(57)【要約】【課題】数μｍ〜数十μｍの開口部内径を有するスプレーチップの加工方法を実現する。【解決手段】試料台に固定された内径０．１０ｍｍ以下を有するキャピラリーチューブ５の先端断面の表面上に保護膜用ガス銃１３より保護膜用ガス１８を放出する。イオンビーム７でキャピラリーチューブ５断面の表面上を矢印２で示すようにビーム走査すると、走査領域表面上にガス１８が蓄積され、表面保護膜１９が形成される。保護膜形成の際、まず、キャピラリーチューブ５の内径２１より大きな径でイオンビーム７を走査し、表面保護膜１９が形成された後、徐々に走査内径を小さくする。これにより、キャピラリーカラム５断面上にイオンビームガスアシストデポジション膜１９を形成し、目的開口内径２０を有するスプレーチップを加工することが出来る。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリーチューブの開口先端に、保護膜作成用ガスを噴射しながら、荷電粒子を照射し、
荷電粒子の照射により、上記開口先端から発生する二次電子を検出し、
検出した上記二次電子に基づいて、荷電粒子の上記開口先端への照射位置を制御して、上記開口先端に保護膜を形成し、
上記開口先端に保護膜が形成されることにより、所望の開口径となるように上記キャピラリーチューブをエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工することを特徴とするスプレーチップ加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のスプレーチップ加工方法において、上記荷電粒子はイオンビームであり、キャピラリーチューブの開口先端に、保護膜としてイオンビームガスアシストデポジション膜によるコーティングを行い、イオンビームを用いて、目的開口内径をスパッタリングにより加工することにより、目的開口内径を有するエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップを形成することを特徴とするイオンビームによるスプレーチップの加工方法。
【請求項３】
荷電粒子発生源と、
上記荷電粒子源から発生される荷電粒子の照射位置を変更する手段と、
保護膜用ガス発生手段と、
キャピラリーチューブの開口先端が、上記荷電粒子源から荷電粒子源から発生される荷電粒子に照射されるように、キャピラリーチューブを固定する固定試料台と、
上記固定試料台を移動させる試料駆動手段と、
荷電粒子を上記キャピラリーチューブの開口先端に照射することにより発生する二次電子を検出する二次電子検出手段と、
上記二次電子検出手段により検出された二次電子に基づいて、上記照射位置変更手段及び試料駆動手段を制御して、荷電粒子の照射位置をする制御手段と、
を備え、保護膜用ガスにより上記開口先端に保護膜が形成されることにより、所望の開口径となるように上記キャピラリーチューブをエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工することを特徴とするスプレーチップ加工装置。
【請求項４】
荷電粒子線を、キャピラリーチューブの開口先端に照射して、保護膜用ガスにより保護膜が形成され、所望の開口径となるように上記キャピラリーチューブをエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工するスプレーチップ加工装置に用いられるキャピラリーチューブの固定台であって、
スプレーチップ加工装置の試料移動手段に固定される固定部と、
この固定部に対して傾斜する傾斜部と、
上記固定部及び傾斜部には溝が形成され、この溝にキャピラリーチューブを収容し固定するためのキャピラリーチューブ固定手段と、
を備え、上記傾斜部に固定されたキャピラリーチューブの開口先端が、荷電粒子照射源に対向するように、キャピラリーチューブを固定することを特徴とするスプレーチップ加工装置に用いられるキャピラリーチューブの固定台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析計のイオン化に係るナノエレクトロスプレーイオン化法のスプレーチップ加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ質量分析計は、基本的に５つの構成部分から構成される複合装置である。
【０００３】
液体クロマトグラフ質量分析計を、イオンを分離する質量分析部を中心に考えた場合、前方に存在する試料導入部（液体クロマトグラフ）と、導入された試料をイオン化するイオン源部と、後方に存在するイオン源で生成され、質量分析部を通過したイオンを検出するための検出器と、この検出器で得られた情報をマススペクトルなどの情報に変換するデータの処理及び質量分析計の制御のためのコンピュータによるシステム部とで構成されている。
【０００４】
現在、質量分析計に用いられるイオン化法に関しては、数多くの手法が開発され、実用化されており、中でもエレクトロスプレーイオン化法は、非常にソフトなイオン化法である。
【０００５】
このエレクトロスプレーイオン化法は、タンパク質やペプチドなどの数千から数万の分子量を持つ化合物が、[M+nH]n+や[M−nH]n−といった多価イオンという電荷分布をとり、質量分析計の質量分析範囲が狭くても質量数決定精度が高いこと特徴である。したがって、このエレクトロスプレーイオン化法は、タンパク質やペプチドいった高分子化合物のイオン化に有利である。
【０００６】
