(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化した試料を射出し、射出されたイオンの飛行時間を計測して質量を分析する飛行時間型質量分析計において、
イオンを射出するために、測定対象イオンに電位差を与え加速させる電極プレートと、
当該電極プレートにより射出されたイオンの射出方向を制御するグリッド電極と、
前記電極プレートを支持する第１の支持体と、
前記グリッド電極を支持する第２の支持体とを備えてい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において、
前記電極プレートは、複数の電極から構成されてい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２において、
前記第１の支持体が２種類以上設けられてい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３において、
前記第１の支持体は、前記複数の電極毎に設けられてい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から４のいずれかにおいて、
前記グリッド電極は、複数の電極から構成されてい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５において、
前記第２の支持体が２種類以上設けられてい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６において、
前記第２の支持体は、前記複数の電極毎に設けられてい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２において、
前記電極間に、中間電極を有す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８において、
前記中間電極は、前記第１の支持体で支持されている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８において、
前記中間電極を支持する第３の支持体をさらに備えている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計に係り、特に低コストで製造可能でかつ高い分解能を備えた飛行時間型質量分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のテーラーメード医療への研究を進めるには、遺伝情報を用いて生成されるたんぱく質や、たんぱく質をもとに細胞内で翻訳後修飾され機能する高分子物質の構造解析が重要になってくる。これらの物質の構造解析を行う方法の１つとして、質量分析法がある。質量分析法とは、質量数（ｍ／Ｚ：ｍは質量、Ｚは電荷）を調べることによって物質の同定を行う方法であり、質量数を調べる装置には質量分析計がある。質量分析計はイオン化した試料を真空中で飛行させ、飛行の過程で質量の異なるイオンを分離して、スペクトルとして記録する装置である。これを実現する質量分析計には様々な種類があるが、分子量が大きく複雑なたんぱく質等の高分子物質の構造，配列を調べることのできる質量分析計には、飛行時間型質量分析計が適している。図１は飛行時間型質量分析計の構成例を模式的に表したものである。図１において、１のイオン源にて大気圧下で発生したイオンを、高真空に保たれた質量分析計内に導くため、壁面の２つのオリフィスによって排気を規制される２の差動排気空間を通る。その後、イオンは３のリングレンズによって飛行軌道の収束を受け、４の電極プレートによりエネルギを与えられ今までの進行方向と直角方向に加速されて射出される。イオンの軌道は５のグリッド電極や６のリフレクタにより制御され、最終的にイオンは７の検知器により検出される。イオンの飛行において、イオンはその質量の大小に関わらず、等電圧を受けて加速を始めるため、軽いイオンほど速度が速く、遅いイオンほど速度が遅くなる。その結果、イオンは質量の違いにより分離され、電極プレートにより射出されて飛行開始してから検出器７に到達するまでの時間に差が生じる。この到達時間を検出しマススペクトルとして記録する。測定可能な質量数領域が、従来の四重極質量分析計などに比べ広いため、近年たんぱく質のような質量数の大きい試料の測定に広く利用されている。そして飛行時間型の質量分析計において、より大きな分子を高い分解能で測定するための様々な開発が行われている。特許文献１では、イオンにエネルギを与える電極プレートに中間電極を加えることで、イオン軌道の広がりを抑え分解能を向上する手法が考案されている。特許文献２では、電極プレートまたは、グリッド電極，レンズ等に加熱手段を有し、測定サンプルの残骸を加熱することで、電界の影響による帯電を防ぎ、イオン軌道を安定させ分解能を向上する手法等が考案されている。また、飛行時間型質量分析計の前段に四重極質量分析計または、イオントラップ型質量分析計などの質量分析計を備えることで、精度を向上するタンデム型質量分析計もある。
