JP2007225568A

JP2007225568A - 試料作成方法および試料

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Publication number: JP2007225568A
Application number: JP2006050163A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fujii; 崇藤井
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】試料表面構造を保ったまま、質量軸校正物質及びフラグメンテーション抑制物質を試料表面に同時に配し、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において分子量が５００以上の試料を高効率に検出すると同時に、その精密質量を正確に求めることが可能となる試料の作成法を提供することを目的とする。
【解決手段】飛行時間型二次イオン質量分析のための試料作成方法であって、質量軸校正物質を溶液化する工程と、フラグメンテーション抑制物質を溶液化する工程と、ネブライザーを用いて前記二種の溶液を試料表面に噴霧する工程とを含むことを特徴とする試料作成方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は試料作成方法および試料に関するものであり、特に、飛行時間型二次イオン質量分析法における試料作成方法および試料に関するものである。

二次イオン質量分析法は数百ｅＶから２０ｋｅＶのエネルギーを有する細束イオンビームを試料表面に照射し、スパッタ現象に伴い二次的に放出される試料の構成元素による二次イオンを質量分析計にかけて、元素または化合物の同定および濃度の測定をおこなう分析法である。

二次イオン質量分析法には分析モードとしてダイナミックＳＩＭＳ（Ｄｙｎａｍｉｃ−ＳＩＭＳ、以下Ｄ−ＳＩＭＳとする）とスタティックＳＩＭＳ（Ｓｔａｔｉｃ−ＳＩＭＳ、以下Ｓ−ＳＩＭＳとする）の２つが挙げられる。Ｄ−ＳＩＭＳは高電流密度の一次イオンビームを用いて、表面から数１０ｎｍまでの深さ方向濃度分布の測定およびバルクの極微量分析に利用される。これに対し、Ｓ−ＳＩＭＳは照射一次イオン電流密度を極端に低下させ、表面の損傷を可能な限り落として非破壊に近い状態で測定する方法である。

Ｓ−ＳＩＭＳでは一次イオンのトータルドーズ量が１０１２から１０１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２で測定が終了する。このような条件下では、試料表面において１個の一次イオンによって損傷を受けた場所に、２個目のイオンが当たる確率は極めて低く、したがって、原子間結合が保たれたままの分子イオンやフラグメントイオンが試料表面から生成、放出され、検出される。したがって、Ｓ−ＳＩＭＳでは表面の極めて浅い領域における分子や化学構造に関する情報が得られる。

Ｓ−ＳＩＭＳでは、高感度および高分解能に特徴のある飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）を備えたＳＩＭＳ装置である飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）の開発により、Ｓ−ＳＩＭＳ分析モードによるバイオ関連、触媒、生体、環境物質など様々な分野への適用が提案されてきた。（特許文献１参照）

飛行時間型二次イオン質量分析法（以下、ＴＯＦ−ＳＩＭＳとする）に固有の特徴として、まずは、原理的に一次イオンの照射が時間的なパルスビームで与えられるために、トータルのドーズ量の微調整が可能で、容易に且つ正確にスタティックの条件が設定できるということが挙げられる。この他にも、一次イオンパルスによって生じた全ての二次イオンをロスなく検出できるということ、また、一次イオンのパルス幅を１ｎｓ以下と短くすることで、質量分解能が非常に高く、フラグメントの帰属を正確におこなうことができるということ、また、Ｇａ^＋イオン等のサブミクロンの収束ビームを一次イオンとして用いることにより、イメージング測定や微小部の分析が可能であるということが挙げられる。

Ｓ−ＳＩＭＳ分析モードはＤ−ＳＩＭＳと比較すればソフトなイオン化法であり、試料分子量が５００程度までであれば、原子間結合が保たれたままの分子イオンが検出される場合もある。しかし、分子量が５００以上の試料の場合は、フラグメントイオンは検出されるものの、分子イオンはほとんど検出されないか、検出されてもごく僅かな比率でしか検出されない。

金基板や銀基板上に試料を滴下・乾燥することで試料調製し、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定を行うことでフラグメンテーションを抑制し、分子量が５００以上の分子イオンを効率よく検出できることが知られている。また、金を試料上に薄く蒸着することで、試料の表面構造を維持したままフラグメンテーションを抑制し分子イオンを検出する方法も提案されている。（非特許文献１参照）

また、検出された分子イオンの精密質量を知るためには、質量軸校正を精密に行う必要がある。特に、分子量が５００以上の試料の場合は分子量既知の質量軸校正物質がないと精密な校正が出来ない。精密な質量軸校正を行うために、試料中に質量軸校正物質を含む試料を作製する方法が知られている。（非特許文献２参照）

