(57)【要約】【課題】  プローブを有するイオン化装置において、プローブを取り外すことなく、プローブの振動部分の固有振動数を簡便に変更することができるイオン化装置を提供する。【解決手段】  試料を保持する保持台と、保持台に保持されている前記試料のイオン化する部分を決めるためのプローブと、プローブの一端を自由端とし、且つ、プローブをイオン化装置に固定する固定部と、試料のイオン化したイオンを引き出す引出電極と、前記試料の一部領域に液体を供給する液供給手段と、プローブと引出電極との間に電圧を印加する手段と、プローブを振動させるための振動手段と、を有し、  振動手段は、プローブの固有振動数で振動する第一のプローブ振動、および固有振動数のｎ次（ｎは２以上の整数）の高調波の振動数で振動する第二のプローブ振動、の少なくとも２つの振動を生ぜしめる手段である。【選択図】  図２
2017033659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化装置であって、
試料を保持する保持台と、
前記保持台に保持されている前記試料のイオン化する部分を決めるためのプローブと、
前記プローブの一端を自由端とし、且つ前記プローブを前記イオン化装置に固定する固定部と、
前記試料のイオン化したイオンを引き出す引出電極と、
前記試料の一部領域に液体を供給する液供給手段と、
前記プローブと前記引出電極との間に電圧を印加する手段と、
前記プローブを振動させるための振動手段と、を有し、
前記振動手段は、前記プローブの固有振動数で振動する第一のプローブ振動、および前記固有振動数のｎ次（ｎは２以上の整数）の高調波の振動数で振動する第二のプローブ振動、の少なくとも２つの振動を生ぜしめる手段である
ことを特徴とするイオン化装置。
【請求項２】
前記振動手段は、さらに前記固有振動数のｍ次（ｍは２以上の整数であり、ｎ≠ｍである）の高調波の振動数で振動する第三のプローブ振動を生ぜしめる手段である請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項３】
前記ｎが２である請求項１または２に記載のイオン化装置。
【請求項４】
前記振動手段は、前記第一のプローブ振動、及び前記第二のプローブ振動、を交互に切り替えて生ぜしめる手段である請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項５】
前記プローブが、長手方向に垂直な面内方向に撓む梁状の弾性体であり、該長手方向に対して１以上の節および腹を形成して高調波の共振動状態を得るものである請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のイオン化装置と、イオンの質量電荷比を分析する質量分析部と、を備えたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の質量分析装置と、画像形成装置と、を備えた、画像形成システムであって、
前記画像形成装置は、前記質量分析装置によって分析された質量情報と前記試料表面における前記領域の位置情報とから試料に含まれる物質の成分の分布を画像表示するための画像情報を作成する画像形成部と、前記画像情報を表示装置に出力する画像表示部とを有する、画像形成装置、
を有することを特徴とする、画像形成システム。
【請求項８】
イオン化方法であって、
一端を自由端とし、且つ他端がイオン化装置に固定されたプローブによって試料のイオン化する部分を決める工程、
引出電極により前記試料のイオン化したイオンを引き出す工程、
前記試料の一部領域に液体を供給する工程、
前記プローブと前記引出電極との間に電圧を印加する工程、
前記プローブを振動させる工程、を有し、
前記プローブを振動させる工程が、前記プローブの固有振動数で振動する第一のプローブ振動、および前記固有振動数のｎ次（ｎは２以上の整数）の高調波の振動数で振動する第二のプローブ振動、の少なくとも２つの振動を生ぜしめることを特徴とするイオン化方法。
【請求項９】
前記振動させる工程が、さらに前記固有振動数のｍ次（ｍは２以上の整数であり、ｎ≠ｍである）の高調波の振動数で振動する第三のプローブ振動を生ぜしめる工程である請求項８に記載のイオン化方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のイオン化方法により生じたイオンの質量電荷比を分析する質量分析方法。
