(57)【要約】      （修正有）【課題】被分析物と化学反応を生じる試薬をあらかじめエレクトロスプレーの溶媒に混合し、レーザー光により脱離した被分析物の微小粒子が当該試薬とミリ秒オーダーで化学反応しイオン化する方法において、複数の試薬を用いる場合であっても短時間にかつ容易に混合することができる方法を提供する。【解決手段】試料と試薬を分けて配置し、一方で針の先の液体に試薬を含め電圧で微小液滴化させ、他方で試料にレーザーをあてて微小体を空間に放出させ、微小液滴と微小体とを空間で接触させ、イオン化した微小体を得る。【選択図】図１
2014066703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を支持するための支持台と、前記支持台に支持される前記試料にレーザーを照射するレーザー光照射部と、液体を一端において保持する針と、前記一端において保持されている前記液体を空間に液滴として飛散させる電圧印加手段とを有し、
前記試料が有する物質をイオン化して飛散させるイオン化装置において、
試薬を保持する試薬保持部を前記試料から離れて有し、
前記針は、前記試薬保持部が有する試薬を含む前記液体を保持することを特徴とするイオン化装置。
【請求項２】
前記支持台は前記試料が一方向に配置されており、且つ
複数の前記保持部が前記一方向と同方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項３】
前記支持台は前記試料を載置する位置から一方向に伸びる成分通過路を有し、前記成分通過路は液体に含まれた前記試料が通過する路であり、且つ
複数の前記保持部を前記一方向と同方向に有することを特徴とする請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項４】
複数の前記保持部の間に前記針から前記試薬を除去するための除去部を有することを特徴とする請求項２あるいは３のイオン化装置。
【請求項５】
前記針と前記レーザー光は前記一方向に移動することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項６】
前記針と前記レーザー光は位置関係を保持したまま前記試料に対して前記一方向に移動する請求項５に記載のイオン化装置。
【請求項７】
前記針を振動させる振動手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項８】
前記試料を振動させる振動手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項９】
前記レーザー光の照射のタイミングを、前記試料もしくは針の振動のタイミングと同期させるための同期回路を有する請求項７または８に記載のイオン化装置。
【請求項１０】
前記レーザー光の照射のタイミングを、前記電圧印加手段への電圧の印加のタイミングと同期させるための同期回路を有する請求項１から９のいずれかに記載のイオン化装置。
【請求項１１】
前記レーザー光の照射のタイミングを、前記イオン化装置に接続するイオン数計測器の動作タイミングと同期させるための同期回路を有する請求項１から１０のいずれかに記載のイオン化装置。
【請求項１２】
前記レーザー光の照射のタイミングを、前記イオン化装置のイオン引出電極への電圧の印加のタイミングと同期させるための同期回路を有する請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項１３】
前記レーザー光の照射のタイミングを、前記試料もしくは針の振動のタイミング、前記電圧印加手段への電圧の印加のタイミング、前記イオン化装置に接続するイオン数計測器の動作タイミング、前記イオン化装置のイオン引出電極への電圧の印加のタイミングのうち、少なくとも２つと同期させるための同期回路を有する請求項８から１２のいずれかに記載のイオン化装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の前記イオン化装置と、イオン化した前記物質の質量を分析する分析装置を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の前記質量分析装置によって分析された前記物質の位置情報を取得し、画像表示装置が表示する前記試料の画像上に前記物質の位置を表示することを特徴とする画像生成装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のイオン化装置の前記支持台に支持される基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料をイオン化させるイオン化装置とそれを有する質量分析装置、そして質量分析結果に基いて画像を生成する画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の表面の成分を分析するために試料を大気圧環境下でイオン化させる技術がある。
【０００３】
