(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料保持部の試料装着面上に二次元的に配置された複数のサンプルについて、前記試料保持部を試料装着面の延展方向に移動することで分析対象のサンプルを所定の測定位置に移動させ、レーザ照射部からサンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の試料成分をイオン化し、該サンプルから発生した各種イオンを引き出して飛行時間型質量分離器に導入し、イオンの質量に応じて分離して検出器により検出する飛行時間型質量分析装置において、
a)前記試料保持部の試料装着面に対向するように配設されたイオン引き出し用電極と、
b)前記試料保持部が移動されたときに、前記レーザ照射部からイオン化時よりも微弱なレーザ光を前記測定位置に来たサンプルに照射し、該サンプル表面からの反射光を受光部で受けてその受光スポットの位置の変位に基づいて、該サンプル表面又はその周囲の試料装着面の、イオン引き出し用電極によるイオン引き出し方向における変位量を検出する変位量検出手段と、
c)前記試料保持部を前記イオン引き出し方向に変位させる変位手段と、
d)前記変位量検出手段による検出結果に応じて、前記測定位置に来たサンプル表面から前記飛行時間型質量分離器を経た前記検出器までの飛行距離を一定にするために、該サンプル表面がイオン引き出し方向における基準位置にくるように前記試料保持部の位置を調整するべく前記変位手段を制御する制御手段と、
を備え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、例えばマトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix-assisted Laser Desorption Ionization ）飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦＭＳ＝Time of Flight Mass Spectrometer）などの飛行時間型質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置として、イオン源にマトリクス支援レーザ脱離イオン化法を用いた質量分析装置（以下、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳという）がよく知られている。ＭＡＬＤＩでは、レーザ光を吸収しにくい試料やタンパク質などレーザ光で損傷を受けやすい試料を分析するために、レーザ光を吸収し易くイオン化され易いシナピン酸などの物質をマトリクスとして試料に予め混合することでサンプルを調製しておき、これに短時間レーザ光を照射することで試料をイオン化する。
【０００３】
一般にＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、図３に示すように、薄い平板状のサンプルプレート２の上に複数（多い場合には数百）の検体（サンプル）３をスポット状に設ける（例えば特許文献１など参照）。そして、このサンプルプレート２を水平な試料台の上にセットし、試料台をＸ軸方向及びＹ軸方向の二次元的に移動させることで分析対象のサンプルをレーザ光照射位置に移動させる（図３中のＰの位置）。そしてレーザ光の照射により、サンプル中の分析目的である試料成分をイオン化させ、発生したイオンを飛行時間型質量分離器で質量分離した後に検出する。１つのサンプルの質量分析が終了したならば、次の分析対象のサンプルをレーザ光照射位置Ｐに移動させて同様に質量分析を実行する、という操作を繰り返すことで、多数のサンプルについての質量分析を実行することができる。
【０００４】
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、基本的に、レーザ光照射位置にあるサンプル上面と検出器との間の距離が飛行距離であるから、サンプルプレート２上に搭載された各サンプル３の高さにばらつきがあると飛行距離がばらついて質量（厳密には質量電荷比m/z）の算出誤差の原因となる。こうした観点から、従来、サンプル調製の際にサンプルプレート２上での各サンプルの高さのばらつきを抑える手法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、サンプルプレートで各サンプルの高さを揃えたとしても、実際には分析するサンプルプレート内でのサンプルの位置によって同一イオン種に対する質量にずれが生じ、質量精度の低下を招くことがある。即ち、サンプルプレートをセットする試料台の上面は完全に水平であることが望ましいが、平面度を高くするほど加工コストが高くなるため、実際上数十μｍ以下の平面度を達成することは難しい。また、試料台を取り付ける際に上面が水平になるように調整を行うが、調整の限界により完全な水平を保つことは実質的に不可能である。また、仮に試料台の上面が完全に水平であったとしても、サンプルプレートの反りなどの変形によってもサンプル上面の高さはばらつく。