JP2009229076A - 分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも小型でありながら加速電場の均一性を維持することができる分析装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる分析装置は、ゲートバルブ２０によって仕切られたＬＬ室１０と分析室３０とを有する分析装置であって、ＬＬ室に設けられ、試料が載置される試料台１１と、分析室３０に設けられ、試料台１１よりも幅広に形成された電極３３と、試料台１１を駆動して、試料台１１に載置された試料を分析室３０に搬送する駆動機構１４と、を備え、駆動機構１４が試料を分析室３０に搬送することによって、試料台１１と電極３３とが当接して導通することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分析装置に関し、特に詳しくはロードロック室と分析室を有する分析装置に関するものである。

近年、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Ｍａｔｒｉｘ Ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌａｓｅｒ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ−Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：マトリクス支援レーザ脱離イオン化飛行時間質量分析計）が利用されるようになって来ている。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳでは、例えば、血液中のたんぱく質の質量分析を行い、疾患の診断や発症機序の生化学的な解明などを行うことができる。

ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳでは、真空状態の分析室に試料を搬入して分析を行う。例えば、分析室において、レーザ光を試料に照射する。これにより、試料からイオンが発生する。そして、電極に加速電圧を印加して、イオンを引き出す。引き出されたイオンの飛行時間によって、質量を分析することができる（非特許文献１）。

臨床検査 Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．１ ｐ９−１３ ２０００年１月発行（医学書院）

また、分析室を大気に開放しないようにするため、分析室には、ゲートバルブを介してロードロック室が連結される。このような場合、ロードロック室に、試料を載置するための試料台を用意する。そして、ゲートバルブが開いた状態で、試料台を駆動して、試料を分析室まで搬送する。

試料をロードロック室に用意された試料台に載置する構成では、この試料台が一方の電極となる。そして、試料台と分析室に設けられている他方の電極との間に加速電圧を印加する。これにより、電極間に加速電場が生じて、イオンが加速される。

なお、正確に分析を行うためには、分析室において発生する加速電場を均一にする必要がある。すなわち、加速電場が均一でないと、飛行時間にずれが生じてしまう。加速電場を均一にするためには、電極をより大きくする必要がある。すなわち、電極を大きくすることによって、イオンが通過する領域の加速電場が均一になる。

試料台を一方の電極にする構成では、加速電場を均一にしようとすると、試料台が大きくなってしまう。そのため、ロードロック室と分析室を仕切るゲートバルブをより大きくしなければならない。すなわち、例えば、試料台が円形状であるなら、試料台を通過させるためにゲートバルブのゲート部に十分な径を確保しなければならないため、それに応じてゲートバルブも大きくなる。ゲートバルブが大型化すると、分析装置自体が大きくなってしまう。このように、従来の分析装置では、ゲートバルブが大きくなってしまい、装置寸法が大型化してしまうという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、従来よりも小型でありながら加速電場の均一性を維持できる分析装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる分析装置は、ゲートバルブによって仕切られたロードロック室と分析室とを真空状態にして分析を行う分析装置であって、前記ロードロック室に設けられ、試料が載置される試料台と、前記分析室に設けられ、前記試料台よりも幅広に形成された電極と、前記試料台を駆動して、前記試料台に載置された前記試料を前記分析室に搬送する駆動機構と、を備え、前記駆動機構が前記試料を前記分析室に搬送することによって、前記試料台と前記電極とが当接して導通することを特徴とするものである。これにより、ゲートバルブを小さくすることができる。よって、分析装置を小型化することができる。

本発明の第２の態様にかかる分析装置は、上記の分析装置であって、前記電極に、前記試料が入る貫通穴が設けられ、前記駆動機構が前記試料を前記分析室に搬送することによって、前記試料台に形成された凸部が前記貫通穴に挿入され、前記試料台が前記電極を持ち上げることを特徴とするものである。これにより、確実に電極と試料台とを導通することができる。

本発明によれば、従来よりも小型でありながら加速電場の均一性を維持できる分析装置を提供することができる。

本実施の形態にかかる分析装置について、図１を用いて説明する。本実施の形態にかかる分析装置の構成を示す側面図である。図１（ａ）は、ゲートバルブ２０が閉じた状態の構成を示し、図１（ｂ）は、ゲートバルブ２０が開いて、試料が分析室に搬送された状態を示している。ここでは、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Ｍａｔｒｉｘ Ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌａｓｅｒ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ−Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：マトリクス支援レーザ脱離イオン化飛行時間質量分析計）を用いた分析装置について説明する。