【請求項１１】
前記試料のイオン化する部分を走査し、請求項１０に記載の質量分析を順次に行うことで、試料表面における物質の成分の分布を画像情報として形成する画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質をイオン化するイオン化装置、およびこれを有する質量分析装置、画像生成システム、画像表示システム、イオン化方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、試料の表面に存在する物質や成分の分布を可視化するための分析技術として、質量分析技術を応用したイメージング質量分析が開発されている。
【０００３】
イメージング質量分析では、試料の表面上の任意の測定点（微小領域）において試料をイオン化する。続いて、発生したイオンを質量分析して質量スペクトルを取得する。これを複数の測定点で行い、得られた質量スペクトルと測定点の位置情報とを対応づけることにより、質量スペクトル画像を形成する。
【０００４】
この場合、質量スペクトル画像の空間分解能は試料をイオン化する際の測定点のサイズによって決まる。そのため、質量スペクトル画像の空間分解能を向上させるために、微小領域に存在する試料を選択的にイオン化する技術が求められている。
【０００５】
このような技術として、これまでに、試料表面に存在する物質を振動するプローブを用いて選択的にイオン化する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、プローブの一端をカンチレバーに固定し、カンチレバーを振動させることでプローブの先端が試料と質量分析装置のイオン取込部の前との間を往復するように運動させる。プローブの先端が試料に接触することで、試料表面の微小領域に存在していた物質がプローブに付着する。続いて該物質が付着したプローブの先端部分がイオン引出電極の前に移動し、プローブの先端部分に電圧やレーザー光を照射する。これにより、プローブの先端に付着した物質のみを選択的にイオン化することができる。
【０００７】
特許文献２に記載の技術では、振動するキャピラリ型のプローブを用いる。特許文献２では、キャピラリを通じて試料表面の一部領域に液体を供給することで、プローブの先端と試料表面との間に液架橋を形成する。この液架橋によって、試料表面に存在する物質のうち、液架橋が接触した部分に存在する物質のみが液体中に溶解される。その後、プローブが振動することで、液架橋を形成していた液体がプローブの先端に保持されたまま、プローブの先端がイオン引出電極に接近する。すると、プローブとイオン引出電極との間に印加される強電界によって液体のエレクトロスプレーが生じ、該液体中に溶解していた物質がイオン化される。
【０００８】
特許文献２に記載の技術は特許文献１に記載の技術とは異なり、物質のイオン化の際に該物質に対してレーザーを照射する必要が無く、よりソフトなイオン化を行うことができる。
【０００９】
また非特許文献１には、特許文献１に記載の装置と同様の構成の装置を用い、先端に物質の付着したプローブをイオン取込部の付近で停止させてイオン化を続けることで、発生するイオン種が経時的に変化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００７／１２６１４１号明細書
【特許文献２】特開２０１３−１８１８４０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｍ．Ｋ．Ｍａｎｄａｌ．，ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ．Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．，２０１１，２２，１４９３−１５００．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１に記載されているように、エレクトロスプレーを発生させる時間を変化させることによって、発生するイオン種を変えることができる。特許文献１や特許文献２においてプローブの振動の振動数を変化させることで、プローブの先端がイオン引出電極に接近している時間を変化させることができる。これにより、発生するイオン種を変化させることができることが示唆される。
