(57)【要約】【課題】分析装置への導入効率が高いレーザーアブレーション装置用の試料室およびレーザーアブレーション装置を提供すること。【解決手段】レーザーアブレーション装置用の試料室４は、対向する側壁４ａ，４ｂに駆動手段５０がそれぞれ接続されており、この駆動手段５０によって側壁４ａ，４ｂが試料９に対して近づく或いは遠ざかる方向（図中、左右方向）に移動可能となっている。これにより、試料室４は、側壁４ａ，４ｂの移動によって内部空間の容積が変化可能となっている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に測定対象の試料が配置されるレーザーアブレーション装置用の試料室であって、
前記内部空間の容積を変化させる容積可変機構を有することを特徴とするレーザーアブレーション装置用の試料室。
【請求項２】
測定対象の試料が配置された内部空間の容積を変化させる容積可変機構を有する試料室と、
前記試料室の前記内部空間に配置された前記試料にレーザ光を照射するレーザーユニットとを備えたことを特徴とするレーザーアブレーション装置。
【請求項３】
前記試料の形状を測定する形状測定手段を備え、
前記容積可変機構は、前記形状測定手段が測定した結果に基づいて前記試料が配置された前記内部空間の容積を変化させることを特徴とする請求項２記載のレーザーアブレーション装置。
【請求項４】
前記容積可変機構は、前記試料に対して近づく或いは遠ざかる方向に前記試料室の側壁を移動させることにより、前記試料が配置された前記内部空間の容積を変化させることを特徴とする請求項３記載のレーザーアブレーション装置。
【請求項５】
前記容積可変機構は、前記試料室の底面部の下に備えられた壁部を前記試料室内に迫り出すことにより、前記試料が配置された前記内部空間の容積を変化させることを特徴とする請求項３記載のレーザーアブレーション装置。
【請求項６】
前記容積可変機構は、内部に気体が注入されることにより膨張する膨張体を有し、前記膨張体を膨張させることにより前記試料が配置された前記内部空間の容積を変化させることを特徴とする請求項３記載のレーザーアブレーション装置。
【請求項７】
前記試料までの距離を測定する距離測定手段を備え、
前記容積可変機構は、前記距離測定手段が測定した結果に基づいて前記試料が配置された前記内部空間の容積を変化させることを特徴とする請求項２記載のレーザーアブレーション装置。
【請求項８】
前記容積可変機構は、前記試料が配置された前記試料室の底面部を上下方向に移動させることにより、前記試料が配置された前記内部空間の容積を変化させることを特徴とする請求項７記載のレーザーアブレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーアブレーション装置用の試料室およびレーザーアブレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザーアブレーション装置（以下、ＬＡ装置という）は、キャリアガスの流入口と流出口とを有する試料室を備え、この試料室内に配置された分析対象の試料に試料室外からレーザ光を照射し、レーザーアブレーションを行う（例えば、特許文献１参照）。そして、レーザーアブレーションによって気化や霧化などされた試料は、キャリアガスによって搬送され、ＩＣＰ質量分析装置などの分析装置へと導入される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−５１９０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のＬＡ装置では、例えば、試料が小さい場合、試料室内に余分な空間が多くなり、気化や霧化などされた試料が拡散して試料室内に留まりやすくなる。このため、試料の分析装置への導入効率が低下する虞があった。
【０００５】
本発明の目的は、分析装置への導入効率が高いレーザーアブレーション装置用の試料室およびレーザーアブレーション装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部空間に測定対象の試料が配置されるレーザーアブレーション装置用の試料室であって、内部空間の容積を変化させる容積可変機構を有することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明に係るレーザーアブレーション装置は、測定対象の試料が配置された内部空間の容積を変化させる容積可変機構を有する試料室と、該試料室の内部空間に配置された試料にレーザ光を照射するレーザーユニットとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