特許文献１では試料の微小領域をサンプリングし、イオン化する方法として、レーザー光とエレクトロスプレーイオン化法を組み合わせる方法が提案されている。この方法は、まず、基板上の固体物（試料）に対して大気圧環境下でレーザー光を照射し、固体物の微小領域を微小粒子物として脱離させる。その後、エレクトロスプレーから発生した帯電液滴を微小粒子物に吹き付けることで、微小粒子物の成分をイオン化させる（イオンを得る）。発生したイオンを質量分析装置に導入し、イオンの質量電荷比を計測し、成分の分析を行う。
【０００４】
また特許文献２ではエレクトロスプレーを行う溶媒に特定の試薬を事前に混合させ、帯電液滴中に試薬を包含させる方法が提案されている。
【０００５】
特許文献２の方法では、被分析物と化学反応を生じる試薬をあらかじめエレクトロスプレーの溶媒に混合する。レーザー光により脱離した被分析物の微小粒子が上記試薬とミリ秒オーダーで化学反応しイオン化する。反応生成物のイオンの分布パターンから、被分析物を分析する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４７１６５号公報
【特許文献２】米国特許第７７１８９５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている方法では、試料表面にレーザー光を照射することにより、試料の成分を微小粒子として高速かつ簡便にサンプリングし、イオン化を行うことができる。一方で、試料にレーザー光を照射した場合、多種の成分を有する微小粒子が同時に発生し、イオン化される。したがって、最終的に得られる質量スペクトルには各種成分に由来する多くのピークが含まれ、類似した質量電荷比を有する成分を分離して解析することが困難であった。
【０００８】
特許文献２に開示されている方法では、特定の被分析物の成分に反応する試薬をあらかじめエレクトロスプレーの溶媒に添加しておくことで、類似した成分を分離することができるため、実験結果の解釈が容易になる。一方で、複数の試薬を用いる場合には、あらかじめ準備した複数の試薬が溶解した溶液を、エレクトロスプレーの装置にそれぞれ導入することになる。その場合複数の成分が含まれる被分析物を分析するにあたり複数の試薬を反応させる場合には、時間と手間がかかっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
よって本発明は、
試料を支持するための支持台と、前記支持台に支持される前記試料にレーザーを照射するレーザー光照射部と、液体を一端において保持する針と、前記一端において保持されている前記液体を空間に液滴として飛散させる電圧印加手段とを有し、
前記試料が有する物質をイオン化して飛散させるイオン化装置において、
試薬を保持する試薬保持部を前記試料から離れて有し、
前記針は、前記試薬保持部が有する試薬を含む前記液体を保持することを特徴とするイオン化装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、基板に設けられている試薬を空間に放出することができるので試薬を液体に事前に含ませる必要がなく且つ試料の成分をイオン化させている間に試料が試薬に触れることを防ぐことができる。
【００１１】
また試料のレーザー光照射位置が一方向に移動するように試料が一方向に配置され、その方向と同じ方向に異なる種類の試薬が基板上に配置されているので、レーザー光の照射位置が変わると異なる試薬を用いて試料の成分をイオン化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施の形態に係るイオン化装置を有する画像作成システムを示す模式図である。
【図２】第二の実施の形態に係るイオン化装置を有する画像作成システムを示す模式図である。
【図３】第三の実施の形態に係るイオン化装置の支持台が有する基板の面を示す模式図である。
【図４】第四の実施の形態に係るイオン化装置の支持台が有する基板の面を示す模式図である。
【図５】本発明に係るイオン化装置の同期回路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態に係るイオン化装置は、試料を支持する位置から離れて試薬保持部が配置され、前記試料である微小物質を飛散させるためのレーザー光照射部と、一端で液体を保持する針と、この液体をイオン化し空間へ放出する電圧印加手段を有する。
【００１４】
レーザー光照射部は、レーザー光源が発振するレーザー光を試料表面の所望の位置に照射可能なように配置されている。
【００１５】
図１は本発明の第一の実施の形態に係るイオン化装置を有する画像作成システムを示す模式図である。
【００１６】
基板２は支持台１に支持され、基板２には試薬６と試料１３が保持される。基板２には試薬６を保持する試薬保持部（保持部）が設けられている。試料１３は生体組織由来の物質であり、切片（細胞群）や血液、細胞破砕物である。針であるプローブ３はその端部が試薬６に接触あるいは図示するように極めて近い位置に配置されている。プローブ３はその内側に流路を有し（不図示）、流路を介して試料面に液体を供給する。液体は試薬に含まれる物質を溶質として溶解できる溶媒であり、本実施形態において液体は水と有機溶媒と酸または塩基との混合物である。