【００１３】
特許文献２に記載の技術では、プローブの振幅を大きくするためにプローブを固有振動数で振動させている。そのため、特許文献２においてプローブの振動数を変更するためには、プローブの固有振動数を変更する必要がある。
【００１４】
しかし、特許文献２においてプローブの固有振動数を変更するには、プローブそのものを交換する必要があった。プローブを交換すると、プローブの先端が接触または接近する試料表面上の位置がプローブの交換前後で変化してしまう。そのため、プローブを交換すると、交換を行うこと自体の手間がかかる上に、プローブの交換後にプローブの先端の位置を手動で調節する手間がかかるという課題があった。
【００１５】
そこで本発明は、プローブの振動部分の固有振動数を変更するためにプローブを交換すること無く、プローブ振動の十分な大きさの振幅を確保しつつ、プローブ振動の振動数を簡便に変更することができる、イオン化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、本発明のイオン化装置は、
試料を保持する保持台と、
前記保持台に保持されている前記試料のイオン化する部分を決めるためのプローブと、
前記プローブの一端を自由端とし、且つ前記プローブを前記イオン化装置に固定する固定部と、
前記試料のイオン化したイオンを引き出す引出電極と、
前記試料の一部領域に液体を供給する液供給手段と、
前記プローブと前記引出電極との間に電圧を印加する手段と、
前記プローブを振動させるための振動手段と、を有し、
前記振動手段は、前記プローブの固有振動数で振動する第一のプローブ振動、および固有振動数のｎ次（ｎは２以上の整数）の高調波の振動数で振動する第二のプローブ振動、の少なくとも２つの振動を生ぜしめる手段である
ことを特徴とするイオン化装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、プローブの固有振動に加え、高調波振動を利用することで、複数の振動数でのイオン化を簡便な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るイオン化装置を有する画像作成システムを示す模式図。
【図２】本発明の実施形態に係るイオン化装置のプローブの振動を示す模式図。（ａ）プローブの振動部分を表わす模式図。（ｂ）プローブの高調波振動を示す模式図。
【図３】本発明の実施形態に係るイオン化装置の変位検出部を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態に係るイオン化装置１００、及びイオン化装置１００を有する画像形成システムを示す模式図である。
【００２１】
本実施形態に係る装置１００は、プローブ１と、振動手段２と、試料ステージ８と、液体供給手段９と、液体供給手段９から供給された液体をプローブ１へ導く導電性の配管１１を有する。プローブ１の一端は自由端となっており、他端が固定部１６によって、イオン化装置１００本体に固定されている。また、プローブ１に振動を与えるための振動手段２がプローブ近傍に配置される。
【００２２】
イオン化装置１００はさらに、プローブ１或いは配管１１に接続された第一の電圧印加手段１０と、イオン取込部７を有する。イオン取込部７は、第二の電圧印加手段１４と接続したイオン引出電極１７を有する。第一の電圧印加手段１０によって第一の電圧を印加するか、第二の電圧印加手段１４によって第二の電圧を印加すると、プローブ１と引出電極１７との間には電界が発生する。
【００２３】
引出電極１７は導電部材で形成された、開口を有する平板状、あるいは筒状の構造体であり、開口を通ってイオンがイオン取込部７へ通過できる構造になっている。イオン取込部７には不図示のポンプが接続されており、外部環境に対して陰圧になっている。そのため、イオンは電界に沿って移動すると共に、イオンを取り巻く雰囲気の気流に乗って引出電極１７に引き寄せられ、引出電極１７の開口を通過する。
【００２４】
