การถ่ายภาพแมสสเปกโตรเมทรีบนพื้นผิวผสมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า/ไม่นำไฟฟ้าโดยใช้ JMS-S3000 SpiralTOF™ [แอปพลิเคชัน MALDI]

วิธีการวิเคราะห์พื้นผิว เช่น EPMA, AES หรือ XPS สามารถให้ข้อมูลทางเคมีเกี่ยวกับประเภทขององค์ประกอบ สถานะพันธะ หรือหมู่ฟังก์ชัน อย่างไรก็ตาม มีไม่กี่วิธีที่สามารถรับข้อมูลโครงสร้างโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์ได้ Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI–TOFMS) เป็นเทคนิคการไอออไนเซชันแบบอ่อนที่สามารถระบุองค์ประกอบองค์ประกอบโดยการวิเคราะห์มวลที่แม่นยำ และสามารถรับข้อมูลโครงสร้างโดยใช้ MS/MS เมื่อเร็ว ๆ นี้ การถ่ายภาพแมสสเปกโทรเมตรี MALDI (MSI) ซึ่งสามารถทำแผนที่การกระจายเชิงพื้นที่ของสารประกอบอินทรีย์ได้รับความนิยม ใน MALDI–TOFMS จะใช้ไฟฟ้าแรงสูงกับแผ่นเป้าหมาย การเร่งไอออนใน TOFMS มักจะตั้งค่าที่ศักย์ไฟฟ้ากราวด์ ดังนั้น แผ่นเป้าหมายจึงจำเป็นต้องมีการนำไฟฟ้า และเหล็กกล้าไร้สนิมมักใช้สำหรับการวิเคราะห์โดยใช้ตัวทำละลาย ใน MALDI–MSI เนื้อเยื่อส่วนหนาประมาณ 10 ไมโครเมตรจะถูกวางบนสไลด์แก้วอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) เพื่อให้มีการนำไฟฟ้าบนพื้นผิวตัวอย่าง
ในด้านอุตสาหกรรม มีความสนใจในการวัดสารประกอบอินทรีย์บนพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น เรซินที่มีความหนาไม่กี่มิลลิเมตร หากได้รับสเปกตรัมมวลจากพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้าโดยไม่มีการปรับสภาพล่วงหน้า ความละเอียดของมวลจะลดลง และท้ายที่สุดแล้วความเข้มของไอออนจะลดลงอย่างมากเนื่องจากผลของประจุไฟฟ้า ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการให้ค่าการนำไฟฟ้าแก่ส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าด้วยวิธีการสะสมทองคำ[1] ในรายงานนี้ MSI ดำเนินการโดยใช้เครื่องหมายสีแดงแบบถาวรบนวัสดุพิมพ์ที่มีส่วนที่นำไฟฟ้าได้และส่วนที่ไม่นำไฟฟ้า ก่อนหน้านี้สามารถสังเกตไอออนได้จากส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเท่านั้น ตอนนี้ด้วยวิธีการสะสมทองคำ จะสามารถสังเกตได้จากทั้งส่วนที่นำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า และสามารถแมปได้อย่างเหมาะสม

การทดลอง

ในการสร้างพื้นผิวแบบจำลอง เราสร้างชิ้นส่วนที่นำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้าโดยใช้รูปแบบโลหะ (Au 100 nm/Cr 30 nm) บนพื้นผิวแก้วควอทซ์หนา 1 มม. โดยนำไฟฟ้าสลับกับชิ้นส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าในช่วงเวลา 400 μm ( รูปที่ 1). เราใช้เครื่องหมายถาวรสีแดงเพื่อทำให้ส่วนประกอบหลักแตกตัวเป็นไอออนโดยไม่ต้องใช้สารประกอบเมทริกซ์ ตัวอักษร "MS" ถูกเขียนด้วยเครื่องหมายนี้เพื่อให้คร่อมส่วนที่นำไฟฟ้าได้และไม่นำไฟฟ้าบนพื้นผิวของแบบจำลอง จากนั้นเราจึงยึดวัสดุพิมพ์ของโมเดลและแผ่นเป้าหมายเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยเทปนำไฟฟ้า (รูปที่ 2) การวัด MSI ดำเนินการโดยไม่มีการทับถมของทองคำ หลังจากนั้น เราใช้การสะสมทองคำในตัวอย่างเดียวกันและทำการวัด MSI อีกครั้ง การวัด MSI ทั้งหมดดำเนินการในโหมดไอออนบวก SpiralTOF™ ขนาดพิกเซลคือ 50 μm; จำนวนการยิงเลเซอร์คือ 50 ต่อพิกเซล

รูปที่ 1 แผนผังของพื้นผิวแบบจำลอง
ชิ้นส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้าถูกจัดวางในรูปแบบสลับกันบนแก้วควอทซ์