【００１７】
この液体が試薬６に触れることで、試薬６が液体に溶解する。ここで溶解とは、溶媒中に分子や原子やあるいは微小な粒子が分散している状態のことを指す。
【００１８】
液体は液体供給手段４からプローブ３へ連続して供給されるが、プローブ３に供給された液体はプローブ端部と試薬６との間で液架橋７を形成する。液架橋は、プローブと試薬とを架橋する状態の液体のことである。これは、表面張力等を利用している。液架橋は大気圧環境下で形成される。液架橋の体積は微量でおよそ１ｘ１０−１２ｍ３程度である。そしてこの液架橋部の、基板の面内方向における面積はおよそ１ｘ１０−８ｍ２程度である。
【００１９】
プローブ３の一端（先端）で液体によるテイラーコーン８を生じさせるために、電圧印加手段が設けられている。電圧印加手段は、プローブ３に電圧を印加させるためのプローブ側電圧印加手段５とイオン引出電極１０に電圧を印加させるためのイオン引出電極側電圧印加手段１１を有する。プローブ３に付着する液体とイオン引出電極１０の間の高い電位差（絶対値的に１ｋＶ以上１０ｋＶ以下、より好ましくは３ｋＶ以上５ｋＶ以下）により、液体がテイラーコーン８を形成する。テイラーコーンは、イオン引出電極１０に向かった錐状の形状をしている。
【００２０】
テイラーコーン８先端において、帯電した液体がテイラーコーンから引きちぎられ、帯電した液滴９となり、イオン引出電極１０へ放出（スプレー）される。
【００２１】
液滴９に含まれる物質はイオン化した状態で質量分析装置１２に導入される。質量分析装置１２は質量電荷比を計測する。なおテイラーコーンが形成されること、帯電液滴がスプレーされること、イオン化することの一連を総称して以降ではエレクトロスプレーイオン化と呼ぶ。このように、プローブ３の先端部分において、液体に溶解した試薬物質がイオン化される。
【００２２】
レーザー光を発する照射部１４は、基板２に保持された試料１３の一部領域にレーザーをあてるように光源が配置されている。支持台１は振動手段１９を有しており、振動手段１９によって液架橋７は振動する。
【００２３】
レーザー光の集光位置を観察する方法として、照射部１４に集光位置を観察するためのカメラが内蔵されていてもよい。このことにより、集光位置の光をカメラで観察し、照射部１４または試料１３の位置を調整することで、レーザー光を効率的に試料１３に照射することができる。レーザー光の集光位置を観察する場合には、レーザー光の波長域を透過する光学フィルターを用いることが望ましい。照射部１４または試料１３の位置の調整には、ステッピングモータなどの位置決め手段を設ければよく、これらを照射部１４または支持台１に接続することができる。
【００２４】
試料におけるレーザー光のスポットサイズはおよそ１ｘ１０−１２ｍ２の以上面積である。スポットサイズはレーザー光集光用レンズ（不図示）により任意に変えることができる。レーザー光はパルス幅がフェムト秒からナノ秒程度のパルス光で、１０Ｊ／ｍ２以上のパワーのものを用いる。レーザー光の波長は紫外領域でも、可視領域でも、赤外領域のいずれでもよい。
【００２５】
レーザー光が試料１３の領域に照射されると、試料表面から微小物質１５が脱離する。またプローブ３の先端において発生した帯電液滴９は、微小物質１５と衝突し、帯電液滴と微小物質の間で電荷がやり取りされ、微小物質１５がイオン化する。イオン化した微小物質はイオン引出電極１０へと導かれる（不図示）。
【００２６】
イオン引出電極１０はテイラーコーンから離脱する液滴に含まれるイオンおよび帯電液滴と微小物質の間で電荷がやり取りされることでイオン化した微小物質（これらをイオンと以降では総称する）引き込む流路を構成する構造体で、例えば円筒である。イオン引出電極１０には不図示のポンプが接続されており、イオンは外部雰囲気中の、気体分子と共にイオン引出電極１０に引き寄せられる。イオンは液滴の状態あるいは気相の状態のどちらでもイオン引出電極１０を通過する。そして質量分析手段１２において、イオンは気相の状態で飛行する。質量分析手段１２はＴＯＦ法（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ法）を利用した飛行時間型質量分析手段である。イオンは質量分析手段１２が有する真空の空間を飛行することで質量電荷比が計測される。
【００２７】
このように、本実施形態に係るイオン化装置は、レーザー光を用いることで試料である生体組織由来の物質の一部を脱離させ、脱離した成分を試薬と放出空間において混合させてイオン化することができる。本実施形態では、基板上に設けられた１種類の試薬と脱離した生体組織由来の成分とが混合することで、離脱した成分がイオン化することについてのべるが、後述する第３の実施形態および第４の実施形態では複数の試薬を用いる。
【００２８】
第一の実施の形態に係る画像作成システムは、質量分析装置と、画像生成装置を有し、質量分析装置はイオン化部と質量分析部を有する。
【００２９】