試料１８は、基板３に載置されて保持される。更に、基板３は試料ステージ８上に載置される。基板は、試料の導電性に応じて、適宜、導電性或いは絶縁性の材質から選ばれる。試料が導電性である場合には絶縁性の基板を選択することが好ましいが、必ずしも絶縁性で無くても良い。
【００２５】
プローブ１は梁状でその端部が試料１８に接触するか、あるいは極めて近い位置に配置されている。プローブ１は、長手方向に伸長する梁状の弾性体であり、長手方向に対して１以上の節および腹を形成して高調波の共振動状態を得るものであると良い。プローブ１は例えばキャピラリーの如くその内側に流路を有する細い筒状であると好ましい。溶媒は液供給手段９から配管１１を介してプローブへ連続して供給される。プローブ１の端部には開口があり、開口から溶媒が連続的に流れ出すことにより、試料１８の表面上に溶媒を供給される。
【００２６】
溶媒は試料に含まれる物質を溶質として溶解できる液体であり、溶質が溶解した溶媒を以下「溶液」と呼ぶ。溶媒は、水と有機溶媒の混合物であるとよく、酸および塩基の少なくともいずれかが更に混合されているとよいが、水あるいは有機溶媒のみでも良い。溶媒であるこの混合物が試料に触れることで、試料に含まれる溶媒に溶解しやすい物質が容易に溶解し、溶媒である液体が溶液へ変化する。
【００２７】
プローブ１から供給される溶媒は、プローブ１の端部と試料との間で液架橋４を形成する。液架橋４とは、大気圧環境下で、表面張力等によってプローブ１と試料１８とを架橋する状態の液体のことである。液架橋４が形成されると、液体内に試料の表面の物質が溶解される。液架橋４の、試料１８への接触面積はおよそ１×１０−８ｍ２程度であって、液架橋４は試料１８の面内の極めて狭い一部領域と接する。液架橋４を介してプローブ１が接触する位置が試料１８のイオン化する位置となる。
【００２８】
プローブ１は導体、或いは絶縁性の材質で形成される。溶媒に導電性があれば、絶縁性のプローブを用いてもよいが、プローブ１が導体の場合、第一の電圧印加手段はプローブに直接接続することができる。第一の電圧印加手段１０によって配管１１に印加された第一の電圧は、導電性の溶媒を通して、プローブ１、及びプローブ先端から流れ出す溶媒にも印加される。
【００２９】
振動手段２によってプローブ１を振動させると、プローブ１の端部と試料１８との間の距離は周期的に変化する。振動手段２は、一定の振幅で振動するものであれば、特に限定はされない。例えば振動手段２として、任意の振動数の振動の提供が可能な圧電素子や振動モーターなどを用いることができる。
【００３０】
振動手段２を配置する位置は、プローブ１に振動を伝達できる位置である限り、特に限定はされない。また、振動手段２は振動するときに間欠的にプローブに接触しても良く、プローブが静止している状態で、必ずしもプローブ１に接触している必要はない。
【００３１】
振動手段２をプローブ１に装着する構成を採用すれば、プローブ１の形状を自由に選択でき、プローブ１へ効率良く振動を伝達し、安定してプローブ１を振動させることができる。振動手段２は、プローブ１の外部に設置しても良いし、プローブ１に内蔵しても良い。なお、振動手段２は装置のプローブ１以外の部分に固定されていても良い。
【００３２】
また、例えばプローブ１の材質を圧電素子等で構成し、プローブ１自体が振動手段２を兼ねる構成でも良い。あるいは、プローブ１の少なくとも一部を磁性体で形成し、振動手段２を電磁石で構成し、プローブ１に交流磁場を印加することによってプローブ１を振動させる形態としても良い。
【００３３】
試料１８との間に液架橋４が形成されたプローブ１に振動手段２によって振動を伝達すると、液架橋４を形成していた液体がプローブ１の先端に付着したまま、プローブ１が振動する。すなわち、プローブ１が振動することにより、プローブ１と試料１８とが液架橋４を介してつながった状態と、プローブ１と試料とが離れた状態と、を交互に発生させることができる。プローブ１の振動によりプローブ１が試料１８から離れると、液架橋４を形成していた液体の一部がプローブ１の先端に残留する。
【００３４】
プローブ１の先端が引出電極１７に更に接近すると、プローブ１の先端部では、高いアスペクト比を持つ形状のため、電界集中により電界強度が増大する。この電界により、液体はプローブ１のイオン取込部１７側の側面に移動し、テイラーコーン５を形成する。即ち、テイラーコーン５を形成する液体は、試料に含まれる物質が溶解した溶液を含む。
