JP2004340646A

JP2004340646A - 大気圧レーザイオン化質量分析装置

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Publication number: JP2004340646A
Application number: JP2003135256A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ishizuka; 利博石塚; Masaru Tomioka; 勝富岡; Shinji Nagai; 伸治永井; Yasushi Terui; 康照井; Toyoji Okumoto; 豊治奥本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP4284104B2

Abstract

【課題】多量のサンプルを効率良くハイスループットに測定する大気圧レーザイオン化質量分析装置を提供することにある。
【解決手段】大気圧下で試料に対してレーザを照射しイオン化を行うイオン源と、当該イオン源によって生成されたイオンを質量分析する質量分析部と、装置の測定条件等を設定し且つ測定結果を表示する表示部を有するデータ処理部を備えたレーザイオン化質量分析装置において、前記イオン源部は、測定対象試料を連続的に滴下するノズルと、前記滴下された試料が載せられる移動可能なサンプル台と、当該サンプル台を覆う形状であり電圧が印加されるカバー部材と、不活性ガスを噴霧する噴霧部を備え、レーザ照射位置に対して、前記サンプル台を移動させることで、連続的にイオン化を行う。
【効果】大気圧下においても複数の試料を連続的にレーザイオン化し、質量分析することが出来る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧下でレーザを用いてイオン化を行う質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＤＮＡやプロテオーム解析を行うための装置として、レーザイオン化質量分析装置、例えばＭＡＬＤＩ（Ｍａｔｒｉｘ−ａｓｓｉｓｔｅｄＬａｓｅｒｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）をイオン源とした質量分析装置（以下、ＭＡＬＤＩ／ＭＳ）がある。レーザイオン化質量分析装置は、感度や高分子量の蛋白質の分析を行える点で、エレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）イオン源を用いたＭＳよりも有利である。
【０００３】
ただし、従来のレーザイオン化質量分析装置は、イオン源そのものが高真空中にあるため、試料のセッテイング等に時間がかかり、多くの試料を連続的に測定しづらいといった作業性の面では不利がある。例えば、ＭＡＬＤＩ／ＭＳ用の前処理の例としては、下記特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、多くの試料を連続的にイオン化するための構成としては、例えば下記特許文献２のような例が考えられる。しかしながら、大気圧下にある液体クロマトグラフ（ＬＣ）からの試料を高真空化のイオン化部に導くための構成は複雑であり、また、高真空中でイオン化を行うことは、生体試料を直接測定することには向いていない。よって、好ましくは大気圧下でイオン化することが望まれる。
【０００５】
そこで近年、大気圧下でレーザを用いてイオン化を行う大気圧レーザイオン化質量分析装置が提案されている。この装置に関しては、例えば下記特許文献２，特許文献３，特許文献４，非特許文献１，非特許文献２などに紹介されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３６５１７７号公報
【特許文献２】
特開昭６４−６５７６３号公報
【特許文献３】
特表２００２−５１７８８６号公報
【特許文献４】
ＥＰ０９６４４２７Ａ２
【非特許文献１】
ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．７２，Ｎｏ．４，６５２−６５７（２０００）
【非特許文献２】
ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ．２０００，Ｖｏｌ．７２，５２３９−５２４３（２０００）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記大気圧下でイオン化を行う装置は、何れも試料をサンプル台に固定し、そのサンプル台にレーザを照射することでイオン化するものであり、一つのサンプルのみを載せるサンプル台の構造となっている。よって複数の試料をサンプル台に載せて測定すること、および連続する資料のイオン化について配慮がなされていなかった。