図１に示すように、分析装置は、ＬＬ（ロードロック）室１０と、ゲートバルブ２０と、分析室３０とを有している。ＬＬ室１０とゲートバルブ２０とは、ゲートバルブ２０によって仕切られている。すなわち、ＬＬ室１０がゲートバルブ２０を介して、分析室３０に連結されている。ＬＬ室１０、及び分析室３０は真空チャンバーを有しており、それぞれ排気ポンプ（図示しない）に接続されている。そして、排気ポンプによって、それぞれの真空チャンバーが独立して排気される。これにより、ＬＬ室１０、及び分析室３０内の空間が真空状態になる。ＬＬ方式を採用することで、分析室３０を大気開放することなく、試料の搬入、搬出を行うことができる。よって、分析室３０の汚染を低減することができる。

ＬＬ室１０は、分析室３０の鉛直下方に配置されている。そして、ＬＬ室１０と分析室３０との間にゲートバルブ２０が設けられている。ゲートバルブ２０は、ＬＬ室１０及び分析室３０よりも側方に突出している。ゲートバルブ２０は左右方向（水平方向）にスライド可能に設けられた可動部を有している。圧縮空気などを用いて可動部を移動させることで、ゲートバルブ２０の開閉動作が行われる。例えば、可動部が右方向にスライド移動すると、ＬＬ室１０と分析室３０との間に配置される。これにより、ゲートバルブ２０が閉じて、ＬＬ室１０内の空間と分析室３０内の空間とが隔てられる。一方、可動部がＬＬ室１０と分析室３０との間の位置から左方向にスライド移動すると、ゲートバルブ２０が開く。すなわち、ＬＬ室１０内の空間と分析室３０内の空間とが連通する。

ＬＬ室１０には、試料台１１と、搬入ポート１３と、駆動機構１４とが設けられている。試料台１１には、試料が載置される。搬入ポート１３は、試料をチャンバー内に搬入するために設けられている。すなわち、ＬＬ室１０を大気開放した状態で、試料を搬入ポート１３から試料台１１の上に載置する。試料台１１は、例えば、金属によって形成されている。もちろん、試料の搬入を行うときは、ゲートバルブ２０が閉じられている。

さらに、ＬＬ室１０には、試料台１１を駆動するための駆動機構１４が設けられている。駆動機構１４は、試料台１１の底面に接続されている。すなわち、駆動機構１４は、試料を載置する載置面の裏側に取り付けられている。駆動機構１４は、伸縮可能なシリンダあるいはモータ機構などを備えており、試料台１１を上下にスライド移動させる。図１（ａ）に示すように、試料を搬入する際は、試料台１１を下方に移動させておく。すると、図１（ａ）に示すように、試料台１１が搬入ポート１３の側方に配置される。これにより、試料の搬入を容易に行うことができる。一方、分析を行うときは、ＬＬ室１０を排気して、ゲートバルブ２０を開く。これにより、ＬＬ室１０と分析室３０とが連通する。そして、図１（ｂ）に示すように、駆動機構１４が試料台１１を上方に移動させると、試料台１１が分析室に移動する。また、複数の試料を試料台に載置した場合、駆動機構１４が水平方向に試料台１１を移動させてもよい。これにより、複数の試料を分析することができる。

分析室３０には、分析部３１と、ポート３２と、電極３３とが設けられている。ポート３２は、試料にレーザ光を照射するために設けられている。すなわち、ポート３２から照射されたレーザ光によって、試料中の分子がイオン化する。分析部３１は、試料を分析するための質量分析器を有している。すなわち、レーザ照射によって発生したイオンが分析部３１内を飛行する。そのときの飛行時間によって、質量を分析することができる。分析部３１は、例えばリフレクトロン型質量分析計を有している。

分析部３１は試料からのイオンを引き出すための電極を有している。電極３３と分析部３１の電極との間に加速電圧を印加することで、電極間に加速電場が形成される。これにより、イオンが加速され、試料から分析部３１側へ引き出される。そして、分析部３１にて、イオンがドリフトスペースを通過して、ディテクタで検出される。例えば、電極３３を正電位にし、分析部３１の電極を接地電位にすると、電極間に電場勾配が発生する。よって、試料からプラスイオンが引き出される。すなわち、プラスイオンが接地電位である分析部３１の電極に加速される。分析部３１の電極には、プラスイオンが通過するための貫通孔が設けられている。これにより、加速電場で引き出されたプラスイオンが、分析部３１に設けられているドリフトスペースを飛行する。そして、分析部３１に設けられたディテクタで検出する。このようにして、飛行時間を測定することができる。