【００３５】
プローブ１の端部に付着した液体がイオン引出電極１７に十分に接近すると、テイラーコーン５の先端部分では電界が大きくなる。これにより液体からエレクトロスプレーが発生し、微小な帯電液滴６が発生する。帯電液滴６はイオン引出電極１７と液体との間に生じた電界により、イオン引出電極１７へ向かって飛翔する。このとき、帯電液滴６がレイリー分裂を生じ、試料中の特定の物質のイオンを発生させることができる。なお、テイラーコーン５が形成されること、帯電液滴６がスプレーされること、イオン化することの一連を総称して以降ではエレクトロスプレーイオン化と呼ぶ。
【００３６】
第一の電圧は、プローブの先端部で液体がエレクトロスプレーを生じるのに十分な高電界を発生させることのできる電圧に設定される。第一の電圧は、通常１ｋＶ以上１０ｋＶ以下、より好ましくは３ｋＶ以上５ｋＶ以下の高電圧である。ただし、プローブと引出電極の間の距離が小さいほど、エレクトロスプレーを発生させる電界強度を得るために必要な電圧は低下する。この場合、第一の電圧として、１ｋＶ未満の電圧でも良い。
【００３７】
第二の電圧は、プローブ１と引出電極１７との間に電界を生じさせるため、通常、１００Ｖ以下、或いはイオン化装置のグランド電位に近い低い電圧に設定される。
【００３８】
（質量分析装置）
上述のイオン化装置１００によって、イオン化された物質を質量分析する場合においては、イオン化装置１００に質量分析部１５が接続されて、質量分析装置を構成する。イオン取込部７は質量分析部１５に接続され、イオン取込部７から取り込んだイオンを質量分析部１５へと移送可能に構成されている。液滴に含まれる物質は質量分析部１５においてイオン化した状態で導入される。質量分析部１５はイオンの質量電荷比を計測する。なお、引出電極１７は、イオン取り込み部７、或いは質量分析部１５を真空保持する筐体と一体の構成であってもよい。
【００３９】
（画像作成システム）
本発明の実施形態に係る画像作成システムは、上述の質量分析装置と、画像形成装置とで構成される。画像形成装置は、試料ステージ制御部１３、入力手段２１、コンピュータ２２、及び、画像表示部２３を有する。画像表示部２３は例えばディスプレイ等のモニターである。コンピュータ２２は画像形成システムの動作を統合して制御する。入力手段２１は、システムをコントロールするための情報を入力するためのユーザーインターフェースである。コンピュータは、質量分析データに基づいて画像情報を形成する画像形成部でもある。
【００４０】
ステージ制御手段１３は、試料ステージ８を駆動制御し、試料１８をプローブ１に対して、試料ステージ８の上面に水平な方向（ＸＹ方向）および試料ステージ８の上面に垂直な方向（Ｚ方向）に、相対的に移動させることができる。コンピュータ２２は、分析位置情報をステージ制御手段１３に出力することで、試料ステージをコントロールする。プローブ１を試料１８の表面を走査させることで、試料表面を平面的に広く質量分析することができる。
【００４１】
質量分析結果は、質量分析部１５によって質量スペクトルデータなどの質量情報として得られる。コンピュータ２２は、質量スペクトルデータと位置情報を統合して画像情報を形成する。コンピュータ２２から出力された画像情報は画像表示部２３に送られ、画像表示される。
【００４２】
質量分析結果からは、液架橋に溶解した溶質の成分を知ることができるので、画像は成分分布画像、或いは質量分布画像を構成する。画像上には、例えば、成分の種類とその量が表示される。種類と量は、例えば色、あるいは明るさ等でその違いが表示される。また、予め取得した試料の光学顕微鏡画像と、質量分布画像とを重ね合わせて表示することもできる。
【００４３】
（プローブの振動）
