JP2010078482A - 質量分析用基板および質量分析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量分析用基板1として、半透過半反射性を有する第1の反射体10と、透光体20と、反射性を有する第2の反射体30とを順次備えた光共振体を構成するものであり、第1の反射体10の表面1sに試料液中に含まれる複数の被分析物質と表面相互作用を生じる試料分離部を有するものを用い、試料分離部で複数の被分析物質を分離し、被分析物質毎に質量分析を行う。質量分析を行う際には、第1の反射体10の表面1sに接触された試料に対してレーザ光Lを照射することにより、光共振体内に生じる共振によって増強された第1の反射体10の表面1sにおける電場を利用して、試料中に含まれる質量分析の被分析物質Sをイオン化させると共に脱離させる。
【選択図】図1A
Description
前記表面側から半透過半反射性を有する第1の反射体と、透光体と、反射性を有する第2の反射体とを順次備え、前記第1の反射体の表面にレーザ光照射を受けて前記透光体内で共振を生じる、前記第1の反射体の表面に試料液中に含まれる複数の被分析物質と表面相互作用を生じる試料分離部を有する光共振体を構成することを特徴とするものである。
本明細書において、「非凝集金属粒子」とは、(1)金属粒子同士が会合せず、金属粒子同士が離間されて存在しているもの、あるいは(2)金属粒子が結合した後に一体の粒子となり、再びもとの状態には戻せないもの、の何れかに含まれる金属粒子と定義する。
前記表面が、レーザ光照射を受けて局在プラズモンを励起すると共にホットスポットを生じる金属粗面であり、該金属粗面に、試料液中に含まれる複数の被分析物質と表面相互作用を生じる試料分離部を有するものであることを特徴とするものである。
複数の被分析物質を含む試料液を、該質量分析用基板上において前記試料分離部の一方から他方に向けて流下させることにより、前記複数の被分析物質を該被分析物質毎に該試料分離部上の互いに異なる位置に分離させ、
前記試料分離部上において該分離された前記複数の被分析物質のそれぞれに対して、順次レーザ光を照射することにより、各被分析物質をイオン化させると共に該試料分離部から脱離させ、該イオン化された物質を捕捉して質量分析することを特徴とする。
図1A〜図1Cを参照して、本発明に係る第1実施形態の質量分析用基板について説明する。本実施形態の質量分析用基板は光共振体を構成するものである。図1Aは斜視図、図1Bは厚み方向断面図(1B−1B断面図)、図1Cは後述の金属微粒子の配置を模式的に示す上面図である。
λ≒2nd/(m+1)・・・(1)
(式中、dは透光体20の厚み、λは共振波長、nは透光体20内の平均屈折率、mは整数である。)
後記する第2実施形態の質量分析用基板2のように、透光体20が透光性微細孔体からなる場合は、「透光体20内の平均屈折率」とは、透光性微細孔体の屈折率とその微細孔内の物質(微細孔内に特に充填物質がない場合には空気、微細孔内に充填物質がある場合には充填物質/又は充填物質と空気)の屈折率とを合わせて平均化した平均屈折率を意味する。
図3A〜図3Dを参照して、本発明に係る第2実施形態の質量分析用基板について説明する。本実施形態の質量分析用基板は第1実施形態と同様に光共振体を構成するものである。図3A〜図3Cは質量分析用基板の作製工程を示す斜視図、図3Dは質量分析用基板の断面図である。本実施形態において、第1実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明は省略する。
電気メッキを行う場合には、第2の反射体30が電極として機能し、電場が強い微細孔21の底部から優先的に金属が析出する。この電気メッキ処理を継続して行うことにより、微細孔12内に金属が充填されて金属部50の充填部51が形成される。充填部51が形成された後、更に電気メッキ処理を続けると、微細孔21から充填金属が溢れるが、微細孔21付近の電場が強いことから、微細孔21周辺に継続して金属が析出していき、充填部51上に透光体表面20sより突出し、充填部51の径よりも大きい径を有する突出部52が形成される。