そのため多種，多量のサンプルがある場合、測定の効率，スループットが悪いと言う問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、多量のサンプルを効率良くハイスループットに測定する大気圧レーザイオン化質量分析装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、大気圧下で試料に対してレーザを照射しイオン化を行うイオン源と、当該イオン源によって生成されたイオンを質量分析する質量分析部と、装置の測定条件等を設定し且つ測定結果を表示する表示部を有するデータ処理部を備えたレーザイオン化質量分析装置において、前記イオン源部は、測定対象試料を連続的に滴下するノズルと、前記滴下された試料が載せられる移動可能なサンプル台と、当該サンプル台を覆う形状であり電圧が印加されるカバー部材と、不活性ガスを噴霧する噴霧部を備え、レーザ照射位置に対して、前記サンプル台を移動させることで、連続的にイオン化を行うことである。
【００１０】
上記構成により、大気圧下においても複数の試料を連続的にレーザイオン化し、質量分析することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１により説明する。
【００１２】
まず、本発明の装置の構成を以下に説明する。質量分析計本体１００のイオン導入口である第１細孔電極１０１にある第１細孔１０２の近傍に、円錐状のカバー３１０の出口３０１を配置する。カバー３１０と第１細孔電極１０１が図１では同一中心軸上に表しているが、必ずしもその必要は無い。カバー３１０の中心軸と第１細孔電極１０１の中心軸が交わる角度が斜めの角度であっても直角であっても構わない。それが、近傍に配置されて、イオン４１１，４１２を含んだ不揮発性ガスの流線４２０の流れた後の流線４３１，４３２が出来るだけ第１細孔１０２内に入る事がイオン４１１，４１２の大気中の拡散を低減し効率の良い質量分析計本体１００へのイオンの導入に重要である。
【００１３】
ここで、不揮発性ガス（例えば窒素，アルゴン等）は、不揮発性ガス用のガス配管４２１からサンプル４０２を噴霧する構成となっている。さらに、ガス配管４２１にはガスを加熱するためのヒータ４２２を備え、温度調整装置４２３にて不揮発性噴霧ガスの温度を制御調整する。また、不揮発性ガスの流量は、ガス流量調整装置４２４が制御調整する。温度調整装置４２３及びガス流量調整装置４２４は、それぞれガス温度制御信号ライン４２５，ガス流量制御ライン４２６を介して接続された計算機により制御される。
【００１４】
カバー３１０には、イオン４１１，４１２が流れる付近にヒータ７４１が接続され、カバー３１０を、例えば５０度から２００度程度の範囲で加熱制御する。ヒータ７４１には、電源７４０が接続され、制御信号線７４２を介して計算機からの制御信号で制御調整される。
【００１５】
イオン化するためのレーザは、レーザ源２００で発生し、レーザを収束するレンズ２０１（例えば凸レンズ）を通し、さらにカバー３１０に取り付けたレーザ光を透過させる透明体２０２を通して、円盤型のサンプル台５００上のサンプル４０２に照射され、サンプルのイオン化を行う。
【００１６】
また、サンプルディスペンサー６００は、サンプル保持用の割部分６０１にて保持している液体サンプルをサンプル台５００上に滴下する。サンプルディスペンサー６００は、液体クロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置等に連結され、連続的にサンプルが供給される状態にある。さらに、円盤型のサンプル台５００は、図で示す回転中心軸５０１を中心に回転する。よって、サンプルディスペンサー６００から滴下したサンプル４０１は、円盤型のサンプル台５００が回転することにより、サンプル４０２が示されたイオン化位置まで順次移動する構成としている。
【００１７】
次に本実施例の動作を以下に説明する。
【００１８】
サンプルディスペンサー６００にて滴下したサンプル４０１は、円盤型サンプル台５００が回転し順次イオン化位置まで移動され、イオン化が行われる。レーザは、レーザ光を通す透明体２０２を通すため、カバー３１０に穴は開いていない。よってイオンの拡散を助長する事はない。また、この時サンプル４０２には、大気中でサンプルがイオン化したり、または酸化などの化学反応が生じないように不揮発性ガスが噴霧される。噴霧されるガスの流量は、カバー３１０の形状に対応してイオンの拡散を低減し且つイオンを効率良くカバー出口端３０１より押し出す流量に制御する。例えば、カバー出口端３０１がより窄まっている場合には、イオンに対してより流体抵抗及び電界による押し戻す力が加わるため、ガス流量を増やした方が高感度でイオンの検出可能となる。また、イオン化時に生じる種種のイオンによるカバー３１０の内面の汚れを低減しコンタミネーションを防止する効果を持たせるため、ガスをヒータ４２２によって加温し、さらに、ヒータ７４１によってカバー３１０を加温する。これによって、コンタミによるノイズを低減する。不揮発性ガス線流４２０に大気中のイオンは押され、且つ、カバー３１０により拡散を低減して、質量分析計本体１００の第１細孔１０２にイオン４１３の様に導入される。導入されたイオン４１３は、第１細孔１０２以降に印加された電界の力４３０によりイオン４１４の様に更に内部へ導入される。
