(57)【要約】【課題】電極、電源、熱源、放射線、紫外線、可視光、その他の電磁波、プラズマ、ガス等をもちいることなく、機械的動作をもちいて試料となる物質をイオン化する。【解決手段】密着した物体の近傍あるいは密着面にイオン化の対象となる物質を設置し、物体を乖離あるいは剥離させる機械的動作により対象物質をイオン化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質のイオン化をおこなう装置であって、密着した物体が乖離あるいは剥離させる機構を有し、試料となる物質が剥離あるいは乖離する密着面の近傍に配置されていることを特徴とするイオン化装置。
【請求項２】
物質のイオン化をおこなう装置であって、密着した物体が乖離あるいは剥離させる機構を有し、試料となる物質が剥離あるいは乖離する密着面に配置されていることを特徴とするイオン化装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に示したイオン化装置において、密着する物体としてシート状の物体をもちいることを特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１あるいは請求項２に示したイオン化装置において、密着する物体として回転するローラーをもちいることを特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１あるいは請求項２に示したイオン化装置において、密着する物体として回転する樹脂小片やビーズなどをもちいることを特徴とするもの。
【請求項６】
請求項１あるいは請求項２に示したイオン化装置において、密着する物体として粘着テープを利用することを特徴とするもの。
【請求項７】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５に示したイオン化装置において、密着する物体として粘着物をもちいることを特徴とするもの。
【請求項８】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あるいは請求項６あるいは請求項７に示したイオン化装置において、密着する物体が不導体であることを特徴とするもの。
【請求項９】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あるいは請求項６あるいは請求項７に示したイオン化装置において、密着する物体が乖離あるいは剥離する際に生じる微小な放電現象を利用することを特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あるいは請求項６あるいは請求項７あるいは請求項８あるいは請求項９に示したイオン化装置において、イオン化を大気圧下で行うことを特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項３あるいは請求項４あるいは請求項５あるいは請求項６あるいは請求項７あるいは請求項８あるいは請求項９に示したイオン化装置において、イオン化を真空中で行うことを特徴とするもの。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載したイオン化装置において、イオン化のための密着させる物体が試料と接触することにより試料を付着させ、試料採集用具として機能することを特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項１２に示したイオン化装置において、イオン化のための密着させる物体が文字情報あるいは印刷情報を記録する機能を有することを特徴とするもの。
【請求項１４】
請求項１あるいは請求項２あるいは請求項１２に示したイオン化装置において、イオン化のための密着させる物体が試料物質と大気を隔絶し安定に試料保存する機能を有することを特徴とするもの。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載したイオン化装置において、質量分析装置あるいはイオン移動度分析計のイオン源として利用することを特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は物質をイオン化する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  分子の質量を測定する質量分析装置において物質のイオン化は必須の過程であり、これまで数多くのイオン化機構が発明されている。従来のイオン化機構は真空中、大気圧下にかかわらず、特許文献１、特許文献２、非特許文献１に見られるように、電極、電圧、熱源、光源あるいはガスなどのいずれか、あるいはそれら組み合わせを必要としていた。また非特許文献３に見られるようにすべての試料物質をイオン化させることができる万能なイオン化機構は存在せず、試料物質によってイオン化機構を使い分ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２０１６−５５４９５８  大気圧イオン化装置