これらの発明によれば、容積可変機構によって試料室の内部空間の容積を試料に応じて自在に変化させ、試料室内の余分な空間を減らすことができる。このため、レーザーアブレーションによって気化や霧化などされた試料の試料室内に留まる割合を低減させ、試料の分析装置への導入効率を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明に係るレーザーアブレーション装置は、試料の形状を測定する形状測定手段を備え、容積可変機構は、形状測定手段が測定した結果に基づいて試料が配置された内部空間の容積を変化させてもよい。これにより、測定する試料の形状に応じて試料室内の余分な空間を減らすことができるため、気化や霧化などされた試料の試料室内に留まる割合を効率よく低減させることができる。
【００１０】
このような効果を奏する容積可変機構としては、試料に対して近づく或いは遠ざかる方向に試料室の側壁を移動させることにより、試料が配置された内部空間の容積を変化させるものが挙げられる。
【００１１】
その他には、試料室の底面部の下に備えられた壁部を試料室内に迫り出すことにより、試料が配置された内部空間の容積を変化させる容積可変機構が挙げられる。
【００１２】
更に、内部に気体が注入されることにより膨張する膨張体を有し、膨張体を膨張させることにより試料が配置された内部空間の容積を変化させる容積可変機構が挙げられる。
【００１３】
また、本発明に係るレーザーアブレーション装置は、試料までの距離を測定する距離測定手段を備え、容積可変機構は、距離測定手段が測定した結果に基づいて試料が配置された内部空間の容積を変化させてもよい。この場合、例えば、距離測定手段によって試料までの距離を測定し、その測定した結果に基づいて、試料が配置された内壁とその内壁に対向する内壁との距離を縮める。これにより、試料室内の余分な空間を減らすことができるため、気化や霧化などされた試料の試料室内に留まる割合を低減させることができる。
【００１４】
このような効果を奏する容積可変機構としては、試料が配置された試料室の底面部を上下方向に移動させることにより、試料が配置された内部空間の容積を変化させるものが挙げられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るＬＡ装置（レーザーアブレーション装置）が適用されたレーザーアブレーション−ＩＣＰ質量分析装置（以下、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置という）１を示す概略図である。同図において、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、分析対象の試料にレーザ光を照射してレーザーアブレーションを行うＬＡ装置２と、このＬＡ装置２から導入された試料をプラズマでイオン化して質量分析を行うＩＣＰ質量分析装置３とを備えている。
【００１７】
ＬＡ装置２は、試料室４、レーザーユニット５、ＣＣＤカメラ６を主として備えている。試料室４内には試料台８が備えられており、この試料台８の上には、分析対象の試料９が配置されている。
【００１８】
このようなＬＡ装置２において、レーザーユニット５から所定の波長で出射されたレーザ光は、まず、ミラー１０，１１で反射され、波長変換素子１２へ入射する。波長変換素子１２で波長を半減されたレーザ光は、波長変換素子１３で更に波長を半減される。そして、ミラー１４，１５，１６で反射された後、レンズ１７を通り、最後にビームスプリッタ１８で反射されて試料室４内の試料９へと向かうようになっている。
【００１９】
レーザーユニット５は、例えば、波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザを搭載している。そして、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光を波長変換素子１２で波長５３２ｎｍ（２次高調波）に変換し、その後、波長変換素子１３で波長５３２ｎｍから波長２６６ｎｍ（３次高調波）に変換する。このように、短波長とすることにより、レーザ光が高エネルギとなるため、より多くの物質に対し、アブレーションを行うことができる。
【００２０】
一方、ＣＣＤカメラ６は、ビームスプリッタ１８を介して試料室４内に配置された試料９を観察できるようになっている。このＣＣＤカメラ６は、試料９表面におけるレーザ光の照射位置を観察する手段として機能する他、試料９までの距離や試料９の形状を測定する手段としても機能する（詳細は後述する）。
【００２１】
試料室４には、アルゴンガス等のキャリアガスを試料室４内に導入する導入管１９と、試料室４外に導出する導出管２０とが接続されている。これら導入管１９及び導出管２０としては、例えばタイゴンチューブなどが用いられる。
【００２２】
一端が試料室４に接続された導出管２０は、他端がＩＣＰ質量分析装置３におけるプラズマトーチ（詳細は後述する）２１の後端部に接続されている。そして、導入管１９によって試料室４内へ導入されたキャリアガスは、レーザ光の照射によって霧化された試料９と共に、導出管２０を通ってＩＣＰ質量分析装置３へと向かうようになっている。
【００２３】
次に、図１を参照してＩＣＰ質量分析装置３について説明する。
【００２４】