こうした様々な要因のために、通常、試料台移動時のレーザ照射位置におけるサンプル上面の上下変動は数十μｍから大きい場合には数百μｍになる場合がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１５６３８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３４７５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したようにサンプルプレートの上面の上下変動があると、１枚のサンプルプレート上に用意された複数のサンプルを測定する際に、飛行距離が変わることによって質量にずれが生じることになる。また、サンプルから発生したイオンはサンプルプレートと平行に設置されたイオン引き出し用電極で形成される電場により引き出されるが、サンプル上面の高さがばらつくとイオン引き出し用電極との間の距離が変化し、イオンに与えられる初期運動エネルギーがばらつくことで質量精度を低下させることにもなる。
【０００８】
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、その目的とするところは、上述したような試料台やサンプルプレートの寸法精度や機械的精度の限界の影響を軽減し、質量精度を高めることができる飛行時間型質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、試料保持部の試料装着面上に二次元的に配置された複数のサンプルについて、前記試料保持部を試料装着面の延展方向に移動することで分析対象のサンプルを所定の測定位置に移動させ、レーザ照射部からサンプルにレーザ光を照射して該サンプル中の試料成分をイオン化し、該サンプルから発生した各種イオンを引き出して飛行時間型質量分離器に導入し、イオンの質量に応じて分離して検出器により検出する飛行時間型質量分析装置において、
a)前記試料保持部の試料装着面に対向するように配設されたイオン引き出し用電極と、
b)前記試料保持部が移動されたときに、前記レーザ照射部からイオン化時よりも微弱なレーザ光を前記測定位置に来たサンプルに照射し、該サンプル表面からの反射光を受光部で受けてその受光スポットの位置の変位に基づいて、該サンプル表面又はその周囲の試料装着面の、イオン引き出し用電極によるイオン引き出し方向における変位量を検出する変位量検出手段と、
c)前記試料保持部を前記イオン引き出し方向に変位させる変位手段と、
d)前記変位量検出手段による検出結果に応じて、前記測定位置に来たサンプル表面から前記飛行時間型質量分離器を経た前記検出器までの飛行距離を一定にするために、該サンプル表面がイオン引き出し方向における基準位置にくるように前記試料保持部の位置を調整するべく前記変位手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
変位手段としては大きな変位量は不要であるものの高精度や応答の迅速性が要求されるため、例えばピエゾ素子などを用いたアクチュエータが有用である。
【００１２】
また、試料保持部とは、例えば上述のように複数のサンプルがスポット状にサンプルプレート上に形成される場合にはサンプルプレートであり、また例えば試料台上に載置された平面状に広い検体の中に二次元的に複数の測定点（この場合には測定点をサンプルと言い換える）を設定する場合には試料台である。
【００１３】
また、本発明に係る質量分析装置では、サンプルに含まれる試料成分をイオン化する方法として、ＭＡＬＤＩのほか、同様にレーザを用いた、シリコン上脱離イオン化法などの表面支援レーザ脱離イオン化法や、その他の各種レーザイオン化法を用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の飛行時間型質量分析装置では、例えば多数用意されたサンプルの中の分析対象である任意のサンプルが測定位置に移動されると、変位量検出手段がその測定位置に来ているサンプル表面又はその近傍の試料装着面の変位量を検出する。この変位量は例えば予め設定された基準位置に対する差分として表すことができるし、イオン引き出し用電極との間の距離として表すこともできる。試料装着面上のいずれのサンプルが測定位置に来たときにも上記変位量は一定であることが望ましいが、試料装着面の平面度の低さなどの要因により上記変位量は一定とならない場合がある。そこで、制御手段は変位量検出結果を受けて変位手段を駆動することにより試料保持部のイオン引き出し方向における位置が基準位置に来るように変化させ、測定位置にあるサンプル表面と検出器との間の飛行距離が略一定になるように調整する。このような調整の後に、例えばレーザ光が測定位置にあるサンプルに照射されて、該サンプルから発生したイオンの質量分析が実行される。
【００１５】
この発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、二次元的に広い範囲に散在しているサンプルの質量分析を行う際にそのサンプルの位置に関係なく飛行距離をほぼ一定に保つことができる。また、イオン引き出し用電極との距離が一定になるために該電極による電場によるイオン引き出し作用が常に同じ状態になる。それによって、同一質量のイオンについての飛行時間のばらつきが軽減され、該飛行時間に基づいて算出される質量の誤差を少なくして質量精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例であるＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳについて図面を参照して説明する。図１は本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの要部の全体構成図である。
