(57)【要約】【課題】飛行軌道に沿った方向のサンプルプレート表面の位置ずれなどに起因する質量電荷比誤差を簡単な構成で的確に補正し、高精度の質量電荷比の取得を可能とする。【解決手段】レーザ光を用いた測距部６により、質量分析直前又は直後のサンプルプレートの位置ずれを反映した測距情報を取得する。ずれ対応補正情報記憶部４７には予めサンプルプレート表面の位置ずれと質量電荷比誤差との関係に基づく補正係数を記憶しておき、質量補正処理部４３は測距情報から判明する位置ずれ量と補正係数とを用いて、較正曲線に従って飛行時間から算出された質量電荷比値を修正する。これにより、サンプルプレート表面の位置ずれがない状態の質量電荷比が求まる。また、質量電荷比誤差をなくすために試料ステージ１１を高精度で移動させる機構も不要であるのでコスト増加も抑えることが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルプレートを保持する試料保持部と、該サンプルプレート上のサンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の目的物質をイオン化するイオン源と、該目的物質由来のイオンを加速する加速部と、加速されたイオンを飛行させる飛行空間を形成するフライトチューブと、該飛行空間を飛行したイオンを検出するイオン検出器と、を具備する飛行時間型質量分析装置において、
a)前記サンプルプレート上のサンプルから前記イオン検出器へ至るイオンの飛行軌道に沿った方向における前記サンプル表面又は前記サンプルプレート表面の相対的な位置を測定する位置測定部と、
b)該位置測定部により測定された実測位置と基準位置とのずれ量に基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正するデータ修正処理部と、
を備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記加速部は前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に加速電圧を印加する電圧印加部を含み、該電圧印加部から前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に印加された電圧の値を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記データ修正処理部は、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置のずれ量のほかに、少なくとも前記電圧検出部により検出された電圧値に基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記加速部は前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に加速電圧を印加する電圧印加部を含み、目的物質由来のイオンの飛行を開始させるべく該電圧印加部から前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極へ印加される電圧の変化のタイミングを検出するタイミング検出部をさらに備え、
前記データ修正処理部は、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置のずれ量のほかに、少なくとも前記タイミング検出部により検出されたタイミングに基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記フライトチューブの温度を測定する温度検出部をさらに備え、
前記データ修正処理部は、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置のずれ量のほかに、少なくとも前記温度検出部により検出された温度に基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記データ修正処理部は、一つのずれ要素のずれ量をΔＰi（ただしｉは１からずれ要素の数までの整数）、そのずれ要素について予め求めておいた係数をｐiとしたときに、飛行時間又は質量電荷比がｐi×ΔＰiの割合だけずれるとして求めた補正式を用い、実測の飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記データ修正処理部は、一つのずれ要素のずれ量をΔＰi（ただしｉは１からずれ要素の数までの整数）、そのずれ要素について予め求めておいた第１係数をｐi1、第２係数をｐi2としたときに、飛行時間又は質量電荷比が、ｐi1×ΔＰi×ｐi2×ΔＰi2の割合だけずれるとして求めた補正式を用いて、実測の飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置において、
前記位置測定部はレーザを用いた測距部であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置において、
前記位置測定部は静電容量を用いた測距部であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項９】
請求項７に記載の飛行時間型質量分析装置において、
前記測距部は、前記サンプルから発し前記飛行空間を経て前記イオン検出器へと至るイオンの飛行軌道から外れた位置に配置された、レーザ光源から出射されたレーザ光を前記サンプル又は前記サンプルプレートに向ける第１の反射鏡と、該サンプル表面又はサンプルプレート表面で反射したレーザ光を光検出部へ向ける第２の反射鏡とを、含むことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の飛行時間型質量分析装置において、
前記測距部は、レーザ光源から出射されたレーザ光を前記サンプル又は前記サンプルプレートに向ける反射鏡と、測距時に前記反射鏡を、前記サンプルから発し前記飛行空間を経て前記イオン検出器へと至るイオンの飛行軌道上の所定の第１位置に配置するとともに、少なくとも質量分析実行時に前記反射鏡を前記飛行軌道から外れた第２位置に退避させるべく、該反射鏡を移動させる反射鏡移動部と、
を含むことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置において、
深さが既知である少なくとも一つの凹部を有するサンプルプレートを用い、その凹部の底面上の点を含むサンプルプレート上の同一平面上でない少なくとも二つの点についての測距結果に基づいて、目的物質由来のイオンの飛行時間又は質量電荷比を修正することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１２】
サンプルプレートを保持する試料保持部と、該サンプルプレート上のサンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の目的物質をイオン化するイオン源と、該目的物質由来のイオンを加速する加速部と、加速されたイオンを飛行させる飛行空間を形成するフライトチューブと、該飛行空間を飛行したイオンを検出するイオン検出器と、を具備する飛行時間型質量分析装置において、
a)前記サンプルプレート上のサンプルから前記イオン検出器へ至るイオンの飛行軌道に沿った方向における前記サンプル表面又は前記サンプルプレート表面の相対的な位置を測定する位置測定部と、
b)該位置測定部により測定された実測位置と基準位置とのずれ量に基づいて、前記サンプルに対する質量分析を実行する際の前記イオン源でのイオン化の条件又は前記加速部での加速の条件の少なくとも一方を修正する分析条件修正部と、
を備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の飛行時間型質量分析装置において、
前記加速部は前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に加速電圧を印加する電圧印加部を含み、