また、非特許文献２の質量軸校正物質を含む試料を作製する方法は、質量軸校正物質を添加したフィルムを作製する方法であり、一旦試料を破壊する必要があるため、試料表面構造の情報が失われてしまう。これは、Ｓ−ＳＩＭＳの表面の損傷を可能な限り落として非破壊に近い状態で測定するという特性を活かすためには好ましくない。

ここで、試料表面に対して、フラグメンテーション抑制物質を添加する際には、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定における検出深さが数ｎｍであることから、フラグメンテーション抑制物質を非常に薄く均一に塗布する必要がある。

試料表面にフラグメンテーション抑制物質を配する方法としては、蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。これらの方法を用いた場合、質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を数ｎｍのオーダーの厚みで薄く、均一に配することが可能である。

しかしながら、蒸着法、スパッタリング法では、フラグメンテーション抑制物質である金属と、質量軸校正物質である有機物を同時に試料表面に配することが出来ない。また、成膜を真空中でおこなう必要があり、真空引き等に時間を要するため、簡便に試料を作成することが出来ない。このため、分子量が５００以上の分子イオンを効率よく検出するために、フラグメンテーション抑制物質である金と質量軸校正物質が試料表面に両方とも配されている試料を簡便に作成するという方法が求められていた。

特開２００４−３７１２３号公報 "ＯｒｇａｎｉｃＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｂｙＧｏｌｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ" Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００２年、７４、ｐ４９５５−４９６８ "ＴｏＦ−ＳＩＭＳＳｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓｂｙｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ" ｐ４６５，２００１年発行ＩＭＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅＳｐｅｃｔｒａＬｉｍｉｔｅｄ．

そこで、本発明では、試料表面構造を保ったまま、質量軸校正物質及びフラグメンテーション抑制物質を混合し、試料表面に同時に配し、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において分子量が５００以上の試料を高効率に検出すると同時に、その精密質量を正確に求めることが可能となる試料作成方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、飛行時間型二次イオン質量分析のための試料を作成する試料作成方法において、質量軸校正物質を溶液化する工程と、フラグメンテーション抑制物質を溶液化する工程と、ネブライザーを用いて前記二種の混合溶液を試料表面に同時に噴霧する工程とを含むことを特徴とする試料作成方法である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の試料作成方法であって、質量軸校正物質としてイオン性有機物を用いることを特徴とする試料作成方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１から２のいずれかに記載の試料作成方法であって、フラグメンテーション抑制物質として金を用いることを特徴とする試料作成方法である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載の試料作成方法により作成された試料である。

請求項１に記載の本発明により、試料表面構造を保ったまま、質量軸校正物質及びフラグメンテーション抑制物質を同時に試料表面に配された試料を簡便に作成することが出来る。このため、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定時に分子量が５００以上の試料表面の分子イオンの信号と質量軸校正物質由来の信号を同時に検出することができ、分子量が５００以上の試料の精密質量測定をおこなうことが可能となる。

請求項２に記載の本発明により、質量軸校正物質としてイオン性有機化合物を用いることが出来る。このため、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において感度良く質量軸校正物質由来のピークを高強度で検出することが可能となる。

請求項３に記載の本発明により、フラグメンテーション抑制物質として金を用いることが出来る。このため、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において、効果的に分子量５００以上の試料のフラグメンテーションを抑制することが可能となる。

請求項４に記載の本発明により、試料表面構造を保ったまま、質量軸校正物質及びフラグメンテーション抑制物質を同時に試料表面に配された試料を提供することが出来る。

本発明により、試料表面構造を保ったまま、質量軸校正物質及びフラグメンテーション抑制物質を試料表面に同時に配し、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において分子量が５００以上の試料を高効率に検出すると同時に、その精密質量を正確に求めることが可能となる試料を簡便に作成することが出来る。

以下、本発明の試料作成方法の一例について説明する。

まず、質量軸校正物質を溶液化する。

質量軸校正物質としては、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において感度良く検出される物質、すなわちイオン化されやすい物質であるイオン性物質であることが好ましい。具体的には、正イオンマススペクトル測定の場合、質量軸校正物質としてアルキルアミンオキシド、アルキルベタイン、アルキルアミノ酸、銅フタロシアニン系化合物が挙げられる。負イオンマススペクトルの場合、アルキルスルホン酸塩、アルキルアミノ酸、アルキルベタイン、アルキルアミンオキシドが挙げられる。

また、質量軸校正物質を溶液化するための溶媒としては、それぞれの質量軸校正物質に対して適宜選択されると同時にフラグメンテーション抑制物質として好適に用いられる塩化金を溶解できることが望ましい。例えば、具体的には、アセトニトリル等が挙げられる。