【０００４】
【特許文献２】特願２００６−５０７１６２  大気圧イオン源
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】
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【０００６】
【非特許文献２】Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ  Ｘ−ｒａｙ  ｆｌａｓｈｅｓ  ａｎｄ  ｓｔｉｃｋ‐ｓｌｉｐ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐｅｅｌｉｎｇ  ｔａｐｅ，Ｃａｍａｒａ  Ｃａｒｌｏｓ  Ｇ．，Ｅｓｃｏｂａｒ  Ｊｕａｎ  Ｖ．，Ｈｉｒｄ  Ｊｏｎａｔｈａｎ  Ｒ．，Ｐｕｔｔｅｒｍａｎ  Ｓｅｔｈ  Ｊ．Ｎａｔｕｒｅ  ｖｏｌｕｍｅ  ４５５，ｐａｇｅｓ  １０８９‐１０９２（２３  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００８）
【０００７】
【非特許文献３】Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｐｏｌａｒｉｔｙ−Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｓｃａｔｔｅｒｇｒａｍ  ｗｉｔｈ  ａ  ６００−Ｓａｍｐｌｅ  Ｉｎ−Ｈｏｕｓｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｉｂｒａｒｙ，Ｓｕｇｉｍｕｒａ  Ｎ．，Ｆｕｒｕｙａ  Ａ．，Ｙａｔｓｕ  Ｔ．，Ｓｈｉｂｕｅ  Ｔ．，Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ｖｏｌｕｍｅ  ２１，Ｉｓｓｕｅ  ２，ｐａｇｅｓ  ９１‐９６  （１  Ａｐｒｉｌ  ２０１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  特許文献２は大気圧下で化合物をイオン化させる機構についての発明であり、準安定励起化学種を得るためにキャリアガスに放電している。このため特許文献２にみられる発明においてはその実現のためキャリアガス、電極、外部電源を必要としている。さらに特許文献２をもちいた実際の製品においては非特許文献１のＦｉｇｕｒｅ５に見られるように試料物質を気化させるためにヒーターすなわち熱源を利用している。その他のイオン化機構においても非特許文献１に見られるように、電極、電源、熱源、光源、ガス、レーザー、プラズマなどを利用するためイオン源は複雑な機構を有し、小型化には限界があり、高額であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明ではこの課題を解決するため機械動作により試料物質をイオン化させる。図１に示すように物体と物体を密着させ、試料となる物質を密着させた物体の密着面近傍に配置し、あるいは密着させる物体と物体の間に挟み、密着させた物体を乖離あるいは剥離させることによって試料物質のイオンを生じさせる。【００１０】  密着している物体が離れる際には種々の現象が生じる。非特許文献２にあるように粘着テープを剥離させる際には電荷の移動などに伴い発光する現象が知られており真空中ではＸ線を発することが知られている。これら電磁波を放射する現象は微小な放電現象が関係すると考えられる。この知見から発明者は密着した物体が乖離あるいは剥離する際に周囲に存在する物質をイオン化する効果を見出した。本発明はその効果を利用し、物体が乖離あるいは剥離する機械的動作により物質をイオン化させる。
【発明の効果】
【００１１】  本発明を利用することにより、密着した物体を乖離あるいは剥離させる機械的な機構によって試料物質のイオンを生じさせることができる。そのため電極、電源、熱源、光源、ガス、レーザー、プラズマなどを必要とせずイオン源を簡素化することが可能であり、小型化、軽量化、低価格化が可能となる。加えて従来に類をみないイオン化機構であるのためこれまでイオン化が困難であった試料物質のイオン化を可能にする可能性がある。さらにイオン化のため密着させる物体として粘着テープなどをもちいた場合には試料採取の用具も兼ねることができる。加えて密着させる物体としてフィルムあるいは粘着テープを利用する場合には試料保存の方法も提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】試料物質を物体密着面に設置した本発明
【図２】食品用ラップを用いて本発明を実施した際に得られたカフェインのマススペクトル
