JMS-S3000 SpiralTOF™ [MALDI 응용 프로그램]을 사용한 전도성/비도전성 혼합 기판의 질량 분석 이미징
엠에스팁 No.288
EPMA, AES 또는 XPS와 같은 표면 분석 방법은 원소 유형, 결합 상태 또는 작용기에 대한 화학적 정보를 제공할 수 있습니다. 그러나 유기 화합물의 분자 구조 정보를 얻을 수 있는 방법은 거의 없습니다. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry(MALDI-TOFMS)는 정확한 질량 분석을 통해 원소 조성을 결정할 수 있고 MS/MS를 사용하여 구조 정보를 얻을 수 있는 소프트 이온화 기술입니다. 최근에는 유기화합물의 공간적 분포를 지도화할 수 있는 MALDI 질량분석 영상(MSI)이 대중화되고 있다. MALDI-TOFMS에서 고전압은 타겟 플레이트에 적용되어 일반적으로 접지 전위로 설정된 TOFMS로 이온을 가속합니다. 따라서 타겟 플레이트에는 전도도가 필요하며, 용매 기반 분석에는 스테인리스 스틸이 자주 사용됩니다. MALDI-MSI에서 약 10μm 두께의 조직 섹션을 ITO(인듐 주석 산화물) 유리 슬라이드에 배치하여 샘플 표면에 전도성을 제공합니다.
산업 분야에서는 몇 밀리미터 두께의 수지와 같은 비전도성 기판에서 유기 화합물을 측정하는 데 관심이 있습니다. 전처리 없이 비전도성 표면에서 질량 스펙트럼을 얻을 경우 질량 분해능이 낮아지고 궁극적으로 Charge-up 효과로 인해 이온 강도가 크게 감소합니다. 이 문제는 금 증착 방법을 통해 비전도성 부분에 전도성을 제공함으로써 해결할 수 있습니다.[1] 이 보고서에서 MSI는 전도성 부분과 비전도성 부분이 있는 기판에 영구적인 빨간색 마커를 사용하여 수행됩니다. 이전에는 전도성 부분에서만 이온을 관찰할 수 있었습니다. 이제 금 증착 방식으로 전도성 부분과 비전도성 부분 모두에서 관찰할 수 있으며 적절하게 매핑할 수 있습니다.
실험
모델 기판을 만들기 위해 100mm 두께의 석영 유리 기판에 금속 패턴(Au 30nm/Cr 1nm)을 사용하여 도전성 부품과 비전도성 부품을 400μm 간격으로 비전도성 부품과 교대로 형성했습니다. 그림 1). 매트릭스 화합물을 적용하지 않고 주성분을 이온화하기 위해 빨간색 영구 마커를 사용했습니다. "MS"라는 문자는 모델 기판의 전도성 및 비전도성 부품에 걸쳐 있도록 이 마커로 작성되었습니다. 그런 다음 전도성 테이프로 모델 기판과 스테인리스강 타겟 플레이트를 고정했습니다(그림 2). MSI 측정은 금 증착 없이 수행되었습니다. 이후 동일한 시료에 금 증착을 이용하여 다시 MSI 측정을 수행하였다. 모든 MSI 측정은 SpiralTOF™ 양이온 모드에서 수행되었습니다. 픽셀 크기는 50μm였습니다. 레이저 샷의 수는 픽셀당 50입니다.
그림 1. 모델 기판의 계획.
전도성 및 비전도성 부품은 석영 유리에 교대로 배치되었습니다.
그림 2. 모델 기판은 타겟 플레이트에 전도성 테이프로 고정되었습니다.
