真空型帯電液滴ビームによる高空間分解能三次元質量分析イメージング

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26505004
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 二宮 啓 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (10402976)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 帯電液滴 / 二次イオン質量分析 / イメージング / 深さ方向分析

研究実績の概要

本研究は新しいクラスタービームである帯電液滴ビームを一次イオンビームとして用いることにより、二次イオン質量分析(SIMS)法における脱離イオン化の効率を大幅に向上させ、感度と空間分解能に関して画期的な性能をもつ質量分析イメージング技術を確立することを目的として研究開発を行ったものである。水溶液の真空エレクトロスプレーをビームソースとする真空型帯電液滴ビーム銃の開発試作機を三重収束飛行時間型質量分析計に設置し、質量分析を行うとともに二次イオン生成効率の絶対値を評価した。帯電液滴ビームおよび比較のためのGaイオンビームをアミノ酸のアルギニン(分子量174.20)に照射し、生成されたプロトン付加分子の強度を両者で比較したところ、帯電液滴ビームはGaイオンと比較して約7800倍も二次イオン発生効率が高いことがわかった。さらに比較的分子量の大きいDes-Arg9-Bradykinin(分子量904.02)の場合には、Gaイオンでは分解片イオンのみしか観測されなかったが、帯電液滴ではプロトン付加Bradykininがアミノ酸分子ときと同等の強度で観測された。このときの二次イオン収率の絶対値は、現在SIMSで実用的に使用されている最も性能の高いクラスターイオンより100倍以上高いものであった。また帯電液滴ビームをメッシュ試料に照射して投影型イメージング分析のテストを実施したところ、十分コントラストの高いイメージ像を取得することができた。さらには帯電液滴ビームを脱離イオン化だけでなくエッチングビームとしても使用し、アミノ酸薄膜試料で深さ方向分析が行えることを確認した。以上の結果から帯電液滴ビームによる二次元イメージング分析と深さ方向分析を融合することで三次元質量分析イメージングを実現できると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Secondary Ion Mass Spectrometry Analysis of Renal Cell Carcinoma with Electrospray Droplet Ion Beams (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ninomiya, Kentaro Yoshimura, Lee Chuin Chen, Sen Takeda, Kenzo Hiraoka
  • 雑誌名: Mass Spectrometry 巻: 6 ページ: A0053_1～A0053_6
  • DOI: 10.5702/massspectrometry.A0053
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sputtering properties for polyimide by vacuum electrospray droplet impact (V-EDI) using size-selected cluster ions (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Sakai, Satoshi Ninomiya, Kenzo Hiraoka
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 巻: 49 ページ: 127～132
  • DOI: 10.1002/sia.6070
  • 査読あり
• [雑誌論文] Secondary ion yields for vacuum-type electrospray droplet beams measured with a triple focus time-of-flight analyzer (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ninomiya, Yuji Sakai, Ryo Watanabe, Mauo Sogou, Takuya Miyayama, Daisuke Sakai, Kastumi Watanabe, Lee Chuin Chen, Kenzo Hiraoka
  • 雑誌名: Rapid Communications in Mass Spectrometry 巻: 30 ページ: 2279～2284
  • DOI: 10.1002/rcm.7703
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 帯電液滴およびガスクラスター衝撃による二次イオンの測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二宮啓, 十河真生, 坂井大輔, 渡邉勝己, チェンリーチュイン, 平岡賢三
  • 学会等名: 2017年<第64回＞応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 真空型帯電液滴およびクラスタービームによる二次イオン収率 (2016)
  • 著者名/発表者名: 二宮啓, 十河真生, 宮山卓也, 坂井大輔, 渡邉勝己, チェンリーチュイン, 平岡賢三
  • 学会等名: 2016年<第77回＞応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Time-of-flight secondary ion mass spectrometry with a vacuum-type electrospray droplet ion gun (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ninomiya, Yuji Sakai, Mauo Sogou, Takuya Miyayama, Daisuke Sakai, Katsumi Watanabe, Lee Chuin Chen, Kenzo Hiraoka
  • 学会等名: The International Symposium on SIMS and Related Techniques Based on Ion-Solid Interactions (SISS-18)
  • 発表場所: 成蹊大学 (東京都武蔵野市)
  • 年月日: 2016-07-21
  • 国際学会
• [学会発表] 真空型帯電液滴ビームによる二次イオン収率増加効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 二宮啓, 境悠治, 十河真生, 宮山卓也, 坂井大輔, 渡邉勝己, チェンリーチュイン, 平岡賢三
  • 学会等名: 日本学術振興会「マイクロビームアナリシス第141委員会」 第164回研究会
  • 発表場所: 株式会社堀場製作所 東京オフィス (東京都千代田区)
  • 年月日: 2016-05-24
• [学会発表] 帯電液滴およびGaビーム衝撃により生成される二次イオンの収率 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邊諒, 二宮啓, 境悠治, チェンリーチュイン, 平岡賢三
  • 学会等名: 第64回質量分析総合討論会
  • 発表場所: ホテル阪急エキスポパーク (大阪府吹田市)
  • 年月日: 2016-05-18
• [備考] 山梨大学 研究者総覧
  • URL: http://erdb.yamanashi.ac.jp/rdb/A_DispDetail.Scholar?fid=0&id=A05372ED879330E5
• [備考] 山梨大学 工学部 研究紹介 新しいイオンビームの開発とその応用に関する研究
  • URL: http://www.eng.yamanashi.ac.jp/laboratory/sninomiya/