レーザーアブレーションプロセスにおける試料表面形状の影響

Influence of sample surface topography on laser ablation process.

抄録

この研究では、試料の表面形状がレーザーアブレーション（LA）プロセス、ひいてはLA誘導結合プラズマ質量分析（LA-ICP-MS）法の分析応答にどのような影響を及ぼすかについて議論します。この現象を調べるために、認証されたアルミニウム合金試料BAM 311とSRM NIST 610に6つの異なる表面形状を作製した。すべての試料をLA-ICP-MSでスポットごとに繰り返し測定した。1-13J/cmの範囲のレーザーフルエンスの影響を調べた。測定されたほとんどの同位体について、ICP-MSシグナルは試料表面の粗面化によって増幅された。より強い効果はAl合金試料で観察され、試料表面を研磨した場合と比較して60倍以上の増強が達成された。表面形状の影響は分析対象物ごとに異なるため、表面特性はICP-MSの応答だけでなく、LA中の元素分画にも影響すると言える。発表された結果は、異なる表面形状は、アブレーションプリショットを適用した場合でも、個々の元素の信号が変化するため、誤解を招くデータ解釈につながる可能性があることを示している。シングルショット分析または化学マッピングのために表面を準備する際には、最大限の注意を払う必要がある。一方、試料表面を粗面化することで、個々の分析対象物に対するメソッドの感度を大幅に向上させ、マトリックス効果を抑制することが可能である。

In this work we discuss how sample surface topography can significantly influence the laser ablation (LA) process and, in turn, the analytical response of the LA Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) method. Six different surface topographies were prepared on a certified aluminium alloy sample BAM 311 and SRM NIST 610 to investigate the phenomenon. All the samples were repetitively measured by LA-ICP-MS using a spot by spot analysis. The effect of laser fluence in the range of 1-13 J/cm was studied. For majority of measured isotopes, the ICP-MS signal was amplified with roughening of the sample surface. A stronger effect was observed on the Al alloy sample, where the more than sixty-time enhancement was achieved in comparison to the polished surface of the sample. Since the effect of surface topography is different for each analyte, it can be stated that surface properties affect not only the ICP-MS response, but also elemental fractionation in LA. The presented results show that different surface topographies may lead to misleading data interpretation because even when applying ablation preshots, the signal of individual elements changes. The utmost care must be taken when preparing the surface for single shot analysis or chemical mapping. On the other hand, by roughening the sample surface, it is possible to significantly increase the sensitivity of the method for individual analytes and supress a matrix effect.