(57)【要約】【課題】質量分析を行える分析セルを提供する。【解決手段】本発明の分析セル１０は、水晶振動子を有する発振部５０が容器１１内に配置されている。この容器部１１に、分析対象物質を含有する液体を入れ、発振部５０の発振周波数の変化を測定した後、液体を廃棄し、真空雰囲気中で発振部５０にレーザ光を照射し、放出されるイオンを質量分析する。発振周波数の変化による濃度分析と質量分析とを同じ分析セル１０で行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象物質と反応して重量が変化する反応性薄膜と、前記反応性薄膜の重量に応じて発振周波数が変化するように構成された振動子とを有する発振部と、
前記発振部が配置される容器部と、
前記容器部の開口部分を塞ぐ蓋部とを有する分析セルであって、
前記蓋部には引き出し電極が設けられた分析セル。
【請求項２】
前記蓋部には、前記分析セル周囲の外部雰囲気と前記容器部内部の内部雰囲気とを接続する引き出し孔が設けられた請求項１記載の分析セル。
【請求項３】
前記蓋部には透光窓が設けられ、前記分析セルの外部から入射される光が前記透光窓を通過し、前記反応槽に照射されるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の分析セル。
【請求項４】
前記振動子は、表面が前記容器部の開口に向けらた振動板と、前記振動板の表面と裏面にそれぞれ配置され、互いに絶縁された第１、第２の発振電極とを有し、
前記反応性薄膜は、前記振動板の表面側の前記第１の発振電極の表面に配置された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の分析セル。
【請求項５】
前記発振部は前記容器部底面に配置された請求項４記載の分析セル。
【請求項６】
真空槽と、前記真空槽内に配置された分析部とを有し、
前記分析部内に入射するイオンの電荷と質量の比を検出するように構成された質量分析装置であって、
前記真空槽内には請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の分析セルを配置する配置部が設けられた質量分析装置。
【請求項７】
前記分析セルの前記透光窓を通過させて前記反応性薄膜表面にレーザ光を照射可能なレーザ照射装置を有する請求項６記載の質量分析装置。
【請求項８】
分析対象物質と反応して重量が変化する反応性薄膜と、前記反応性薄膜の重量に応じて発振周波数が変化するように構成された振動子とを有する発振部とを用い、
前記発振部を真空雰囲気中に配置し、前記反応性薄膜にレーザ光を照射し、前記真空雰囲気中に放出される物質を質量分析する質量分析方法。
【請求項９】
前記振動子は、振動板と、該振動板の表面と裏面にそれぞれ配置された第１、第２の発振電極とを有し、前記発振周波数を求める際には、前記第１、第２の発振電極間に電圧を印加するように構成され、
前記反応性薄膜は、前記第１、第２の発振電極のうちの一方の発振電極表面に配置された発振部を用いる請求項８記載の質量分析方法であって、
前記真空雰囲気内で前記反応性薄膜と対向させて引き出し電極を位置させ、前記第１、第２の電極のいずれか一方又は両方に対して負の電圧を前記引き出し電極に印加する質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶液中の微量物質の分析技術の分野に係り、特に、振動子を用いた分析技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水晶振動子を用いて溶液中に含まれる微量物質を分析する技術が知られている。
【０００３】
図６の符号１０５はその分析に用いられる水晶振動子を示している。
この水晶振動子１０５の表面には、特定の微量物質と選択的に反応し、その微量物質を水晶振動子１０５上に固定する物質が塗布されている。
【０００４】
その微量物質を含有する溶液１１４は、容器１１１に納められており、その溶液１１４中に水晶振動子１０５を浸漬すると、溶液１１４中の微量物質が水晶振動子１０５表面と反応し、固定される。
【０００５】
例えば、溶液１１４中に微量物質として抗体が含まれている場合には、水晶振動子１０５表面に抗原を付着させておくと、溶液１１４中の抗体は抗原と反応し、水晶振動子１０５表面に付着する。また、水晶振動子１０５表面にＤＮＡの二本鎖のうちの一方を付着させた場合には、溶液１１４中に含まれる他方が反応し、水晶振動子１０５表面でＤＮＡが形成される。
【０００６】
水晶振動子１０５は測定回路１１８に接続されており、ある周波数で発振している。水晶振動子１０５に微量物質が吸着されない状態では、その発振周波数は水晶振動子１０５固有の共振周波数であり、一定であるが、微量物質が吸着する場合は、その吸着量が増加すると、水晶振動子１０５の重量が増加し、それに応じて発振周波数が変化する。従って、測定回路１１８により、溶液１１４中の水晶振動子１０５の発振周波数の変化を経時的に測定すると、微量物質が溶液１１４中に含まれているかどうか、また、含まれている場合にはその濃度が分かる。
【０００７】