【００１９】
質量分析計は時間あたりに導入されるイオン数、すなわち第１細孔１０２に導入される大気中のイオン濃度により感度が決まる。よって、大気中のイオンの拡散低減は大変重要な問題であるが、カバー３１０が無い場合には三次元的にイオン４１２が拡散するため、大気中の測定目的イオンの濃度が低下する。また、サンプルの位置や不揮発性ガス流量の変化の影響を受けやすくなり、不安定になる可能性が高くなる。本実施例では、カバー３１０を設けることにより、上記の問題点を解消する。
【００２０】
本発明の別の実施例を図２により説明する。
【００２１】
本実施例の特徴は、カバー３１５が円筒状の電極で構成されている場合である。図２の様にイオン化するサンプル４０２の位置を電極の中心より質量分析計側に配置する。また、カバー３１５には高圧電源７００にて導体７０１を介して電圧が印加される。印加電圧はその制御信号線７０２を介して計算機により制御する。
【００２２】
本実施例の動作について説明する。カバー３１５に印加する電圧は、測定目的のイオンが正イオンなら正電圧を印加し、負イオンなら負電圧を印加する。イオン化するサンプル４０２の位置を電極の中心より質量分析計側に配置するため、カバー３１５内にはイオン４１１，４１２を質量分析計側に移動させる力が発生する電界が印加される。さらに、カバー３１５には、測定目的のイオンと同一の極性の電圧を印加するため、測定目的のイオンには、カバー３１５と反発する力が生じる。よって、測定目的のイオンがカバー３１５に吸着するなどして感度の低下を生じることを低減出来る。
【００２３】
本発明の別の実施例を図３により説明する。
【００２４】
本実施例は、既に説明した図１と図２を組み合わせて発展させた例である。
【００２５】
まず、本実施例の構成を説明する。本例では、円錐形のカバー３２０を輪切りにする形で入口側カバー３２１と出口側カバー３２２に絶縁体３２３で電気的に２つに分割している。ここでは２つに分割した例を示すが、同様に３分割，４分割などと分割数を上げても良い。また、カバー３２０の入口側に、上側電極３３１，下側電極３３２を備えている。更に、高電圧を印加する電源７１０，７２０，７３０を備え、導体７１１，７２１，７３１を介してそれぞれのカバー，電極に高電圧を印加する。各電源は、信号線７１２，７２２，７３２を介して計算機に接続して制御される。ここで、電極３３１，３３２及び入口側カバー３２１は、出口側カバー３２２より絶対値の高い電圧を印加する。また、各電圧は、同期して同時に正または、負の電圧を印加する。
【００２６】
次に本実施例の動作について説明する。
【００２７】
レーザによってイオン化された測定目的イオン４１１が正イオンの場合、入口側及び出口側カバー３２１，３２２，電極３３１，３３２には数キロボルト（ｋＶ）程度の正の高電圧を印加する。この時、入口側カバー３２１には、より低い電圧を印加し、カバー３２０の出口端３０１が最も低い電界が発生するように高電圧を印加する。この電界の力によってイオン４１１，４１２をカバー出口端３０１に押し出す。さらに、不活性噴霧ガス流４２０によりイオンはカバー出口端３０１に押し出されるが、この時イオン４１１，４１２とカバー３２０は電気的に同じ極性にしているためイオンはカバー３２０から反発力を受ける。そのため、イオンは拡散が低減されて質量分析計へ効率良く導入される。
【００２８】
さらに、カバー３２０に高電圧を印加するためカバー内には高電界が発生する。当然カバーに近いほど電界は高くなる。よって測定目的のイオンはカバー３２０から反発力を受けて、そのイオンがカバー３２０に吸着してイオン数が減少することは無く、また汚れなどのコンタミを大幅に低減することが出来る。
【００２９】
また本実施例においても、サンプル台を回転させることは可能である。
【００３０】
本発明の別の実施例を図４により説明する。
【００３１】
まず、本実施例の構成を説明する。本実施例では、サンプル台に円盤型のサンプル台５００を備えて回転し、その回転中心軸５０１が、例えばイオン流の進行方向と同じ方向に前後に移動する機構５１０を備えている。また、サンプル台をイオン流の進行方向に対して左右５１２、および上下５１３に微調整するための移動機構も備えている。
【００３２】
次に、動作を説明する。レーザイオン化のためサンプルに通常のマトリックスを添加し乾燥させる場合などは、円盤型のサンプル台５００上にサンプル配列ラインとして、中心４３１，外側４３２，内側４３３のように同心円状にサンプルを固定する。それぞれのサンプル配列ラインをイオン化する場合には、サンプル台の中心軸５０１を移動することで、例えば順次サンプル配列ライン４３２，４３１，４３３とイオン化を行う。これにより、サンプル台上に多くのサンプルを乗せることができ、効率良く、ハイスループットでレーザイオン化を行う事が出来る。図４では外側の配列のサンプル４３２のイオン化が済んだ状態を示している。
【００３３】