一般的なエレクトロスプレーイオン化法にあっては、試料溶液を噴霧するスプレーチップと対向電極との間に高電圧を印加する。そして、スプレーチップ先端から噴霧された試料溶液が対向電極に向かって静電噴霧現象を起こし、正あるいは負に帯電した液滴が生成される。そして、噴霧された帯電液滴に対し、加熱したガス（窒素等）を吹き付けることにより帯電液滴から試料溶媒が蒸発し、より小さい微細液滴となる。
【０００７】
帯電した液滴は、蒸発を繰り返すことにより液滴の直径が減少し、イオン反発力が働き、最終的にそのイオン反発力は表面張力より大きくなりクーロン反発によって複数個の液滴に分裂する。
【０００８】
この分裂を繰り返すことにより最終的には試料分子レベルの微細液滴を生成すると考えられている。
【０００９】
そして、この微細液滴からイオンの生成が大気圧下で行われ、質量分析部に導入される。
【００１０】
現在、エレクトロスプレーイオン化法に用いられるスプレーチップは、様々な先端開口部内径のスプレーチップが提供されており、目的流量（液体クロマトグラフの移動相流量等）に対し、適切な開口部内径を有するスプレーチップを選択する。
【００１１】
中でも極低流量（０．０１μＬ／ｍｉｎから０．２μＬ／ｍｉｎ）で使用する液体クロマトグラフで試料溶液を導入するナノフローエレクトロスプレーイオン化法は、極低流量で使用することから、先端開口部が数μmから数十μm程度の内径を有するスプレーチップを使用する必要がある。
【００１２】
なお、この種のキャピラリーチューブの加工方法として関連するものには、例えば特許文献１に記載された技術が挙げられる。この特許文献１記載の加工方法は、キャピラリーチューブの一方の端が保持され、もう一方の端を引っ張ることにより、キャピラリーチューブの先端を形成する方法である。
【００１３】
この加工方法は、キャピラリーチューブの材質の粘性により、キャピラリーチューブの加熱の温度とキャピラリーチューブの引くときの速度とを測定してモニターし、温度及び速度を制御することにより希望のキャピラリーチューブ先端を形成する技術である。
【００１４】
【特許文献１】米国特許４、６００、４２４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来技術にあっては、スプレーチップの先端開口径を数μｍ〜数十μｍに加工することは困難であり、スプレーチップから吐出する試料溶液量が多く、スプレーチップ先端で形成される帯電液滴の直径も大きかった。
【００１６】
このため、帯電液滴が加熱したガスにより蒸発される過程の中で、帯電液滴から試料分子レベルへの移行効率が悪く、目的成分のエレクトロスプレーイオン化効率が悪かった。
【００１７】
また、ナノフローエレクトロスプレーイオン化法と呼ばれるナノ流量レベルに対応したエレクトロスプレーイオン化法の場合においては、スプレーチップの先端開口径が数μｍ〜数十μｍのものを使用することが望ましいが、上述したように、従来技術にあっては、スプレーチップの先端開口径を数μｍ〜数十μｍに加工することは困難であり、ナノフローエレクトロスプレーイオン化法に適したスプレーチップの加工方法が見出されていなかった。
【００１８】
本発明の目的は、数μｍ〜数十μｍの開口部内径を有するスプレーチップの加工方法及び装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。  
（１）キャピラリーチューブの開口先端に、保護膜作成用ガスを噴射しながら、荷電粒子を照射し、荷電粒子の照射により、上記開口先端から発生する二次電子を検出し、検出した上記二次電子に基づいて、荷電粒子の上記開口先端への照射位置を制御して、上記開口先端に保護膜を形成し、上記開口先端に保護膜が形成されることにより、所望の開口径となるように上記キャピラリーチューブをエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工する。
【００２０】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記荷電粒子はイオンビームであり、キャピラリーチューブの開口先端に、保護膜としてイオンビームガスアシストデポジション膜によるコーティングを行い、イオンビームを用いて、目的開口内径をスパッタリングにより加工することにより、目的開口内径を有するエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップを形成する。
【００２１】
（３）エレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工するスプレーチップ加工装置であって、荷電粒子発生源と、上記荷電粒子源から発生される荷電粒子の照射位置を変更する手段と、保護膜用ガス発生手段と、キャピラリーチューブの開口先端が、上記荷電粒子源から荷電粒子源から発生される荷電粒子に照射されるように、キャピラリーチューブを固定する固定試料台と、上記固定試料台を移動させる試料駆動手段と、荷電粒子を上記キャピラリーチューブの開口先端に照射することにより発生する二次電子を検出する二次電子検出手段と、この二次電子検出手段により検出された二次電子に基づいて、上記照射位置変更手段及び試料駆動手段を制御して、荷電粒子の照射位置をする制御手段とを備え、保護膜用ガスにより上記開口先端に保護膜が形成されることにより、所望の開口径となるように上記キャピラリーチューブをエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工する。