上記のような発振周波数による分析を行った後、水晶振動子１０５に付着した微量物質を質量分析したいという要望があり、そのため、発振周波数による分析と質量分析とを行うことができる分析セルの開発が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、発振周波数による分析と質量分析とを簡単に行うことができる技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、分析対象物質と反応して重量が変化する反応性薄膜と、前記反応性薄膜の重量に応じて発振周波数が変化するように構成された振動子とを有する発振部と、前記発振部が配置される容器部と、前記容器部の開口部分を塞ぐ蓋部とを有する分析セルであって、前記蓋部には引き出し電極が設けられた分析セルである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記蓋部には、前記分析セル周囲の外部雰囲気と前記容器部内部の内部雰囲気とを接続する引き出し孔が設けられた請求項１記載の分析セルである。
請求項３記載の発明は、前記蓋部には透光窓が設けられ、前記分析セルの外部から入射される光が前記透光窓を通過し、前記反応槽に照射されるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の分析セルである。
請求項４記載の発明は、前記振動子は、表面が前記容器部の開口に向けられ、裏面がその反対方向に向けられた振動板と、前記振動板の表面と裏面にそれぞれ配置され、互いに絶縁された第１、第２の発振電極とを有し、前記反応性薄膜は、前記振動板の表面側の前記第１の発振電極の表面に配置された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の分析セルである。
請求項５記載の発明は、前記発振部は前記容器部底面に配置された請求項４記載の分析セルである。
請求項６記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された分析部とを有し、前記分析部内に入射するイオンの電荷と質量の比を検出するように構成された質量分析装置であって、前記真空槽内には請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の分析セルを配置する配置部が設けられた質量分析装置である。
請求項７記載の発明は、前記分析セルの前記透光窓を通過させて前記反応性薄膜表面にレーザ光を照射可能なレーザ照射装置を有する請求項６記載の質量分析装置である。
請求項８記載の発明は、分析対象物質と反応して重量が変化する反応性薄膜と、前記反応性薄膜の重量に応じて発振周波数が変化するように構成された振動子とを有する発振部とを用い、前記発振部を真空雰囲気中に配置し、前記反応性薄膜にレーザ光を照射し、前記真空雰囲気中に放出される物質を質量分析する質量分析方法である。
請求項９記載の発明は、前記振動子は、振動板と、該振動板の表面と裏面にそれぞれ配置された第１、第２の発振電極とを有し、前記発振周波数を求める際には、前記第１、第２の発振電極間に電圧を印加するように構成され、前記反応性薄膜は、前記第１、第２の発振電極のうちの一方の発振電極表面に配置された発振部を用いる請求項８記載の質量分析方法であって、前記真空雰囲気内で前記反応性薄膜と対向させて引き出し電極を位置させ、前記第１、第２の電極のいずれか一方又は両方に対して負の電圧を前記引き出し電極に印加する質量分析方法である。
【００１１】
本発明は上記のように構成されており、容器部に分析対象の液体を入れ、振動子上に設けられた反応性薄膜に分析対象物質を接触させると、分析対象物質が反応性薄膜に付着、吸着、又は反応し、反応性薄膜の重量が変化する。
【００１２】
振動子は、固有の共振周波数を有しており、その共振周波数で発振するが、反応性薄膜の重量が増加又は減少する結果、共振周波数が変化する。従って、振動子の発振周波数の変化を測定すると、分析対象物質の濃度が分かる。
【００１３】
そして、本発明の分析セルは、発振周波数の測定による分析を行った後、振動子を容器部の中に入れたまま蓋部を装着し、質量分析装置内に置けば、質量分析を行うことができる。
【００１４】
このように、本発明の分析セルでは、発振周波数による分析を行う容器部と振動子が一体であり、それを分解したり、振動子から反応性薄膜を剥離するという作業を行わなくても質量分析を行うことができるので、分析作業効率が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１の符号１０は本発明の分析セルの一実施例である。
この分析セル１０は、容器部１１と蓋部２０と発振部５０とを有している。
図２（ａ）は発振部５０の平面図であり、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線截断面図である。
【００１６】
発振部５０は、水晶から成る円形板状に成形された振動板５３を有している。振動板５３の厚さは、例えば発振周波数が２７ＭＨｚの場合は６０μｍであり、９ＭＨｚの場合は１８０μｍである。