また、サンプルの滴下とイオン化を同時に行うことも可能である。この場合、サンプルの滴下が外側４３２の配列ラインで行われている場合には、イオン化は内側４３３の配列ラインをイオン化し、サンプルの滴下が内側４３３の配列ラインで行われている場合には、イオン化は外側４３２の配列ラインをイオン化する。サンプルの滴下が中心４３１の配列ラインの場合には、イオン化も中心４３１の配列ラインとなる。これにより、より効率良くイオン化を行う事が出来る。
【００３４】
本発明の別の実施例を図５により説明する。
【００３５】
本実施例では、サンプル台５００上のサンプル配列を同心円ではなく螺旋状に形成するものである。これは、円盤型のサンプル台５００を回転しながらその中心軸を５０２から中心軸５０１から５０３と連続的に移動する事で行うことができる。この例も、前述と同様に効率良く、ハイスループットでサンプルの滴下とレーザイオン化を同時に行う事が出来る。
【００３６】
さらに本実施例では、サンプルディスペンサー６００に例えば、液体クロマトグラフのサンプル出口を接続することで連続的にサンプルの滴下も可能である。従って、通常の大気圧イオン化（エレクトロスプレイイオン化など）質量分析計と液体クロマトグラフの組み合わせの場合と同様に、レーザイオン化にてＴＩＣ（トータル・イオン・クロマトグラム）を得ることができる。
【００３７】
本発明の別の実施例を図６により説明する。
【００３８】
まず、本実施例の構成を説明する。本実施例では、四角形のサンプル台５２０を備え、このサンプル台を前後５１１，左右５１２に移動する機構を備えている。また、サンプル台の上下方向５１３の微調整用の移動機構も備えている。
【００３９】
次に、本発明の動作を説明する。
【００４０】
レーザイオン化のためサンプルに通常のマトリックスを添加し乾燥させる場合などは、四角形のサンプル台５２０上に図６で示す前後左右のサンプル台５２０の移動に対応したサンプル配列ラインにサンプルを滴下する。それぞれの配列ラインをイオン化する場合には、サンプル台５２０を順次サンプルスポットの位置に対応して前後に移動した後、順次左右に移動してサンプル４０２の様にイオン化する。これにより、効率良く、ハイスループットでレーザイオン化を行う事が出来る。
【００４１】
また、大気圧レーザをイオン化に用いる場合で、前述と同様にカバー３１０の外側に、サンプルディスペンサー６００を備えた場合は、四角形のサンプル台５２０を順次サンプルスポットの位置に対応して前後に移動してイオン化する。同時に、反対側でサンプルディスペンサー６００にてサンプルを４０１の位置に滴下する。以上により、サンプルの滴下とイオン化を同時に行う事が出来て、効率良く、ハイスループットでサンプルの滴下とレーザイオン化を同時に行う事が出来る。
【００４２】
本発明の別の実施例を図７により説明する。
【００４３】
本実施例では、サンプル台５２０上のサンプル配列をサンプルスポットではなく、連続的にサンプルディスペンサー６００により滴下する構成となっている。
【００４４】
これは四角形のサンプル台５２０を図７で示すように一定の前後の位置から左右に順次連続的に移動する事で得ることができる。この例も、前述と同様に効率良く、ハイスループットでサンプルを４０５の位置に滴下しながら４０４の位置でレーザイオン化を行う事が出来る。
【００４５】
さらに、本実施例では、サンプルディスペンサー６００に例えば、液体クロマトグラフのサンプル出口を接続することで連続的にサンプルの滴下も可能である。従って、通常の大気圧イオン化（エレクトロスプレイイオン化など）質量分析計と液体クロマトグラフの組み合わせの場合と同様に、レーザイオン化にてＴＩＣ（トータル・イオン・クロマトグラム）を得ることができる。
【００４６】
本発明の別の実施例を図８により説明する
まず、構成を図に基づいて説明する。前述の大気圧レーザイオン化において、データ処理装置９００から制御する信号線５３０を介して移動可変なサンプル台５２０を備え、イオン拡散防止のカバー３１０を備え、さらに、サンプル台５２０上を観察するための手段、例えばＣＣＤ付き顕微鏡８００を備えている。顕微鏡８００は、カバー３００を貫通するように設けられる。これは、光学顕微鏡，蛍光顕微鏡など大気圧下で使用出来る顕微鏡であれば良い。また顕微鏡８００は、その信号線８０１によってデータ処理装置９００に接続され、顕微鏡８００から取り込んだデータはデータ処理装置９００に転送し、画像処理を行う。図８の例では、顕微鏡８００を真上に備えるため、レーザ源２００の位置をずらして配置し、斜め方向からレーザを照射する。
【００４７】
次に動作について説明する。
【００４８】
サンプル台５２０上のレーザイオン化して測定したいサンプル４０２（もしくはレーザイオン化して測定したい領域）を顕微鏡８００で測定し、データ処理装置９００上に顕微鏡画像として表示し、この画像上からオペレータがイオン化領域を指定する。データ処理装置９００は、信号線５３０を介してサンプル台５２０を制御し、指定した領域がレーザイオン化する位置となるように、サンプル台５２０を移動させる。その後、指定領域をレーザイオン化して、質量分析計にイオンを取り込み質量分析を行う。さらに、この時、顕微鏡画像に対応したサンプルの位置情報，イオン化の順番の情報，質量分析計での測定データ，測定条件の情報，レーザの強度，照射時間，照射回数，波長等の情報を関連付けてデータ処理装置９００に保存する。また、データ処理装置９００で保存した顕微鏡の画像情報にイオン化した領域の情報を図形などで保存し、その位置をポインティングデバイスで操作されるカーソルなどで指定し、質量分析計の測定データ，測定条件，位置情報，レーザの照射条件などの情報を表示する機能を有する。もちろん、この表示のデータが大きい時は別画面に自動的に飛ぶようにしても構わない。