ＩＣＰ質量分析装置３は、導入管２２からキャリアガスと共に導入された試料９をイオン化するプラズマＰを発生させるプラズマトーチ２１と、このプラズマトーチ２１の先端部近傍に位置するイオン導入部２３を有する質量分析部２４とを備えている。
【００２５】
プラズマトーチ２１は、例えば３重管構造となっており、導入管２２からキャリアガスが導入され、管２６からプラズマＰ形成用のプラズマガスが導入され、管２７からプラズマトーチ２１の壁面を冷却するためのクーラントガスが導入されるようになっている。キャリアガス、プラズマガス及びクーラントガスとしては、例えば、アルゴンガスなどを用いる。
【００２６】
また、プラズマトーチ２１内には、キャリアガス、プラズマガス及びクーラントガスを合わせ、全体として約１５〜２０リットル／分の流量のガスが供給される。それぞれのガス導入量の一形態としては、キャリアガスが約１リットル／分、プラズマガスが約１リットル／分、クーラントガスが約１６リットル／分である。
【００２７】
そして、プラズマトーチ２１には、図示しない高周波電源に接続された高周波コイル２８が先端側に備えられており、この高周波コイル２８に印加電圧が加えられることにより、プラズマトーチ２１の先端側の内部にプラズマＰが形成される。
【００２８】
質量分析部２４のイオン導入部２３は、プラズマトーチ２１の先端に対向する導入孔２９を有している。そして、このイオン導入部２３の導入孔２９を介して、プラズマＰからの光やイオンを筐体３０内に導入する。なお、導入孔２９の直径は、例えば１ｍｍ程度である。
【００２９】
筐体３０内は、真空ポンプ３１，３２によって、イオン導入部２３側（図１の左側）が低真空室、その奥（図１の右側）が高真空室というように、真空度が異なる２つの部屋に分かれている。そして、質量分析部２４は、筐体３０内において、プラズマＰからの光とイオンとをイオンレンズ３３で分離してイオンのみを通過させ、質量多重極部３４で特定のイオンのみを取り出して検出器３５で検出するようになっている。
【００３０】
次に、図１に示すＬＡ装置２の試料室４について説明する。
【００３１】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る試料室４を示す概略図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。本実施形態に係る試料室４では、対向する側壁４ａ，４ｂに駆動手段５０がそれぞれ接続されており、この駆動手段５０によって側壁４ａ，４ｂが試料９に対して近づく或いは遠ざかる方向（図中、左右方向）に移動可能となっている。そして、試料室４は、側壁４ａ，４ｂが移動することにより、内部空間の容積が変化するようになっている。
【００３２】
本実施形態の駆動手段５０は、ラック５１と該ラック５１に接続されたピニオン５２を駆動する駆動部５４とで構成されている。そして、側壁４ａ，４ｂに取り付けられたラック５１がピニオン５２の駆動によって図の左右方向に移動することにより、側壁４ａ，４ｂが図の左右方向に移動するようになっている。
【００３３】
以上のような試料室４を備えたＬＡ装置２では、試料９にアブレーションを行う前に、試料台８の上に配置された試料９をＣＣＤカメラ６によって撮像する。そして、撮像された試料９の画像情報を制御部５３に送る。制御部５３では、送られた画像情報を解析し、試料９の形状に応じて側壁４ａ，４ｂの移動距離を決定する。この場合、例えば、移動前の側壁４ａ，４ｂと試料９との距離から所定の距離を引くことによって移動距離を決定し、側壁４ａ，４ｂと試料９との距離が一定の値となるように側壁４ａ，４ｂを移動させる。或いは、移動前の側壁４ａ，４ｂと試料９との距離から試料９の側壁４ａ，４ｂ方向長さに対して所定の割合（％）の距離を引くことによって側壁４ａ，４ｂの移動距離を決定する。そして、駆動手段５０を制御して側壁４ａ，４ｂをその決定した移動距離だけ移動させる。
【００３４】
以上により、試料室４の余分な空間を減らすことができる。このため、レーザーアブレーションによって気化や霧化などされた試料９が試料室４内に留まりにくくなり、試料９がキャリアガスによってＩＣＰ質量分析装置３へとスムースに導入される。従って、ＩＣＰ質量分析装置３への導入効率が向上する。
【００３５】
なお、本実施形態では、対向する２枚の側壁を移動させているが、隣り合う２枚の側壁を移動させてもよいし、４枚全ての側壁を移動させるようにしてもよい。
【００３６】