前記分析条件修正部は、サンプル又はサンプルプレートの位置と加速電圧の補正量との関係を示す電圧較正情報を記憶する記憶部と、前記位置測定部により測定された実測位置を前記記憶部に照らして加速電圧の補正量を求め、その結果に応じて前記電圧印加部による加速電圧を調整する電圧調整制御部と、を含むことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は飛行時間型質量分析装置（Time-Of-Flight Mass Spectrometer、以下「ＴＯＦＭＳ」と称す）に関し、さらに詳しくは、イオン源から検出器までイオンを直線的に飛行させるリニア型のＴＯＦＭＳに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＯＦＭＳでは、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）法などを用いたイオン源で生成した測定対象物質由来のイオンに一定の運動エネルギを付与して加速し、所定長さの飛行空間中を飛行させる。飛行空間に導入された各イオンの飛行速度は質量電荷比m/zが小さいほど大きいため、同時にイオン源を発した各種イオンは質量電荷比が小さな順に飛行空間を通り抜けて検出器に到達する。即ち、各種イオンは質量電荷比に応じて時間軸上で分離される。測定対象物質由来の各イオンの飛行時間は質量電荷比の値と所定の関係にあるから、イオン毎に飛行時間を計測すれば、この計測値から質量電荷比を算出することができる。
【０００３】
上記のように各イオンの飛行時間を質量電荷比に換算する、つまり質量較正を行うためには、通常、正確な質量電荷比（一般的には理論値）が既知である化合物（標準物質）を実測することで得られた飛行時間と質量電荷比の精密な値（理論値）との関係から作成された較正情報（検量線）が用いられる。
【０００４】
質量較正の手法には、大別して、内部標準法と外部標準法とがある。内部標準法は、標準物質を測定対象物質と同時に質量分析し、その結果から質量較正を行う手法である（特許文献１参照）。例えばＭＡＬＤＩイオン源を用いたＴＯＦＭＳ（以下「ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ」と称す）では、測定対象物質と標準物質とマトリクス物質とが混合されてサンプルプレート上にサンプルが調製され、このサンプルに対してレーザ光が照射され、それによって生成された測定対象物質由来のイオン及び標準物質由来のイオンについて質量分析が実行される。そのため、測定対象物質と標準物質とに対する質量分析の条件が同一であり、精度の高い較正が行えるという利点がある。しかしながら、一般に、内部標準法は標準物質の選択や分析条件（特にレーザ光強度などのイオン化条件）の設定が難しい。何故なら、測定対象物質由来のイオンと質量電荷比が異なり、且つ同一分析条件の下で十分にイオン強度が得られるような標準物質を選択する必要があるからである。そのため、場合によっては適切な標準物質が見つからないこともあり得る。また、測定対象物質が未知物質である、つまり測定対象物質由来イオンの質量電荷比が不明である場合には、内部標準法を採用することはできない。
【０００５】
一方、外部標準法は、標準物質に対する質量分析と測定対象物質に対する質量分析とを別々に行い、その結果から質量較正を行う手法である。この手法は、分析条件の設定が容易であり、上述したような標準物質の制約も少ないために、実用性が高く広範に利用されている。しかしながら、測定対象物質に対する質量分析と標準物質に対する質量分析とで本来同一にすべきである条件が完全に同一でない場合があり得る。例えばＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、サンプルプレート上の異なる位置に調製された別々のサンプルに対する質量分析が、異なる時点で実行される。このため、例えばサンプルプレートを保持する試料ステージの機械的なガタつきや試料ステージの載置面の傾き、或いは、サンプルプレートのサンプル形成面の凹凸などのために、測定対象物質に対する質量分析時と標準物質に対する質量分析時とでサンプル表面とサンプル付近からイオンを引き出すための引出電極との距離が変化し、イオンに付与される運動エネルギが相違したり飛行距離が相違したりすることがある。これによって飛行時間の再現性が低下し、質量較正に誤差が生じる可能性がある。こうした理由により、一般的に、外部標準法は内部標準法に比べて質量較正精度が劣る。
【０００６】
近年、ＴＯＦＭＳはタンパク質や核酸などの生体由来物質の構造解析や同定に頻用されており、特にこうした用途では、要求される質量精度がますます高くなっている。ＴＯＦＭＳにおいて高い質量精度や質量再現性を実現するには、上述したような外部標準法による質量較正の精度を上げることが必要である。
【０００７】
特許文献２には、上述したサンプルプレートの位置ずれなどに起因する誤差を軽減可能である質量分析装置が開示されている。即ち、この質量分析装置は、イオン化されるサンプルの表面とイオン収集部（the tip of the collection tube）との間の距離をレーザ光を用いて測定する測距部と、該測距部による測距結果に応じてサンプルを載せた試料ステージをイオン収集部に近づく方向又は該イオン収集部から遠ざかる方向に移動させるステージ駆動機構と、を備える。そして、試料ステージ上に載置されるサンプルの高さが変化する場合であっても、サンプル表面とイオン収集部との間の距離が常に一定になるように試料ステージの位置を調節している。この装置をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳに適用すれば、例えばサンプルプレートに凹凸があったような場合でも、測定対象物質に対する質量分析時のサンプル表面の位置を標準物質に対する質量分析時のサンプル表面の位置と同一にすることができ、標準物質を用いて作成された質量較正情報を使用して、測定対象物質に対して得られた質量分析結果から高精度な質量電荷比を算出することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の質量分析装置では、サンプルプレート載置面の拡がり面内で直交する二軸方向に移動可能である試料ステージを、さらにその二軸に直交する軸方向に高精度に移動させるメカニズムや制御回路が必要になり、こうした誤差補正機能を付加しない場合に比べて装置のコストがかなり高くなってしまう。
【０００９】
また、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、質量較正に影響を及ぼす誤差として、上述したようなサンプル表面の位置の誤差だけでなく、例えば、サンプル付近からイオンを引き出して加速する電場を形成するためにサンプルプレートや引出電極などに印加される電圧の変動による誤差、イオン加速のため電場の変化のタイミングのずれ（つまりは印加電圧の変化の時間的なずれ）による誤差、或いは、その内部に飛行空間を形成するフライトチューブの熱膨張による飛行距離の誤差など、が同時に起こり得る。特許文献２に記載の質量分析装置ではこうした要因による誤差は補正されず、質量較正の際に質量誤差をもたらすことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２０５４６０号公報
【特許文献２】米国特許公開第２０１０／０００３３８号明細書
【特許文献３】特開２０１１−１７５８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的は、装置コストを抑えるとともに測定作業に関するオペレータの作業を軽減しつつ、外部標準法による質量較正の精度を改善し、高い質量精度や質量再現性を実現することができるＴＯＦＭＳを提供することである。
【００１２】
また本発明の他の目的は、サンプル表面の位置の不正確さに伴う質量誤差だけでなく、それと同時に生じ得る、サンプルプレートや引出電極に印加される電圧の変動など、様々な要因による質量精度の低下を回避し、高い質量精度及び質量再現性を実現することができるＴＯＦＭＳを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置は、サンプルプレートを保持する試料保持部と、該サンプルプレート上のサンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の目的物質をイオン化するイオン源と、該目的物質由来のイオンを加速する加速部と、加速されたイオンを飛行させる飛行空間を形成するフライトチューブと、該飛行空間を飛行したイオンを検出するイオン検出器と、を具備する飛行時間型質量分析装置において、
