飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(下)

随着仪器性能的不断提高,飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)在材料表面化学分析中起着越来越重要的作用。TOF-SIMS的主要测试功能包括表面质谱、化学成像及深度剖析,本工作对TOF-SIMS的化学成像及深度剖析2种功能在生物材料和生命科学中的应用做了简单综述,重点介绍了TOF-SIMS成像技术在生物芯片制备工艺中的应用和TOF-SIMS成像和深度剖析技术对生物分子在细胞和生物体组织上空间分布的表征方法;另外,对生物样品的低温制备方法,样品表面添加基质以增强信号强度的实验手段,使用团簇一次离子源提高分子二次离子产额和利用对样品损伤小的C60离子源为轰击源做深度剖析等实验做了简单的介绍;最后,对TOF-SIMS在生物生命材料领域的应用做了展望。     

磺隆类除草剂的飞行时间二次离子质谱研究

采用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)分析6种磺隆类除草剂,获得了它们的正离子和负离子谱图.数据显示,这类除草剂在TOF-SIMS谱图中均出现准分子离子峰和特征碎片离子峰.裂分机理讨论进一步表明,这类除草剂的典型碎片化发生在化合物结构中酰胺基团的C-N键之间,可获得较大质量片段的碎片化离子以及准分子离子的主要原因...     

新疆汉代羊毛织物染料的飞行时间二次离子质谱表征

汉代女性干尸着鲜艳的红-蓝-浅黄三色羊毛纤维编制的华丽服饰,本研究以织物片段作为研究样本,主要采用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)法对其染料进行表征。离子成像与高质量分辨数据显示:红色纤维表面产生汞同位素离子(²⁰²Hg⁺和¹⁹⁹Hg⁺)、汞-硫离子(HgS⁺,m/z 234)、硫同位素离子(³²S^-和³⁴S^-)等,指示其染料属于天然无机矿物朱砂(HgS);蓝色纤维则出现目标化合物的准分子离子m/z 263([M+H]⁺),以及合理的碎片离子系列,如m/z 235(C₁₅H₁₁N₂O⁺)和m/z 247(C₁₆H₁₁N₂O⁺)等,指示其呈色来自经典天然植物有机染料靛蓝(C₁₆     

飞行时间二次离子质谱在生物材料和生命科学中的应用(上)

飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）成为材料表面化学分析越来越重要的手段,随着分析仪器性能的不断提高,尤其是团簇离子源的发明和使用,使得TOF-SIMS在生物材料和生命科学研究中能够更接近常规性地被使用。它可以用来鉴定表面的生物分子,并且描述生物分子在单细胞表面和内部及组织切片上的二维分布。TOF-SIMS的主要测试功能包括表面质谱,化学成像及深度剖析3种。本综述（分上、下两篇）围绕这3项仪器功能,简单综述近20年内TOF-SIMS在生物材料和生命科学中的应用。本篇主要讨论应用质谱功能表征生物医学有机高分子材料表面化学特性及在表面的生物分子,包括氨基酸、多酞、蛋白质、核苷酸、DNA、磷脂膜及多糖。重点举例介绍的科学问题包括蛋白质吸附、生物材料表面化学改性以及生物降解高分子药物释放机理。     

元素硫侵染金表面的二次离子质谱团簇离子

团簇离子在从原子到分子,从二维表面到三维固体这样的物种序列中占有独特的位置。许多团簇系列,包括稀有金属、金属卤化物和半导体材料等均进行过不同程度的研究。通常人们十分关注团簇离子的结构和反应活性。不同质谱方法包括不同电离方法或配套的其它物理方法曾被用于团簇离子的研究,近年来二次离子质谱也成为研究团簇离子的重要手段。     

铅同位素比值的飞行时间二次离子质谱法测量

介绍了用飞行时间二次离子质谱法对器物中的铅同位素比值的测量。在仔细地讨论了质量干扰、二次离子产额的同位素分馆效应等对测量结果的影响后，认为本工作无需标准样品，可以实现对样品无损的高质量分辨的二次离子质谱分析。铅同位素比值的测量精确度优于１％。     

宋代黑釉茶盏油滴的飞行时间二次离子质谱表征

本研究利用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)表征典型黑釉茶盏釉面上银色反光斑纹,即华北油滴。高分辨质谱测定油滴的主要成分是氧化铁,由显微拉曼光谱确定其矿物形式是赤铁矿(α-Fe₂O₃)。二次离子质谱(SIMS)离子成像进一步揭示：该赤铁矿呈六方柱晶体(约2～10μm);近百余枚这样的晶体自组织分散排列构成类似雨滴状的斑纹(约120μm);与其形貌互补的是含硅、铝、钙、钠等元素的碱性石灰质釉质。SIMS深度剖析发现,α-Fe₂O₃晶体的连续深度不小于5μm。基于SIMS表征结果,还探讨了赤铁矿沉积薄膜状镜铁矿(α-Fe₂O₃)引起华北油滴呈银色与镜面反射现象的原理,以及TOF-SIMS在表征和研究古瓷方面的潜力和局限。     