【００４９】
よって、オペレータは、顕微鏡画像から容易に測定したいサンプル，領域を指定可能で、操作効率が向上し、不要な領域のイオン化をしなくて済むためレーザ源２０４の有寿命品の寿命を延ばすことが可能である。さらに、データ処理装置９００に保存した顕微鏡画像データから、測定した領域の位置情報とレーザ，質量分析計の測定条件，測定データを容易に入手出来、操作効率が大幅に向上する。
【００５０】
以下、前述の実施例の構成を用いた応用例を図９により説明する。
【００５１】
本例は二次元電気泳動で蛋白を分画した後のゲルを測定対象としたものである。本発明のイオン源の構成は、大気圧イオン化であるため、二次元電気泳動のゲルをそのままサンプル台上にセットし、イオン化することが可能である。
【００５２】
図９の例は、データ処理装置９００の表示画面上に表示される顕微鏡画像の例である。画像９０１は、二次元電気泳動のゲルの全体像（もしくは蛋白等を転写させた物）を示すものであり、分画された蛋白のスポットが４５１〜４５５である。また、同一画面上に顕微鏡８００の拡大倍率に対応してスケール９２０、その寸法９２１を表示している。また、指定したレーザスポットのサイズ９３０，寸法９３１も表示している。レーザスポット径は、レーザビームをレンズ２０１で絞ることで最小約０．２５μｍ程度まで設定することが可能である。本例では、０．１ｍｍの例を示す。当然レーザスポット径を小さくするほど精度良く測定領域をイオン化出来るが、レーザ照射する回数が増加して測定時間が必要となる。
【００５３】
データ処理装置９００では、オペレータが指定した蛋白スポットに対応したイオン化領域９１０に対して、レーザビームの照射位置を自動的に最適に配置する。図９中の拡大図では、蛋白のスポット４５１に対してレーザ照射位置を９１１〜９１５と配置した例を示す。データ処理装置９００は、この配置に従ってサンプル台５２０を制御して移動しレーザイオン化を行う。
【００５４】
本例では、オペレータは、サンプルのスポット４５１〜４５５の大きさと形状をスケール９２０の情報から、適切なレーザスポット径９３０を指定出来、操作効率を向上させることが出来る。また、通常の低真空下でのレーザイオン化では、二次元電気泳動のサンプルスポットを分画して取り出し、更にサンプル台上にその分画の中から蛋白のみを乾固してイオン化する。よって、このような面倒な時間の掛かる作業を無くすことができ、ハイスループットで分析が可能となる。
【００５５】
また、前述のようにサンプルのイオン化領域であるスポット４５１を指定することで、既に測定して蓄積している指定スポットのデータ、例えばサンプルスポットの中心位置の座標，ＭＳのスペクトルデータ，ＭＳの測定条件，レーザの測定条件などを子画面９０２として自動的に表示することもできる。これにより、注目している測定スポットとのデータを容易に得ることができ、操作効率が大幅に向上する。
【００５６】
次に、別の応用例を図１０を用いて説明する。
【００５７】
図１０は、データ処理装置９００上の画面に表示している動物の細胞４６０の顕微鏡画像の例である。通常の動物の細胞の大きさは、数十μｍから数百μｍ程度である。例えば、位相差光学顕微鏡などを使うと、細胞を染色しなくても、ある程度細胞の構造を観察できる。染色する場合でも塩等を含まないレーザイオン化を阻害しない物質であれば染色剤として用いても構わない。
【００５８】
この細胞４６０の顕微鏡画像には、細胞の核４６１，核小体４６２，ミトコンドリア４６３，４６４がある。例えば、核４６１の構成物質を調べる場合には、核４６１に対してレーザイオン化する領域９１６を指定する。また、例えば、ミトコンドリア４６３，４６４を構成している物質を調べたければ、レーザイオン化する領域を９１７，９１８のようにポインティングデバイス等を用いて画面上から指定する。その後は、前述のようにサンプルスポットサイズを例えば１０μｍと指定すれば、自動的にイオン化領域を指定のレーザスポットで配置し、サンプルテーブル５２０を移動制御してレーザイオン化を行う。サンプル台５２０は、０．５μｍ程度の移動精度を持たせることが可能である。
【００５９】
従来の低真空下のレーザイオン化では、サンプルが蒸発してしまい生のままサンプルをイオン化することは不可能であったが、本発明であれば、生きている蛋白を複数種類連続して測定することが出来る。細胞中の蛋白などは、熱，乾燥などで変性してしまうため、生のままの生きている蛋白を分析することの意義は頗る大きい。さらに、測定対象のサンプルのみ指定の領域でレーザイオン化するため、不要な夾雑物のノイズを減らし、測定対象のサンプルの感度を向上することが可能である。
【００６０】