次に、プローブの振動について説明する。図２はプローブ１の振動の様子を示す模式図であり、図２（ａ）はプローブの固有振動を例に、プローブの振動示す模式図である。振動手段２は、プローブ１の固定端の近傍に設置されている。振動手段２が作動すると、プローブ振動部分１９が振動する。本明細書においてプローブ振動部分１９（以下、「振動部分」と称する）とは、プローブのうち実質的に振動する部分、即ち、プローブの固定端から自由端までの部分を指す。なお、振動手段２は振動部分１９には含まれない。振動手段２が常にプローブ１と接触する構成では、振動手段２が接触している位置がプローブ１の固定端となる。一方、振動手段２が振動している間に間欠的に振動手段２とプローブ１が接触する構成では、プローブがプローブ固定部１６と接するところが固定端となる。なお、プローブ固定部１６は、プローブの少なくとも一部分をイオン化装置の筐体に固定する部位である。
【００４４】
振動手段２はプローブ１の自由端が、試料或いは引出電極１７に対して、接近と離反を繰り返す方向に振動を与える。プローブ１の振動は、振動数が例えば１０Ｈｚから１ＭＨｚ程度であり、自由端の振幅が例えば数十μｍから数ｍｍ程度、プローブ１の振幅の大きさは、液架橋の形成とエレクトロスプレーの発生が交互に発生するように設定する。なお、プローブ１の種類や、振動部分１９の振動数、プローブ１と引出電極１７との間に発生させる電界の強度を変更した場合には、プローブ１の振幅の大きさも適宜変更することが望ましい。
【００４５】
（振動部分の固有振動数）
次に、本実施形態に係るプローブ１の振動部分１９の固有振動数について説明する。梁状のプローブの質量ｍ’を考慮した固有振動数は、等価質量ｍを持つ重りを先端に付加した梁状のプローブの固有振動数を表わす式で計算される。一般に、プローブ自身の質量を無視し、先端に質量ｍのおもりを付加した、長さＬの梁状のプローブ１の固有振動数は、以下の式（１）で近似できる。
【００４６】
【数１】
2017033659.tif 000003
【００４７】
ここで、Ｉはプローブの断面二次モーメント、Ｅはプローブのヤング率である。また、プローブの長さＬはプローブ全体の重心からプローブの固定端までの長さである。この場合長さＬは、質量ｍのおもりが付加した位置からプローブの固定端までの長さである。また、断面二次モーメントはプローブの形状で決まる物体の変形のし難さを表わす量である。
【００４８】
（高調波発生により、振動周波数を変化させる動作）
図２（ｂ）プローブの高調波振動を示す模式図である。Ｎは高調波の次数である。プローブは長手方向に垂直な面内に曲げたわみ振動を生じる。本発明のイオン化装置は、プローブ１を固有振動数で振動する第一のプローブ振動だけではなく、固有振動のｎ次（ｎは２以上の整数を示す）高調波での第二のプローブ振動を生じさせることを特徴とする。
【００４９】
プローブが、長手方向に垂直な方向にたわむ梁状の弾性体であると、図２（ｂ）に示すように長手方向に対して１以上の節および腹を形成して高調波の共振動状態を容易に得ることができる。
【００５０】
固有振動のｎ次の高調波の次数は特に制限されるものではないが、ｎが２〜５の次数のいずれか、特に２次または３次であると好ましい。
【００５１】
また、さらに固有振動数のｍ次（ｍは２以上の整数であり、ｎ≠ｍである）の高調波の振動数で振動する第三のプローブ振動を生じさせるように構成すると良い。
【００５２】
さらに次数の異なる第四、第五、・・・、のプローブ振動を生ぜしめる構成であっても良い。
【００５３】
プローブの長尺方向の長さを長くすれば高次の高調波の振動が発生しやすくなるが、プローブとしての扱いは難しくなる。また、互いに直交する二つの成分の振動が発生し易くなり、プローブの試料への接触点が目標の点からずれ易くなる。
【００５４】
必要な高調波の次数等に応じてプローブの形状は適宜設定すれば良いが、例えば長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下で断面径が０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であると良い。特に、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下で断面径が０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下の形状であるガラス製のキャピラリが挙げられる。
【００５５】