a)前記サンプルプレート上のサンプルから前記イオン検出器へ至るイオンの飛行軌道に沿った方向における前記サンプル表面又は前記サンプルプレート表面の相対的な位置を測定する位置測定部と、
b)該位置測定部により測定された実測位置と基準位置とのずれ量に基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正するデータ修正処理部と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置において、上記位置測定部は例えば、レーザ光を用いた測距部、又は静電容量を用いた測距部とすることができる。
【００１５】
本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置において、測定対象物質を含むサンプルの質量分析を行う際に、位置測定部はサンプルプレート上のサンプル表面の相対的な位置又はサンプルプレート自体の表面の相対的な位置を測定する。その測定結果を受けてデータ修正処理部は、測定結果に基づく実測位置と予め記憶してある基準位置とのずれ量に基づいて、その測定対象物質由来のイオンに対する質量分析により得られた飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を演算処理により修正する。通常、イオン検出器で得られた検出信号をデジタル化した検出データに対する各種のデータ処理の多くは、コンピュータ上で所定のソフトウエアを動作させることで実現される。したがって、上記データ修正処理部におけるデータ処理も、コンピュータ上で所定のソフトウエアを動作させることで実施させるようにすることができる。
【００１６】
例えば、標準物質を質量分析した結果に基づいて、飛行時間を質量電荷比に換算する質量較正情報が得られている場合には、ずれ量に応じてその質量較正情報を補正することで、算出される質量電荷比値を修正することができる。なお、上記基準位置は、例えば質量較正のための標準物質に対する質量分析を実施した際に位置測定部により得られた測定値に基づくもの、又は、全ての物質の質量分析の際に共通に定められたもののいずれでもよい。
【００１７】
上記データ修正処理部が例えば質量較正情報を補正する際には、予め定めておいた補正式に実測値に基づくずれ量を適用するようにすれば処理が簡便である。
具体的には例えば、上記データ修正処理部は、一つのずれ要素のずれ量をΔＰi（ただしｉは１からずれ要素の数までの整数）、そのずれ要素について予め求めておいた係数をｐiとしたときに、飛行時間又は質量電荷比がｐi×ΔＰiの割合だけずれるとして求めた補正式を用いるものとすることができる。即ち、これは、一つのずれ要素のずれに対する飛行時間又は質量電荷比のずれが線形近似可能であるとした補正であり、一般的には、これによって実質的に問題とならない程度に飛行時間又は質量電荷比のずれを抑えることができる。
【００１８】
また、より精度の高い補正を行いたい場合に、上記データ修正処理部は、一つのずれ要素のずれ量をΔＰi、そのずれ要素について予め求めておいた第１係数をｐi1、第２係数をｐi2としたときに、飛行時間又は質量電荷比が、ｐi1×ΔＰi×ｐi2×ΔＰi2の割合だけずれるとして求めた補正式を用いるものとすることができる。即ち、これは、一つのずれ要素のずれに対する飛行時間又は質量電荷比のずれが２次関数に近似可能であるとした補正である。もちろん、２次以上の高次関数を用いた補正も可能である。
【００１９】
飛行時間型質量分析装置において、分析対象であるサンプル表面やサンプルプレート表面の相対的な位置のずれは質量電荷比のずれに影響を与える大きな要因であるものの、上述したように質量電荷比の誤差の要因はそれだけではない。
【００２０】
そこで本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置では、好ましくは、
前記加速部は前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に加速電圧を印加する電圧印加部を含み、該電圧印加部から前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に印加された電圧の値を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記データ修正処理部は、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置のずれ量のほかに、少なくとも前記電圧検出部により検出された電圧値に基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正する構成とするとよい。
【００２１】
この構成によれば、分析対象であるサンプル表面やサンプルプレート表面の相対的な位置のずれだけでなく、サンプルプレートや加速電極に印加される加速電圧が時間的に変動することによる加速電場の相違に起因する飛行時間や質量電荷比のずれも解消することができる。
【００２２】
また本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置では、さらに好ましくは、
前記加速部は前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に加速電圧を印加する電圧印加部を含み、目的物質由来のイオンの飛行を開始させるべく該電圧印加部から前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極へ印加される電圧の変化のタイミングを検出するタイミング検出部をさらに備え、
前記データ修正処理部は、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置のずれ量のほかに、少なくとも前記タイミング検出部により検出されたタイミングに基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正する構成とするとよい。
【００２３】
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、従来より遅延引出し法と呼ばれるイオンの加速手法が知られている（特許文献３参照）。遅延引出し法では、サンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の物質をイオン化する際には実質的な加速電場を形成せず、イオンが発生してから所定時間だけ遅れてサンプルプレートや加速電極に所定の電圧を印加することにより加速電場を形成してイオンを加速する手法である。遅延引出し法を用いた場合には、加速電場を形成するためにサンプルプレートや加速電極に印加される電圧の値だけでなく、印加するタイミング（厳密に言えば印加している電圧を変化させるタイミング）のずれも飛行時間や質量電荷比のずれを引き起こす。これに対し、上記構成によれば、分析対象であるサンプル表面やサンプルプレート表面の相対的な位置のずれだけでなく、こうしたサンプルプレートや加速電極に電圧を印加するタイミングの変動に起因する飛行時間や質量電荷比のずれも解消することができる。
【００２４】
また本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置では、さらに好ましくは、
前記フライトチューブの温度を測定する温度検出部をさらに備え、
前記データ修正処理部は、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置のずれ量のほかに、少なくとも前記温度検出部により検出された温度に基づいて、質量分析により得られた目的物質由来のイオンの飛行時間又は該飛行時間から求まる質量電荷比を修正する構成とするとよい。
【００２５】
周囲温度の変動等の影響でフライトチューブの温度が変化すると、該チューブが伸縮することによって飛行距離が変化し、飛行時間や質量電荷比のずれを引き起こす。これに対し、上記構成によれば、分析対象であるサンプル表面やサンプルプレート表面の相対的な位置のずれだけでなく、フライトチューブの熱膨張等に起因する飛行時間や質量電荷比のずれも解消することができる。
【００２６】
また本発明の第１態様に係る飛行時間型質量分析装置において、レーザ光による測距部を用いた構成では、該測距部は、サンプルから発し飛行空間を経てイオン検出器へと至るイオンの飛行軌道から外れた位置に配置された、レーザ光源から出射されたレーザ光をサンプル又はサンプルプレートに向ける第１の反射鏡と、該サンプル表面又はサンプルプレート表面で反射したレーザ光を光検出部へ向ける第２の反射鏡とを、含む構成とすることができる。