次に移動機構の実施例について図１１を用いて説明する。
【００６１】
まず、構成について説明する。移動台５２１上にサンプル台５２０があり、その上に、例えば細胞などを含んだサンプル溶液４７０を載せている。図示のようにサンプル台５２０を載せている部分は、イオン拡散防止のカバー３１０内を移動出来るような小さな形状としている。
【００６２】
移動台５２１は、前後方向５１１，左右方向５１２に移動可能なボール軸受け５０５を介して台座５０４上に設置している。また、サンプル台を載せる移動台５２１には、ボールネジの軸５４１を有する突起板５２２を備える。ボールネジの軸５４１には、ボールネジのナット部５４０と、それに固定された歯車５４０を備え、パルスモータ５５０の軸に固定された歯車５５１と噛み合っている。また、パルスモータ５５０は、制御信号線５５２を介して、データ処理装置９００に接続されている。これによりパルスモータ５５０を回転させることで移動台５２１を前後方向５１１に移動出来る。左右方向５１２の移動機構に関しても前述と全く同様である。
【００６３】
上記の構成により、図１１の構成によれば、データ処理装置９００からの制御信号により前後方向５１１，左右方向５１２を独立して移動可能である。当然、さらに精密な位置確認のために、レーザ光により位置座標を検出して位置の微調整にフィードバックを行っても良い。また、サンプル台５２０上にマーキングを付けて、顕微鏡画像で精密な位置を検出してフィードバックをかけて位置の微調整を行っても良い。本例のように、ステッピングモータとボールネジ（もしくは、スクリューネジ）と歯車を用いた場合には、駆動ステップ０．１μｍ，送り精度０．３μｍを実現可能である。
【００６４】
次に本発明における測定の例を図１２〜図１６を用いて説明する。
【００６５】
ここでは、図１２を用いて、蛋白を二次元電気泳動でスポットに分離した例で説明する。当然、サンプルは蛋白でなくても、試料台に載っていれば何でも構わない。本例では図９で示したように、蛋白のスポット４５１〜４５５に分離され、蛋白スポット４５１をイオン化領域９１０に指定するものとする。
【００６６】
マニュアルでレーザイオン化の領域を指定して測定する場合は次のようになる。オペレータは、データ処置装置９００から、イオン化する範囲４５０，レーザイオン化ラインの刻み幅９０３，レーザスポットの大きさ９３０，レーザイオン化する領域９１０などを指定する。これに対応して顕微鏡画像からデータ処理装置９００が、レーザイオン化のライン９０４上に各レーザスポット９１１〜９１５を最適に配置，表示する。拡大図で示している通りである。
【００６７】
前述のオペレーションを自動化する場合には次のような問題がある。
【００６８】
実際に生体から抽出した蛋白には、不純物や種種の未知の蛋白があり二次元電気泳動でスポットに分離しても、バックグラウンドが汚い状態、すなわち不要な信号が存在する。そのため、不要な領域をイオン化してしまい測定効率を落としたり、スポットに対するイオン化領域を広く設定し過ぎてしまい、不要なノイズ成分を増加させてＳ／Ｎを低下させてしまったりする。
【００６９】
そこで、イオン化領域を自動的に選別する場合には、顕微鏡画像の各画素ごとのデータに対して閾値（スレッシュホールド値）を設定し、閾値以上の領域をイオン化領域として設定するものとする。具体的には、各画素の色の濃度（濃淡情報）を指標とする。この場合の実施例を図１３〜図１５を用いて説明する。
【００７０】
図１３は、サンプルのスポット４５１，４５４，４５５を含むレーザイオン化ライン９０４上の顕微鏡画像から得られた信号値（縦軸は、色の濃度を示す。）を示している。それぞれ、サンプルのスポット４５１，４５４，４５５の信号プロファイルのピークは、４５６，４５７，４５８である。信号プロファイルのピークの間には、図示で示すベースライン９０５より高いノイズが存在する。よって、オペレータは目的サンプルが効率良くイオン化出来るように、イオン化領域を自動設定するスレッシュホールドの設定ライン９０６や９０７を設定する。設定ライン９０６では、サンプル領域の信号値が大きく得られるが、サンプルのスポット４５４，４５５の信号値の分離が悪くなる。設定ライン９０７では、サンプル領域の信号値が低くなるが、サンプルのスポット４５４と４５５の信号値の分離は良くなる。
【００７１】
また、図１４では、傾きを持った設定ライン９０８の例を示す。バックグラウンドの不純物の信号プロファイル４６５が図示のように左側或いは右側が盛り上がって高くなっている場合に好適である。
【００７２】
図１５は、途中でスレッシュホールド設定ラインの値を変更する例を示す。図１５の下段は、蛋白の二次元電気泳動のスポットを示している。上段は下段のレーザイオン化ライン上９０５の信号プロファイルを示している。ここで、サンプルスポット４５９は、測定対象外であるが、サンプルスポット４５６，４５７，４５８は測定対象としたい場合、レーザイオン化を指定する信号値のスレシュホールドの設定ライン９０９１，９０９２，９０９３の様に設定する。以上の様に目的に応じてスレッシュホールドレベルを独立に設定する事で、効率良くレーザイオン化が可能でありスループットを向上出来る。