イオン化部は支持台１、試料および試薬が保持された基板２、プローブ３、照射部１４、イオン引出電極１０、液体供給手段４、電圧印加手段５、１１を有する。
【００３０】
上述するようにレーザー光は試料１３の面内の極めて狭い領域に照射される。試料面のより広い範囲を分析するために、試料１３を面内方向に走査させる移動手段１６が支持台１に設けられている。移動手段１６は分析位置特定手段１７と接続されており、分析位置特定手段１７は質量分析手段１２と接続している。分析位置特定手段１７は質量分析装置９が分析するべき試料の領域を特定し、質量分析手段１２はその位置の位置情報と試料の成分の質量を分析する。
【００３１】
分析位置特定手段１７は位置情報と質量分析情報を取得して画像情報を作成する画像生成装置でもある。
【００３２】
画像情報は二次元画像でも三次元画像でもよい。分析位置特定手段１７の出力部（不図示）から出力された画像情報は分析位置特定手段と接続するフラットパネルディスプレイなどの画像表示手段１８に送られる。画像情報は画像表示手段１８に入力され、画像として表示される。画像は事前に光学的に撮像した試料の画像上に質量分析装置が検出した成分の位置をマッピングした画像である。表示される成分は位置だけでなくその量も表示され、量は色であるいは明るさでその違いが表示される。
【００３３】
ディスプレイに表示させる画像はこのようなマッピング画像の他に、図中画像表示手段１８が右側に示しているような質量分析スペクトルでもよい。
【００３４】
振動手段１９は支持台１に接続されており、液架橋に溶解した試薬をイオン化する際に、よりイオン量を増大させるために用いている。
【００３５】
ここでは試料として生体組織由来の物質、溶媒として水と有機溶媒と酸または塩基とを有する混合物、試薬として混合物に容易に溶解する溶質を用いる形態を挙げたが、本発明に係るイオン化装置はその他の試料、溶媒、試薬の組み合わせにも適用できる。例えば溶媒の場合、水と有機溶媒と酸または塩基の比率を変えることができる。比率は例えばどれかが０すなわち含まれなくてもよい。比率を変えることで、試薬が有する水溶性分子と脂溶性分子の、混合物に対する溶解度を変化させ、所望の分子のイオン化を優先させることもできる。
【００３６】
本実施形態に係るイオン化装置は、電圧印加手段５が溶媒に電圧を印加する形態であるが、これはプローブ３が絶縁体である場合が好ましい。また本発明に係るイオン化装置は、電圧印加手段５がプローブ３に電圧を印加し、その結果溶媒に電圧が印加される形態でもよい。この場合、プローブ３が導電体で、溶媒がその導電体に触れるように構成されていることが好ましい。
【００３７】
本実施形態に係るイオン化装置は、プローブ３が内部に流路を有し、流路に溶媒が流れる構成であるが、本発明に係るイオン化装置は、液体供給手段４から液滴がプローブ３に供給され、プローブ３の外側を伝ってプローブ３先端で液架橋部を形成する構成でもよい。
【００３８】
本実施形態に係るイオン化装置は、プローブ３が内部に流路を有する構成であるが、本発明に係るイオン化装置は、流路を複数有し、各流路が互いに異なる溶媒を流すために設けられている構成でもよい。この場合異なる溶媒には異なる電圧を印加する手段を有してもよい。
【００３９】
本実施形態に係るイオン化装置は、イオン引出電極１０とそれに電圧を印加させるための電圧印加手段１１とが接続された形態であるが、この場合イオン引出電極１０は導電性部材を有しており、そこが電圧印加手段１１と接続している構成が好ましい。
【００４０】
一方で本発明に係るイオン化装置は、イオン引出電極１０が絶縁部材で、イオン引出電極１０のプローブ３に近い端部に導電部材を配置し、電圧印加手段１１がその導電部材に接続し、高い電界をテイラーコーン８に印加する形態でもよい。
【００４１】
本実施形態に係るイオン化装置は、飛行時間型質量分析装置に用いるほかに、四重極型質量分析計や磁場偏向型質量分析計、イオントラップ型質量分析計、イオンサイクロトロン型質量分析計のイオン発生部として用いてもよい。
【００４２】
本実施形態に係るイオン化装置は、大気圧環境下で架橋部を形成し、物質をイオン化させているが、大気圧とは標準大気圧の１０１３２５Ｐａの０．１倍から１０倍の範囲である。また環境は通常の室内と同じ雰囲気下でもよく、あるいは窒素雰囲気下、あるいはアルゴン雰囲気下のような不活性ガス雰囲気下でもよい。
【００４３】
本実施形態にかかるイオン化装置は、プローブ内部の流路に溶媒を、一様な流量で連続的に流す構成であるが、溶媒の流量（流速）を制御してもよい。すなわち、流量の増減を任意の値で設定することができる。このことにより、試薬物質が多い場合には流量を増やし、少ない場合には流量を減らすことで、液架橋に溶解する物質の濃度の変動を抑え、試料物質を効率的にイオン化することができる。
【００４４】
本実施形態にかかるイオン化装置は、試料１３の微小領域へのレーザー光の照射のタイミングは、連続的に行われる構成であるが、任意の時間に断続的に照射してもよい。すなわち、試料１３へのレーザー光の照射を一定時間内で行った後に、一定時間停止する形態でもよい。このことにより、レーザー光と、レーザー光に分解されやすい物質の相互作用する時間を短くし、物質の分解を軽減することができる。また、レーザー光により試料１３の微小領域が局所的に加熱されることを軽減し、熱による物質の劣化を軽減することができる。