【００１７】
振動板５３の表面と裏面には、パターニングされた金属薄膜から成る第１、第２の発振電極５１、５２が密着して配置されている。この第１、第２の発振電極５１、５２と振動板５３とで、振動子が構成されており、該振動子は、後述するように、第１、第２の発振電極５１、５２が測定回路に接続されることで、固有の周波数で発振するようになっている。
【００１８】
第１、第２の発振電極５１、５２は、振動板５３の中央部分に於いて幅広に形成されており、幅広の部分では、第１、第２の発振電極５１、５２の一方の真裏位置には他方が位置するようになっている。即ち、振動板５３の中央部分は第１、第２の発振電極５１、５２によって挟まれている。
【００１９】
第１の発振電極５１の中央の幅広部分には、特定の分析対象物質と反応し、その物質を、固定、吸着、又は付着させる反応性薄膜５４が形成されている。
【００２０】
容器部１１は、それぞれ石英等の絶縁材料から成る側壁部１６と底板１７とを有している。側壁部１６は円筒形形状になっており、振動板５３は、側壁部１６の中心軸線１９に対して垂直な姿勢で側壁部１６内に固定されている。振動板５３の外周部分は側壁部１６の壁面に密着しており、液密な状態になっている。
【００２１】
容器部１１の両端の開口のうちの、振動板５３の裏面側、即ち、反応性薄膜５４が位置する面とは反対側の面側の開口は底板１７によって閉塞されている。
【００２２】
第１の発振電極５１は、振動板５３の表面側に配置されているが、その一部は、裏面側まで引き回されている。そして、第１、第２の発振電極５１、５２は、振動板５３の裏面位置に於いて、リード５６、５７にそれぞれ接続されている。このリード５６、５７は、底板１７を貫通し、外部に導出されている。
【００２３】
次に、蓋部２０を説明すると、該蓋部２０は、金属製の板から成る引き出し電極２５を有している。引き出し電極２５は、側壁部１６の直径よりも大径の円盤状になっており、その中心位置には、引き出し電極２５を貫通する引きだし孔２１が穿設されている。
【００２４】
また、引き出し電極２５には、引き出し孔２１とは異なる孔が穿設され、その孔には石英等の透明な材料がはめ込まれ、透光窓２２が構成されている。
【００２５】
この透光窓２２は、引き出し電極２５の一方の面から他方の面に光を透過させるようになっており、後述するように、蓋部２０によって容器部１１の開口を蓋し、容器部１１の外部から透光窓２２にレーザ光を照射すると、そのレーザ光は透光窓２２を通過し、容器部１１の内部に照射されるようになっている。
【００２６】
上記のような分析セル１０を用い、特定の分析対象物質を含有する溶液を分析する工程について説明する。
【００２７】
先ず、その分析対象物質と反応する反応性薄膜５４を有する分析セル１０を用意し、その分析セル１０の容器１１内に、分析対象の溶液を入れる。図３の符号１４はその溶液を示しており、振動部５０上に液体１４が保持され、振動部５０よりも下方の底板１７側には液体１４は漏出しない。
【００２８】
この状態では、反応性薄膜５４は液体１４と接触しており、液体１４中に含まれる分析対象物が反応性薄膜５４と反応し、反応性薄膜５４の重量が増加する。その増加速度は分析対象物の濃度に依存する。
【００２９】
底板１７外部に導出されたリード５６、５７は、分析回路１８に接続されており、分析回路１８から発振部５０に電圧が印加され、発振部５０は発振しており、その発振周波数は、分析回路１８によって測定されている。
【００３０】
発振周波数は、反応性薄膜５４の重量の増加によって低下するので、発振周波数の変化を経時的に測定することで、液体１４内の分析対象物質の濃度が分かる。図３の符号１３は液体１４の蒸発による濃度変化を防ぐための蓋である。
【００３１】
発振周波数の測定を所定時間行った後、液体１４を廃棄する。
【００３２】
反応性薄膜５４に吸着された分析対象物質が蛋白質の場合は、次に、質量分析の準備として、液体１４を廃棄した後、後述のレーザ照射によるイオン化の補助となる物質（この物質はマトリックスと呼ばれる。）を加える。
【００３３】
次いで、蓋部２０によって開口を蓋し、質量分析装置に配置する。
図４の符号３０は、分析セルを装着する質量分析装置の一例を示している。
この質量分析装置３０は、真空槽３１を有しており、該真空槽３１の内部には、配置部３３と分析部４０とが配置されている。
【００３４】
蓋部２０が装着された分析セル１０を配置部３３に配置すると、蓋部２０は分析部４０に向けられる。
【００３５】
分析部４０は四重極分析器（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ　ｍａｓｓ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）であり、４本の電極棒４２と、電荷収集電極４１とを有している。
【００３６】
真空槽３１の外部には、レーザ光照射装置３２と、電源装置３５とが配置されている。
【００３７】