この構成では、第１及び第２の反射鏡の位置は固定的でよいが、その位置はイオンの通過を妨げないようにする必要がある。
【００２７】
他方、測距部は、レーザ光源から出射されたレーザ光をサンプル又はサンプルプレート表面に向ける反射鏡と、測距時に前記反射鏡を、前記サンプルから発し前記飛行空間を経て前記イオン検出器へと至るイオンの飛行軌道上の所定の第１位置に配置するとともに、少なくとも質量分析実行時に前記反射鏡を前記飛行軌道から外れた第２位置に退避させるべく、該反射鏡を移動させる反射鏡移動部と、を含む構成としてもよい。
この構成では、反射鏡を移動させる機構やそのための制御回路（電気的な制御による移動させる場合のみ）が必要になるものの、一般に、サンプルプレート表面に直交する方向にレーザ光を照射して測距が行えるので、サンプルプレート表面に斜め方向にレーザ光を照射する場合に比べて測距の精度が向上する。
【００２８】
なお、特にレーザ光による測距部を用いた構成では、深さが既知である少なくとも一つの凹部を有するサンプルプレートを用い、その凹部の底面上の点を含むサンプルプレート上の同一平面上でない少なくとも二つの点についての測距結果に基づいて、目的物質由来のイオンの飛行時間又は質量電荷比を修正するとよい。或る一つの凹部の深さが既知であり、その寸法精度が高い場合、その深さの値を絶対的な基準として用いることができる。それによって、飛行時間や質量電荷比の修正の精度を一層高めることができる。
【００２９】
上記第１態様の飛行時間型質量分析装置では、データ処理によってサンプルやサンプルプレートの位置ずれ等に起因する飛行時間や質量電荷比のずれを修正していたが、同様の修正を質量分析実行時の制御によって行うこともできる。
【００３０】
即ち、上記課題を解決するためになされた本発明の第２態様に係る飛行時間型質量分析装置は、サンプルプレートを保持する試料保持部と、該サンプルプレート上のサンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の目的物質をイオン化するイオン源と、該目的物質由来のイオンを加速する加速部と、加速されたイオンを飛行させる飛行空間を形成するフライトチューブと、該飛行空間を飛行したイオンを検出するイオン検出器と、を具備する飛行時間型質量分析装置において、
a)前記サンプルプレート上のサンプルから前記イオン検出器へ至るイオンの飛行軌道に沿った方向における前記サンプル表面又は前記サンプルプレート表面の相対的な位置を測定する位置測定部と、
b)該位置測定部により測定された実測位置と基準位置とのずれ量に基づいて、前記サンプルに対する質量分析を実行する際の前記イオン源でのイオン化の条件又は前記加速部での加速の条件の少なくとも一方を修正する分析条件修正部と、
を備えることを特徴としている。
【００３１】
この第２態様の飛行時間型質量分析装置は、例えば、
前記加速部は前記サンプルプレート及び／又は１若しくは複数の加速電極に加速電圧を印加する電圧印加部を含み、
前記分析条件修正部は、サンプル又はサンプルプレートの位置と加速電圧の補正量との関係を示す電圧較正情報を記憶する記憶部と、前記位置測定部により測定された実測位置を前記記憶部に照らして加速電圧の補正量を求め、その結果に応じて前記電圧印加部による加速電圧を調整する電圧調整制御部と、を含む構成とすることができる。
【００３２】
この第２態様における位置測定部は、第１態様における位置測定部と同様の各種構成とすることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、例えばレーザ光を用いた測距器などの、サンプル表面又はサンプルプレート表面の相対的な位置を測定可能なデバイスやユニットを用意すれば、それ以外は、得られたデータに対する処理或いは分析実行時の制御によって、つまりは特別なハードウエアを実質的に用意することなく、サンプル表面又はサンプルプレート表面の相対的な位置のずれに起因する飛行時間や質量電荷比の誤差を修正することができる。それにより、装置のコスト増加を抑えながら、目的物質に対して得られる飛行時間や質量電荷比の精度や再現性を向上させることができる。特に、本発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、異なる時点で実行される複数回の質量分析におけるサンプル表面又はサンプルプレート表面の相対的な位置のずれの影響が、最終的に算出される質量電荷比に現れないので、外部標準法による質量較正を行っても高い質量電荷比精度を実現することができる。
【００３４】
また本発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、従来技術のように、サンプルプレートの位置ずれを修正するためにそれ自体が物理的に移動されることはなくなるので、そうした物理的な移動に伴う調整時間が不要になる。それにより、測定時間が長引くことなく効率的な測定が可能となる。また、一般にそうした物理的な移動のための機構は故障を起こし易いが、本発明によれば故障が起こりにくく、装置の信頼性を高めることができる。さらにまた、サンプル表面又はサンプルプレート表面の相対的な位置のずれに起因する誤差のみならず、それ以外の要素による誤差も併せて修正する構成とすることで、得られる飛行時間や質量電荷比の精度や再現性を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例によるＴＯＦＭＳの概略構成図。
【図２】サンプルプレートの位置の相違に伴う該プレート近傍の電場の相違の説明図。
【図３】サンプルプレートの位置の相違に伴う飛行時間の相違の説明図。
【図４】サンプルプレートの電位の相違に伴う飛行時間の相違の説明図。
【図５】第１実施例のＴＯＦＭＳにおけるサンプルプレートの位置ずれに伴う質量電荷比誤差の補正効果についてのシミュレーション結果を示す図。
【図６】第１実施例のＴＯＦＭＳにおけるサンプルプレートの電位の相違に伴う質量電荷比誤差の補正効果についてのシミュレーション結果を示す図。
【図７】飛行時間と質量電荷比との関係を示す質量較正曲線の一例を示す図。
【図８】図７に示した質量較正曲線を用いて質量較正を行ったときの質量電荷比と質量精度との関係を示す図。
【図９】サンプルプレートの位置、サンプルプレート及び加速電極への印加電圧、加速電圧印加のタイミング、並びにフライトチューブ温度がいずれもずれている場合における、多重線形の補正式を用いて質量電荷比を補正したときの補正前後の質量精度を示す図。
【図１０】サンプルプレートの位置及びサンプルプレートへの印加電圧のみがずれている場合における、多重線形の補正式を用いて質量電荷比を補正したときの補正前後の質量精度を示す図。
【図１１】本発明の第２実施例によるＴＯＦＭＳの概略構成図。
【図１２】サンプルプレートの位置の相違に伴う飛行時間の相違を加速電圧の調整によって補正する例の説明図。
【図１３】図１２の一部分の詳細図。
【図１４】第２実施例のＴＯＦＭＳにおける、サンプルプレートの位置ずれと調整電圧との関係を示す図。
【図１５】サンプルプレートの位置及びサンプルプレートへの印加電圧のみがずれている場合に加速電圧の調整によって質量電荷比を補正したときの補正前後の質量精度を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
［第１実施例］
本発明の一実施例（第１実施例）であるＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳについて、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの要部の構成図である。
【００３７】
このＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳは、サンプル中の目的物質をイオン化するＭＡＬＤＩイオン源１と、イオンを自由飛行させる飛行空間を内部に形成するフライトチューブ２と、イオンを検出するイオン検出器３と、イオン検出器３により得られる信号をデジタル化して処理するデータ処理部４と、ＭＡＬＤＩイオン源１中の試料ステージ１１を含む各部にそれぞれ所定の直流電圧を印加する電圧発生部５と、サンプル表面又はサンプルプレート表面の位置を求めるための測距部６と、試料ステージ１１（より好ましくはサンプルプレート１０）に実際に印加されている電圧の瞬時値を検出する電圧検出部７と、各部の動作を制御する制御部８と、を備える。