【００４５】
本実施形態にかかるイオン化装置は、イオン引出電極１０の電圧印可が定常的に行われるが、レーザー光の照射のタイミングと、イオン引出電極１０への電圧印可のタイミングを任意の値に調整してもよい。例えば、レーザー光の照射開始直後に電圧印可を一定期間実施する。このことにより、レーザー光が照射されていない期間に発生する不要なイオンを検出することがなくなり、レーザー光が照射された直後に発生するイオンを効率的に回収することができるようになる。即ちテイラーコーン８から発生した帯電液滴９が、脱離した物質１５と相互作用しない間は、帯電液滴９の溶媒成分のイオンを検出しないようにする。そのようにすることで質量分析装置へ不要なイオンを取り込ませないことができ、得られる分析結果のノイズ成分を抑制することができるようになる。
【００４６】
本実施形態に係るイオン化装置は、プローブへ混合溶媒を供給し、基板上の固体の試薬を溶解させる形態であるが、基板上の試薬が液体状であってもよい。その場合、液体供給手段を停止することもできる。また、プローブ内部に流路が形成されていないプローブを使用することもできる。
【００４７】
（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態に係るイオン化装置は、プローブ３がその一端（端部）を振動する形態である。それ以外は第一の実施の形態を同じである。
【００４８】
図２は本発明の第二の実施の形態に係るイオン化装置を有する画像作成システムを示す模式図である。本実施形態に係るイオン化装置は振動手段１９が支持台１ではなくプローブ３に設けられている。振動手段１９は電圧印可手段２０と接続し、且つ分析位置特定手段１７と接続している。プローブ３は手段１９により図中矢印が示すように振動する。
【００４９】
振動手段１９は圧電素子やモーター素子等であり、プローブ３を振動させる。プローブ３の振動の振れ幅は数十ナノメートルから数ミリメートル程度、周波数は１０Ｈｚ以上１ＭＨｚ程度である。
【００５０】
プローブ３は連続的に振動し、振動中に試薬６と接している場合にはプローブ３と試薬６との間で液架橋７が形成される。そしてプローブが振動中に試薬６から離れている場合、液架橋部は形成されず、テイラーコーン８が生じ液滴９がスプレーされる。このように、プローブ３の端部において、試薬６がイオン化される。
【００５１】
本実施形態では、第一の実施形態と異なり、プローブの端部とイオン引出電極の間の距離が動的に変化する。このことが、液架橋が形成されてからテイラーコーンが形成されるまでの間に距離が短くなるので、プローブ先端の液体が受ける電界強度は増加する。さらに、プローブの振動により、プローブ端部の液体に慣性が働き、振動方向に液体が放出される。本実施形態ではプローブの振動のベクトルが、電界のベクトルとほぼ平行（同方向）になるようにしており、そのため、第一の実施形態よりもエレクトロスプレーの効率が向上する。
【００５２】
本実施形態に係るイオン化装置は、振動手段がプローブを振動するが、振動手段を設けずにプローブの自発的な共振を利用してもよい。例えばプローブのサイズ、材質、流路サイズ、印加電圧の大きさ、溶媒の流量を以下のようにすると可能であると考える。
プローブのサイズ    ：  長さ１０マイクロメートル〜１００ミリメートル
材質                ：  ガラス、ステンレス、シリコン、ＰＭＭＡのいずれか
流路サイズ          ：  流路断面積１平方マイクロメートル〜１平方ミリメートル
印加電圧の大きさ    ：  ０ボルト〜プラスマイナス１０ｋボルト
溶媒の流量          ：  毎分１ナノリットル〜毎分１０００マイクロリットル
【００５３】
本実施形態に係るイオン化装置は、振動手段が連続的に振動するが、振動手段が断続的に振動してもよい。断続的とは振動している状態と停止している状態が繰り返す場合や、振動時のプローブの振れ幅および／または周期が繰り返して変化する状態を示す。
【００５４】
また振動手段に設定する振動周波数は、共振周波数でも非共振周波数でもどちらでもよい。
【００５５】
本実施形態に係るイオン化装置は、プローブが試薬６とイオン引出電極１０との間で振動するが、プローブを回転運動させてもよい。プローブを回転運動させる場合、直交しあう二軸方向の任意の振動をプローブに与えればよい。この場合プローブの振動は２つの正弦波の合波となる。
【００５６】
本実施形態に係るイオン化装置は、液体供給手段が液体を連続してプローブと試薬の間に供給する。本発明はその他にも液体供給手段が液体を、プローブと試薬が近づいている（接している）場合にプローブと試薬の間に供給し、プローブと試薬が離れている場合に供給を止める、すなわち液体の供給とプローブの振動を同期させてもよい。
【００５７】