【図３】粘着テープをもちいた本発明の実施例
【図４】粘着テープをもちいた本発明を実施した際に得られたアセトアニリドの正負のマススペクトル
【図５】ローラーをもちいた本発明の実施例
【図６】プレートをもちいた本発明の実施例
【図７】無作為に運動する担体をもちいた本発明の実施例
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明は物質のイオン化機構および装置であるが、その好適な実施の形態として質量分析装置あるいはイオン移動度分析計のイオン源としての利用があげられる。
【実施例１】
【００１４】  密着させる物体としてフィルム、例として食品用ラップをもちいた質量分析装置のイオン源としての本発明の実施例を示す。質量分析装置としてＩｏｎＳｅｎｓｅ製Ｖａｐｕｒ（登録商標）大気圧インターフェイスを取り付けたＴｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｐｌｕｓ（登録商標）質量分析計をもちいた。【００１５】  市販の塩化ビニリデン製食品用ラップのロールから約２０ｃｍ長のラップを切り出し、ロール内側面に１ｍｇのカフェインを約３ｃｍ四方に散布し、ロール内側面を内側にして折りたたんだ。これをＶａｐｕｒ（登録商標）大気圧インターフェイスから約２ｃｍの距離において両手で勢いよく剥離させた。その際に観測された正マススペクトルを図２に示す。【００１６】  図２において観測された正イオンを質量誤差５ｐｐｍ以下の高分解能質量分析により元素組成を確認したところ、カフェインのプロトン付加イオン（以降［Ｍ＋Ｈ］＋）、ナトリウム付加イオン（以降［Ｍ＋Ｎａ］＋）、カフェインの二量化体ナトリウム付加イオン（以降［２Ｍ＋Ｎａ］＋）、カフェインの二量化体脱プロトン陽イオン（以降［２Ｍ−Ｈ］＋）が観測された。なお本実施例においてロール内側面どうしの密着のみならずロール内側面とロール外側面、ロール外側面とロール外側面、ロール内面あるいはロール外面とポリエチレン製シートなどの平滑な物体の密着においてもカフェインのイオン化に成功している。【００１７】  図２は塩化ビニリデン製食品用ラップによるカフェインのイオン化の例であるが、ラップ素材は塩化ビニリデンに限らない。その他素材の食品用ラップによる同様の実施の結果を表１に示す。表１中、サランラップ（登録商標）、クレラップ（登録商標）はポリ塩化ビニリデン製、日立ラップ（登録商標）、リケンラップ（登録商標）はポリ塩化ビニール製、やさしいラップ（登録商標）はポリエチレン製であるがいずれも材料に依存せず、密着する物体を引きはがすことにより近傍に配置した試料物質をイオン化することが可能であった。【００１８】
【表１】
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【実施例２】
【００１９】  粘着テープをもちいた本発明の質量分析装置のイオン源としての実施例を示す。質量分析装置としてＩｏｎＳｅｎｓｅ製Ｖａｐｕｒ（登録商標）大気圧インターフェイスを取り付けたＥｘａｃｔｉｖｅ  Ｐｌｕｓ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製）質量分析計をもちいた。【００２０】  粘着テープにはアクリル系粘着剤をもちいた延伸ポリプロピレン（以降ＯＰＰ）を基材とする株式会社共和製らくはる粘着テープ（登録商標）をもちいた。同粘着テープ約２０ｃｍを切り取り、スライドガラスに散布した１ｍｇのアセトアニリドを粘着面にうつしとり粘着面を内側にして折りたたんだ。これをＩｏｎＳｅｎｓｅ製Ｖａｐｕｒ（登録商標）大気圧インターフェイスから約２ｃｍの距離において両手で勢いよく剥離させた。その様子を図３に示す。またこの実施例によって測定されたアセトアニリドの正マススペクトルを図４上に、負マススペクトルを図４下に示す。【００２１】  アセトアニリドでは正マススペクトルにおいて［Ｍ＋Ｈ］＋、［Ｍ＋Ｎａ］＋、アセトアニリドの二量化体プロトン付加イオン（以降［２Ｍ＋Ｈ］＋）、［２Ｍ＋Ｎａ］＋を観測し、負マススペクトルにおいては脱プロトンイオン（以降［Ｍ−Ｈ］−）、アセトアニリドの二量化体脱プロトンイオン（以降［２Ｍ−Ｈ］−）を観測した。【００２２】  本実施例では粘着テープの粘着面どうしの密着に試料物質を設置しイオン化させたが、粘着テープと粘着面と剥離面、あるいは粘着面とポリエチレンシートなどの平滑な物体との密着においても試料物質のイオン化を確認している。【００２３】  その他、本実施例においてイオン化を確認した試料物質を表２に示す。ここに示した観測されたイオンはすべて質量誤差５ｐｐｍ以内の高分解能質量分析によって元素組成が確認されている。【００２４】
【表２】