결과
그림 3은 금 증착 없이 MSI 측정 결과를 보여줍니다. 왼쪽 상단에는 전도성 부분에 해당하는 검은색 부분이 있는 광학 이미지가 있습니다. 오른쪽 상단에는 로다민 B(C28H31N2O3+), 영구 빨간색 마커의 주요 구성 요소입니다. 하단에는 광학 이미지와 질량 이미지가 겹쳐진 이미지가 있습니다. 이온이 전도성 부분에서만 관찰되기 때문에 질량 이미지에서 문자 "MS"를 읽기가 어렵습니다. 전도성 부분(ROI1, -3)과 비전도성 부분(ROI1, -4) 각각에 대해 두 영역에서 생성된 관심 영역(ROI) 질량 스펙트럼은 그림 4에 나와 있습니다. 이들은 단일 동위원소 피크입니다. 로다민 B 이온. 비전도성 영역인 ROI2 및 ROI4에서는 이온을 관찰할 수 없습니다. 전도성 영역 ROI1 및 ROI3에서도 아래에 설명된 금 증착 방법을 사용하여 얻을 수 있었던 것보다 질량 분해능이 낮았습니다. 이러한 결과는 전도성 부분에서만 이온을 검출할 수 있다면 타겟 화합물이 실제로 존재하는지 여부에 관계없이 비전도성 부분에 나타나지 않기 때문에 문제가 됩니다.
그림 3. 금 증착 없이 MSI 측정 결과.
전도성 부분(ROI1, -3)과 비전도성 부분(ROI1, -4) 각각에 대해 두 영역에서 생성된 관심 영역(ROI) 질량 스펙트럼은 그림 4에 나와 있습니다. 이들은 단일 동위원소 피크입니다. 로다민 B 이온. 비전도성 영역인 ROI2 및 ROI4에서는 이온을 관찰할 수 없습니다. 전도성 영역 ROI1 및 ROI3에서도 아래에 설명된 금 증착 방법을 사용하여 얻을 수 있었던 것보다 질량 분해능이 낮았습니다. 이러한 결과는 전도성 부분에서만 이온을 검출할 수 있다면 타겟 화합물이 실제로 존재하는지 여부에 관계없이 비전도성 부분에 나타나지 않기 때문에 문제가 됩니다.
그림 4. 금 증착이 없는 모델 기판의 전도성 부분(ROI1 및 3)과 비전도성 부분(ROI2 및 4)의 ROI 질량 스펙트럼
금 증착 후 MSI 측정 결과는 그림 5에 나와 있습니다. 왼쪽 상단에는 그림 3과 동일한 광학 이미지가 있습니다. 오른쪽 상단에는 이온의 질량 이미지(C28H31N2O3+) 주성분인 로다민 B에서 파생된 것입니다. 하단에는 광학 이미지와 질량 이미지가 겹쳐진 이미지가 있습니다. 이온은 "MS"로 읽을 수 있는 전도성 부분과 비전도성 부분 모두에서 감지되었습니다. 그림 6은 전도성 부품과 비전도성 부품의 두 위치에서 ROI 질량 스펙트럼을 보여줍니다. 관찰된 피크는 로다민 B(C28H31N2O3+). 금 증착이 없는 결과와 달리 비전도성 부분의 ROI 2 및 4와 전도성 부분의 ROI 1 및 3에서 이온을 관찰할 수 있습니다. 또한 모든 영역에서 고해상도 구현이 가능하며 Charge-up의 영향도 충분히 작은 것으로 판단된다.
그림 5. 금 증착을 사용한 MSI 측정 결과.
그림 6. 금 증착 모델 기판의 전도성 부분(ROI1 및 3)과 비전도성 부분(ROI2 및 4)의 ROI 질량 스펙트럼.
결론
전도성/비도전성 혼합 기판에 직접 배치된 유기 화합물에 대해 MSI 측정을 수행하면 충전 효과가 결과에 영향을 미칩니다. 비전도성 부분의 이온 강도는 너무 낮고 질량 이미지의 비전도성 부분에는 아무 것도 나타나지 않습니다. 금 증착 방법은 샘플 표면에 전도성을 추가하여 이 문제를 쉽게 해결할 수 있는 방법입니다.
참조
[1] MSTips No. 251, “JMS-S3000 SpiralTOF™를 이용한 아크릴판 위의 유기화합물 분석”.
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