JP6872457B2 - 質量分析用試料台の作製方法 - Google Patents
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- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Description
本発明は、質量分析用試料台の作製方法に関する。
例えば、顕微ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）などを用いたマイクロ分光分析法は、微小かつ微量の有機物の定性分析にとって有効な手法である。この顕微ＦＴＩＲの定性分析に用いて好適なマイクロ分光分析用試料台の作製方法については特許文献１に記載されている。
また、マトリックス支援レーザー脱離イオン化による質量分析計を用いた質量分析法（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）も、有機化合物の定性分析にとって有効な手法である（非特許文献１）。ＭＡＬＤＩ−ＭＳ装置で化合物を定性するために必要なマススペクトルを測定する場合、試料にマトリックス試薬を混合させ、マトリックスと均一に混合された状態で調製された試料にレーザーを照射させ、イオン化されたイオンのマススペクトルで化合物の定性を行なう。そのため、試料をイオン化が最適な状態にしなければ、正常なマススペクトルを得ることができないので、正常なマススペクトルを得るためのマトリックス試薬の選択、および試料とマトリックス試薬との配合比は重要となる。
R.Knochenmuss, R,Zenobi, Chem. Rev. 2003, 103, 441-452
Siuzdak et al. PatentNo.US6,288,390 B1 (2001)
しかしながら、当該手法では、最適なマトリックス試薬と試料との配合比率を検討するために幾度か測定しなければならない場合がある。マトリックス試薬を使用せず、ポーラスシリコンなどの表面のナノ構造を利用してイオン化を行う表面支援レーザー脱離イオン化法が開発されている（非特許文献２）が、試料がμgオーダーの微量の場合、当手法に使用するサンプルプレート（試料台）への試料調製が困難となる。
そこで本発明の課題は、より正確な質量分析の実現に用いて好適な試料台の作製方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。つまり
（１）基板材料の表面の一部を、ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、直線または曲線で閉じた形状であって、その内側が表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を有する表面支援レーザー脱離イオン化発現部に形成し、
撥水性または撥油性を有する下記構造式（I）で表わされるパーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物を溶媒に溶解してなる液に、前記基板材料を浸漬させ、浸漬後に基板材料を加熱し、次いで基板材料を洗浄して、基板材料の表面を撥水性または撥油性に表面改質し、
該表面改質された前記基板材料の前記表面支援レーザー脱離イオン化発現部を、質量分析用試料の設定部とすることを特徴とする質量分析用試料台の作製方法。
ここで、ａは１〜３０の整数、ｂは１〜１０の整数、ｃは１〜２０の整数、ｄは１〜１０の整数、ｅは１〜２０の整数、ｇは０〜２０の整数、ｈは０〜１０の整数、ｎは１〜３２０の整数であり、ｍおよびｐの和は３である。
（２）前記光学基板材料が、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、ケイ素鋼、真鍮、青銅、白銅、赤胴、ジェラルミン、シルミン、ハステロイ、モネル、ニクロム、パーマロイ、ステンレス、およびガラスから選ばれる１種以上を含む（１）に記載の質量分析用試料台の作製方法、
（３）前記溶媒が、アルコール類、ケトン類、エーテル類、アルデヒド類、アミン類、脂肪酸類、エステル類およびニトリル類から選ばれる１種以上を含むものであり、かつ、該溶媒はフッ素変性されたものである（１）または（２）に記載の質量分析用試料台の作製方法、
（４）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分の算術平均粗さＲａが０．１ｎｍ〜５０００ｎｍである（１）〜（３）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（５）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分の領域の面積が０．０００１〜１０ｍｍ２である（１）〜（４）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（６）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのドライエッチングに使用するイオンがガリウムイオン、アルゴンイオン、セシウムイオン、および酸素イオンから選ばれる１種以上を含む（１）〜（５）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（７）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分を加工するためのウエットエッチングに使用するアルカリ液体が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムから選ばれる１種以上を含む（１）〜（５）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（８）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのウエットエッチングに使用するフッ酸との混合酸性液体が、塩酸、硫酸、硝酸、ギ酸、および酢酸から選ばれる１種以上を含む（１）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ分光分析用試料台の作製方法、である。