本実施形態に係るイオン化装置の、プローブの振動は複数の方法を用いて検出することができる。例えば、試料１３に照射するレーザー光とは異なるレーザー光をプローブの側面に照射し、反射光の変位を検出する方法が挙げられる。他にもプローブに振動検出用電気素子を接続し、素子の電気抵抗の変化からプローブのひずみを検出する方法や、プローブに磁性体を接続し、プローブに近接させたコイルに流れる誘導電流の変化を検出する方法が挙げられる。
【００５８】
本実施形態にかかるイオン化装置は、試料１３へのレーザー光の照射のタイミングは、第一の実施形態のように、任意の時間に断続的に照射してもよい。このことで、レーザー光に分解されやすい物質がレーザー光に暴露される時間を短くすることができる。また、レーザー光の断続的な照射により試料１３が局所的に加熱されることを軽減することができる。プローブ３が振動している場合、テイラーコーン２８の形成とレーザー光の照射のタイミングを同期させるためには、プローブの振動の周波数および位相と、レーザー光の制御信号の周波数および位相を調整することで行われる。プローブの振動をモニタした信号と、レーザー光の照射タイミングを制御する信号を、同期回路を使用して同期することが望ましい。
【００５９】
本実施形態にかかるイオン化装置は、電圧がイオン引出電極へ途切れることなく一定に印加されるがプローブの振動のタイミングと、イオン引出電極への電圧印可のタイミング（オンオフタイミングあるいは電圧値の変化）を同期させてもよい。このことにより、液架橋が形成されている期間に発生する不要なイオンを検出することがなくなり、得られる計測データのノイズを軽減することが可能になる。これに加えて、先述のプローブの振動のタイミングと、レーザー光の照射のタイミングの同期を合わせてもよい。
【００６０】
液架橋の形成、レーザー光の照射、およびイオン引出電極の電圧印可のタイミングを同期させるためには、プローブの振動、レーザー光の制御信号、電圧印可制御信号の周波数および位相を調整することで行われる。各々の信号を同期回路で同期することが望ましい。
【００６１】
（第三の実施の形態）
本発明の第三の実施の形態に係るイオン化装置は、基板が試薬を保持する保持部を複数有し、それ以外は第一あるいは第二の実施の形態のいずれかと同じである。
【００６２】
図３は本実施の形態に係るイオン化装置の支持台が有する基板の面を示す模式図である。基板１７１に、試料１７２、試薬を保持する保持部１７３、１７５、１７７、除去部である洗浄部１７４、１７６、１７８が設けられている。試料１７２は一方向に配置されている。試薬を保持する保持部１７３、１７５、１７７はその方向と同方向に配置されている。洗浄部１７４、１７６、１７８は保持部の隣にそれぞれ設けられている。
【００６３】
矢印１７９と矢印１８０はそれぞれレーザー光が相対移動する方向、プローブが相対移動する方向を示す。基板１７１は、支持台１が有する移動手段１６によって移動する。その結果レーザー光およびプローブはそれぞれ矢印方向に走査される。すなわちレーザー光と試料との間で、そしてプローブと保持部との間で相対的な移動が行われる。その際、プローブとレーザー光の照射位置は、その位置関係が保持されたまま相対的な移動が行われることが好ましい。
【００６４】
本実施形態によれば試料の場所毎に異なる試薬を用いることができるので測定目的や測定結果を試料の場所毎に異ならせることができる。プローブは第一の保持部１７３を通過し、洗浄部１７４を通過する。そして保持部と洗浄部を符号１７５、１７６、１７７、１７８の順で通過する。保持部１７３、１７５、１７７はそれぞれ異なる試薬を保持する。保持部間を移動する際に洗浄部を通過することで、前の試薬等といった不要物を除去することができ、試薬のコンタミネーションを防ぐことができる。より具体的にはプローブの端部が、異なる複数の試薬を有することを防ぐことができる。
【００６５】
洗浄部は保持部同様基板表面に設けられたくぼみでもよく、そこに洗浄液を有したり、試薬を吸着するための多孔質物質を有してもよい。また保持部は多孔質の物質と疎水性物質が混合された物質を有してもよい。試薬が多孔質の物質に保持されることで基板上で拡散することを防止することができる。また疎水性物質を有することで液架橋が面内方向に広がりにくく試薬が液架橋に多く含まれる。試薬部が多孔質の物質と疎水性物質が混合された物質を有する場合、くぼみを有さなくてもよい。
【００６６】
（第四の実施の形態）
本発明の第四の実施の形態に係るイオン化装置は、試料から出た成分を含む液体を通過させる成分通過路が一方向に伸びて配置されている基板を有する。それ以外は第三の実施の形態を同じである。
【００６７】
図４は本実施の形態に係るイオン化装置の支持台が有する基板の面を示す模式図である。
【００６８】