【００３８】
ＭＡＬＤＩイオン源１は、サンプルプレート１０を保持する試料ステージ１１と、サンプルプレート１０上に形成されたサンプル１２中の目的物質をイオン化するために該サンプル１２に照射するレーザ光を発するレーザ照射部１６と、該レーザ光を反射してサンプル１２上に集光する反射鏡１７と、サンプルプレート１０との間にサンプル１２から発生した目的物質由来のイオンを引き出すとともに加速する電場を形成する引出電極１３と、引き出されたイオンを加速する電場を形成する加速電極１４と、イオンを収束させる機能を有する３枚の電極から成るイオンレンズ１５と、を含む。
【００３９】
サンプル１２は目的物質（測定対象物質や質量較正のための標準物質など）と適宜のマトリクスとを混合して調製される。制御部８の制御の下にレーザ照射部１６から短い時間幅のレーザ光が出射されると、該レーザ光は反射鏡１７で反射され、サンプル１２の表面付近に照射される。このレーザ光のエネルギにより、サンプル１２中のマトリクスや目的物質が蒸発し、その過程で目的物質はイオン化される。サンプルプレート１０は導電性を有し、試料ステージ１１、引出電極１３、加速電極１４、及びイオンレンズ１５には、電圧発生部５からそれぞれ所定の直流電圧が印加される。それ故に、サンプル１２と引出電極１３との間の空間には、目的物質由来のイオンを引き出す電場が形成され、引出電極１３と加速電極１４との間の空間には、引き出されたイオンを加速する電場が形成される。こうした２段階の電場の作用により、目的物質由来のイオンはサンプル１２表面付近から図１中で右方向に引き出された後に、略一斉に加速される。また、加速されたイオンはイオンレンズ１５により収束される。なお、レーザ光照射によりイオンが発生した時点から所定時間だけ遅れて実質的な加速電場が形成されるように、加速電極１４へ印加する電圧を切り替えることで、イオンの遅延引出しが達成される。
【００４０】
フライトチューブ２はその内部に電場や磁場が存在しない飛行空間を形成する。上述したようにＭＡＬＤＩイオン源１において加速された各種イオンはフライトチューブ２中の飛行空間に導入され、それぞれの飛行速度で以て飛行する。理想的には、ＭＡＬＤＩイオン源１において各イオンは質量電荷比に依らず一定の運動エネルギを受け、各イオンの飛行速度は質量電荷比に応じたものとなる。具体的には、質量電荷比が小さいイオンほど大きな飛行速度を有して飛行空間に導入されるため、質量電荷比が小さい順に飛行空間を通過してイオン検出器３に到達する。
【００４１】
イオン検出器３は例えば、コンバージョンダイノードと二次電子増倍管との組合せ又はマイクロチャンネルプレートと光電子増倍管との組合せなどが用いられ、入射するイオンの数に応じた強度の検出信号を出力する。理想的には、目的物質由来の各種イオンの飛行開始は同時であるとみなせるから、例えば遅延引出しを行う場合には、イオンを一斉に加速させるために加速電極１４に所定の加速電圧を印加した時点を起点としてイオンがイオン検出器３に到達するまでの時間（飛行時間）を計測する。各イオンの飛行時間と質量電荷比とは、加速電場により受ける運動エネルギ及び飛行距離をパラメータとして所定の関係となる。飛行距離は構造上決まるパラメータであり、また、加速電場により受ける運動エネルギは、試料ステージ１１を介してサンプルプレート１０に印加される電圧、引出し電極１３に印加される電圧、加速電極１４に印加される電圧、により決まるパラメータである。
【００４２】
理想的には、サンプルプレート１０の表面の位置は図１中のＸ軸（つまりはイオン飛行軌道の中心軸）方向に常に同一である。しかしながら、例えば試料ステージ１１のガタつきや傾き、サンプルプレート１０の厚さの不均一性、などの要因により、サンプルプレート１０の表面の位置はＸ軸方向に僅かにずれる（なお、以下の説明では特に言及しない限り「ずれ」とはＸ軸方向のずれを示す）ことがある。サンプルプレート１０の表面の位置がずれると、サンプルプレート１０と引出電極１３及び加速電極１４との間の距離が変化し、サンプル１２付近の電場の強さが実質的に変動する。これによって、イオンに付与される運動エネルギが変化して飛行時間に変動が生じ、質量電荷比にも誤差が生じることになる。
【００４３】
図２は、サンプルプレート１０の表面が理想的な位置（ｘ0＝−２．０[mm]）にある場合とそこから０．１[mm]だけずれた位置（ｘ0＋Δｘ0＝−１．９[mm]）にある場合とで、サンプルプレート１０表面付近に生じる電場（加速電場）の相違を説明するための図である。この図２は、サンプルプレート１０への印加電圧Ｅ1＝１８０００[Ｖ]、引出電極１３への印加電圧Ｅ2＝１８６６０[Ｖ]、Ｅ2p＝−１２６０[Ｖ]（ただし、Ｅ2はレーザ光照射時の印加電圧、Ｅ2pはレーザ光照射時点から所定遅延時間後に印加される加速電圧）の条件の下で引出電極１３へ電圧Ｅ2pが印加された状態における、イオン飛行軌道の中心軸に沿った電場の強度をシミュレーション計算したものである。サンプルプレート１０表面が引出電極１３に近づく方向に０．１[mm]ずれただけで、サンプルプレート１０のごく近傍における電場強度は０．９[V/mm]から５．２[V/mm]に増加する。それによって、サンプルから生成したイオンに作用する運動エネルギは増加し、質量電荷比が同一であっても飛行速度は高くなる。
【００４４】
図３は、サンプルプレート表面の位置が図２で説明した二つの状態であるときに、同一質量電荷比（１０００[Da]）を有するイオンの飛行時間をシミュレーションした結果を示す図である。図３から、サンプルプレート１０表面の位置が０．１[mm]ずれたことで、飛行時間が０．０１８〜０．０１９[μsec]ずれていることが分かる。サンプルプレート表面が理想的な位置（ｘ0＝−２．０[mm]）にあるときに飛行時間を質量電荷比に換算する較正情報を取得し、この較正情報に基づいて実測の飛行時間を質量電荷比に換算したとすると、サンプルプレート表面が０．１[mm]ずれているとき（ｘ0＋Δｘ0＝−１．９[mm]）には質量電荷比が９９８．３２１[Da]と求まり、１．６８[Da]程度の大きな質量誤差が生じることになる。この誤差から、位置ずれ量Δｘ0当たりの質量ずれ量Δｍ／ｍを算出すると、（Δｍ／ｍ）／Δｘ0＝１７[ppm/μm]と求まる。
【００４５】
また、電圧発生部５から試料ステージ１１を通してサンプルプレート１０に印加される直流電圧の電圧値自体に変動（つまりはサンプルプレート１０の電位の理想的な状態からのずれ）が生じた場合にも、サンプルプレート１０のごく近傍における電場強度は変動する。その結果、サンプルプレート表面の位置ずれと同様に、同一質量電荷比を持つイオンの飛行時間が変化し、質量誤差の原因となる。
【００４６】
図４は、サンプルプレートの電位Ｅ1のずれが生じたときの同一質量電荷比（１０００[Da]）を有するイオンの飛行時間をシミュレーションした結果を示す図である。サンプルプレートの電位Ｅ1のずれ量ΔＶを−１０[Ｖ]〜１０[Ｖ]の範囲で２[Ｖ]ステップで変化させたときの飛行時間は、おおよそ２１．８８３〜２１．９０３[μsec]の範囲で変化し、サンプルプレート電位が理想的である（ΔＶ＝０）ときに飛行時間を質量電荷比に換算する較正情報を取得し、この較正情報に基づいて実測の飛行時間を質量電荷比に換算したとすると、みかけ上の質量電荷比は９９９．０７３〜１０００．９４４[Da]となる。つまり、約±１[Da]の質量誤差が生じることになる。
【００４７】
本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、上記のようなサンプルプレート１０の位置ずれ及びサンプルプレート１０の電位のずれに起因する質量電荷比の誤差を極力減らすために、特徴的な構成を備えるとともに特徴的な制御及び処理を実行している。
即ち、この目的のために、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳは、測距部６と電圧検出部７とを備える。測距部６は、図示しないものの、測距用のパルス状のレーザ光を出射するレーザ発光部、反射してきたレーザ光を検出する検出器、該検出器に入射する光の方向（角度）を精度良く認識して三角測距方式によりＸ軸上のサンプルプレート１０までの距離を算出する信号処理部、を備える。また、イオン飛行軌道中に挿入される反射鏡６０も測距部６の一部である。反射鏡６０は図示しない駆動機構により、イオン飛行軌道中の位置と、該軌道から外れた位置、つまりイオンの飛行に障害とならない位置との間で移動可能である。図１では、反射鏡６０がイオン飛行軌道中に位置する状態を点線で示している。
