่ประกอบด้วยไนโตรเจน) จาก IRGANOX 1010 (ไม่มีไนโตรเจน) การรวมกันของ XPS และ GCIB ใช้สำหรับการทำโปรไฟล์ความลึกที่เพิ่มทีละ 10 นาโนเมตร ในขณะที่ตรวจสอบความแตกต่างในอัตราส่วนองค์ประกอบองค์ประกอบสำหรับเลเยอร์เป้าหมาย
ความละเอียดเชิงลึก 10 นาโนเมตรนี้ให้ข้อได้เปรียบเหนือ Ag SALDI-MSI ซึ่งสามารถรับข้อมูลเฉลี่ยที่ความลึก 50 นาโนเมตรสำหรับเลเยอร์อินทรีย์ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้เท่านั้น ในทางกลับกัน หากอัตราส่วนขององค์ประกอบสำหรับแต่ละชั้นแสดงความแตกต่างเพียงเล็กน้อย การวิเคราะห์พื้นผิวด้วย Ag SALDI-MSI เป็นสิ่งสำคัญเพื่อระบุโมเลกุลที่แท้จริงที่ปรากฏบน/ในพื้นผิว

สรุป

• Ag SALDI-MSI และ XPS/GCIB ถูกใช้เพื่อดูฟิล์มบางสองชั้นของ IRGANOX 1010 บน IRGANOX 3114
• ชั้นอนุภาคนาโนเงินขนาด 10 นาโนเมตรถูกวางลงบนฟิล์มบางสำหรับการวัด Ag SALDI-MSI
• ความลึกในการตรวจวัดสำหรับ Ag SALDI-MSI ถูกกำหนดให้อยู่ระหว่าง 50-100 นาโนเมตร
• ความลึกในการตรวจวัดสำหรับ XPS รวมกับ GCIB ถูกกำหนดให้เป็น 10 นาโนเมตร

รับทราบ

เราขอขอบคุณ Prof. Matsuo และ Dr. Fujii จาก Kyoto University ที่มอบฟิล์มบางแบบสองชั้น