基板１９１には成分通過路１９２が設けられている。また、基板には試薬を保持する保持部１９３、１９５、１９７、洗浄部１９４、１９６、１９８が設けられている。矢印２００と矢印２０１はそれぞれ第三の実施の形態でも説明したレーザー光の走査方向、プローブの走査方向を示す。成分通過路１９２は多孔質の物質を有しており、また成分通過路１９２の一方の端部には試料載置部１９９が接続している。試料載置部１９９に載置された試料に液体をかけると、試料の成分が液体に含まれ、その液体が成分通過路を他端２０２に向けて通過する。成分通過路の多孔質物質により試料から液体に取り込まれた複数種の成分が分離して成分通過路１９２上に展開される。液体通過路の一方向の起点と終点の間に電圧を印加することで成分の移動を促進してもよい。
【００６９】
また、成分通過路は成分との親和性を利用する上述のような多孔質物質を有する以外に、成分と相互作用する物質を有してもよい。例えば、成分と成分通過路の間で抗原抗体反応を利用してもよい。成分が特定のタンパクである場合、成分通過路にそのタンパクに結合する抗体分子を有してもよい。
【００７０】
本実施形態に係るイオン化装置においては、プローブの振動のタイミング、レーザー光の照射のタイミング、イオン引出電極の電圧印加、プローブの印可電圧、試料ステージの移動のタイミング、データの取得と保存のタイミング、の各種の動作タイミングを正確に調整することが好適である。そのための同期回路の実施形態を図５に示す。
【００７１】
本実施形態の装置は、基準クロックを発生させる基準クロック発生回路１０１、プローブの振動を制御する制御信号を生成するプローブ振動制御信号生成回路１０２、振動を付与する振動付与部１０３、プローブ１０４、振動を検出する振動検出装置１０５、光源を制御する制御信号を生成する光源制御信号生成回路１０６、光源１０７、イオン引出電極の電圧を制御する制御信号を生成する引出電極電圧制御信号生成回路１０８、イオン引出電極１０９、プローブの電圧を制御する制御信号を生成するプローブ電圧制御信号生成回路１１０、試料ステージの位置を制御する試料ステージ制御回路１１１、試料ステージ１１２、イオン計測器のゲート信号を生成するイオン計測器ゲート信号生成回路１１３、データ取得装置１１４で構成される。データ取得装置１１４は、イオン数計測器１１５、一次メモリ１１６、データフィルタ１１７、ストレージ１１８から構成される。
【００７２】
ここでは一例として、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を使用した場合を述べる。これらを用いることで、複数の制御回路（基準クロック発生回路１０１、プローブ振動制御信号生成回路１０２、光源制御信号生成回路１０６、引出電極電圧制御信号生成回路１０８、プローブ電圧制御信号生成回路１１０、試料ステージ制御回路１１１）を集積回路上に実装し、それらの制御タイミングを高速かつ正確に調整することが可能になる。
【００７３】
プローブ振動制御信号生成回路１０２、光源制御信号生成回路１０６、イオン引出電極電圧制御信号生成回路１０８、プローブ電圧制御信号生成回路１１０、試料ステージ制御回路１１１、およびイオン計測器ゲート信号生成回路１１３において、各々の電圧信号が生成され、振動付与部１０３、光源１０７、イオン引出電極１０９、プローブ１０４、試料ステージ１１２、イオン計測器１１５へ出力される。この電圧信号は三角波、矩形波、サイン波、コサイン波のいずれかである。
【００７４】
まず、プローブ振動制御信号生成回路１０２では、プローブの実際の振動を検出することで得られる電圧信号と、基準クロックに基づいて生成される電圧信号との間の位相差をゼロにするために、フィードバック回路が構成されており、この回路が駆動することで、一定の周波数でプローブを振動することができる。実際のプローブ１０４の振動の検出には、振動検出装置１０５が用いられ、１０５の出力信号は１０２のフィードバック回路へ入力される。このような駆動機構はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）として知られている。ＰＬＬ用の回路内部に遅延補償回路を設けることによって、基準信号に対して任意の遅延時間をもつ電圧信号を生成することもできる。
【００７５】
１０５の出力信号は、１０６、１０８、１１０、１１１、１１３にも入力される。入力された電圧信号のうち、プローブが液架橋を形成しているタイミング、プローブ先端部分でイオン化が発生しているタイミング、液架橋とイオン化の間のタイミングといった、特定の時間を抽出し、その期間内で、各々の回路と接続されている装置の駆動が制御される。例えば、プローブの変位の信号が、振動検出装置１０５の出力信号であり、これが１０６、１０８、１１０、１１１に入力された場合に、特定の電圧の閾値を設定し、閾値よりも小さい電圧である期間を液架橋の形成タイミングとして設定することや、閾値よりも大きい電圧である期間をイオン化が発生しているタイミングとして設定することができる。このようにして決定されるタイミングと同期するように、プローブ１０４の電圧印可のタイミング、光源１０７の光照射タイミング、イオン引出電極１０９の電圧印可のタイミング、試料ステージ１１２の移動タイミングが制御される。また、基準クロック発生回路からの信号を用いることで、プローブ１０４の電圧印可のタイミング、光源１０７の光照射タイミング、イオン引出電極１０９の電圧印可のタイミング、試料ステージ１１２の移動タイミングを定量的に計測および制御することも可能になる。