また、質量軸校正物質は、目的とする未知ピークの質量数と重ならないようにし、未知ピークと質量数を近づくことができるような物質を適宜選択する必要がある。また、質量軸校正物質は同時に複数の種類を用いても良い。

また、質量軸校正物質の溶液の濃度としては、１ｐｐｍから１０００ｐｐｍの範囲が好ましく、１０ｐｐｍから１００ｐｐｍの範囲がより好ましい。

次に、フラグメンテーション抑制物質を溶液化する。

フラグメンテーション抑制物質としては、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定において、一次イオンのエネルギーを効率よく吸収することが可能な物質が好ましい。具体的には金が挙げられる。

また、フラグメンテーション抑制物質を溶液化するための溶媒としては、フラグメンテーション抑制物質として金を用いる場合、塩酸が好ましい。

また、フラグメンテーション抑制物質の溶液の濃度としては、１０ｐｐｍから１００００ｐｐｍの範囲が好ましく、５０ｐｐｍから５００ｐｐｍの範囲がより好ましい。

次に、ネブライザーを用いて、質量軸校正物質の溶液とフラグメンテーション抑制物質の溶液を、試料表面に噴霧し、試料を得る。

ネブライザーとは、液体クロマトグラフ／質量分析装置や誘導結合プラズマ−質量分析装置などに用いられる噴霧器である。

図１を用いて、溶液化した質量軸校正物質と溶液化したフラグメンテーション抑制物質を、ネブライザーを用いて試料表面に噴霧する工程を説明する。

ポンプ１１から供給された溶液化された質量軸校正物質と溶液化されたフラグメンテーション抑制物質はチューブ１２を通り、二重構造となった金属配管１４の内側に供給される。ガス１３は金属配管１４の外側に供給されており、金属配管先端１５からガスと共に溶液化された質量軸校正物質と溶液化されたフラグメンテーション抑制物質が混合された状態で液滴１６として噴霧される。噴霧された質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を含む有機溶媒は、大気中で徐々に乾燥し微細な液滴となる。液滴が小さくなるにつれ質量軸校正物質は自らの電荷によって反発し更に微細な液滴が生成する。

試料１７表面とネブライザーの金属配管先端１５の距離を溶媒が完全に乾燥する距離とし、その距離を保持したまま、試料１７を金属配管先端の下に設置することで、質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を試料１７表面に薄く均一に配することが出来る。

このとき、試料表面の質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質の膜厚は０．５ｎｍから５０ｎｍの範囲が好ましく、０．５ｎｍから３ｎｍの範囲がより好ましい。

ネブライザーを用いて、試料表面に対して質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質の混合溶液を噴霧することにより、質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を試料表面に薄く均一に配することができる。これらの工程は常温常圧にて行うことが出来るため、蒸着法、スパッタリング法などと比べて、質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を極めて簡便に試料表面に配することが可能となる。

また、分析対象となる試料が、試料表面に付着した微小異物や、試料表面の変質部や、成分の分子量が５００以上のものであっても、好適に検出することが可能である。

また、ネブライザーで質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を試料表面に薄く吹きつける手法のため、試料表面構造を破壊せずに分子量５００以上の物質を精度よく精密質量測定できる。フラグメンテーション抑制物質をスパッタする方法では、試料表面構造は破壊されないが質量軸校正物質を簡便にかつ同時に試料表面に配することができないために分子量５００以上の物質では簡便に精度のよい精密質量測定が行えない。試料フィルム中に質量軸校正物質を混合したフィルムを作製する方法では、分子量５００以上の物質でも精度よく精密質量測定し可能だが、一旦試料を破壊する必要があるため、試料表面構造が破壊されてしまう。本発明により、試料表面構造を破壊せずに精度よく精密質量測定を行うことが可能となる。

以下、作成された試料を用いた飛行時間型二次イオン質量分析法の一例について説明する。

まず、質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を配した前述の試料基板を飛行時間型二次イオン質量分析装置で測定を行う。質量軸校正物質と試料分子イオンが同一測定範囲に高感度に検出されるように、一次イオン種を選択し、また、試料測定サイズや加速電圧を調整する。

次に、前述の測定によって得られたマススペクトルの解析を行う。マススペクトル解析時に試料表面に配した質量軸校正物質の分子イオンと、質量軸校正物質由来のピークを基準ピークとし、基準ピークの質量数の理論値と測定値から、例えば最小二乗法により求めた校正直線を用いて質量軸校正をおこなう。このような質量軸校正方法を用いることにより、未知のピークに対して、より精度の高い質量数を求めることができる。

本発明では試料表面と質量軸校正物質を同時に測定することにより、得られたスペクトル中に試料由来のピークと質量軸校正物質由来のピークが存在する。このため、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ測定装置起因による質量軸のズレを考慮する必要が無く、精密な質量数を求めることが出来る。