図４，図５は、本発明の第２の実施形態に係る試料室４を示す概略図であり、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線矢視図である。本実施形態に係る試料室４は、底面部４ｃの下に複数枚の壁部４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂが備えられている。底面部４ｃには、壁部４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂ用の孔部４ｈ（図６参照）が設けられており、この孔部４ｈから、各壁部４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂが駆動手段５０によって試料室４内へ迫り出されるようになっている。これにより、壁部４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂが試料室４の新たな側壁となって試料室４内を区分けする。なお、孔部４ｈから試料室４内に大気が流入することはなく、試料室４内は密閉された状態となっている。
【００３７】
以上のような試料室４を備えたＬＡ装置２では、試料９にアブレーションを行う前に、試料台８の上に配置された試料９をＣＣＤカメラ６によって撮像する。そして、撮像された試料９の画像情報を制御部５３に送る。制御部５３では、送られた画像情報を解析し、試料９の形状に応じて壁部４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂの中から試料室４内に迫り出す壁部を決定する。この場合、例えば、試料９から所定の距離にある側壁を試料室４内に迫り出す側壁として決定し、試料９と迫り出した側壁との距離が一定の値となるようにする。或いは、試料９から試料９の側壁４ａ，４ｂ方向長さに対して所定の割合（％）の距離にある側壁を試料室４内に迫り出す側壁として決定する。
【００３８】
そして、例えば、壁部４１ａ，４１ｂを迫り出すと決定した場合は、駆動手段５０を制御して、試料室４内に壁部４１ａ，４１ｂを迫り出す（図５参照）。これにより、試料室４の余分な空間を減らすことができるため、気化や霧化などされた試料９が試料室４内に留まりにくくなり、試料９を効率的にＩＣＰ質量分析装置３へと導入することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、対向する２枚の壁部を迫り出させているが、隣り合う２枚の壁部を迫り出してもよいし、試料９を囲むように４枚の壁部を迫り出してもよい。
【００４０】
図７は、第２の実施形態に係る試料室４の変形例を示す図であり、図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図である。本変形例では、試料室４が中空円筒形状となっており、この試料室４内に迫り出される壁部５５は、端部が開口した中空円筒形状となっている。そして、径の異なる複数の壁部５５が試料室４の底面部４ｃの下に備えられている。
【００４１】
本変形例においても、上述した図４〜図６に示す試料室４と同様に、試料９の形状に応じて迫り出す壁部５５を決定し、その壁部５５を試料室４の底面から迫り出す。従って、この場合も、試料室４の余分な空間を減らすことができる。なお、本変形例では、円筒形状の試料室４を用いているが、図４〜図６に示す試料室４と同じものを用いてもよい。
【００４２】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る試料室４を示す概略図であり、図１０は、図９におけるＸ−Ｘ線矢視図である。本実施形態に係る試料室４には、内部に気体が注入されることにより膨張する膨張体５６が備えられている。膨張体５６は、試料室４の内壁面に取り付けられており、試料室４の外部に設けられたポンプ５７によって気体が注入されるようになっている。
【００４３】
このような試料室４を備えたＬＡ装置２では、試料９にアブレーションを行う前に、試料台８の上に配置された試料９をＣＣＤカメラ６によって撮像する。そして、撮像された試料９の画像情報を制御部５３に送る。制御部５３では、送られた画像情報を解析し、試料９の形状に応じて膨張体５６に注入する気体の量を決定する。この場合、例えば、試料９から所定の距離をおいて膨張体５６が膨張するように膨張体５６内に注入する気体の量を決定し、試料９と膨張体５６との距離が一定の値となるようにする。或いは、試料９から試料９の側壁４ａ，４ｂ方向長さに対して所定の割合（％）の距離をおいて膨張体５６が膨張するように膨張体５６内に注入する気体の量を決定する。そして、流量調節弁５８を制御してポンプ５７の気体の流量制御を行い、膨張体５６を膨張させる。これにより、試料室４の余分な空間を減らすことができるため、アブレーションによって気化や霧化などされた試料９が試料室４内に留まりにくくなる。従って、キャリアガスによって試料９をスムースにＩＣＰ質量分析装置３へと導入することができる。
【００４４】
なお、図９では、図中左側の流量調節弁５８にのみ制御部５３が接続されているが、図中右側の流量調節弁５８にも制御部５３または制御部５３とは別の制御部が接続されている。また、図９では、２つの膨張体５６が対向配置されているが、これには限定されず、例えば、試料９を囲むように４つの膨張体５６を配置してもよい。
【００４５】
図１１，図１２は、本発明の第４の実施形態に係る試料室４を示す概略図である。本実施形態に係る試料室４では、試料台８が設置された底面部６０に駆動手段５０が接続されており、この駆動手段５０によって底面部６０が上下方向に移動可能となっている。