【００４８】
また、データ処理部４は、一般的に備えられている、スペクトルデータ収集部４０、質量較正情報記憶部４１、質量較正処理部４２、マススペクトル作成部４４のほかに、質量補正処理部４３、位置変動量算出部４５、電位変動量算出部４６、ずれ対応補正情報記憶部４７などの機能ブロックを含む。質量較正情報記憶部４１には、質量較正用の標準物質（質量電荷比の理論値等、精密な質量電荷比値が既知である物質）を含むサンプルを質量分析した結果に基づいて作成される、飛行時間と質量電荷比との関係を示す検量線などの質量較正情報が格納される。スペクトルデータ収集部４０は質量分析の実行時に、上述したようにイオン検出器３から順次得られるイオン強度信号をデジタル化し、いわゆる飛行時間スペクトルデータを収集する。質量較正処理部４２は、その飛行時間スペクトルデータにおいて有意なピークを検出し、検出したピークに対応する飛行時間を求め、質量較正情報記憶部４１に格納されている質量較正情報に基づいて飛行時間を質量電荷比に換算する。
【００４９】
従来の装置では、質量較正情報に基づいて飛行時間から換算された質量電荷比値を用いてマススペクトルを作成する。これに対し、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは質量補正処理部４３が、位置変動量算出部４５及び電位変動量算出部４６の出力、並びに、ずれ対応補正情報記憶部４７に格納されている補正情報を用いて、質量較正処理部４２で得られた質量電荷比値をさらに修正する。この補正情報は、上述した、サンプルプレート表面の位置ずれに起因する質量電荷比の誤差を補正する情報と、サンプルプレートの電位のずれに起因する質量電荷比の誤差を補正する情報と、を含む。
【００５０】
例えば測定対象物質を含む或るサンプル１２の質量分析を実施する直前又は直後に、制御部８の制御の下に測距部６は、そのサンプル１２のごく近傍のサンプルプレート１０の表面までの距離を計測する。即ち、反射鏡６０を図１中の点線に示す位置に移動させ、レーザ発光部からパルス状のレーザ光を射出する。レーザ光は反射鏡６０を経てサンプルプレート１０の表面に当たり、反射光が測距部６の検出器へと戻って来る。測距部６は、そのときの反射光の角度に基づいて、サンプルプレート１０のＸ軸方向の位置ずれを反映した距離を算出する。
【００５１】
データ処理部４において位置変動量算出部４５は、測距部６により得られた距離情報に基づいて、その時点でのサンプルプレート１０表面の位置ずれ量を計算する。具体的には例えば、標準物質を質量分析したときに計測した距離をサンプルプレート１０表面の位置ずれがない（つまりはΔｘ＝０である）条件の下での基準距離として記憶しておき、実測により得られた距離と該基準距離との差を計算することで位置ずれ量を求める。
一方、電圧検出部７は、測定対象物質を含むサンプルの質量分析を行うためにレーザ光が該サンプルに照射される時点において、試料ステージ１１を通してサンプルプレート１０の電位を検出する。電位変動量算出部４６は、電圧検出部７により得られた電圧値に基づいて、その時点でのサンプルプレート１０の電位ずれ量を計算する。具体的には例えば、上記位置ずれと同様に、標準物質を質量分析したときに検出した電圧値をサンプルプレート１０の電位ずれがない（つまりはΔＶ＝０である）条件の下での基準電位として記憶しておき、実測により得られた電位と該基準電位との差を計算することで電位ずれ量を求める。
【００５２】
本願発明者の検討によれば、サンプルプレート表面の位置ずれ量やサンプルプレート電位のずれ量とそうしたずれの影響による質量電荷比値の誤差、つまりそれらずれの影響がある場合に求まる質量電荷比値とそうしたずれの影響がない理想的な状態であれば得られる正確な質量電荷比値との差、との関係はほぼ比例関係となる。
図５は、サンプルプレート表面の位置ずれ量Δｘと質量電荷比誤差との関係をシミュレーション計算により求めた結果を示す図、図６はサンプルプレート電位のずれ量ΔＶと質量電荷比誤差との関係をシミュレーション計算により求めた結果を示す図である。いま、両図において「補正なし」のプロット点及びそれを繋ぐ線を見ると、いずれもほぼ直線となっていることが分かる。したがって、サンプルプレート表面の位置ずれやサンプルプレート電位のずれなどの影響があるときの実測の質量電荷比値ｍeと、そうしたずれの影響がない理想的な状態であれば得られる正確な質量電荷比値ｍ0とは、次式で示される線形式で近似可能である。
ｍ0＝ｍe（１＋ｐi・ΔＰi）      …(1)
【００５３】
(1)式において、ΔＰiは或るパラメータＰiの名目値（理想的な状態における値）からのずれ量であり、ｐiはそのパラメータＰiに関する補正係数である。ここでは、パラメータＰiはサンプルプレート表面の位置ずれとサンプルプレートの電位ずれの二つであるから、ｉ＝１，２であり、(1)式は次の(2)式となる。
ｍ0＝ｍe（１＋ｐ1・ΔＰ1）（１＋ｐ2・ΔＰ2）      …(2)
ここで、ΔＰ1はサンプルプレート表面の位置ずれ量Δｘ、つまりは位置変動量算出部４５で算出される値である。また、ΔＰ2はサンプルプレートの電位ずれ量ΔＶ、つまりは電位変動算出部４６で算出される値である。
【００５４】
一方、(2)式における二つの補正係数ｐ1、ｐ2は予め、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳをモデル化した計算機シミュレーションにより導出するか、或いは、質量電荷比が既知である物質（例えば質量較正用の標準物質）を用いた予備的な測定に基づいて導出することができる。計算機シミュレーションはもちろんのこと、予備的な測定にしても、これは本装置の製造メーカが製品出荷前に行うことが可能なものであって、ユーザ側が行う必要はない。そこで、本装置の製造メーカは、計算機シミュレーション若しくは予備的な測定、又はその両方を併用して、サンプルプレート表面の位置に関する補正係数ｐ1と、サンプルプレートの電位ずれに関する補正係数ｐ2とをそれぞれ求め、これを補正情報としてずれ対応補正情報記憶部４７に格納しておくようにすればよい。
【００５５】
上述したように測定対象物質を含むサンプル１２を実際に質量分析した際に、質量補正処理部４３は、上記のようにずれ対応補正情報記憶部４７に格納されている補正係数ｐ1、ｐ2を読み出す。そして、質量補正処理部４３は、位置変動量算出部４５から入力される位置ずれ量Δｘ、電位変動量算出部４６から入力される電位ずれ量ΔＶ、補正係数ｐ1、ｐ2を用いて、(2)式に従って、質量較正処理部４２から与えられる実測に基づく質量電荷比値ｍexpを補正する。これにより、標準物質を含むサンプル測定時の状態を基準として、サンプルプレート表面の位置ずれとサンプルプレート電位のずれとに起因する質量電荷比の誤差が補正された質量電荷比値が求まる。質量補正処理部４３は、飛行時間スペクトル上で検出される有意のピーク毎に質量較正情報に基づく換算によって求まる質量電荷比値をそれぞれ修正する。マススペクトル作成部４４はそうして修正された質量電荷比値と各ピークの強度値に基づいて、マススペクトルを作成する。
【００５６】
図５には、補正係数ｐ1＝１．７５２×１０-5[μm-1]として質量電荷比を補正したときの質量電荷比誤差も併せて掲載してある。また、図６には、補正係数ｐ2＝９．３１７×１０-5[Ｖ-1]として質量電荷比を補正したときの質量電荷比誤差も併せて掲載してある。これら結果から、(2)式に示した線形の補正式を使用することで、サンプルプレート表面の位置のずれ、サンプルプレート電位のずれのいずれにおいても、かなり大きな変動量の範囲まで的確に補正が行われ、質量電荷比の誤差はほぼゼロになることが確認できる。なお、図５、図６に示した補正結果は位置ずれと電位ずれとに対する二つの補正処理をそれぞれ実行したものであるが、それらずれは全く独立に生じ且つ独立に補正が可能なものであるから、二つの補正処理を同時に実行しても質量電荷比の誤差がほぼゼロになることは明らかである。
【００５７】
