JP2003098154A - 質量分析用サンプル調製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン化のためにレーザー照射する位置を特
定するのを容易にする。 【解決手段】 送風用の微小ノズル１２をサンプル溶液
８の一端に近づけて送風する。分注スポット６内のサン
プル溶液８において、送風されている部分では表面から
の蒸発が活発になり、他の部分に比べ急激な結晶化がお
こる。その後は、サンプル溶液の局所的な結晶化に伴っ
てサンプル溶液の濃度勾配が発生し、結晶化していない
溶質が結晶付近に流れ込み、結晶化する。結果として、
送風されている部分を中心に結晶が成長する。このよう
に成長した結晶であれば、最適なレーザー照射位置の指
定も容易であり、送風用微小ノズルの位置情報をＴＯＦ
ＭＳに送り、その位置情報に基づいてレーザー照射位置
を決定するようにすれば、高速自動処理も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＡＬＤＩ−ＴＯ
ＦＭＳ（Matrix Assisted Laser Desorption/Ionizatio
n Time of Flight Mass Spectrometry）を含むＴＯＦＭ
Ｓ（レーザーイオン化飛行時間型質量分析装置）など、
サンプルプレート上に調製したサンプルにレーザービー
ムを照射してイオン化する質量分析計用のサンプル調製
装置に関するものである。ＴＯＦＭＳは、化学、臨床、
バイオ技術などの分野で利用されている。

【０００２】

【従来の技術】あるサンプルの分子量や原子量などを測
ったり、分子構造の解析や成分分析を行なったりするこ
となどを目的とした質量分析装置として、ＴＯＦＭＳが
ある。ＴＯＦＭＳでは、減圧された雰囲気中でサンプル
にレーザー光を照射することでサンプル分子をイオン化
させ、電磁場により加速し、イオン化したサンプル分子
の検出器までの飛行時間を測定している。

【０００３】ＴＯＦＭＳの１つの形態としてＭＡＬＤＩ
−ＴＯＦＭＳという手段がある。これは、サンプルプレ
ートに調製されるサンプルに、マトリックスといわれる
物質を添加することで、サンプルのイオン化を促進する
という分析手法である。そのように調製されたサンプル
プレート上のサンプルでは、サンプルの微細な結晶をマ
トリックスが結晶となって又はアモルファス状態で取り
囲んでいる。レーザー光として、例えば紫外光の窒素レ
ーザー光（λ＝３３７ｎｍ）を照射すると、サンプルよ
りも多量に存在するマトリックスがそのレーザー光を吸
収して熱エネルギーに変換し、マトリックスのごく一部
が急速に過熱されて気化し、このときサンプルもイオン
化して気化される。

【０００４】ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳなどのＴＯＦＭＳ
では、分析装置内の真空度を低下させないために、サン
プルプレートにサンプルを分注した後、分析装置に装填
する前にサンプルを乾燥させる必要がある。

【０００５】自然乾燥は、サンプル搭載後のサンプルプ
レートを室温放置することで行われる。強制乾燥ではサ
ンプルプレート全体に送風する方法が一般的である。図
６に一般的なＴＯＦＭＳ用サンプルプレート２に、分注
ノズル４を用いて、サンプルを分注する例を示す。ここ
では、８行×１２列の分注スポット６に分注する図を示
した。サンプルプレート２はステンレスなどの金属製が
一般的であり、また、分注スポットは、ごく浅い窪みと
なっているのが一般的である。

【０００６】図７に、各分注スポット６ヘサンプル溶液
８が分注された状態の断面図を模式的に示した。このよ
うに、分注スポット６に分注された微少量のサンプル溶
液８においては、液体表面からの蒸発が均一に行われ、
結晶の成長も均一に進む。均一に成長したサンプルスポ
ット８ａをサンプルプレート上面方向から観察すると、
図８のように、サンプル結晶１０が均一に分散した状態
になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＴＯＦＭＳやＭＡＬＤ
Ｉ−ＴＯＦＭＳでの分析においては乾燥により成長した
サンプル結晶の近傍にレーザーを照射するとサンプル分
子のイオン化が促進され、良好なデータが得られること
が知られている。しかし、溶液表面の条件が均一である
前述のような乾燥方法では、結晶の成長状態の制御が不
可能である。サンプルスポット８ａの寸法は直径２ｍｍ
程度であるのに対し、照射するレーザービームの直径は
２００μｍ程度と小さいため、図８のようにサンプル結
晶１０がランダムに成長すると、サンプルスポット８ａ
毎に結晶状態を観察した上で、照射位置を決定すること
が不可欠になってしまう。そのため、分析の際には結晶
状態をＣＣＤカメラなどで観察しながらレーザー照射位
置を決定するといった方法がとられている。このような
方法では、作業者の熟練が必要とされ効率的な解析には
向かないだけでなく、稼働率が低い。また、結晶状態を
撮影した画像を自動解析して照射位置を決定する方法も
考えられるが、高品質の画像を撮影し高速で解析するこ
とが求められ、大掛かりな装置化が必要となる。