【０００３】
【特許文献１】特許登録公報第３６２６９６９号
【特許文献２】特開２００４−１７２０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および特許文献２に記載されたような質量分析装置では、イオンが垂直加速を受ける際、各電極プレートの取り付け角度はイオン軌道を制御する上で非常に重要となる。高分解能を得るためは、イオンの軌道は理想軌道を描く必要がある。理想軌道から大きく外れた場合、イオンが検出器に効率よく入射されないため、分析感度が低下するか、最悪測定が行えなくなる可能性がある。従来の質量分析装置のグリッド電極，プレート電極は図５に示すように支柱９に複数のプレート電極板４，グリッド電極板５を寸法誤差の小さい高精度スペーサを挿入し、積層して取り付ける構造になっていた。しかし、図５の構造では電極の積層数が大きくなるにつれ、部品が持つ寸法誤差も蓄積されていく。従来の構造では寸法誤差の積み重ねへの対処としては、電極プレートまたはグリッド電極および、スペーサを積み上げる際に寸法誤差を相殺するように組み立てる必要があるが、その方法は現実には困難であり、生産性が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、スペーサ，電極板等の寸法誤差があっても高い精度でイオンの軌道を確保できる構造を備えた質量分析計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。
【０００７】
イオン化した試料を射出し、射出されたイオンの飛行時間を計測して質量を分析する飛行時間型質量分析計において、イオンを射出するために、測定対象イオンに電位差を与え加速させる電極プレート、当該電極プレートにより射出されたイオンの射出方向を制御するグリッド電極、がそれぞれ別の支持体で支持されている飛行時間型質量分析装置。
【０００８】
試料のイオン化には、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ），エレクトロスプレー(ESI)など周知の技術を用いることができる。イオンの射出方向はイオンの導入方向に対し垂直方向に射出することが好ましいが、質量の違いによって飛行時間の違いを測定できるものであればどのような方向に射出するものでも良い。電極プレート，グリッド電極は、中心部にイオンを通過させる穴が開いている板状部材からなる。外形形状は円状，角状など任意の形が選択できる。支持体は、プレート電極板，グリッド電極板の位置を固定するための部材である。形状はどのようなものでも位置が固定できれば良いが、プレート電極板，グリッド電極板に垂直方向に延在する棒状部材であることが好ましい。棒の断面は円状，角状などどのような形状でも良い。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたごとく、本発明により、イオン溜内部のイオンを射出するために、測定対象イオンに電位差を与え加速させる電極プレートおよび、当該電極プレートにより射出されたイオンの射出方向を制御するグリッド電極を有する質量分析計において、電極プレートまたはグリッド電極の設置において、支柱を分割し、独立して設置することで、電極プレートまたはグリッド電極および、スペーサの持つ寸法誤差は積算されなくなり、電極プレートまたは、グリッド電極をマイクロメートルオーダーの精密な平行度にて組み付けることが可能となる。積み上げ式のスタック構造では困難だったマイクロメートルオーダーの平行度を容易に実現し、イオンの入射方向に対して対称に電圧を印加することが可能となる。ゆえにイオンエネルギの空間への広がりも低減し、正確なイオン軌道が実現可能となり、分解能が向上する。
【００１０】
さらに、厳しいプレート面精度の緩和や、組立て性向上によるコストダウンといった効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
飛行時間型質量分析装置において、電極プレート，グリッド電極が傾いて取り付けられた場合、非対称な電圧分布が生じ、イオン軌道の曲げや、イオンの空間への広がりの原因となる。図２に示すように電極プレートが数十ミクロンの傾きを有して取り付けられたときの分解能をシミュレーションした。電位差を与える２枚の電極プレートのうち、高電位のものを電極プレート１，電極プレート１に比べて低電位のものを電極プレート２として、結果を図３および図４に示す。これらより、電極プレートの傾きがイオン軌道に影響を与え、質量分析の測定分解能を悪化させる要因となることがわかる。よって電極プレートは正確にイオンの打ち出し方向に垂直に取り付けられる必要があり、その取り付けにおいては各電極プレートの平行度はマイクロメートルオーダーの精度で取り付けされることが要求される。