新型飞行时间质谱离子移除装置的研制

本文介绍了一种用于飞行时间质谱离子检测器选择性移除非目标检测离子的脉冲电场装置。通过调节脉冲电压时序、优化脉冲电压值,实现对非目标检测离子的有效移除,使离子选择性地进入离子检测器,减少离子检测器的消耗,延长其使用寿命。结果表明,除了由脉冲上升沿和下降沿引起的质谱信号振荡对相邻飞行时间区域内的离子产生一定的影响外,该装置和方法可以选择性地、有效地移除非目标检测离子,以减少MCP离子检测器的消耗,延长其使用寿命,为飞行时间质谱非目标离子的移除提供一种简单、可行的方法。     

几种新型号二次离子质谱仪采用的新技术

本文简要叙述法国CAMECA公司 ,德国IONTOFGmbH公司新型的NanoSIMS5 0IMSWFIMSSCUITRATOFSIMSIV型二次离子质谱的特色 ,着重介绍这些仪器改进过的和新增加的仪器部件的原理、性能及功用     

二次离子质谱(SIMS)分析技术及应用进展

二次离子质谱 ( SIMS)比其他表面微区分析方法更灵敏。由于应用了中性原子、液态金属离子、多原子离子和激光一次束 ,后电离技术 ,离子反射型飞行时间质量分析器 ,离子延迟探测技术和计算机图像处理技术等 ,使得新型的 SIMS的一次束能量提高到 Me V,束斑至亚μm,质量分辨率达到 1 5 0 0 0 ,横向和纵向分辨率小于 0 .5μm和 5 nm,探测限为 ng/g,能给出二维和三维图像信息。 SIMS能用于矿物、核物质、陨石和宇宙物质的半定量元素含量和同位素丰度测定 ,能鉴定出高挥发性、热不稳定性的生物大分子 ,能进行横向和纵向剖析 ,能进行单颗粒物、团蔟、聚合物、微电子晶体、生物芯片、生物细胞同位素标记和单核苷酸多肽性分型 ( SNP)测定 ,能观测出含有 2 0 0 0碱基对的脱氧核糖核酸 ( DNA)的准分子离子峰。以SIMS在同位素、颗粒物、大分子、生物等研究领域的应用为重点 ,结合实例 ,对 SIMS仪器和技术进展进行了综述     

漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法分析寡糖同分异构体

分析糖类分子的结构是研究生物功能的必要前提，然而一种糖类常存在多种同分异构体，传统方法难以实现快速有效鉴别。本研究使用漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法将乙腈-水-甲酸溶液中的寡糖同分异构体分子经过电喷雾电离源电离，在漂移管内实现基于离子分子结构和带电荷数的分离，离子在四极杆中碎裂，最终被飞行时间质谱检测。寡糖同分异构体离子到达检测器的时间相差0.15~0.66 ms，能实现部分分离。此外，探讨了离子淌度-质谱（IM-MS）谱图分析时存在的多聚体碎片离子干扰问题。二级质谱使用注射泵直接进样，研究寡糖金属加合离子的裂解方式用于辨别同分异构体。最后，计算了两个寡糖系列的平均碰撞横截面积，可据此使用线性拟合预测同系列更长糖链离子的平均碰撞横截面积值。研究结果表明，漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法能有效实现寡糖同分异构体的定性分析。     

液相色谱-离子淌度-四极杆/飞行时间串联质谱法快速检测烟叶中蔗糖酯

本研究利用液相色谱-离子淌度-四极杆/飞行时间串联质谱（LC-IM-Q TOF MS）技术,建立了快速检测烟叶中蔗糖酯的定性分析方法。采用甲酸-甲醇-水混合流动相系统和正离子模式下的电喷雾离子化技术,使烟叶甲醇提取液中的蔗糖酯分子形成加钠的准分子离子,然后通过离子淌度漂移管的分离,被四极杆/飞行时间串联质谱仪检测。从烟叶中共检测出6类蔗糖四酯,它们在色谱柱上的分离相差0.2~0.8 min,在漂移管中的分离相差0.4~0.5 ms,质谱检测中的离子质量相差14 u。在此基础上,利用二级质谱解析,准分子离子的元素组成测定以及碰撞截面的测定等手段,对烟叶中6类蔗糖四酯进行结构上的定性分析。结果表明,LC-IM-Q TOF MS技术可以快速检测复杂样品中的蔗糖酯,结合多维数据定性技术能够显著提高定性分析的准确性。     