【０００８】本発明はサンプルプレート上に調製された
サンプルスポットにおけるサンプル結晶の存在する場所
を局在化させ、その位置を制御することにより、イオン
化のためにレーザー照射する位置を特定するのを容易に
するサンプル調製装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、質量分析用サ
ンプルプレート上にサンプルを含む溶液を分注し、乾燥
させて結晶化させるサンプル調製装置において、乾燥過
程でサンプル溶液の状態を場所的に不均一にする機構を
備えて結晶成長開始位置を特定することにより、分析時
のレーザー照射位置を特定するのを容易にする。

【００１０】サンプルプレート上でのサンプル溶液の乾
燥過程は以下のように説明される。サンプルプレートに
分注されたサンプル溶液の表面からの溶媒成分の蒸発に
伴い、サンプル溶液のサンプル濃度が徐々に増加し最後
には飽和溶液となる。その後も、溶媒成分の蒸発は続き
過飽和となるが、その不安定な状態はいつか崩れ、ある
一点から溶液の結晶化がはじまる。ひとたび結晶化がは
じまると、結晶のごく近傍での固液界面におけるサンプ
ル溶液濃度上昇が顕著になり、結晶の成長が進む。しか
し、サンプル溶液表面の条件が均一である従来のような
乾燥方法では、この結晶化の開始点が特定できず、結晶
の成長状態の制御が不可能である。

【００１１】ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳでは、適切な濃度
のサンプル／マトリックス混合溶液においては、両者の
モル比は圧倒的にマトリックスのほうが大きい。これら
のことから、混合溶液の乾燥過程において、サンプル分
子の挙動はマトリックス分子の動きに左右される。マト
リックス溶液の乾燥過程でも、結晶近傍でのマトリック
スの濃度上昇は顕著であり、これにともないサンプルの
濃度上昇もおこり、この濃縮効果によりサンプルが微小
量であっても高感度を維持することができる。本発明で
は、乾燥前のサンプル溶液の状態を不均一にすることで
結晶化開始点の存在範囲を限定し、レーザー照射最適位
置の特定を容易にすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】サンプル溶液の状態を場所的に不
均一にする機構の第１の例は、サンプルプレート上に分
注されたサンプル溶液の一部に局所的な送風をする送風
機構である。その送風機構は送風する空気の温度をサン
プル調製中のサンプルプレートの周囲温度よりも高温に
する加熱機構を備えていることが好ましく、それにより
非平衡状態を一層効果的に作成することができる。

【００１３】サンプル溶液の状態を場所的に不均一にす
る機構の第２の例は、サンプルプレート上に分注された
サンプル溶液の一部にそのサンプル溶液の温度より高温
の針状体を接触させる機構である。サンプル溶液の状態
を場所的に不均一にする機構の第３の例は、サンプルプ
レートに温度勾配をつける加熱機構である。サンプル溶
液の場所的な不均一状態はさらに他の機構によっても作
ることができる。

【００１４】サンプル調製されたサンプルプレートは質
量分析計においてそのサンプルの所定の位置にレーザー
ビームが照射されてイオン化される。そこで、本発明の
サンプル調製装置の好ましい形態は、質量分析計がレー
ザービーム照射位置を特定するための情報として、特定
した結晶成長開始位置に関する情報を質量分析計に供給
する送信手段を備えている。