図１（ｂ）に示すように、試料台１１が上方に移動すると、試料台１１が電極３３に当接する。ここで、試料台１１の電極３３と当接する部分を当接部１２とする。試料台１１は、その上面に当接部１２を有している。当接部１２は、金属等の導電性材料によって構成されている。従って、当接部１２と電極３３とが当接すると、電極３３は、試料台１１と等電位になる。試料台１１と電極３３とが一体となって、加速電場を発生させるための電極として機能する。

次に、電極３３と試料台１１の配置について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態にかかる分析装置の内部構成を模式的に示す側面図である。図２（ａ）は試料搭載時、すなわち、ゲートバルブ２０が閉じた状態を示している。図２（ｂ）は、分析時、すなわち、試料台１１が分析室３０に移動した状態を示している。図２では、説明の簡略化のため、分析部３１等の構成については、省略している。

図２（ａ）に示すように、試料搭載時には、ゲートバルブ２０が閉じている。分析室３０は、排気ポンプ３６で排気され、真空状態になっている。ＬＬ室１０が大気開放された状態で試料台１１上に試料が載置される。そして、試料を試料台１１に搭載した後、排気ポンプ１６によってＬＬ室１０内を排気する。ＬＬ室１０が真空状態になった後、ゲートバルブ２０を開く。そして、駆動機構１４を駆動して、試料台１１を上昇させる。すると、図２（ｂ）に示すように、試料台１１が分析室３０に移動する。そして、図２（ｂ）に示す状態で分析が行われる。すなわち、ゲートバルブ２０が開いている状態で、分析が行われる。

分析室３０には、板状の電極３３が配設されている。電極３３は分析室３０において固定されておらず、電極３３の端部が支持台の上に載置されている。そして、電極３３直下の試料台１１が通る部分は、空間になっている。試料台１１が上昇すると、試料台１１の上面に設けられた当接部１２が分析室３０内の電極３３と接触する。そして、試料台１１が分析位置まで上昇すると、試料台１１によって電極３３が持ち上げられる。すなわち、電極３３が試料台１１の上に載置され、電極３３と試料台１１が一体化する。この状態では、電極３３が分析室３０から離間して、分析室３０と電極３３とが接触しなくなる。よって、電極３３に分析室３０とは別の電位を供給することが可能になる。

電極３３は、試料台１１よりも幅広に形成されている。すなわち、上面視にて、電極３３の外形が試料台１１の外形よりも大きくなっている。そして、電極３３には、試料台１１の一部を、分析部３１側に露出させるための貫通穴が設けられている。例えば、貫通穴は円型になっている。試料台１１が上方に移動すると、電極３３の貫通穴を試料台１１上の試料が入る。これにより、試料が分析部３１側に露出する。このとき、当接部１２の端部と、電極３３の貫通穴の周辺部分が当接する。これにより、試料台１１と電極３３とが一体化して、導通する。すなわち、試料台１１と電極３３とが等電位になって、１つの加速電極として機能する。例えば、駆動機構１４側から正電位を試料台１１に供給することで、電極３３も正電位になる。

このように試料台１１が電極３３と導通している。試料台１１と電極３３とが、１つの加速電極として機能する。さらに、電極３３は試料台１１よりも幅広に形成されている。すなわち、電極３３の外形寸法は、試料台１１の外形寸法よりも大きくなっている。これにより、試料台１１を大きくしなくても、加速電場を均一化することができる。すなわち、試料台１１の周囲に設けられている電極３３が補助的な役割を果たして、実質的な加速電極の寸法が大きくなる。加速電極の面積を大きくすることができ、電極３３と分析部３１の電極との間で、均一な加速電場が発生する。これにより、正確な分析を行うことができるための理想的な条件に近づけることができる。また、電極３３は分析室３０内において固定されておらず、移動可能になっている。そして、電極３３は試料台１１の上昇に伴って上昇する。すなわち、試料台１１によって電極３３が持ち上げられている。これにより、試料台１１の当接部１２に電極３３を確実に接触させることができる。

さらに、ゲートバルブ２０を通過する試料台１１を小さくすることができる。すなわち、小型の試料台１１を用いた場合でも、電極３３が補助しているため、加速電場を均一にすることができる。よって、試料台１１の大きさに応じて、ＬＬ室１０の径を小さくすることができる。これにより、小型のゲートバルブ２０を用いることが可能になる。小型のゲートバルブ２０を用いることができるため、分析装置を小型化することができる。すなわち、分析装置の大きさに対する影響が大きいゲートバルブ２０を小さくすることができる。小型で正確な分析を行うための理想的な条件に近づけることができる分析装置を実現することが可能になる。