รูปที่ 2 พื้นผิวของแบบจำลองได้รับการแก้ไขด้วยเทปนำไฟฟ้าบนแผ่นเป้าหมาย

ผลสอบ

รูปที่ 3 แสดงผลการวัด MSI โดยไม่มีการสะสมของทองคำ ที่ด้านซ้ายบนเป็นภาพออปติคัลที่มีส่วนที่เป็นสีดำซึ่งสอดคล้องกับส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ที่ด้านขวาบนเป็นภาพมวลของโรดามีน บี (C₂₈H₃₁N₂O₃⁺) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของเครื่องหมายสีแดงถาวร ที่ด้านล่างเป็นภาพของภาพแสงและมวลที่ทับซ้อนกัน เป็นการยากที่จะอ่านตัวอักษร "MS" บนภาพมวล เนื่องจากสังเกตไอออนได้จากส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเท่านั้น สเปกตรัมมวลที่น่าสนใจ (ROI) ซึ่งสร้างขึ้นในสองภูมิภาคสำหรับแต่ละส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (ROI1, -3) และส่วนที่ไม่นำไฟฟ้า (ROI1, -4) แสดงในรูปที่ 4 เหล่านี้คือยอดโมโนไอโซโทป ของโรดามีนบีไอออน ไม่สามารถสังเกตไอออนได้จากบริเวณที่ไม่นำไฟฟ้า ROI2 และ ROI4 แม้ในพื้นที่นำไฟฟ้า ROI1 และ ROI3 ความละเอียดของมวลยังต่ำกว่าที่ได้รับโดยใช้วิธีการสะสมทองคำที่อธิบายไว้ด้านล่าง ผลลัพธ์ดังกล่าวก่อให้เกิดปัญหาเพราะหากตรวจพบไอออนได้จากส่วนที่นำไฟฟ้าเท่านั้น สารประกอบเป้าหมายจะไม่ปรากฏในส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าไม่ว่าจะมีอยู่จริงหรือไม่ก็ตาม

รูปที่ 3 ผลการวัด MSI โดยไม่มีการสะสมของทองคำ

สเปกตรัมมวลที่น่าสนใจ (ROI) ซึ่งสร้างขึ้นในสองภูมิภาคสำหรับแต่ละส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (ROI1, -3) และส่วนที่ไม่นำไฟฟ้า (ROI1, -4) แสดงในรูปที่ 4 เหล่านี้คือยอดโมโนไอโซโทป ของโรดามีนบีไอออน ไม่สามารถสังเกตไอออนได้จากบริเวณที่ไม่นำไฟฟ้า ROI2 และ ROI4 แม้ในพื้นที่นำไฟฟ้า ROI1 และ ROI3 ความละเอียดของมวลยังต่ำกว่าที่ได้รับโดยใช้วิธีการสะสมทองคำที่อธิบายไว้ด้านล่าง ผลลัพธ์ดังกล่าวก่อให้เกิดปัญหาเพราะหากตรวจพบไอออนได้จากส่วนที่นำไฟฟ้าเท่านั้น สารประกอบเป้าหมายจะไม่ปรากฏในส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าไม่ว่าจะมีอยู่จริงหรือไม่ก็ตาม

รูปที่ 4 สเปกตรัมมวล ROI จากชิ้นส่วนนำไฟฟ้า (ROI1 และ 3) และชิ้นส่วนที่ไม่นำไฟฟ้า (ROI2 และ 4) บนพื้นผิวแบบจำลองที่ไม่มีการสะสมของทอง

ผลลัพธ์ของการวัด MSI หลังจากการทับถมของทองคำแสดงในรูปที่ 5 ที่ด้านซ้ายบนเป็นภาพออพติคัลเหมือนกับในรูปที่ 3 ที่ด้านขวาบนเป็นภาพมวลของไอออน (C₂₈H₃₁N₂O₃⁺) ที่ได้มาจากส่วนประกอบหลัก Rhodamine B. ที่ด้านล่างเป็นภาพของภาพแสงและมวลที่ซ้อนทับ ตรวจพบไอออนจากทั้งส่วนที่นำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า ซึ่งสามารถอ่านตัวอักษร "MS" ได้ รูปที่ 6 แสดงสเปกตรัมมวลของ ROI ที่ตำแหน่งสองจุดในแต่ละส่วนที่นำไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้า จุดพีคที่สังเกตได้คือไอออนโมโนไอโซโทปของโรดามีน บี (C₂₈H₃₁N₂O₃⁺). ตรงกันข้ามกับผลลัพธ์ที่ไม่มีการสะสมของทองคำ ไอออนสามารถสังเกตได้จาก ROI 2 และ 4 ของส่วนที่ไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับจาก ROI 1 และ 3 ของส่วนที่นำไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถรับรู้ความละเอียดสูงได้ในทุกพื้นที่ และอิทธิพลของการชาร์จถือว่าน้อยพอสมควร

รูปที่ 5 ผลการวัด MSI ด้วยทองคำ

รูปที่ 6 สเปกตรัมมวล ROI จากชิ้นส่วนนำไฟฟ้า (ROI1 และ 3) และชิ้นส่วนที่ไม่นำไฟฟ้า (ROI2 และ 4) บนพื้นผิวแบบจำลองที่มีการทับถมของทองคำ

สรุป

หากใช้การวัด MSI กับสารประกอบอินทรีย์ที่วางโดยตรงบนพื้นผิวผสมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า/ไม่นำไฟฟ้า ผลกระทบจากการชาร์จจะส่งผลต่อผลลัพธ์ ความเข้มของไอออนของส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าจะต่ำเกินไป และจะไม่มีสิ่งใดปรากฏในส่วนที่ไม่นำไฟฟ้าบนภาพมวล วิธีการสะสมทองคำเป็นวิธีง่ายๆ ในการแก้ปัญหานี้โดยเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าลงบนพื้นผิวตัวอย่าง

อ้างอิง

[1] MSTips No. 251, “การวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์บนแผ่นอะคริลิกโดยใช้ JMS-S3000 SpiralTOF™”

หากต้องการดูฉบับพิมพ์ โปรดคลิกไฟล์ PDF นี้

PDF896KB