（１）基板材料の表面の一部を、ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、直線または曲線で閉じた形状であって、その内側が表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を有する表面支援レーザー脱離イオン化発現部に形成し、
撥水性または撥油性を有する下記構造式（I）で表わされるパーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物を溶媒に溶解してなる液に、前記基板材料を浸漬させ、浸漬後に基板材料を加熱し、次いで基板材料を洗浄して、基板材料の表面を撥水性または撥油性に表面改質し、
該表面改質された前記基板材料の前記表面支援レーザー脱離イオン化発現部を、質量分析用試料の設定部とすることを特徴とする質量分析用試料台の作製方法。
ここで、ａは１〜３０の整数、ｂは１〜１０の整数、ｃは１〜２０の整数、ｄは１〜１０の整数、ｅは１〜２０の整数、ｇは０〜２０の整数、ｈは０〜１０の整数、ｎは１〜３２０の整数であり、ｍおよびｐの和は３である。
（２）前記光学基板材料が、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、ケイ素鋼、真鍮、青銅、白銅、赤胴、ジェラルミン、シルミン、ハステロイ、モネル、ニクロム、パーマロイ、ステンレス、およびガラスから選ばれる１種以上を含む（１）に記載の質量分析用試料台の作製方法、
（３）前記溶媒が、アルコール類、ケトン類、エーテル類、アルデヒド類、アミン類、脂肪酸類、エステル類およびニトリル類から選ばれる１種以上を含むものであり、かつ、該溶媒はフッ素変性されたものである（１）または（２）に記載の質量分析用試料台の作製方法、
（４）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分の算術平均粗さＲａが０．１ｎｍ〜５０００ｎｍである（１）〜（３）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（５）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分の領域の面積が０．０００１〜１０ｍｍ２である（１）〜（４）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（６）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのドライエッチングに使用するイオンがガリウムイオン、アルゴンイオン、セシウムイオン、および酸素イオンから選ばれる１種以上を含む（１）〜（５）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（７）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分を加工するためのウエットエッチングに使用するアルカリ液体が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムから選ばれる１種以上を含む（１）〜（５）のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法、
（８）前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのウエットエッチングに使用するフッ酸との混合酸性液体が、塩酸、硫酸、硝酸、ギ酸、および酢酸から選ばれる１種以上を含む（１）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ分光分析用試料台の作製方法、である。
本発明により、たとえば、所望の撥水性、撥油性を有するパーフルオロアルキルエーテル基による改質部分と、表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を融合されたプレートで、質量分析における濃縮操作や、マススペクトルを最適かつ簡便に取得でき、さらに濃縮後の試料について、濃縮される位置の再現性を有することができる。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
まず、本発明における撥水性、撥油性を有する化合物としては、下記構造式（I）で表わされるパーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物が好ましく例示される。
まず、本発明における撥水性、撥油性を有する化合物としては、下記構造式（I）で表わされるパーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物が好ましく例示される。