反応性薄膜５４が配置された発振電極、即ち、第１の発振電極５１は、リード５６を介して電源装置３５の正電圧側の端子に接続されている。また、蓋部２０の引き出し電極２５と分析部４０の電荷収集電極４１とは、それぞれ電源装置３５の負電圧側の端子に接続されている。
【００３８】
電源装置３５の正電圧側の端子と真空槽３１とを接地電位に接続し、引き出し電極２５と電荷収集電極４１とに負電圧を印加する。負電圧の大きさは、斯く電極の電位が、
【００３９】
第１の発振電極５１の電位＞引き出し電極２５の電位＞電荷収集電極４１の電位の大小関係になるようにする。その電圧を印加した状態でレーザ光照射装置３２を起動し、レーザ光を射出させる。
【００４０】
真空槽３１には、透明な窓３８が設けられており、レーザ光照射装置３２から射出されたレーザ光３７は、窓３８を透過して真空槽３１の内部に入射し、分析セル４０の透光窓２２に照射される。透光窓２２に照射されたレーザ光３７は、その透光窓２２を透過し、反応性薄膜５４表面に照射される。
【００４１】
反応性薄膜５４にレーザ光３７が照射されると、反応性薄膜５４に吸着されている分析対象物質がイオン化し、分析セル１０の内部にイオンとなって放出される。
【００４２】
放出されたイオンは正電荷を帯びており、第１の発振電極５１と引き出し電極２５との間の電位差によって引き出し電極２５に引き寄せられ、引き出し孔２１に向かったイオンは、分析セル１０の外部に放出される。
【００４３】
分析部４０は、分析セル１０の外部に放出されたイオンの進行方向に位置しており、そのイオンは、分析部４０の内部に入射すると電荷収集電極４１に引きつけられ、電極棒４２の間を飛行する。
【００４４】
電極棒４２には、通常の四重極分析器の使用方法通り、交流電圧が印加されており、特定の電荷質量比を有するイオンだけが電極棒４２間を通過し、電荷収集電極４１に到達し、到達した電荷量に応じた電流が電荷収集電極４１に流れる。斯くして、反応性薄膜５４に付着していた分析対象物質のイオンの電荷質量比が求められ、物質が同定される。
【００４５】
なお、上記蓋部２０は、金属製の板を引き出し電極２５としていたが、本発明の分析セル１０はそれに限定されるものではない。例えば、図５の蓋部６０のように、透明な材料から成る透明板６３の表面に金属薄膜を形成し、その金属薄膜を引き出し電極６５にすることができる。
【００４６】
透明板６３と引き出し電極６５に、それぞれ貫通孔６６、６７を形成し、それらの貫通孔６６、６７によって引き出し孔６１を構成させることができる。また、引き出し電極６５の金属薄膜を部分的に除去し、透明板６３を露出させた部分によって透光窓６２を構成させることができる。
【００４７】
この蓋部６０を容器部１１に配置する際には、引き出し電極６５を容器部１１の底面側に向け、反応性薄膜５４と対向させる。そして、第１の発振電極５１に対し、引き出し電極６５に負電圧を印加し、透光窓６２を介して反応性薄膜５４表面にレーザ光を照射すると、容器部１１内部に浮遊するイオンが、引き出し孔６１から外部に放出される。
【００４８】
なお、容器部１１を構成する側壁部１６の全部又は一部を透明部材で構成し、側壁部１６に透光窓を形成すると、レーザ光３７は、側壁部１６の透光窓を透過できるので、蓋部２０、６０には透光窓２２、６２は不要になる。
【００４９】
上記実施例では、第２の発振電極５２には電圧を印加せず、第１の発振電極５１に電圧を印加し、第１の発振電極５１を基準として引き出し電極２５に負電圧を印加したが、第１の発振電極５１と第２の発振電極５２とを短絡し、それらに対する負電圧を引き出し電極２５に印加してもよい。また、第１の発振電極５１には電圧を印加せず、第２の発振電極５２に電圧を印加し、それを基準として引き出し電極２５に負電圧を印加してもよい。
【００５０】
また、上記例では振動板５３を水晶で構成したが、本発明はそれに限定されるものではなく、一定の周波数で発振可能な材料であればよい。
【００５１】
さらにまた、上記実施例では四重極分析器を用いて質量分析を行ったが、本発明は、分析セル１０の引き出し孔２１から引き出されたイオンを質量分析できる装置であれば四重極分析器に限定されるものではない。
【００５２】
【発明の効果】
発振周波数による分析と質量分析とを簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分析セルの容器部と蓋部の一例
【図２】（ａ）：その分析セルの振動子の平面図　　（ｂ）：そのＡ−Ａ線截断面図
【図３】発振周波数による分析作業を説明するための図
【図４】質量分析を説明するための図
【図５】本発明の分析セルに用いることができる蓋部の他の例
【図６】従来技術の水晶振動子による分析方法を説明するための図
【符号の説明】
１０……分析セル
１１……容器部
２０……蓋部
２２……透光窓
２５……引き出し電極
３０……質量分析装置
３１……真空槽
３３……配置部
４０……分析部
５０……発振部
５１……第１の発振電極
５２……第２の発振電極
５３……振動板
５４……反応性薄膜
【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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