図4を参照して、本発明に係る第3実施形態の質量分析用基板について説明する。図4は質量分析用基板の断面図である。実施形態の質量分析用基板は第1および第2実施形態と同様に光共振体を構成するものである。本実施形態において、第1実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明は省略する。
本実施形態の質量分析用基板3は、第1の反射体10が金属柱状構造膜からなるものである点を除けば第1実施形態と基本的な構成は同様であるので、第1実施形態と同様の効果を奏する。
図5A〜図5Dを参照して、本発明に係る第4実施形態の質量分析用基板について説明する。本実施形態の質量分析用基板は、第1〜第3実施形態の質量分析用基板と異なり光共振体を構成せず、レーザ光照射により、基板表面に局在プラズモンを生じると共にホットスポットを生じることを特徴とするものである。図5A〜図5Cは質量分析用基板の作製工程を示す斜視図、図5Dは質量分析用基板の断面図である。
電気メッキを行う場合には、導電体63が電極として機能し、電場が強い微細孔62の底部から優先的に金属が析出する。この電気メッキ処理を継続して行うことにより、微細孔62内に金属が充填されて金属部70の充填部71が形成される。充填部71が形成された後、更に電気メッキ処理を続けると、微細孔62から充填金属が溢れるが、微細孔62付近の電場が強いことから、微細孔62周辺に継続して金属が析出していき、充填部71上に基材表面61sより突出し、充填部71の径よりも大きい径を有する突出部72が形成される。
図6を参照して、本発明に係る第5実施形態の質量分析用基板について説明する。本実施形態の質量分析用基板は、第4実施形態の質量分析用基板と同様に、レーザ光照射により基板表面に局在プラズモンを生じると共にホットスポットを生じることを特徴とするものである。図6は質量分析用基板の斜視図である。
図7を参照して、本発明に係る第6実施形態の質量分析用基板について説明する。本実施形態の質量分析用基板は、第4および第5実施形態の質量分析用基板と同様に、レーザ光照射により基板表面に局在プラズモンを生じると共にホットスポットを生じることを特徴とするものである。図7は質量分析用基板の断面図である。
本実施形態の質量分析用基板を用いた本発明に係る実施形態の質量分析方法の手順について説明する。ここでは、第1実施形態の質量分析用基板1を用いる場合を例として説明する。上記第2〜第6実施形態の質量分析用基板2〜6を用いた場合も同様の手順で質量分析を行うことができ、得られる効果も同様である。
図11を参照して、質量分析方法を実施するための質量分析装置の一実施形態について説明する。本実施形態の質量分析装置は飛行時間型質量分析装置(TOF−MS)である。図11は本実施形態の質量分析装置100の構成を示す概略図である。
質量分析は、質量分析用基板1上に分離した位置する複数の被被分析物質Sa、Sbについて行う。まず、試料液を滴下して複数の被分析物質が分離された質量分析用基板1を、ステージ102上に載置する。この際、ステージ102の移動方向と、質量分析用基板の分離部の試料浸透方向とが一致するように載置する。そして、第1の被被分析物質Saが固定されている位置A近傍にレーザ光が照射されるように基板1の位置を調整する。
1s、2s、3s、4s、5s 基板表面
10 第1の反射体
13 金属粒子
14 粒子間隙
16 微細孔
17 柱状構造膜
17p 柱状体
20 透光体
20s 透光体表面
21 微細孔
30 第2の反射体
40 被陽極酸化金属体
41 金属酸化物体
42 非陽極酸化部分
50 金属部
51 充填部
52 突出部
100 質量分析装置
102 ステージ
103 光照射手段
104 分析手段
L レーザ光
S 試料
Sa、Sb 被分析物質
Claims (19)
- 表面に固定した物質をレーザ光照射によりイオン化させると共に該表面から脱離させ、イオン化された該物質を捕捉して質量分析する方法に用いられる基板であって、
前記表面側から半透過半反射性を有する第1の反射体と、透光体と、反射性を有する第2の反射体とを順次備え、前記第1の反射体の表面にレーザ光照射を受けて前記透光体内で共振を生じる、前記第1の反射体の表面に試料液中に含まれる複数の被分析物質と表面相互作用を生じる試料分離部を有する光共振体を構成することを特徴とする質量分析用基板。 - 前記第1の反射体が、少なくともその表面に前記レーザ光の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであり、該凹凸構造の凹部が、前記試料分離部において一方から他方に連続的に繋がっていることを特徴とする請求項1記載の質量分析用基板。