【００１５】

【実施例】図１に本発明における一実施例を概略的に示
す。図１では、例えば送風用の微小ノズル１２をサンプ
ル溶液８の一端に近づけて送風する。分注スポット６内
のサンプル溶液８において、送風されている部分では表
面からの蒸発が活発になり、他の部分に比べ急激な結晶
化がおこる。その後は、サンプル溶液の局所的な結晶化
に伴ってサンプル溶液の濃度勾配が発生し、結晶化して
いない溶質が結晶付近に流れ込み、結晶化する。結果と
して、送風されている部分を中心に結晶が成長する。

【００１６】その他の機構によってサンプル溶液の場所
的な不均一状態を作っても局所的な結晶化が起こる。図
２にこのように成長した結晶１０の状態を示す。図２の
ような結晶状態になれば、最適なレーザー照射位置１４
の指定も容易である。また、送風用微小ノズルの位置情
報をＴＯＦＭＳに送り、その位置情報に基づいてレーザ
ー照射位置１４を決定するようにすれば、高速自動処理
も可能となる。

【００１７】図３は図６に示されたサンプルプレート２
にサンプル溶液を分注するための装置を示したものであ
る。カバー２０により密閉状態に覆われたケース内の基
台２１上に、サンプルプレート２が置かれ、その近くの
位置にサンプル容器２２が置かれ、さらに洗浄瓶２４も
配置されている。３２は分注ノズルで、８本が１列に配
列され、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に移動させられることによ
り、１列８個ずつのサンプル溶液が順次サンプルプレー
ト２上に分注される。

【００１８】分注ノズル３２を移動させて、サンプル容
器からサンプル溶液を吸入したり、サンプルフレート２
上に分注したり、分注後洗浄瓶２４へ移送して洗浄した
りするために、分注ノズル３２はヘッド３０に取りつけ
られている。ヘッド３０を移動させるために、アーム２
６がケース内のレール２８に沿ってＸ方向に移動可能に
取りつけられている。アーム２６にはＹ方向に移動可能
に支持されたヘッド支持部２９が設けられており、ヘッ
ド支持部２９にはヘッド３０がＺ軸方向に移動可能に支
持されている。アーム２６はＸ方向に移動し、支持部２
９がＹ方向に移動し、ヘッド３０がＺ方向に移動するこ
とにより、ノズル３２がＸ、Ｙ及びＺ方向に自由に移動
をすることができる。図には表れていないが、ノズル３
２に試料を吸引したり、吐出したりするための機構が備
えられている。

【００１９】サンプルプレート２に分注されたサンプル
溶液を乾燥させる際に、サンプル溶液の状態を不均一に
する第１の実施例は、分注スポットに分注されたサンプ
ル溶液８の一部に局部的に送風するための送風機構を備
えた乾燥装置である。その乾燥装置は、図３と同様の密
閉容器内にサンプルプレート２を載置し、図４に示され
るエアー吹きつけ用微小ノズル４２を備えたものであ
る。その乾燥装置は図３と同様のケース内に、ヘッド３
０の位置にノズルヘッド４０が取りつけられたものであ
る。ノズルヘッド４０もアーム機構２６，２８，２９と
同様のアーム機構によりＸ、Ｙ及びＺ方向に移動でき
る。ノズルヘッド４０は８個のサンプル溶液８に同時に
エアーを吹きつけることができるように、微小な８個の
ノズル４２がサンプルプレート２の分注スポット６と同
じ間隔で一列に配列されている。ノズル４２にファン４
１からエアーを送ることにより、サンプル溶液８の一部
に局部的に送風し、その点の溶媒の蒸発を促進してその
点から結晶化を開始させる。

【００２０】図４の装置で、加熱機構を備えてノズル４
２から送風するエアーをサンプルプレート２の周囲の温
度よりも高温の風を吹きつけることにより、局部的に結
晶化を開始させる効果はさらに安定化する。

【００２１】図５はサンプル溶液８よりも高温に加熱さ
れた金属針４６をサンプル溶液８の一部に接触させるこ
とにより、その位置から結晶化を開始させるようにした
第２の実施例におけるヘッド部分を示したものである。
金属針４６を所定の温度に保つために、金属針４６は温
調ブロック４４に取りつけられている。金属針４６もサ
ンプルプレート２の分注スポット６と同じ間隔で８本が
１列に配列されている。温調ブロック４４が図３の装置
と同様の装置の支持部２９に取りつけられてＸ、Ｙ及び
Ｚ方向に移動可能に支持されており、これにより、１列
８個のサンプル溶液８を単位として１列ずつ順次結晶化
を開始させていく。図４、図５の装置では一度に結晶化
を開始させる数を８としているが、その数は特に限定す
るものではない。