本発明における溶媒としては、アルコール類、ケトン類、エーテル類、アルデヒド類、アミン類、脂肪酸類、エステル類およびニトリル類があげられ、かつ、フッ素変性されたものが好ましい。さらにフッ素変性エーテル類、フッ素変性アルコール類が好ましく、エーテル類、アルコール類は炭素数２〜２０のものが最も好ましい。
撥水性、撥油性を有する化合物を溶媒に溶解してなる液の溶液濃度は０．００１〜１０質量％、さらに０．０１〜１質量％が好ましい。
本発明における基板材料として、エッチングで凹凸形状を加工しやすい基板材料が好ましく、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、ケイ素鋼、真鍮、青銅、白銅、赤胴、ジェラルミン、シルミン、ハステロイ、モネル、ニクロム、パーマロイ、ステンレス、およびガラスが例示される。なかでもシリコンが好ましい。処理対象である基板材料の表面を予め研磨して鏡面仕上げをしておくと、本発明において、試料台の作製が簡便、かつ正確に行うことができる。
前記処理液に前記光学基板材料を浸漬させ、浸漬した後の基板材料を、加熱して乾燥する。
本発明において基板材料を加熱するとは、８０℃から１５０℃で３０分間から３時間に保つことをいう。さらには９０℃から１１０℃で３０分間から１時間に保つことが好ましい。
本発明においてマトリックス試薬を使用せずに試料のマススペクトルを測定する方法として、後述するドライエッチング、もしくは、ウエットエッチングで、溶液試料を濃縮する側の表面に表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を作製する。
表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分は直線または曲線で閉じた形状であって、凹凸部分の算術平均粗さＲａ（Ｒａ：中心線平均表面粗さ）は０．１ｎｍ〜５０００ｎｍ、さらには０．５ｎｍ〜１０００ｎｍ、さらには１ｎｍ〜５０ｎｍであるのが最も好ましい。
表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分は、面積が０．０００１〜１０ｍｍ２、さらには０．００５〜５ｍｍ２、さらには０．００１〜２ｍｍ２であるのが最も好ましい。表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分を加工するにはエッチングが好ましく、イオン、高速中性粒子、ラジカル、ガスのいずれかによるドライエッチング方式、もしくは、酸溶液、アルカリ溶液など化学溶液を用いるウエットエッチングが挙げられる。
ドライエッチングで表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分を加工する場合、イオンエッチングが好ましく、ガリウムイオン、アルゴンイオン、セシウムイオン、および酸素イオンから選ばれる１種以上を用いるのが最も好ましい。
ウエットエッチングで表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分を加工する場合、アルカリ溶液を用いる場合は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムから選ばれる１種以上のアルカリ性水溶液が最も好ましい。
一方、フッ酸との混合酸性溶液を用いる場合は、塩酸、硫酸、硝酸、ギ酸、酢酸のいずれかとの混合溶液が好ましく、なかでも、硝酸とフッ酸の混合水溶液が最も好ましい。
以下、本発明の実施例を説明する。
まず、撥水性または撥油性を有する化合物として、パーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物
まず、撥水性または撥油性を有する化合物として、パーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物
のエチルノナフルオロブチルエーテル０．１質量％、つまり、ＤＳ−５２１０ＴＨ（株式会社ハーベス製）を使用した。ここで、上記化学式における平均重合度（上記構造式（I）におけるｎ＝３２）は、19Ｆ ＮＭＲから計算した値である。
上記溶液に表面を予め研磨して鏡面仕上げしたシリコンを浸漬した。
浸漬した後のシリコンを１００℃で１時間加熱乾燥した。乾燥後、残留したＤＳ−５２１０ＴＨをＤＳ−ＴＨ（株式会社ハーベス製）で洗浄除去した。
以上の処理により、シリコンの表面には、約１０Å（０．００１μｍ）の薄膜が形成された。実際に５ｍｍ□の領域で分析深さ１〜数ｎｍの飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によるイオンイメージ像でＳｉＯ３Ｈイオン、Ｃ３Ｆ５Ｏ２イオン、Ｃ３Ｆ７Ｏイオンなど撥水作用を有する分子構造が均一に存在していることを確認した。
表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分を加工するために、二次イオン質量分析装置を用いて酸素イオンで加速電圧５ｋＶ、入射角０°で０．３５ｍｍ２でドライエッチングを行なった。以上の方法で加工した部分に対して、表面粗さ測定器で粗さを確認したところ、当該部分には、算術平均粗さ（Ｒａ）で１３ｎｍの凹凸が見られ、表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる形状であることを確認した。
上記のように作製した基板材料を用いた質量分析用試料台とその使用について図１に例示する。図１に示すように、基板材料２の一面に表面改質部２が形成され、その一部に表面支援レーザー脱離イオン化発現部６が形成され、その上に試料３が設定される。試料３に対しレーザー５が照射され、脱離されたイオン７が検出器４で検出、測定される。