【００７６】
イオン数計測器ゲート信号生成回路１１３で生成される出力信号は、イオン数計測器１１５のゲート電圧信号として入力される。イオン数計測器は通常、質量分析装置のトリガ信号を断続的に受信し、トリガ信号受信後に、質量分析装置の検出器に到達したイオン数を計測するように動作する。トリガ信号は、質量分析装置のイオン分離部の構成により異なる。本実施形態においては、質量分析装置として、四重極型質量分析計、飛行時間型質量分析計、磁場偏向型質量分析計、イオントラップ型質量分析計などを用いることができ、質量分析ごとに特定のタイミングをトリガ信号として用いることができる。
【００７７】
例えば、四重極型質量分析計では四重極電極への高周波電圧の印加を開始する時のタイミングを示す信号を、飛行時間型質量分析計では、イオンの飛行時間を計測する装置のイオンを加速するためのパルス電圧を印加する時のタイミングを示す信号を、磁場偏向型質量分析計では、セクタ型電極への磁場の印加を開始するタイミングを示す信号を、イオントラップ型質量分析計では、イオントラップへイオンを導入するタイミングを示す信号を、それぞれトリガ信号として用いることができる。一般的には、飛行時間型質量分析計のパルス電圧の周波数はおよそ数キロ〜数十キロヘルツ程度、イオントラップ型質量分析計のイオン取込みの周波数は数十から数キロヘルツ程度であり、プローブの振動周波数よりも高いことが多い。
【００７８】
本実施形態では、プローブ先端部分でイオン化が発生しているタイミングに同期するように、ゲート電圧信号が出力される。ゲート信号が出力されている期間に対応して、イオン数計測器１１５が動作するように設定されている。ここでゲート信号は正電圧・負電圧・０ボルトのいずれかであり、イオン計測器により異なる。プローブからイオンが発生している時間のみイオン数計測器を動作することができるため、液架橋が形成されている間、および液架橋が形成されてからイオン化が発生するまでの間のノイズ信号を計測することが無くなり、計測データの信号に含まれるノイズ信号を減少することができるようになる。
【００７９】
次に、イオン数計測器１１５からの電圧信号をデジタルデータとして収録する方法を述べる。イオン数計測器１１５からの信号はアナログ／デジタル変換を経て、一次メモリ１１６に一定時間保存される。計測すべきイオン種に対応した計測データを選別し、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ１１８に保存する。このデータを選別する工程はデータフィルタ１１７内でプログラム的に処理された後に、新しいデータがメモリに上書きされる。データを選別した後にストレージに保存することで、データの総量を削減することができ、事前に計測対象のイオンが決まっている場合には適用することができる。一方、未知のイオンの検出を行う場合には、データフィルタイオン数計測器１１５で得られた全データをストレージ１１８に保存することもできる。
【００８０】
被計測対象物の広範囲を計測する際には、試料ステージを移動させることが必要である。試料ステージ制御回路１１１は基準クロックに基づいて、試料ステージの位置を制御するための信号を生成し、試料ステージ１１２に出力する。この際に、振動検出装置１０５からの信号に基づいて、プローブ先端部分でイオン化が発生しているタイミング、および特定の時間内のイオン化の回数を計測することで、試料位置ごとのイオン化の回数を定量的にそろえることができる。試料ステージを移動させながら、上記データの取得と保存の工程を連続的に実施することもできる。このことにより、計測対象物の二次元データを連続的に保存することができる。
【００８１】
以上、各々の信号生成回路が、閾値に対する出力信号をそれぞれ生成する場合を述べたが、この形態に限るものではなく、共通の信号生成回路を別途設け、１０５の信号に対する特定の時間を抽出し、この時間に対応する電圧信号を、各々の信号生成回路１０６、１０８、１１０、１１１、１１３に入力してもよい。
【００８２】
また、実施形態はプローブが振動している場合の同期方法をしめすものであるが、プローブが停止している場合には、プローブの振動に関するプローブ振動制御信号生成回路１０２、振動付与装置１０３、振動検出装置１０５を停止し、各々の制御回路には基準クロック発生回路１０１からの信号を用いて各種制御信号を生成すればよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  支持台
２  基板
３  プローブ
４  液体供給手段
５、１１  電圧印加手段
７  液架橋
８  テイラーコーン
９  液滴
１０  イオン引出電極
１２  質量分析手段
１３  試料
１４  レーザー光照射部
１６  移動手段
１７  分析位置特定手段
１８  画像表示手段
【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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