振動制御手段１２は、振動手段２の振動周波数を変えて駆動する。振動周波数が、プローブ１の固有振動数の整数倍である高調波の振動数に一致すると、プローブは共鳴的に振動し、プローブの先端の振幅が大きくなるプローブ振動が生じる。この状態を維持すると、プローブ１は、開放端で試料に接触、及び、エレクトロスプレーイオン化を生じさせることができる。プローブ１を、次数ｎを変えて高調波振動を生じさせることで、プローブを交換すること無く複数の振動数で使用できる。異なった振動数でプローブを駆動して、試料表面の物質のイオン化を行い、振動数を変えることによって、効率的に検出される分子種を変えることができるようになる。
【００５６】
プローブ振動の振動数の変更は、自由に行うことができるが、上述したような成分分布画像、または質量分布画像を形成する場合は、ステージ制御手段１３によるプローブの走査に追随してプローブ振動を変更することが好ましい。
【００５７】
具体的には、以下のような形態が挙げられる。
（１）ある位置において第一のプローブ振動によるイオン化と質量分析を行い、そのままその位置において第二のプローブ振動に変えてイオン化と質量分析を行う。その後、試料ステージ８を移動させて試料上のプローブの位置を変更し、移動後の位置において同様に第一のプローブ振動によるイオン化と質量分析を行なった後、第二のプローブ振動によるイオン化と質量分析を順次的に行う。これを繰り返すことで走査画像を取得する。
（２）第一のプローブ振動によるイオン化と質量分析とを、プローブを走査しながら変更せずに継続して行う。これにより第一のプローブ振動による走査画像をまず取得し、続けて同様に第二のプローブ振動によるイオン化と質量分析とをプローブを走査しながら継続して行い、走査画像を取得する。
【００５８】
第三、第四のプローブ振動での走査画像を取得する場合も同様に、順次に変更して実施すればよい。
【００５９】
これらの場合、いずれも同じ位置において各振動数でのイオン化と質量分析を実施しても良く、オフセットを持たせて互いに隣接した位置でそれぞれイオン化が実施されるようにしても良い。
【００６０】
（プローブの振動のモニター）
次に、プローブ１の変位を測定する変位計測手段２００について説明する。変位計測手段２００には、様々な方式を用いた構成を採用することができるが、以下に示した方式に限定されるものではない。図４に、変位計測手段２００を備えた画像形成システムを示す。
【００６１】
プローブ１の先端が試料の表面に近接し、接触した場合、斥力、及び、液架橋による凝着力が発生するため振動に制限を受け、振幅および振動数がわずかにシフトする。更に、試料１８の表面とプローブ１の先端との距離に応じて液架橋による凝着力及び斥力が変化するので、それに応じて振幅及びプローブ１の振動数のシフト量が変化する。
【００６２】
プローブ１のたわみを検出する方式として、光てこ方式や光干渉方式等を応用することができる。プローブ１を圧電材料で形成し、プローブ１の変位に応じて発生する電圧を検出しても良い。
【００６３】
光てこ方式を応用した変位計測手段２００を説明する。光照射器２０１から射出されたレーザー光をプローブ１の背面に照射して、反射してきた光を光検出器２０２で検出し、光検出器２０２における光の検出位置の変位からプローブ１の変位量を検出することができる。なお、光路調整を容易にするために光路上に反射鏡を設置しても良い。
【００６４】
プローブ１の変位量の時間変化からプローブ１の振動状態を知ることができる。光検出器からの変位信号も同様に振動する交流信号である。振動の周波数は、光検出器からの変位信号を周波数カウンタや、ヘテロダイン検出等の手段を用いることによって検出することができる。また、振動の振幅は、光検出器からの変位信号を、整流器を通すか、或いは、ロックイン検出等の手段によってＤＣ成分に変換して検出することができる。
【００６５】
プローブの固有振動数は以下のように知ることができる。即ち、振動子の振動数を振って、プローブ先端部の変位を計測し、振幅が極大になったところを共振点とする。ここで、プローブの振動数は、上述のプローブ先端にレーザー光を照射する光学的手法で測定することができる。
【００６６】
また、振動状態をカメラで撮像すれば、高調波による振動の次数を知ることができる。振動するプローブをカメラで撮影し、画像解析によって高調波の振動の節点の数と振幅を得ることができる。節点の数から高調波の次数が得られる。また、高速度カメラを用いればプローブ振動の振動数を知ることも可能である。