【００１２】
一般的に採用されている電極プレート構造を図５に示す。図５は、複数の電極板からなるプレート電極，複数の電極板からなるグリッド電極が、各電極板を所定の間隔で離間して配置されるように寸法誤差の小さい高精度スペーサ８を挿入し、電極板間の平行度を規定している。しかし、図５の形状では積層段数が多くなるにつれて部品が持つ寸法誤差も蓄積されていく。電極プレートの傾きの主な原因は、電極プレートまたはグリッド電極の寸法誤差および、スペーサの寸法誤差が積算されるためである。寸法誤差の積み重ねへの対処方法には、電極プレートまたはグリッド電極および、スペーサを積み上げる際に寸法誤差を相殺するように組み立てる必要があるが、その方法は現実には困難であり、生産性が悪い。図６は本発明に関わる第１の実施例を示したものである。本実施例はイオン溜内部のイオン射出するために、測定対称のイオンに電位差を与え加速させる電極プレートおよび当該電極プレートにより射出されたイオンの射出方向を制御するグリッド電極を有する質量分析計において、支柱の種類を３種類とした場合についてのものである。電極プレートの２枚をそれぞれ別の独立の支柱に接合し、さらにグリッド電極を第３の支柱に設置する。２枚の電極プレート間には中間電極を有する場合もある。中間電極を有する場合、中間電極を電極プレートの１枚または、２枚と同じ種類の支柱に接合することが可能であり、また中間電極のみを別体として独立させることも可能である。中間電極と電極プレートをそれぞれ独立した支柱に設置することも可能である。実施例１において、グリッド電極は１枚以上とし、グリッド電極を取り付ける支柱の種類も１種類以上に増やすことができる。矢印はイオンの打ち出し方向を表す。また、実施例１において、イオンの打ち出し方向が逆の上向きとなる場合は、４の電極プレートと５のグリッド電極の位置を逆に配置する構造となり、このとき中間電極やグリッド電極の枚数，支柱の種類は前記と同様である。
【００１３】
本発明の第２の実施例を図７に示す。本実施例はイオン溜内部のイオン射出するために、測定対称のイオンに電位差を与え加速させる電極プレートおよび当該電極プレートにより射出されたイオンの射出方向を制御するグリッド電極を有する質量分析計において、図７は支柱の種類を２種類とした場合の実施例である。電極プレートは２枚で、同じ支柱に接合されている。電極プレート間に中間電極をもつ場合もある。中間電極を有する場合、中間電極を電極プレートの１枚または、２枚と同じ種類の支柱に接合することもできるし、中間電極のみを別体として独立させることも可能である。また、２枚の電極プレートと中間電極のそれぞれを独立した別の支柱に設置することもできる。グリッド電極は１枚以上とする。実施例２においてイオンの打ち出し方向が逆の上向きとなる場合は、４の電極プレートを下部に配置し、５のグリッド電極が上部に配置する構造となる。このとき、中間電極やグリッド電極の枚数，支柱の種類は前記と同様である。
【００１４】
上記の実施例の他にも、本発明の実施形態は様々な変形例が可能である。例えば、電圧プレートの１枚のみを別の支柱に接合する場合がある。このとき別体とする電圧プレートは電位差を与える２枚の電極プレートのうち電圧が高い電極プレートでも、低い電極プレートでもよい。また、同様にグリッド電極１枚もしくは２枚以上を別の支柱に接合する場合がある。このとき任意のグリッド電極を別体とすることができる。
【００１５】
このように、部品の寸法誤差の積み重ねを防ぎ、マイクロメートルオーダーでの電極プレートまたは、グリッド電極の取り付けを容易に実現する方法は様々な場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の垂直加速型飛行時間型質量分析計の基本構成を示す図である。
【図２】傾斜対象電極プレートの拡大図である。
【図３】電極プレート１の向きを変化させたシミュレーション結果の図である。
【図４】電極プレート２の向きを変化させたシミュレーション結果の図である。
【図５】従来の電極プレートの設置を示す図である。
【図６】実施例１の電極プレート設置構成図である。
【図７】実施例２の電極プレート設置構成図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…イオン源、２…オリフィスにて規制される作動排気空間、３…リングレンズ、４…電極プレート、５…グリッド電極、６…リフレクタ、７…検知器、８…スペーサ、９…支柱。
【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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