以上のようにして、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、標準物質を含むサンプルの質量分析実行時と測定対象物質を含むサンプルの質量分析実行時とで、サンプルプレート１０のＸ軸方向の位置ずれや試料ステージ１１を介してサンプルプレート１０に印加される電圧による該プレートの電位のずれがあった場合でも、データ処理部４におけるデータ処理によって、その影響を軽減する補正を行い、各イオンについて高精度の質量電荷比値を求めることができる。また、これによって質量精度の高いマススペクトルを得ることができる。
【００５８】
本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、サンプルプレート表面の位置ずれとサンプルプレート電位のずれのみに起因する質量電荷比誤差を補正していたが、それ以外の他の要因による質量電荷比誤差も同様の手法で補正することができる。質量電荷比誤差をもたらす可能性のある他の要因には、遅延引出しに際して加速電極１４に印加される電圧のステップ状の変化のタイミングのずれ（遅延時間のずれ）、装置周囲温度の変動に起因するフライトチューブ２の伸縮（通常は熱膨張のみ）による飛行距離のずれ（又はフライトチューブ２自体又はそのごく近傍の温度の基準温度からのずれ）、などがある。また、サンプルプレート１０以外の電位のずれも飛行時間に影響を及ぼすから、加速電極１４に印加される電圧による加速電極１４の電位のずれ、イオンレンズ１５に印加される電圧によるイオンレンズ１５の電位のずれ、も質量電荷比誤差の要因である。
【００５９】
例えば、遅延引出しに際して加速電極１４に印加される電圧のステップ状の変化のタイミングのずれ（遅延時間のずれ）に起因する質量電荷比誤差を補正するには、加速電極１４の電位をリアルタイムで検出する検出部を設け、該検出部による検出結果に基づいて基準となる遅延時間に対する遅延時間のずれ量を求める。また、フライトチューブ２の熱膨張による飛行距離のずれに起因する質量電荷比誤差を補正するには、フライトチューブ２に温度センサを取り付け、該温度センサによる検出結果に基準となる温度に対する温度のずれ量又はそのずれ量から換算した飛行距離のずれ量を求める。そして、それぞれのずれ要素について予め（通常は製造メーカ側で）求めておいた補正係数を用い、(1)式に従って質量較正により得られた質量電荷比を修正すればよい。
【００６０】
いま、ΔＰ3が遅延時間のずれ量Δτ、ΔＰ4が温度変化に伴う飛行距離のずれ量Δｘdであり、それぞれの補正係数がｐ3、ｐ4であるとすると、補正式は次の(3)式となる。
ｍ0＝ｍe（１＋ｐ1・ΔＰ1）（１＋ｐ2・ΔＰ2）（１＋ｐ3・ΔＰ3）（１＋ｐ4・ΔＰ4）      …(3)
さらに、それ以外のずれ要因についても同様に補正する場合には、次のように拡張した又は一般化した補正式を用いればよい。
ｍ0＝ｍe（１＋ｐ1・ΔＰ1）（１＋ｐ2・ΔＰ2）（１＋ｐ3・ΔＰ3）…（１＋ｐn・ΔＰn）      …(4)
これにより、ｎ種（ｎは１以上の整数）の異なるずれ要因によるずれを補正して、精度の高い質量電荷比を求めることができる。
【００６１】
上記手法を用いた場合の、質量電荷比範囲m/z１０００〜２５００[Da]における質量電荷比の誤差の補正効果の具体例を説明する。
図７は飛行時間を質量電荷比に換算するための質量較正曲線の一例である。この例では、質量電荷比がｍ1（＝１０４６．５４２３[Da]）、ｍ2（＝１２９６．６８５３[Da]）、ｍ3（＝１５７０．６７７４[Da]）、ｍ4（＝１８００．９６３７[Da]）、ｍ5（＝２０９３．０８６７[Da]）、ｍ6（＝２４６５．１９８９[Da]）である６種のイオンについてシミュレーション計算により飛行時間を求め、このうちｍ1とｍ6とにおける飛行時間と質量電荷比値との関係を示す二つのプロット点を通り、他のｍ2〜ｍ5における飛行時間と質量電荷比値との関係を示す四つのプロット点に対しフィッティングを行うことで２点較正曲線を作成した。この２点較正曲線は次の(5)式である。
ｍexp＝２．２１２４１×（ｔ−０．６３３１６）2      …(5)
なお、質量電荷比がｍ1〜ｍ6であるイオンはそれぞれ、アンジオテンシンII（Ang2）、アンジオテンシンＩ（Ang1）、グルコースフィブリノゲン（Glufib）、レニン（Renin）、副腎皮質刺激ホルモン１−１７（ACTH1-17）、副腎皮質刺激ホルモン１８−３９（ACTH18-39）に由来するイオンである。
【００６２】
図８は、上述したｍ1〜ｍ6の質量電荷比を持つイオンについて、それぞれシミュレーション計算により求めた飛行時間ｔを(5)式に示した較正曲線を用いて質量電荷比に換算したときの質量電荷比誤差を示す図である。当然のことながら、質量電荷比がｍ1、ｍ6であるイオンのデータ点は較正曲線上にあるから、これらイオンにおける質量電荷比誤差はゼロである。そして、質量電荷比がｍ1、ｍ6から最も離れたｍ3のイオンの質量電荷比誤差が最も大きいが、それでもその誤差は１６０[ppm]である。この誤差は質量較正に伴って必然的に生じる質量電荷比誤差であり、理想状態における質量電荷比誤差であるともいえる。
【００６３】
図９の（ａ）は、サンプルプレート表面の位置ずれなどの様々なパラメータのずれを想定したときの上記６種のイオンにおける質量電荷比誤差のシミュレーション計算結果であり、（ｂ）は想定した各種パラメータの値とずれ量である。ここで、ｘ0、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ2pはそれぞれ上述したように、サンプルプレート１０表面のｘ軸上の位置、サンプルプレート１０の電位、レーザ光照射時の印加電圧、及び、レーザ光照射時点から所定遅延時間後に印加される加速電圧であり、τはその遅延時間、Ｅ3はイオンレンズ１５の電位、ｘdは飛行距離である。図９（ａ）中に「補正前」として示したプロット点及びそれを繋ぐ線から、こうした様々なずれが同時に生じた場合に、１０００〜２５００[Da]の質量電荷比範囲において２７００〜３１００[ppm]の質量電荷比誤差が生じていることが分かる。
【００６４】
これに対し、(4)式に示した補正式を用いて図９（ｂ）に示した７種のパラメータのずれを全て補正すると、図９（ａ）中に「補正後」として示したプロット点及びそれを繋ぐ線のように、質量電荷比誤差は１０００〜２５００[Da]の質量電荷比範囲において−４００〜１２．８[ppm]と大きく減少し、上述した理想状態における質量電荷比誤差にかなり近づいているということができる。この結果から、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳで採用している手法によれば、装置自体の様々なずれ要因による質量電荷比誤差を的確に補正し、精度のよい質量電荷比を求めることができることが分かる。
【００６５】
図１０の（ａ）は、サンプルプレート表面の位置ずれ及びサンプルプレート電位のずれのみに着目し、それ以外のパラメータのずれはないものと想定したときの上記６種のイオンにおける質量電荷比誤差のシミュレーション計算結果であり、（ｂ）は想定した各種パラメータの値とずれ量である。この場合、補正前の質量電荷比誤差は１０００〜２５００[Da]の質量電荷比範囲において１８００〜１９４１[ppm]である。つまり、サンプルプレート表面の位置ずれ及びサンプルプレート電位のずれという２種のパラメータのずれによって、これを含む上記７種のパラメータのずれによって生じる質量電荷比誤差の２／３程度が生じていることが分かる。このことから、これら２種のパラメータのずれが質量電荷比誤差の主要因であるといえる。
【００６６】
これに対し(2)式に示した補正式を用いて図１０（ｂ）に示した２種のパラメータのずれを補正すると、図１０（ａ）中に「補正後」として示したように、質量電荷比誤差は１０００〜２５００[Da]の質量電荷比範囲において−１８０〜−４０[ppm]と大きく減少している。この結果から、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳで採用している手法によれば、サンプルプレート表面の位置ずれ及びサンプルプレート電位のずれというし主要因による質量電荷比誤差を的確に補正し、精度のよい質量電荷比を求めることができることが分かる。
【００６７】
［第２実施例］
本発明の他の実施例（第２実施例）であるＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳについて、添付図面を参照して説明する。図１１はこの第２実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの要部の構成図である。図１に示した第１実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳと同一の構成要素には同一符号を付して、特に要しない限り説明を略す。