【００１７】
上述したように、薄い平板状のサンプルプレート２の上面には、マトリクスが混合されて調製された多数のサンプル３が二次元的にそれぞれ離してスポット状に付着されている。サンプル３の調製方法は特に限定されない。このサンプルプレート２は上面が略水平である試料台１上にセットされる。試料台１はモータ等を含む試料台駆動部４によりＸ軸方向、Ｙ軸方向の二次元的に移動可能となっている。
【００１８】
サンプル３中の試料をイオン化するためのレーザ光７はレーザ照射部６から出射し、反射鏡８を介してサンプルプレート２上の所定位置に照射されるようになっている。試料台１の上方には、レーザ照射位置にあるサンプル３から発生したイオンをその発生位置の近傍から上方に引き出すための電場を形成するイオン引き出し用電極９が試料台１及びサンプルプレート２の上面に対向するように配設されている。このイオン引き出し用電極９の上方には、イオンの広がりを抑えるための静電レンズなどのイオン光学系１０と、イオンを飛行させる飛行空間を持つ飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）１３と、ＴＯＦ１３により質量分離されたイオンを検出する検出器１４とが、ほぼ一直線上に配置されている。
【００１９】
即ち、このＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの構成では、ＴＯＦ１３はリニア型であり、サンプル３から出射したイオンの飛行経路は図１中の符号Ｃで示すように鉛直方向に設定されている。但し、ＴＯＦ１３はリニア型に限るものではなく、リフレクトロン型など周知の別の形態にすることができる。
【００２０】
検出器１４は入射したイオン量に応じた検出信号を出力し、データ処理部１５はこの検出信号を受けて各イオンの飛行時間を求め、飛行時間から質量への換算を行う。そして、横軸を質量、縦軸を相対強度とする質量スペクトルを作成する。
【００２１】
さらにまた、本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳに特徴的な構成として、測定位置にあるサンプル３の上面の高さの変位量を計測するための変位センサ（本発明における変位検出手段）１２と、試料台１（又はサンプルプレート２のみ）をＺ軸方向（図１では上下方向）に微小範囲（例えば最大数百μｍ〜数ｍｍ程度）内で移動させる変位駆動部（本発明における変位手段）１６と、変位センサ１２より計測値を受けて変位駆動部１６に制御信号を送る変位補正制御部（本発明における制御手段）１７と、が設けられている。
【００２２】
変位センサ１２は非接触型のものであり、微弱なレーザ光を測定位置にあるサンプル３に照射し、サンプル３上面から反射するレーザ光を反射鏡１１を介してＣＣＤイメージセンサで受け、そのレーザ光の受光スポットの位置の変位により、Ｚ軸方向のサンプル３上面の変位量を算出する。この変位量は或る基準位置を決めておいて該基準位置に対する相対的な変位量としてもよいし、或いは、位置が固定しているイオン引き出し用電極９との間の距離ｄに換算してもよい。いずれにしても、例えば試料台１を二次元的に移動させた際に測定位置にきたサンプル３上面の高さが変動すれば、その変動が変位量に反映されて変位補正制御部１７に送られる。
【００２３】
また変位駆動部１６としては微小な変位が可能であり且つ応答の迅速性が必要であるから、例えばピエゾアクチュエータ等を用いることができる。この場合、変位駆動部１６による試料台１のＺ軸方向への変位量は変位補正制御部１７により与えられる駆動電圧の大きさにより決まる。また、ＣＰＵを中心に構成される制御部１８は分析動作全体を制御する機能を有し、試料台駆動部４、レーザ照射部６、変位補正制御部１７などをそれぞれ制御する。
【００２４】
次に本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの特徴的な動作を、図２に示す動作フローチャートに従って説明する。制御部１８は予め指定された順序でサンプルプレート２上の各サンプル３の分析を遂行するものとする。
【００２５】
まず制御部１８は最初の分析対象であるサンプル３が測定位置、つまりレーザ照射位置に来るように試料台駆動部４に制御信号を送る。これにより、試料台駆動部４は試料台１をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ適宜移動させて、分析対象のサンプル３を測定位置にセットする（ステップＳ１）。
【００２６】
次に、変位センサ１２がその時点での測定位置に存在するサンプル３上面のＺ軸方向の変位量を計測し、その計測値を変位補正制御部１７に送る。ここでは変位量計測値は予め決められた基準値をゼロとしたときの相対量で表すものとする（ステップＳ２）。変位補正制御部１７は変位量計測値を受けると、その変位量をゼロにするための駆動電圧を計算し、変位駆動部１６に駆動電圧を印加する。例えば、サンプル３上面の位置が基準位置よりも上にある場合をプラスの変位量、下にある場合をマイナスの変位量と規定し、いま変位量計測値が＋Ａである場合には、試料台１をＡだけ下げるように変位駆動部１６を駆動する。上記駆動により試料台１及びサンプルプレート２はＺ軸方向に微小移動する（ステップＳ３）。