分析例について以下に例示する。図３における曲線は大豆油５０ｎｇを撥水処理したシリコン上で濃縮させ、さらにドライエッチングで加工した表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分に試料を凝集された状態でレーザー脱離イオン化による質量分析を行なったときのマススペクトルである。一方、図２は大豆油５０ｎｇを表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分が加工されてない部分、つまり撥水処理したシリコン上で濃縮させてなる試料を用いて質量分析を行ったときのマススペクトルである。図２では大豆油由来のピークが観測されなかったのに対し、図３ではｍ／ｚ７００〜１０００に大豆油由来のピークが観測され、図５のように適切な方法で測定したときのマススペクトルと同等のマススペクトルを得ることができた。
また、表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するために、上記とは異なるエッチング方法として、３Ｎの水酸化カリウム水溶液を使用して直径約６００μｍでウエットエッチングを行なった。図４における曲線は、大豆油５０ｎｇを撥水処理したシリコン上で濃縮させ、さらに表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる部分で試料を凝集された状態でレーザー脱離イオン化による質量分析を行なったときのマススペクトルで、この加工で測定したマススペクトルも図５のように適切な方法で測定したときと同等のマススペクトルを得ることができた。
１：表面改質部
２：基板材料
３：試料
４：検出器
５：レーザー
６：表面支援レーザー脱離イオン化発現部
７：イオン
２：基板材料
３：試料
４：検出器
５：レーザー
６：表面支援レーザー脱離イオン化発現部
７：イオン
Claims (8)
- 基板材料の表面の一部を、ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、直線または曲線で閉じた形状であって、その内側が表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を有する表面支援レーザー脱離イオン化発現部に形成し、
撥水性または撥油性を有する下記構造式（I）で表わされるパーフルオロアルキルポリエーテル基含有シラン化合物を溶媒に溶解してなる液に、前記基板材料を浸漬させ、浸漬後に基板材料を加熱し、次いで基板材料を洗浄して、基板材料の表面を撥水性または撥油性に表面改質し、
該表面改質された前記基板材料の前記表面支援レーザー脱離イオン化発現部を、質量分析用試料の設定部とすることを特徴とする質量分析用試料台の作製方法。
ここで、ａは１〜３０の整数、ｂは１〜１０の整数、ｃは１〜２０の整数、ｄは１〜１０の整数、ｅは１〜２０の整数、ｇは０〜２０の整数、ｈは０〜１０の整数、ｎは１〜３２０の整数であり、ｍおよびｐの和は３である。 - 前記基板材料が、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、セレン化亜鉛、ケイ素鋼、真鍮、青銅、白銅、赤胴、ジェラルミン、シルミン、ハステロイ、モネル、ニクロム、パーマロイ、ステンレス、およびガラスから選ばれる１種以上を含む請求項１に記載の質量分析用試料台の作製方法。
- 前記溶媒が、アルコール類、ケトン類、エーテル類、アルデヒド類、アミン類、脂肪酸類、エステル類およびニトリル類から選ばれる１種以上を含むものであり、かつ、該溶媒はフッ素変性されたものである請求項１または２に記載の質量分析用試料台の作製方法。
- 前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分の算術平均粗さＲａが０．１ｎｍ〜５０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法。
- 前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分の領域の面積が０．０００１〜１０ｍｍ２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法。
- 前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのドライエッチングに使用するイオンがガリウムイオン、アルゴンイオン、セシウムイオン、および酸素イオンから選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法。
- 前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのウエットエッチングに使用するアルカリ液体が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムから選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法。
- 前記表面支援レーザー脱離イオン化現象を発現できる凹凸部分を加工するためのウエットエッチングに使用するフッ酸との混合酸性液体が、塩酸、硫酸、硝酸、ギ酸、および酢酸から選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析用試料台の作製方法。
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