【００７３】
また、図１５下段では、レーザイオン化ライン上９０５でのスレッシュホールドの設定ラインを指定するのではなく、顕微鏡撮影画像上の面にてスレッシュホールドを指定するものである。この例では、スレッシュホールドレベルを各領域の表示濃度で表している。スレッシュホールドレベルが大きいほど濃い表示になるように設定している。もちろん逆の設定でも構わない。各領域の面積および表示濃度の指定は、オペレータがマウス等のポインティングデバイスを用いて任意に行うことができる。予め、閾値となる表示濃度を設定しておけば、各領域の表示濃度と閾値として設定された表示濃度を比較し、イオン化領域を自動的に認識することができる。各領域の濃淡の指定はオペレータにより任意に設定することができる。この例では、バックグランドの除去のスレッシュホールドレベルを線としてではなく、面として指定出来るため、二次元電気泳動のような面上に二次元的に複数のイオン化対象が形成されるサンプルにはイオン化領域のスレッシュホールドレベルを効率良く指定出来、操作効率を上げることができる。
【００７４】
次に、図１３〜図１５の閾値を設定する際の動作を図１６を用いて説明する。
【００７５】
まず、サンプルの顕微鏡画像を測定しデータ処理装置９００に取り込む。この画像にて測定対象領域及び寸法を確認する。次に、測定対象サンプルの存在位置を確認し、レーザイオン化の範囲を指定する。次に、画像中に表示している実寸法スケールからサンプル領域の大きさを判断してレーザ照射回数の効率の良いレーザスポットサイズを指定，表示する。次に、画像中に表示している実寸法スケールからサンプル領域の大きさを判断して効率の良いレーザラインの刻みを指定する。次に、レーザイオン化させる画像信号値のスレッシュホールドを指定する。また、前述のように信号プロファイルで指定する場合は、スレッシュホールドの設定ラインを任意に指定する。また、顕微鏡画像上で指定する場合は、画像上で表示濃度を利用したイオン化領域面の設定によって指定する。
【００７６】
以上の指定，設定に基づき、データ処理装置９００がイオン化領域を抽出し、画像上に表示する。ここで、不適切であれば、任意に前述の各設定項目に戻る。
【００７７】
次に、レーザの照射時間，照射回数など、レーザイオン化の条件、及び質量分析の測定条件の設定する。測定時、指定した条件に従いデータ処理装置９００はサンプル台を移動させて、自動抽出したレーザ照射領域をイオン化する。同時にサンプルスポット位置情報を保持し、サンプルスポットとレーザイオン化の条件、ＭＳ条件及び測定データの対応を取って保存する。
【００７８】
最後に、測定したＭＳデータは、蛋白のデータベースなどに検索をかけて同定を行う。
【００７９】
以上のように、簡便な指定を行うだけで、自動的に目的対象のサンプルのみをイオン化することができ、測定効率を向上させることができる。さらに、目的対象以外をイオン化しないため、信号値が向上しＳ／Ｎが向上する。また、無駄なレーザ照射を行わないため、有寿命品であるレーザを長持ちさせる効果もある。
【００８０】
また、蛋白を液体クロマトグラムや二次元電気泳動などで分離していない試料を測定する場合の例について説明する。図１７は、生体中の抽出したままの蛋白のサンプルを４７１，４７３にそれぞれ蛍光物質４７２（たとえば赤色），蛍光物質４７４（たとえば青色）を結合させて光らせた顕微鏡での観察画面の例である。この例では、測定対象は２種類の蛋白４７１，４７３が混合している。また、当然測定対象外の蛋白４７５，４７６や他の不純物も混合している。
【００８１】
尚、測定対象の蛋白質分子に蛍光物質を結合させることについては、蛋白分子と特異的に結合するリガンドに蛍光色素を化学結合させた蛍光標識リガンドを調整し、これを蛋白質に結合させることで赤，青，黄色などに光らすことができることが知られている。また、蛋白ばかりでなく染色体，ヌクレオチド，ｍＲＮＡなども蛍光で光らすことは可能である。（詳細「生命を拓く新しい光技術」日本光生物学協会編船津高志著頁４７から頁９２に詳述されている。）
次に、それぞれの蛋白４７１，４７３を分析するため、自動的にイオン化領域を設定する例を図１８，図１９を用いて説明する。図１８は、顕微鏡から取り込んだ画像をデータ処理装置９００内でデータ処理にて赤色のみをフィルターをかけて透過させた場合の画像例を示す。よって、蛋白４７１は、破線で示すように観測されないが、これと結合している蛍光物質４７２は観測される。また、測定対象外の他の物質は一切観測されない。よって、測定対象でないサンプルがイオン化領域として設定される事はない。
【００８２】
イオン化領域の設定に関しては、前述のように図１６で示した方法によって設定することができる。但し、図１８のイオン化領域９０１は、蛍光している部分をスレッシュホールドで選択したのち、サンプルを含む大きさに指定の係数倍率で拡大している。このイオン化領域９１０をレーザのスポット９１１を複数回照射されることでカバーされるように自動設定される。
【００８３】