辉光放电飞行时间质谱仪离子光学系统的改进及其性能的初步测试

本文介绍一种经过改进的离子光学系统，并用于垂直引出式辉光放电飞行时间质谱仪。初步研究了它的性能，包括吸引锥、透镜、直流四极杆、狭缝电位变化时对仪器灵敏度与分辨率的影响，并检测了黄铜样品谱图。结果表明，该系统不仅能有效地提高离子的传输效率，提高灵敏度，而且能减少高手的空间分散，改善分辨本领，同时对于质谱仪的真空系统性能的提高也有很大的作用。     

二次离子质谱的一次离子光学系统

二次离子质谱仪作为一种强大的表面分析工具,在表面分析领域有着非常广泛的应用。本文报道了一种用于二次离子质谱仪的一次离子光学系统,它可以对电子轰击电离源产生的一次离子进行有效的加速与聚焦,形成稳定的、能量在0～5kV范围内连续可调的离子束流。同时,该光学系统可以在两种聚焦模式下工作,产生两种不同性能的离子束流。实验结果表明,采用电子轰击电离源作为一次离子源的条件,该离子光学系统能够将离子束聚焦至直径为20μm的束斑,其一次离子束流密度最高可达到503.2mA/cm2,可以实现对一般样品(如材料或生物样品)的表面成分分析。     

二次离子质谱测定珊瑚氧同位素的制靶技术评价

二次离子质谱是目前测定高精度珊瑚微区原位氧同位素组成的唯一技术手段。本实验从取样的厚度和深度两方面探讨了制靶技术对珊瑚氧同位素测定的影响。研究发现,切取珊瑚片的厚度从3 mm变化到5 mm时,珊瑚基体效应（IMF_coral）变化幅度为1.02‰;分析面距离传统方法（IRMS）取样面的深度从0 mm变化到3 mm时,IMF_coral变化幅度为0.7‰。实验表明,过厚的取样厚度会造成靶面较多气泡,影响珊瑚氧同位素测试;而取样深度的差异会导致时间效应和生命效应相互叠加,使珊瑚基体效应偏离正常值,对研究珊瑚基体效应的一般性规律造成明显的干扰。当取样厚度小于3 mm,取样深度与IRMS取样面保持一致时,IMF_coral为-2.75‰,该数值与前人的估算值（IMF_coral=-2.8‰）在误差范围内一致。因此,在制靶过程中,取样厚度不宜超过3 mm,取样深度应与IRMS取样面保持一致,可将制靶的影响降至最小,从而获得准确的珊瑚氧同位素分析的基体效应值,该结论可为推广二次离子质谱在珊瑚研究中的应用提供技术保障。     

有机磷阻燃剂气相色谱-四极杆飞行时间质谱裂解机理研究

利用气相色谱-四极杆飞行时间质谱法(GC-QTOF MS),在全扫描模式下,采用电子轰击离子源(EI)对烷基类、氯化类和芳香类等17种有机磷阻燃剂(OPFRs)的质谱裂解机理进行探究.结果表明,在50 eV电离能下,各化合物碎片离子丰度较高且相对稳定.烷基类和氯化类OPFRs通常会发生3次γ-H重排,C—O键断裂后分别...     

Three-Dimensional Fusion of Multispectral Secondary Ion Mass Spectrometry Images

Imaging secondary ion mass spectrometry (SIMS) is a powerful surface analysis tool capable of producing two-(2D) and three-dimensional (3D) spatially resolved images of element distributions. Both the 2D and the 3D imaging mode produce multispectral images, i.e., each image stack visualises the lateral distribution of one element, which divides the sample information into a number of individual images. Visual perception of the sample information is aggravated by this—for example, the exact spatial location of different elements relative to each other, formation of occlusions or segregations, etc.—is often hard to recognize when looking at n separate images, especially regarding 3D depth profiles. Image fusion is a process whereby images obtained from various sensors, or at different moments of time, or under different conditions, are combined together to provide a more complete picture of the object under investigation. The use of colour introduces a new dimension of information and can be used to simplify image analysis and object identification. This work introduces a complete methodology that enables the calculation and rendering of 3D colour images of multispectral SIMS depth-profiles based on the use of adaptive color and transparency maps. Examples of 3D SIMS images are given but the technique may be expanded to fusion and visualization of any other multispectral 3D image stack.