【００４６】
このような試料室４を備えたＬＡ装置２では、試料９にアブレーションを行う前に、試料室４の上面から試料台８の上に配置された試料９までの距離を測定する。具体的には、試料９に赤外レーザＬを照射してＣＣＤカメラ６の焦点を合わせる。次に、この焦点合わせの結果に基づいて、ＣＣＤカメラ６に接続された制御部５３が、ＣＣＤカメラ６から試料９までの距離Ｔ１を割り出し、その距離Ｔ１からＣＣＤカメラ６と試料室４の上面までの距離Ｔ２（既知の値）を引くことにより、試料室４の上面から試料台８の上に配置された試料９までの距離Ｔ３を算出する。そして、この距離Ｔ３に応じて、ＣＣＤカメラ６の焦点が合う範囲内で試料９と上面との距離の縮める距離を決定する。この場合、例えば、上面からの所定の距離を距離Ｔ３から引くことによって縮める距離を決定し、上面と試料９との距離が一定の値となるようにする。或いは、試料９の上下方向の長さに対して所定の割合（％）の距離を距離Ｔ３から引くことによって縮める距離を決定する。そして、駆動手段５０を制御して底面部６０を上方に移動させる（図１２参照）。
【００４７】
以上のような試料室４を備えたＬＡ装置２では、試料室４内の余分な空間を減らすことができるため、レーザーアブレーションによって気化や霧化などされた試料９が試料室４内に留まりにくくなる。従って、試料９がキャリアガスによってスムースに搬送され、ＩＣＰ質量分析装置３への導入効率が向上する。
【００４８】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、制御部５３によって駆動手段５０や流量調節弁５８を制御し、試料９の形状や試料９までの距離に応じて自動的に試料室４の容積を変化させている。しかし、試料９の形状や試料９までの距離の測定結果に基づいて、手動によって駆動手段５０や流量調節弁５８を動作させ、試料室４の容積を変化させてもよい。また、上記第１〜第４の実施形態で示された容積を変化させる機構を組み合わせて用いてもよい。
【００４９】
また、試料９を試料ホルダ等に配置した状態でアブレーションを行う場合は、試料ホルダ等の形状や試料ホルダ等までの距離に応じて試料室４の容積を変化させるようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、試料室に内部空間の容積を変化させる容積可変機構を備えたため、分析装置への導入効率が高いレーザーアブレーション装置用の試料室およびレーザーアブレーション装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＬＡ装置が適用されたレーザーアブレーション−ＩＣＰ質量分析装置を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る試料室を示す概略図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】第２の実施形態に係る試料室を示す概略図である。
【図５】第２の実施形態に係る試料室を示す概略図である。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ線矢視図である。
【図７】第２の実施形態に係る試料室の変形例を示す図である。
【図８】図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図である。
【図９】第３の実施形態に係る試料室を示す概略図である。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ線矢視図である。
【図１１】第４の実施形態に係る試料室を示す概略図である。
【図１２】第４の実施形態に係る試料室を示す概略図である。
【符号の説明】
１…レーザーアブレーション−ＩＣＰ質量分析装置、２…レーザーアブレーション装置、３…ＩＣＰ質量分析装置、４ａ，４ｂ…側壁（容積可変機構）、４…試料室、５…レーザーユニット、６…ＣＣＤカメラ（形状測定手段、距離測定手段）、９…試料、４１ａ，４１ｂ…壁部（容積可変機構）、５３…制御部（形状測定手段、距離測定手段）、５０…駆動手段、５５…壁部（容積可変機構）、５６…膨張体（容積可変機構）、６０…底面部（容積可変機構）、Ｌ…赤外レーザ、Ｐ…プラズマ。
【図１】
2004325390.tif 000003
【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】
2004325390.tif 000009
【図８】
2004325390.tif 000010
【図９】
2004325390.tif 000011
【図１０】
2004325390.tif 000012
【図１１】
2004325390.tif 000013
【図１２】
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