- 前記第1の反射体が、前記レーザ光照射を受けて局在プラズモンを生じる金属層であることを特徴とする請求項1または2記載の質量分析用基板。
- 前記第1の反射体が、前記透光体の表面に固着された多数の非凝集金属粒子からなる金属層であることを特徴とする請求項3記載の質量分析用基板。
- 前記透光体が、前記第1の反射体側の面において開口した前記レーザ光の波長よりも小さい径の多数の微細孔を有する透光性微細孔体からなり、該透光性微細孔体に、該微細孔の径よりも大きな突出部が該誘電体の表面よりも上に突出した状態で金属微粒子が充填されており、
前記第1の反射体が、前記突出部からなる金属層であることを特徴とする請求項3記載の質量分析用基板。 - 前記第1の反射体が、前記透光体の表面に対して非平行方向に延びる互いに略平行な多数の柱状体からなる金属層であることを特徴とする請求項3記載の質量分析用基板。
- 表面に固定した物質をレーザ光照射によりイオン化させると共に該表面から脱離させ、イオン化された該物質を捕捉して質量分析する方法に用いられる基板であって、
前記表面が、レーザ光照射を受けて局在プラズモンを励起すると共にホットスポットを生じる金属粗面であり、該金属粗面に、試料液中に含まれる複数の被分析物質と表面相互作用を生じる試料分離部を有するものであることを特徴とする質量分析用基板。 - 前記金属粗面が、金属表面に前記レーザ光の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであり、該凹凸構造の凹部が、前記試料分離部において一方から他方に連続的に繋がっていることを特徴とする請求項7記載の質量分析用基板。
- 前記金属粗面が、誘電体の表面に多数の非凝集金属粒子が固定されてなるものであることを特徴とする請求項8記載の質量分析用基板。
- 前記金属粗面が、誘電体の表面に形成された多数の微細孔内に、該微細孔の径よりも大きな突出部が該誘電体の表面よりも上に突出した状態で金属微粒子が充填されてなるものであることを特徴とする請求項8記載の質量分析用基板。
- 前記試料分離部に、所望の表面物性を付与するための表面修飾層、および/または該分離部に付着した被分析物質の該分離部からの脱離および/または該被分析物質のイオン化を促進する脱離・イオン化誘起層からなる有機分子層が被膜されていることを特徴とする請求項1から10いずれか1項記載の質量分析用基板。
- 前記有機分子層の厚みが、0.3nm以上50nm以下であることを特徴とする請求項11記載の質量分析用基板。
- 前記表面修飾層の厚みが、0.3nm以上3nm以下であることを特徴とする請求項11記載の質量分析用基板。
- 前記表面修飾層が自己組織化単分子層であることを特徴とする請求項11記載の質量分析用基板。
- 前記自己組織化単分子層がチオールを含む化合物からなることを特徴とする請求項14記載の質量分析用基板。
- 前記脱離・イオン化誘起層がジシロキサンを含む化合物からなることを特徴とする請求項11記載の質量分析用基板。
- 請求項1から16いずれか1項記載の質量分析用基板を用い、
複数の被分析物質を含む試料液を、該質量分析用基板上において前記試料分離部の一方から他方に向けて流下させることにより、前記複数の被分析物質を該被分析物質毎に該試料分離部上の互いに異なる位置に分離させ、
前記試料分離部上において該分離された前記複数の被分析物質のそれぞれに対して、順次レーザ光を照射することにより、各被分析物質をイオン化させると共に該試料分離部から脱離させ、該イオン化された物質を捕捉して質量分析することを特徴とする質量分析方法。 - 前記被分析物質を有機溶媒に溶解または有機溶媒と混合させた上で、流下させることを特徴とする請求項17記載の質量分析方法。
- 前記試料液に対する質量分析を、互いに異なる有機分子層を有する、複数の前記質量分析用基板を用いて行うことを特徴とする請求項17または18記載の質量分析方法。
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