【００２７】
上述のようにして変位補正を行った後に、制御部１８はレーザ照射部６に制御信号を送り、サンプル３に対し短時間レーザ光７を照射してサンプル３からイオンを発生させる。発生したイオンはイオン引き出し用電極９により形成されている電場により上方に引き出されて飛行を開始し、イオン光学系１０で絞られた後にＴＯＦ１３に導入されて飛行を続け、質量に応じて遅滞が生じることで分離される。そして質量の小さなイオンほど早く、質量が大きなイオンは遅れて検出器１４に到達してそれぞれ検出される。このようにして測定位置にあるサンプル３に対する質量分析が実行される（ステップＳ４）。
【００２８】
その後、制御部１８は全てのサンプル３の分析が終了したか否かを判定し（ステップＳ５）、未だ分析すべきサンプル３が残っている場合にはステップＳ１に戻り、次に分析すべきサンプル３を測定位置に移動させてステップＳ２〜Ｓ４の処理を実行する。このような処理を全てのサンプル３の分析が終了するまで繰り返し、全サンプルの分析が終了したならば処理を終了する。
【００２９】
以上のようにサンプルプレート２上で二次元的に散在した各サンプル３を分析する際に、そのサンプル３が測定位置に来たときに該サンプル３上面の変位量に応じた高さの補正を行うので、どのサンプル３に対してもイオン引き出し用電極９との間の距離ｄはほぼ一定に維持されることになる。試料台１自体の上面の平面度が良好でない場合、サンプルプレート２に反りなどの変形がある場合、或いはサンプル３の盛り上がりにばらつきがある場合、などのいずれの要因についても上記処理により変位が補正される。
【００３０】
これにより、イオンが出発してから検出器１４に到達するまでの飛行距離のサンプル毎のばらつきが軽減されるため、質量精度を向上させることができる。また、イオン引き出し用電極９と測定位置にあるサンプル３上面との距離ｄが一定に保たれることで、サンプル３から発したイオンに対する引き出し電場の作用が一定になり、イオンに与えられる初期運動エネルギーが揃う。したがって、この点でも質量精度の向上に寄与する。
【００３１】
なお、上記実施例では測定位置にきたサンプル３上面の変位量を検出していたが、例えば変位量検出のためのレーザ光を直接サンプル３に照射するのが好ましくない場合には、測定位置付近のサンプルプレート２上面の変位量を検出してもよい。この場合には、各サンプルの盛り上がりのばらつきは補正できないが、一般に、このばらつきは試料台１やサンプルプレート２に起因する変位よりも小さいため、サンプルを避けて変位量を求めてもほぼ同等の効果を達成することができる。
【００３２】
また上記実施例では、水平に載置した試料台１の上にサンプルプレート２を載せて鉛直上方にイオンを引き出す構成としたが、例えば、垂直に起立させた試料台１によりサンプルプレート２を垂直に起立させて保持し、イオンを水平方向に引き出す構成としてもよい。
【００３３】
また、上記実施例は本発明をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳに適用したものであるが、イオン源はＭＡＬＤＩに限るものではなく、例えばシリコン上脱離イオン化法（Desorption/Ionization on (porous）Silicon：ＤＩＯＳ）などの公知の表面支援レーザ脱離イオン化法（Surface Assisted Laser Desorption/Ionization：ＳＡＬＤＩ）や、その他の公知のレーザイオン化法によりイオン化を行うものにも適用可能である。
【００３４】
さらにまたそれ以外の点においても、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、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明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例によるＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳの要部の全体構成図。
【図２】本実施例のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳにおける特徴的な動作を説明するためのフローチャート。
【図３】ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳに使用されるサンプルプレートの斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
１…試料台
２…サンプルプレート
３…サンプル
４…試料台駆動部
６…レーザ照射部
７…レーザ光
８…反射鏡
９…イオン引き出し用電極
１０…イオン光学系
１１…反射鏡
１２…変位センサ
１３…飛行時間型質量分離器（ＴＯＦ）
１４…検出器
１５…データ処理部
１６…変位駆動部
１７…変位補正制御部
１８…制御部
【図１】
0004710710.tif 000002
【図２】
0004710710.tif 000003
【図３】
0004710710.tif 000004