【００６８】
第１実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、サンプルプレート表面の位置ずれやサンプルプレート電位など、装置の構造や制御を含めた電気回路などのずれ要因による質量電荷比誤差をデータ処理部４における演算処理によって補正していた。これに対し、この第２実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、データ処理部４で補正を行う代わりに、実際に質量分析を実施する際の分析条件の一つであるパラメータを調整することで質量電荷比誤差を補正している。即ち、図１１に示すＭＡＬＤＩ−ＴＯＭＳにおいて、制御部８は本実施例に特徴的である分析条件修正部８１を含み、分析条件修正部８１は測距部６により得られた距離情報と電圧検出部７により得られた電圧情報とに基づき、サンプル１２から発生したイオンを収束するイオンレンズ１５に印加する直流電圧の値を調整する。
【００６９】
図１４は、サンプルプレート表面の位置ずれによる質量電荷比誤差を補正する場合の、サンプルプレート表面の位置ずれ量Δｘとイオンレンズ電圧の調整量ΔＥ3との関係を示す図である。第１実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、サンプルプレート表面の位置ずれがあってもイオンレンズ電圧の調整量ΔＥ3はゼロであるが、この第２実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは図１４に示すような関係を予め取得して記憶しておき、測定対象物質を含むサンプルに対する実際の質量分析実行時に、測距部６により得られた距離情報に基づいてそのときのサンプルプレート表面位置ずれ量に対応したイオンレンズ電圧調整量ΔＥ3を求める。そして、そのイオンレンズ電圧調整量ΔＥ3の分だけ増加又は減少された電圧をイオンレンズ１５に印加する。
【００７０】
図１２は、サンプルプレート表面の位置ずれがない場合（Δｘ＝０）とΔｘ＝６０[μm]の位置ずれがある場合とにおける、同一質量電荷比（１０００[Da]）を有するイオンの飛行時間をシミュレーションした結果を示す図である。この図から、サンプルプレート１０表面の位置が６０[μm]ずれたことで、飛行時間が０．０１１[μsec]程度ずれていることが分かる。このときの飛行時間から較正曲線に従って質量電荷比を算出すると９９８．９３７[Da]となり、１．０６３[Da]の質量電荷比誤差が生じる。なお、このときのイオンレンズ電圧Ｅ3は５０００[Ｖ]である。
【００７１】
これに対し、図１４に示したような関係を用いて算出したイオンレンズ電圧調整量ΔＥ3＝２９２[Ｖ]だけイオンレンズ電圧を増加させて、Ｅ3＋ΔＥ3＝５２９２[Ｖ]にすると、飛行時間は位置ずれなしの状態とほぼ等しくなる。図１３は図１２の一部詳細図であり、飛行時間がイオンレンズ電圧の調整によって位置ずれがない状態とほぼ等しくなっていることが分かる。これによって、サンプルプレート表面の位置ずれによる質量電荷比誤差をほぼ完全に補正して、精度の高い質量電荷比を算出できる。
これは、サンプルプレート表面の位置ずれによる質量電荷比誤差のみを補正した例であるが、同様にして、他の要因、例えばサンプルプレート電位のずれなどに起因する質量電荷比誤差も補正することができる。
【００７２】
図１５は、図１０に示した例と同様にサンプルプレート表面の位置ずれ（ただし、図１０の例ではずれ量Δｘ＝０．１[mm]であるのに対しこの例ではずれ量Δｘ＝６０[μm]）及びサンプルプレート電位のずれがあり、それをイオンレンズ電圧の調整により補正を試みた場合の上記６種のイオンにおける質量電荷比誤差のシミュレーション計算結果である。この場合、補正前の質量電荷比誤差は１０００〜２５００[Da]の質量電荷比範囲において８７４〜１０５６[ppm]であるが、イオンレンズ電圧調整を行うことにより、質量電荷比誤差は−１４５〜１１[ppm]と大きく減少している。
このように、この第２実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳによっても、第１実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳと同様に、様々な要因による質量電荷比誤差を補正して高精度の質量電荷比を求めることができる。
【００７３】
また、上記実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳは様々な形態に変形することが可能である。
例えば、上記実施例では、(1)〜(4)式に示したように、一つのずれ要素のずれ量と質量電荷比誤差との関係が近似的に線形であるとして１次補正式を用いていた。これは、図５、図６に示したように十分に妥当な近似であるものの、より高精度な補正を行うために、２次以上の高次の補正式を用いるようにしてもよい。
具体的には、例えば一つのずれ要素のずれ量をΔＰi、そのずれ要素についての二つの補正係数をｐi1、ｐi2としたときに、次の(6)式の補正式を用いることができる。
ｍ0＝ｍe（１＋ｐ11・ΔＰ1・ｐ12・ΔＰ12）（１＋ｐ21・ΔＰ2・ｐ22・ΔＰ22）（１＋ｐ31・ΔＰ3・ｐ32・ΔＰ32）…（１＋ｐi1・ΔＰi・ｐi2・ΔＰi2）      …(6)
【００７４】
また、上記実施例において、測距部６はレーザ光を用いたものであるが、サンプルプレート１０の表面又はサンプル１２の表面のＸ軸上の位置を精度良く測定可能であるものであればその構成は限定されない。例えば、サンプルプレート１０に近接して設けた、静電容量を用いた測距部を利用してもよい。
【００７５】
また、上記実施例において、測距部６としてレーザ光を用いたものを用いる場合に、その測距部６の構成も適宜に変更することができる。例えば、移動可能な反射鏡を用いる代わりに、飛行軌道から外れた位置に配置され、レーザ光源から出たレーザ光をサンプルプレート１０の方向へと曲げる第１の反射鏡と、同じく飛行軌道から外れた位置に配置され、サンプル１２表面又はサンプルプレート１０表面で反射したレーザ光を光検出部へと向ける第２の反射鏡とを、固定的に備える構成としてもよい。
【００７６】
また、一般的には、質量較正のための標準物質を含むサンプルを質量分析したときのサンプルプレート１０表面の位置を基準として測定対象物質を含むサンプルを質量分析したときのサンプルプレート１０表面の位置のずれ量を求めれば、つまりは相対的な位置ずれ量を求めれば、質量電荷比誤差を十分に補正することができるが、より厳密に位置ずれ量を求めるためには、絶対的な寸法を測距部６で測定した結果を用いて修正するとよい。そのためには、例えば、深さが既知である凹部を有するサンプルプレートを用い、その凹部の底面上の点を含むサンプルプレート上の同一平面上でない少なくとも二つの点について測距を実施し、その測距結果に基づいて、目的物質由来のイオンの飛行時間又は質量電荷比を修正したり、或いは位置ずれ量を修正した後に目的物質由来のイオンの飛行時間又は質量電荷比を求めたりするとよい。
【００７７】
また、上記実施例はいずれも本発明の一例であるから、上記各種の変形例以外においても、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【符号の説明】
【００７８】
１…ＭＡＬＤＩイオン源
１０…サンプルプレート
１１…試料ステージ
１２…サンプル
１３…引出電極
１４…加速電極
１５…イオンレンズ
１６…レーザ照射部
１７…反射鏡
２…フライトチューブ
３…イオン検出器
４…データ処理部
４０…スペクトルデータ収集部
４１…質量較正情報記憶部
４２…質量較正処理部
４３…質量補正処理部
４４…マススペクトル作成部
４５…位置変動量算出部
４６…電位変動量算出部
４７…ずれ対応補正情報記憶部
５…電圧発生部
６…測距部
６０…反射鏡
７…電圧検出部
８…制御部
８１…分析条件修正部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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