分析が終了すると、駆動機構１４が試料台１１を下方に移動する。そして、ゲートバルブ２０を閉じて、ＬＬ室１０を大気開放する。ＬＬ室１０が大気開放されたら、搬入ポート１３から試料を取り出して、新たな試料を試料台１１に載置する。新たな試料についても同様に分析を行う。

次に、電極３３と試料台１１との具体的構成について、図３を用いて説明する。図３は、試料台１１と電極３３の構成を模式的に示す側面図である。

図３に示すように、試料台１１の上面には、当接部１２が設けられている。そして、試料台１１の当接部１２の上に試料４０が搭載されている。当接部１２の端部近傍には段差が設けられている。当接部１２の上面では、端部が中央部に比べて低くなっている。当接部１２では、中央が凸部１２ａ、周辺が凹部となる。当接部１２の載置面には、円柱状の凸部１２ａが形成される。当接部１２の凸部１２ａの頂面に試料４０が載置されている。従って、試料台１１において、試料４０が載置される部分はその周辺部よりも高くなっている。

駆動機構１４によって試料台１１を上昇させると、当接部１２が電極３３の下面と接触する。電極３３には、試料４０を分析部３１側に露出させるため、貫通穴３３ａが設けられている。貫通穴３３ａは、当接部１２の凸部１２ａとほぼ同じ大きさか若干大きくなっている。また、凸部１２ａが円柱状に形成されているため、貫通穴３３ａは円形になっている。当接部１２の凸部１２ａが電極３３の貫通穴３３ａに挿入される。これにより、当接部１２の凸部１２ａの頂面が分析部３１側に露出する。そして、試料台１１の凹部が、電極３３の下面と接触して、試料台１１が電極３３を持ち上げる。電極３３の下面には、当接部１２の段差に対応する、段差が設けられている。このような形状を設けることで、水平面における電極３３の位置が規制される。すなわち、貫通穴３３ａによって凸部１２ａがガイドされるため、電極３３がほぼ真上に上昇する。よって、電極３３の位置ずれを抑制することができる。なお、電極３３と当接部１２の接触する部分が互いにテーパ形状になっていてもよい。

上記の構成によって、電極３３と試料台１１とを確実に接触させることができる。また、分析室３０内において固定されていない電極３３が試料台１１から外れるのを防ぐことができる。また分析が終了して、試料台１１をＬＬ室１０に戻す場合も、電極３３の位置ずれを防ぐことができる。

なお、上記の構成は、ＭＡＬＤＩ＝ＴＯＦ−ＭＳの分析装置に限らず、通常の質量分析装置についても、適用可能である。さらに、上記の構成は、２次イオン質量分析計などの他の分析装置についても適用可能である。このように、分析室内にイオンなどの引き出すための電極が設けられている分析装置に適用すれば、装置を大型化することなく、加速電場を均一にすることができる。

本実施の形態にかかる分析装置の構成を示す図である。 本実施の形態にかかる分析装置の内部構成を模式的に示す側面図である。 本実施の形態にかかる分析装置の試料台の構成を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１０ ＬＬ室
１１ 試料台
１２ 当接部
１２ａ 凸部
１３ 搬入ポート
１４ 駆動機構
１６ 排気ポンプ
２０ ゲートバルブ
３０ 分析室
３１ 分析部
３２ ポート
３３ 電極
３３ａ 貫通穴
３６ 排気ポンプ
４０ 試料

Claims (2)

1. ゲートバルブによって仕切られたロードロック室と分析室とを真空状態にして分析を行う分析装置であって、
   前記ロードロック室に設けられ、試料が載置される試料台と、
   前記分析室に設けられ、前記試料台よりも幅広に形成された電極と、
   前記試料台を駆動して、前記試料台に載置された前記試料を前記分析室に搬送する駆動機構と、を備え、
   前記駆動機構が前記試料を前記分析室に搬送することによって、前記試料台と前記電極とが当接して導通することを特徴とする分析装置。
2. 前記電極に、前記試料が入る貫通穴が設けられ、
   前記駆動機構が前記試料を前記分析室に搬送することによって、前記試料台に形成された凸部が前記貫通穴に挿入され、前記試料台が前記電極を持ち上げることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
   
   

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