【００６７】
或いは、プローブの固有振動数は、プローブのインパルス応答によって測定することもできる。そのために、振動子にインパルス信号を与えてプローブを振動させ、上記のレーザー光を用いた手法によりプローブ変位の時間変化測定する。プローブ変位の時間変化データに対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換解析）によって解析すれば、固有振動数、及び、高調波の振動数を導出することができる。
【００６８】
予め得た高調波の振動数の計測結果を元に、振動数テーブル等を用意しても良い。振動数テーブルを参照して、プローブを振動させる振動数を指定する。或いは、テーブルを用いる代わりに、基本となる一次の固有振動数を計測し、それを基に、ｎ次の高調波の振動数を計算によって求めても良い。
【００６９】
また、上述したように、分子種によって効率的にイオン化できる振動数が異なることがある。そこで、順次、高調波の次数を切替えてプローブを振動させて、イオン化を行うと良い。発生したイオンは、後述するように質量分析器で検出する。予め、代表的な分子種を含む試料を用意して、高調波の次数を変えてイオンを発生及び検出し、最も効率的にイオン化できる振動数を調べ、テーブルを作成しておいても良い。検出対象の分子種に応じて、プローブの固有振動数、或いは、高調波の振動数から、適宜、最適な振動数に最も近い駆動振動数を選択してプローブを振動させるようにしてもよい。
【００７０】
（イオン化装置の変形例）
本実施形態に係るイオン化装置は、プローブが内部に流路を有し、流路に溶媒が流れる構成であるが、液供給手段から溶媒がプローブに供給され、その溶媒がプローブの表面を伝って移動し、プローブ先端で液架橋７を形成する構成でもよい。
【００７１】
本実施形態に係るイオン化装置は、飛行時間型質量分析装置、四重極型質量分析計や磁場偏向型質量分析計、イオントラップ型質量分析計、イオンサイクロトロン型質量分析計などの質量分析装置のイオン発生部として用いてもよい。
【００７２】
本実施形態に係るイオン化装置は、大気圧環境下で液架橋を形成し、物質をイオン化させているが、大気圧とは標準大気圧の１０１３２５Ｐａの０．１倍から１０倍の範囲である。また環境は通常の室内と同じ雰囲気下でもよく、あるいは窒素雰囲気下、あるいはアルゴン雰囲気下のような不活性ガス雰囲気下でもよい。
【００７３】
（フィードバック制御）
精密にプローブと試料の表面との平均距離を一定に保ち、安定した走査を行うために、プローブの試料表面に対する位置に関してフィードバック制御を行う場合について説明する。プローブの先端と試料の表面との平均距離が変化すると、プローブ先端の可動範囲が変化することや、液架橋による凝着力が変化するため、プローブの振動数或いは振幅が変化する。プローブの振動数或いは振幅を一定に保つように、次のように試料面の位置をフィードバック制御する。
【００７４】
移動手段には、試料２の表面と平行な方向への変位に加えて、試料の表面に垂直なＺ方向への変位機能を与えておく。変位計測手段からの信号を受けて、フィードバック回路はこの信号が一定となるように、位置指定部に対してフィードバック制御信号を出力する。位置指定部は移動手段に対してＺ方向の位置を制御する。フィードバック制御信号は、基準信号と変位計測手段からの信号との差異に依存した信号である。これら一連のフィードバック制御により、プローブと試料の表面との距離をおよそ一定に保ち、液架橋７の形成時間あるいは形成量を安定させることができる。また、試料に過度の力が加わることを避けることができるので、安定して試料表面上を走査し試料表面の成分をイオン化することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  プローブ
２  振動手段
３  基板
７  イオン取込部
８  試料ステージ
９  液体供給手段
１０  第一の電圧印加手段
１１  固定部
１４  第二の電圧印加手段
１７  イオン引出電極
１８  試料
１００  イオン化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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