図１９は、同時に混合している別の蛋白４７３の分析例である。この顕微鏡画像では、蛋白４７３には、青い色の蛍光物質４７３を結合させて青色をデータ処理にて透過させている。また、自動設定の処理は、前述の通りである。よって、一つの試料から、異なる色の蛍光物質を使う事で同時に複数の蛋白を分析する事が可能である。
【００８４】
以上より、液体クロマトグラムなどを使い精度良く分離しなくても、測定対象となる特有の成分（蛋白など）を特定の色の蛍光物質によって光らせることでその成分のみを自動選択し、イオン化することができるため、信号雑音比を改善出来、さらに効率が良く分析することが出来る。本例は、複数の蛋白が相互作用によって結合している場合でも有効であり、その中の一つの成分（蛋白）のみを蛍光物質と結合させることで、容易に狙った成分のみを測定することができる。一般的に蛋白は、細胞内で種種の蛋白と選択的に相互作用し結合して、生体内で特異的な働きをするため、このように蛋白の相互作用によって結合した複合蛋白を解析することは生理学上、創薬上大変重要である。
【００８５】
【発明の効果】
本発明では、大気圧レーザイオン化質量分析計において、高感度に測定可能である。また、自動的に多量のサンプルを効率良くハイスループットに測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図２】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図３】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図４】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図５】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図６】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図７】本発明のイオン源部の一実施例を示す図である。
【図８】サンプルとして二次元電気泳動装置のゲルを用いた実施例を示す図である。
【図９】サンプルとして動物細胞を用いた実施例を示す図である。
【図１０】本発明で顕微鏡を組み合わせた別の撮像画像の実施例。
【図１１】サンプル台の移動機構の実施例を示す図である。
【図１２】本発明の測定時の設定例を説明するための図である。
【図１３】本発明の測定時の設定例を説明するための図である。
【図１４】本発明の測定時の設定例を説明するための図である。
【図１５】本発明の測定時の設定例を説明するための図である。
【図１６】本発明の測定時の動作を説明するフロチャートである。
【図１７】生体試料中の２種類の蛋白を異なる蛍光で光らせた例を示す図である。
【図１８】ある蛋白のみを蛍光で光らせた例を示す図である。
【図１９】ある蛋白のみを蛍光で光らせた例を示す図である。
【符号の説明】
１００…質量分析計本体、１０１…第１細孔電極、１０２…第１細孔、２００…レーザ源、２０１…レンズ、２０２…透明体、３１０，３２０…カバー、４２１…ガス細管、４２２，７４１…ヒータ、４２３…温度調整装置、４２４…流量調整装置、４５１〜４５５…スポット、４６０…細胞、４６１…細胞の核、４６２…核小体、４６３，４６４…ミトコンドリア、５００，５２０…サンプル台、５２１…移動台、５２２…突起板、５５０…パルスモータ、６００…サンプルディスペンサー、７００，７１０，７２０，７３０，７４０…電源、８００…顕微鏡、９００…データ処理装置。

Claims

大気圧下で試料に対してレーザを照射しイオン化を行うイオン源と、当該イオン源によって生成されたイオンを質量分析する質量分析部と、装置の測定条件等を設定し且つ測定結果を表示する表示部を有するデータ処理部を備えた大気圧レーザイオン化質量分析装置において、
前記イオン源部は、
測定対象試料を連続的に滴下するノズルと、前記滴下された試料が載せられる移動可能なサンプル台と、当該サンプル台を覆う形状であり電圧が印加されるカバー部材と、不活性ガスを噴霧する噴霧部を備え、
レーザ照射位置に対して、前記サンプル台を移動させることで、連続的にイオン化を行うことを特徴とする大気圧レーザイオン化質量分析装置。
請求項１において、
前記カバー部材に、レーザ光を透過する透明体を備えたことを特徴とする大気圧レーザイオン化質量分析装置。
請求項１において、
前記サンプル台は円盤状であり、且つ回転軸を有し、当該回転軸を中心に回転するように構成されることを特徴とする大気圧レーザイオン化質量分析装置。
請求項１において、
前記サンプル台は、イオン進行方向に対して、前後方向及び左右方向に移動可能な稼動部を備えることを特徴とする大気圧レーザイオン化質量分析装置。
請求項１において、
前記イオン源に、前記サンプル台表面を観察する顕微鏡を備え、当該顕微鏡によって得られる画像を前記表示部に表示することを特徴とする大気圧レーザイオン化質量分析装置。
請求項５において、
前記顕微鏡によって得られる色の濃度データに対して閾値を設定し、当該閾値以上の濃度を有するサンプル台上の領域をイオン化領域として設定することを特徴とする大気圧レーザイオン化質量分析装置。