【００２２】
（４）荷電粒子線を、キャピラリーチューブの開口先端に照射して、保護膜用ガスにより保護膜が形成され、所望の開口径となるように上記キャピラリーチューブをエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップに加工するスプレーチップ加工装置に用いられるキャピラリーチューブの固定台であって、スプレーチップ加工装置の試料移動手段に固定される固定部と、この固定部に対して傾斜する傾斜部と、上記固定部及び傾斜部には溝が形成され、この溝にキャピラリーチューブを収容し固定するためのキャピラリーチューブ固定手段と、を備え、上記傾斜部に固定されたキャピラリーチューブの開口先端が、荷電粒子照射源に対向するように、キャピラリーチューブを固定する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、数μｍ〜数十μｍの開口部内径を有するスプレーチップの加工方法及び装置を実現することができる。
【００２４】
本発明のスプレーチップ加工方法により加工されたスプレーチップは、微量の試料溶液量をエレクトロスプレーすることができ、エレクトロスプレーによって形成される帯電液滴の直径を微細化することが可能である。
【００２５】
従って、帯電液滴に荷電している電子の試料分子への移行効率が大きくに向上することにより、目的試料分子のイオン化効率をより高めることが可能である。
【００２６】
また、本発明は、液体クロマトグラフ質量分析計に適用して、高いイオン化効率による目的成分の検出感度を向上することができる。
【００２７】
このため、本発明は、試料分子のイオン化効率を向上して、ナノフローエレクトロスプレーを確実に行うことができ、タンパク質やペプチド等の高分子量化合物の高感度測定を確実に行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態であるスプレーチップの加工方法を実施する荷電粒子線装置である集束イオンビーム加工装置の概略構成図である。
【００３０】
図１において、試料室２は、真空ポンプ１により高真空に保持される。スプレーチップとなるキャピラリーチューブ固定試料台４は試料駆動装置３により保持され、キャピラリーチューブ固定試料台４上にキャピラリーチューブ５が固定される。イオン源６から発生したイオンビーム７は、集束レンズ８及び対物レンズ９により集束され、偏向器１０により、キャピラリーチューブ５に対して走査される。
【００３１】
これにより、キャピラリーチューブ固定試料台４上のキャピラリーチューブ５を任意形状に加工可能である。
【００３２】
また、イオンビーム７を照射したキャピラリーチューブ５表面から発生した二次電子１１は、二次電子検出器１２で検出することができ、SIM（Scanning  Ion  Microscopy）の二次電子像を得ることが出来る。
【００３３】
この二次電子像に基づいて、制御部（図示省略）が偏向器１０等を制御して、イオンビームの照射位置を制御する。
【００３４】
なお、保護膜用ガス銃１３から保護膜用ガスが、キャピラリーチューブ５に噴射される。
【００３５】
図２は、図１に示した集束イオンビーム加工装置のキャピラリーチューブ固定試料台４の上面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００３６】
図２及び図３において、エレクトロスプレーイオン源のスプレーチップとして加工される、例えば、外径０．３７５ｍｍのキャピラリーチューブ５を、キャピラリーチューブ固定溝１４にセットし、固定板をネジ等により固定板固定部１５、１６（ネジ穴）に挿入し固定することにより、キャピラリーチューブ５も、固定試料台４に固定される。
【００３７】
固定試料台４は、傾斜角度が６０度の傾斜部が形成されており、試料台４により固定されたキャピラリーチューブ５も、傾斜角度約６０度で曲げられた状態で、先端開口部が、斜め上方を向いた状態で試料台４に固定される。
【００３８】
キャピラリーチューブ５が試料台４に固定された後、試料プローブ固定部１７により、試料台４が、試料駆動装置３に固定される。
【００３９】
そして、加工装置内で、イオンビームの照射位置を微調整することにより、キャピラリーチューブ５先端開口に対して垂直にイオンビームによる加工及び観察が可能となる。
【００４０】
なお、試料台４の傾斜角度は、６０度としたが、これに限らず、４５度以上であればよい。
【００４１】
次に、図４〜図6を参照して、キャピラリーチューブ５の先端加工方法、つまり、
スプレーチップの加工方法について説明する。なお、図４は動作フローチャートであり、図５及び図６は、キャピラリーチューブ断面５上にイオンビームガスアシストデポジション膜を形成する方法を示した概略図である。
【００４２】
図４のステップ１００において、固定試料台４にキャピラリーチューブ５を固定する。そして、ステップ１０１において、キャピラリーチューブ５を固定した固定試料台４を試料駆動装置３に固定し、位置調整を行う。
【００４３】
次に、ステップ１０２において、モニタ（図示省略）により、集束イオンビーク装置のビーム走査を制御する制御部に、キャオピラリーチューブ５の先端開口部の保護膜形状を指定する。
【００４４】
そして、ステップ１０３において、集束イオンビームをキャピラリーチューブ５の先端開口に照射することによる保護膜の形成を開始する。ステップ１０４において、上記制御部が保護膜が形成されたか否かを判断し、形成されていなければ、ステップ１０２に戻り、目的内径に達するまで保護膜形成を重ねて行う。