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【００２５】  本実施例における粘着テープはテープ素材あるいは粘着物質を限定しない。同様の方法でカフェインのイオン化を試行したすべての粘着テープでカフェイン関連イオンを確認した。その結果を表３に示す。【００２６】
【表３】
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【実施例３】
【００２７】  本発明の実施形態における密着する物体はラップ、テープなどフィルム状の物体に限定されない。回転するローラーをもちいた本発明の実施例を図５に示す。質量分析装置の大気圧インターフェイス前方に回転するローラーを設置する。そこに試料となる物質を付着させた別のローラーを押し付け、受動的に回転させる。【００２８】  この際、自転しているローラーと試料を付着させたローラーは連続的に密着と剥離を繰り返し、付着させた試料物質をイオン化させることができる。ただしローラーの材質および粘着剤の有無は問わない。
【実施例４】
【００２９】  本発明の実施形態における物体はラップ、テープなど柔軟な物体に限定されない。密着する物体として剛体であるプレートをもちいる実施例を図６に示す。２枚のプレートの間隙に試料物質を挟み密着させる。続いて２枚のプレートを平行にあるいは非平行に乖離させる。この際、間隙に挟まれた化合物をイオン化させることができる。ただしプレートの材質および粘着剤の有無は問わない。
【実施例５】
【００３０】  本発明の実施形態における物体はラップ、テープなど面が密着するものに限定されない。密着する物体としてビーズ、樹脂小片など（以下、担体）をもちいた本発明の実施例を図７に示す。２つ以上多数の担体に試料化合物を付着させる。続いてこの担体に外部から運動エネルギーを与え担体同士あるいは担体と容器壁面が連続して衝突する状態を作る。この際担体表面では密着と乖離を繰り返す状態となるため試料物質をイオン化させることができる。例えば多数の担体を容器に入れ、容器ごと振動させる方法などが考えられる。ただし担体の材質、大きさ、粘着剤の有無および担体に運動を与える方法は問わない。
【実施例６】
【００３１】  本発明における密着する物体として粘着物質をもちいたもの、特に実施例２に示した粘着テープあるいは実施例３に示したローラーに粘着要素を持たせたものをもちいた場合にはイオン化する機構と同時に試料採集の手法も提供することができる。すなわち粘着テープあるいはローラーの粘着面を分析対象に押し付けることにより試料採集することが可能であり、そのまま本発明による物質のイオン化に供することができる。【００３２】  この試料採集法はあらゆる分析対象に適応可能であるが特に表面分析、さらに表面の付着物に有効な手法である。例えば法化学分野での応用、あるいは農作物の表面分析などへの応用が考えられる。加えて表面に露出している生物試料すなわち皮膚、毛、爪などへ表面付着物あるいは分泌物に対しても効率的に試料採取することが可能である。
【実施例７】
【００３３】  本発明の密着する物体として実施例１あるいは実施例２に示したフィルムあるいは粘着テープをもちいた場合には試料物質のイオン化と同時に試料保存の手法を提供することが可能である。試料物質のイオン化前、あるいはイオン化後の試料物質が付着したフィルムあるいは粘着テープの試料物質付着面を内側にして折りたたむ、あるいは別の物体に試料物質付着面を密着させることにより試料物質を大気から隔絶させることができる。これにより試料を安定に保存することが可能である。
【実施例８】
【００３４】  本発明の密着する物体として実施例１あるいは実施例２に示したフィルムあるいは粘着テープをもちいた場合にはイオン化、試料採集、試料保存と同時に情報記録の手法を提供することができる。すなわち非試料付着面に文字情報あるいはバーコードなどの印刷情報を記録することが可能であり、試料についての情報を記録しておくことが可能である。例として試料採集時に対象、採取時刻、採取場所など記録が可能である。さらに実施例６に例示した試料採取方法では本質的に試料を採取した空間情報を保持しており、これらは特に法化学などにおいては好ましい性質である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】  本発明の利用により簡素かつ小型あるいは安価なイオン源、およびそれを具備した小型あるいは安価な質量分析装置あるいはイオン移動度分析計の作成を可能にする。【００３６】  また、密着する物体として粘着テープをもちいた場合には同時に試料採集および保存の方法も提供することが可能である。【００３７】  さらに従来には存在しなかった物質イオン化方法であるためこれまでイオン化の対象とならなかった物質への応用が期待できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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