杭緯課題組ScienceAdvances發文：納米級激光質譜成像新方法

　　廈門大學杭緯課題組在Science子刊《科學進展》發文研究納米級激光質譜成像新方法。

廈門大學杭化學化工學院教授 杭緯

　　分析測試百科網訊 2017年12月8日，廈門大學化學化工學院杭緯教授課題組在Science 子刊《科學進展》（Science Advances）發表文章，標題為《Tip-enhanced ablation and ionization mass spectrometry for nanoscale chemical analysis》，作者：Zhisen Liang， Shudi Zhang， Xiaoping Li，Tongtong Wang，Yaping Huang，Wei Hang， Zhilin Yang， Jianfeng Li， Zhongqun Tian。

　　<摘要>

　　納米級橫向分辨率的光譜方法在物理學、化學、地質學、生物學和材料科學領域正變得至關重要。然而，激光質譜成像（MSI）技術的橫向分辨率迄今僅限于微米尺度。這份報告介紹了使用殼分離無孔銀針尖的尖端增強剝蝕電離飛行時間質譜（TEAI-TOFMS）的發展。TEAI-TOFMS結果展現了該系統生成納米尺度坑并采集相應質譜信號的能力和可重復性。

　　實現了9種無機鹽殘留物的多元素分析，并獲得了在50nm橫向分辨率下的鉀鹽殘留物模式的MSI激光質譜成像。這些結果表明化學組成在納米級分布的機會是可視化的。

　　<介紹>

　　當前商業質譜技術中，只有二次離子質譜（SIMS）和原子探針斷層掃描（APT）可以提供化學成像的納米級橫向分辨率。

　　然而，SIMS受到嚴重的光譜干擾和基質效應，而且在高度專業化的APT中的樣品制備非常麻煩。基于激光的質譜成像（MSI）技術由于其可用性和可靠性而成為首要替代選擇，但由于衍射和檢測限制，納米級分析仍然具有挑戰性。

　　不斷的努力已經使激光MSI的橫向分辨率從微米到納米級。采用新型光學，大氣壓下基質輔助激光解吸電離質譜成像（AP-MALDI MSI）在組織分析中實現了1.4 mm的最佳橫向分辨率。在使用極紫外激光和精密光學條件下分析聚合物，實現了75 nm的橫向分辨率。通過將近場光學器件引入MS系統，使用孔徑型近場探頭實現了納米級橫向分辨率；在獲得MS信號的前提下，最佳大小約為200 nm。此外，在分析低熔點分子如咖啡因和色素時，使用納米粒子進行熱脫附可獲得亞微米級的橫向分辨率。

　　或者，由于局域表面等離子體激元共振，近場效應局部放大并高度限制入射光場在無孔尖端或納米粒子的頂點，使橫向分辨率超出拉曼衍射極限，紅外和熒光光譜。而且，無孔尖端也可以承受比孔型探針高得多的輻照度。使用納米粒子顆粒和無孔尖端已可實現納米級近場剝蝕，但以前還沒人探索過利用無孔尖端的近場效應作為MSI的直接電離源。

　　為了開發無孔尖端的近場增強，通過將掃描隧道顯微鏡（STM）系統集成到本實驗室自制的反射式TOFMS中，開發了增強型剝蝕電離飛行時間質譜（TEAI-TOFMS）系統 。距離控制系統基于改進的STM，精確控制尖端和樣本之間的距離。為提高離子傳輸效率，該復合質譜系統在高真空下操控。飛秒激光（fs激光）的照射保持在樣品的損傷閾值以下，并且在設計中沒有施加后電離源，因此樣品材料只能通過近場增強光學元件被剝蝕和電離。

　　《Science Advances》是Science于2015年推出的開放獲取在線期刊，其發文范圍極其廣泛，諸如生命科學、物理學、社會及行為科學，計算機科學、工程學和數學等。據民間學界預測，作為SCIENCE的子刊，Science Advances定位在Nature Communications的水平，可能和JACS，ANGEW，PNAS一個檔次。