【００２２】サンプル溶液の局所的な結晶化を促進する
他の機構として、一定方向に温度勾配をつける機構もあ
る。例えば、サンプルプレート２を乗せる台に予め温度
勾配をつけておくことにより、サンプルプレート２にも
温度勾配をつけておき、その状態のサンプルプレート２
にサンプルを分注することにより、温度の高い側から結
晶化を開始させることができる。本発明は分注されたサ
ンプル溶液の状態を不均一にすることで結晶化の開始位
置を特定するというものであり、送風、熱源の接触など
サンプル溶液の状態を不均一にする方法は種々に変形す
ることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、質量分析用サンプルプレート
上にサンプルを含む溶液を分注し、乾燥させて結晶化さ
せるサンプルを調製する際に、乾燥過程でサンプル溶液
の状態を場所的に不均一にすることにより結晶成長開始
位置を特定するようにしたので、その結晶成長開始位置
をもとにすれば最適なレーザー照射位置を指定するのが
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】サンプル溶液に局所的に送風する実施例を示す
概略斜視図である。

【図２】同実施例により不均一に成長したサンプルスポ
ットを示す上面図である。

【図３】サンプルプレートへのサンプル溶液分注装置を
示す斜視図である。

【図４】エアー吹きつけ用微小ノズルを備えた実施例の
ヘッドを示す概略断面図である。

【図５】サンプル溶液の一部に接触させる金属針を備え
た実施例のヘッドを示す概略斜視図である。

【図６】サンプルプレートにサンプルを分注する様子の
一例を示す概略斜視図である。

【図７】分注スポットヘサンプル溶液が分注された状態
を示す概略断面図である。

【図８】均一に成長したサンプルスポットを示す上面図
である。

【符号の説明】

２ ＴＯＦＭＳ用サンプルプレート ４ 分注ノズル ６ 分注スポット ８ サンプル溶液 ８ａ サンプルスポット １０ サンプル結晶 １２ 送風用微小ノズル １４ 最適なレーザー照射位置 ２６ アーム ２９ ヘッド支持部 ３０ ヘッド ３２ 分注ノズル ４０ ノズルヘッド ４２ エアー吹きつけ用微小ノズル ４４ 温調ブロック ４６ 金属針

フロントページの続き (72)発明者 池上 孝 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所内 (72)発明者 杉山 清浩 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所内 (72)発明者 秋永 伸幸 京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会社島津製作所内 Ｆターム(参考） 2G052 AD06 AD52 DA05 DA06 EB01 FD18 GA24 JA07 5C038 EE02 EF15 EF21 EF22 EF25 EF31

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量分析用サンプルプレート上にサンプ
   ルを含む溶液を分注し、乾燥させて結晶化させるサンプ
   ル調製装置において、 乾燥過程でサンプル溶液の状態を場所的に不均一にする
   機構を備えて結晶成長開始位置を特定することを特徴と
   するサンプル調製装置。
2. 【請求項２】 サンプル溶液の状態を場所的に不均一に
   する前記機構は、サンプルプレート上に分注されたサン
   プル溶液の一部に局所的な送風をする送風機構である請
   求項１に記載のサンプル調製装置。
3. 【請求項３】 前記送風機構は送風する空気の温度をサ
   ンプル調製中のサンプルプレートの周囲温度よりも高温
   にする加熱機構を備えている請求項２に記載のサンプル
   調製装置。
4. 【請求項４】 サンプル溶液の状態を場所的に不均一に
   する前記機構は、サンプルプレート上に分注されたサン
   プル溶液の一部にそのサンプル溶液の温度より高温の針
   状体を接触させる機構である請求項１に記載のサンプル
   調製装置。
5. 【請求項５】 サンプル溶液の状態を場所的に不均一に
   する前記機構は、サンプルプレートに温度勾配をつける
   加熱機構である請求項１に記載のサンプル調製装置。
6. 【請求項６】 サンプル調製されたサンプルプレートを
   使用してそのサンプルの所定の位置にレーザービームを
   照射しイオン化する質量分析計に、レーザービーム照射
   位置を特定するための情報として特定した結晶開始位置
   に関する情報を供給する送信手段を備えた請求項１から
   ５のいずれかに記載のサンプル調製装置。