【００４５】
図５は、目的内径の保護膜形成の説明図である。  
図５において、試料台４に固定された、内径０．１０ｍｍ以下を有するヒューズドシリカキャピラリーチューブ５の先端断面の表面上に、保護膜用ガス銃１３より保護膜用ガス１８を放出する。そして、イオンビーム７にてヒューズドシリカキャピラリーチューブ５断面の表面上を矢印２で示すようにビーム走査する。そうすると、その走査領域表面上にガス１８が蓄積され、表面保護膜１９が形成される。
【００４６】
保護膜形成の際、まず、ヒューズドシリカキャピラリーチューブ５の内径２１より大きな径でイオンビーム７を走査し、表面保護膜１９が形成された後、徐々に走査内径を小さくする。これにより、キャピラリーカラム５断面上にイオンビームガスアシストデポジション膜１９を形成し、目的開口内径２０（０．０２ｍｍ以下）を有するエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップを加工することが出来る。
【００４７】
ステップ１０５で目的内径の保護膜形成が終了すると、ステップ１０６に進み、保護膜の内径をスパッタリングにより加工する。
【００４８】
図6は、さらに、微細に開口内径を加工する場合の説明図である（図4のステップ１０６に対応）。  
図6において、図5に示したように加工された開口より、さらに微細加工する際は、イオンビーム７を用いて、開口２０をスパッタリングにより加工することにより、目的開口内径２３を有するエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップを加工することが出来る。
【００４９】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、集束イオンビームを用いてチューブ先端開口を保護膜用ガスで保護膜を形成することにより、目的径の開口を形成するように構成したので、微細な径（数μｍ）を有するスプレーチップを加工することができる。
【００５０】
なお、上述した例では、集束ビームとしてイオンビームを用いたが、レーザ及び電子を利用しても同様のスパッタリング加工は可能であると考えられる。
【００５１】
上述した加工方法により、加工されたエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップは、質量分析計のエレクトロスプレーイオン源の構成部のひとつであり、高電圧が負荷される接続部の前方にスプレーチップとして固定される。
【００５２】
試料溶液は、液体クロマトグラフ等の分離装置により各成分分離され、キャピラリーチューブを通って、接続部に到達する。そして、この接続部にて高電圧が印加され、加工されたエレクトロスプレーイオン源のスプレーチップの先端部から質量分析計に向かって、試料分子を含む微細な帯電液滴が噴霧されイオン化が行われる。
【００５３】
本発明により加工されたスプレーチップによりエレクトロスプレーされた試料分子を含む微細な帯電液滴は、従来のスプレーチップの単位時間当たりにスプレーチップ先端から吐出される試料溶液量を少なくすることができる。
【００５４】
これにより、エレクトロスプレーによって形成される帯電液滴の微細化が可能であり、帯電液滴に荷電している電子の試料分子への移行効率が大きくに向上し、目的試料分子のイオン化効率をより高めることが可能である。
【００５５】
なお、上述した例においては、キャピラリーチューブとして、ヒューズドシリカキャピラリーチューブを用いたが、これに限らず、金属キャピラリーチューブを加工して、スプレーチップとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態であるスプレーチップの加工方法を実施する加工装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した装置のチューブ固定用試料台の上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の動作フローチャートである。
【図５】本発明による微細内径加工方法の説明図である。
【図６】本発明による、さらに微細な内径加工方法の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１              真空ポンプ
２              試料室
３              試料台駆動装置
４              固定試料台
５              キャピラリーチューブ
６              イオン源
７              イオンビーム
８              集束レンズ
９              対物レンズ
１０            偏向器
１１            二次電子
１２            二次電子検出器
１３            保護膜用ガス銃
１４            キャピラリーチューブ固定溝
１５、１６      キャピラリーチューブ固定板固定部
１７            試料プローブ固定部
１８            保護膜用ガス
１９            表面保護膜
【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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