杭纬课题组ScienceAdvances发文：纳米级激光质谱成像新方法

　　厦门大学杭纬课题组在Science子刊《科学进展》发文研究纳米级激光质谱成像新方法。

厦门大学杭化学化工学院教授 杭纬

　　分析测试百科网讯 2017年12月8日，厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组在Science 子刊《科学进展》（Science Advances）发表文章，标题为《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>

　　纳米级横向分辨率的光谱方法在物理学、化学、地质学、生物学和材料科学领域正变得至关重要。然而，激光质谱成像（MSI）技术的横向分辨率迄今仅限于微米尺度。这份报告介绍了使用壳分离无孔银针尖的尖端增强剥蚀电离飞行时间质谱（TEAI-TOFMS）的发展。TEAI-TOFMS结果展现了该系统生成纳米尺度坑并采集相应质谱信号的能力和可重复性。

　　实现了9种无机盐残留物的多元素分析，并获得了在50nm横向分辨率下的钾盐残留物模式的MSI激光质谱成像。这些结果表明化学组成在纳米级分布的机会是可视化的。

　　<介绍>

　　当前商业质谱技术中，只有二次离子质谱（SIMS）和原子探针断层扫描（APT）可以提供化学成像的纳米级横向分辨率。

　　然而，SIMS受到严重的光谱干扰和基质效应，而且在高度专业化的APT中的样品制备非常麻烦。基于激光的质谱成像（MSI）技术由于其可用性和可靠性而成为首要替代选择，但由于衍射和检测限制，纳米级分析仍然具有挑战性。

　　不断的努力已经使激光MSI的横向分辨率从微米到纳米级。采用新型光学，大气压下基质辅助激光解吸电离质谱成像（AP-MALDI MSI）在组织分析中实现了1.4 mm的最佳横向分辨率。在使用极紫外激光和精密光学条件下分析聚合物，实现了75 nm的横向分辨率。通过将近场光学器件引入MS系统，使用孔径型近场探头实现了纳米级横向分辨率；在获得MS信号的前提下，最佳大小约为200 nm。此外，在分析低熔点分子如咖啡因和色素时，使用纳米粒子进行热脱附可获得亚微米级的横向分辨率。

　　或者，由于局域表面等离子体激元共振，近场效应局部放大并高度限制入射光场在无孔尖端或纳米粒子的顶点，使横向分辨率超出拉曼衍射极限，红外和荧光光谱。而且，无孔尖端也可以承受比孔型探针高得多的辐照度。使用纳米粒子颗粒和无孔尖端已可实现纳米级近场剥蚀，但以前还没人探索过利用无孔尖端的近场效应作为MSI的直接电离源。

　　为了开发无孔尖端的近场增强，通过将扫描隧道显微镜（STM）系统集成到本实验室自制的反射式TOFMS中，开发了增强型剥蚀电离飞行时间质谱（TEAI-TOFMS）系统 。距离控制系统基于改进的STM，精确控制尖端和样本之间的距离。为提高离子传输效率，该复合质谱系统在高真空下操控。飞秒激光（fs激光）的照射保持在样品的损伤阈值以下，并且在设计中没有施加后电离源，因此样品材料只能通过近场增强光学元件被剥蚀和电离。

　　《Science Advances》是Science于2015年推出的开放获取在线期刊，其发文范围极其广泛，诸如生命科学、物理学、社会及行为科学，计算机科学、工程学和数学等。据民间学界预测，作为SCIENCE的子刊，Science Advances定位在Nature Communications的水平，可能和JACS，ANGEW，PNAS一个档次。