以下、実施例による本発明を具体的に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。

＜実施例＞
まず、質量軸校正物質として、（Ｃ_６６Ｈ_１００Ｎ_６）^＋Ｃｌ⁻を用い、アセトニトリルに溶解し、２０ｐｐｍに調整した。

次に、フラグメンテーション抑制物質として、ＡｕＣｌ_２を用い、塩酸に溶解し、１００ｐｐｍに調整した。

次に、前記溶液化した質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を、混合し、ローフローネブライザー（ウォーターズ社製型番：７００００２３８９）を用いて試料に噴霧し、試料を得た。このとき、試料はネブライザー先端から５ｃｍ離れた位置に固定し、溶液化した質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を５秒間噴霧した。また、試料としては、組成式Ｃ_６４Ｈ_９１Ｎ_７Ｆ_６Ｓ_２Ｏ_４、分子量理論値１１９９．６４７８で表されるような成分をクロム基板表面に滴下・乾燥させたものを用いた。

次に、作成した試料を用いて、飛行時間型二次イオン質量分析装置（アルバック・ファイ社製名称：ＴＲＩＦＴ２）にて、正イオンマススペクトル測定を行った。なお、正イオンマススペクトル測定における一次イオンはＧａ^＋イオン、加速電圧は１２ｋＶ、測定面積は２５μｍ×２５μｍ四方とした。

試料由来のピークと質量軸校正物質由来のピークが同時に感度よく検出された。なお、質量軸校正物質由来のピークは質量数９７７において高強度で検出された。この質量数の質量軸校正物質由来のピークの理論値は、組成により９７６．８００９である。試料起因の質量数１２０１のピークは１００００カウント以上検出された。また、そのマッピング像から試料は約１０μｍの円形状に基板上に点在していることが分かった。

次に、試料表面の低分子汚染物質ＣＨ_２ ^＋、Ｃ_２Ｈ_３ ^＋、Ｃ_３Ｈ_５ ^＋と質量軸校正物質由来のピーク（質量数９７７）で質量軸校正を行ったところ、試料由来の質量数１２０１の精密質量は１２００．６５４１と求められた。

＜比較例＞
実施例と同様に、試料として、組成式Ｃ_６４Ｈ_９１Ｎ_７Ｆ_６Ｓ_２Ｏ_４、分子量理論値１１９９．６４７８で表されるような成分をクロム基板表面に滴下・乾燥させたものを用い、正イオンマススペクトル測定を行った。ただし、溶液化した質量軸校正物質とフラグメンテーション抑制物質を試料表面に噴霧しなかった。

試料由来の分子イオンピークは正イオンマススペクトルにおいて、質量数１２０１に３００カウント検出された。感度が得られなかったため、そのマッピング像からは試料表面での分布ははっきりとしなかった。なお、試料由来の質量数１２０１のピークの理論値は試料組成により１２００．６５５６である。

次に、試料表面の低分子汚染物質ＣＨ_２ ^＋、Ｃ_２Ｈ_３ ^＋、Ｃ_３Ｈ_５ ^＋で質量軸校正を行ったところ、試料由来の質量数１２０１の精密質量は１２００．６２６１と求められた。

＜評価＞
実施例、比較例で求めた同一試料の質量測定結果の比較を表１に示す。

表１より、本発明による溶液化されたフラグメンテーション抑制物質と質量軸校正物質を噴霧することで、通常の測定方法よりも約５０倍試料分子イオンの感度が向上することにより精密質量測定時の精度が約３０倍向上することが示された。また、フラグメンテーション抑制物質及び質量軸校正物質を塗布することで、約１０μｍの円形状に点在している未知試料の表面構造を破壊することなく、観察することが出来た。

本発明に用いたネブライザーの概略図である。

符号の説明

１１：ポンプ
１２：チューブ
１３：ガス
１４：金属配管
１５：金属配管先端
１６：噴霧された液滴
１７：試料

Claims

飛行時間型二次イオン質量分析のための試料を作成する試料作成方法において、
質量軸校正物質を溶液化する工程と、
フラグメンテーション抑制物質を溶液化する工程と、
ネブライザーを用いて前記二種の混合溶液を同一の試料表面に噴霧する工程と
を含むことを特徴とする試料作成方法。
請求項１に記載の試料作成方法であって、
質量軸校正物質としてイオン性有機物を用いること
を特徴とする試料作成方法。
請求項１から２のいずれかに記載の試料作成方法であって、
フラグメンテーション抑制物質として金を用いること
を特徴とする試料作成方法。
請求項１から３のいずれかに記載の試料作成方法により作成された試料。