JP2010086804A - イオン化装置及びイオン化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分可能を低減させずに従来に比して小型化し得るイオン化装置及びイオン化方法を提案する。
【解決手段】緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させ、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を、マトリックスとサンプルとの混晶に集光する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体分子（タンパク質、ペプチド、多糖など）に対するイオン化技術の分野に関するものである。

従来、化合物分析の一手法として、マトリックス支援によるレーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ:Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）が知られている。このＭＡＬＤＩ法は、サンプルとマトリックスとの混晶に対してレーザ光を照射することで、該サンプルをイオン化するものである。

またＭＡＬＤＩ法ではレーザ光源として、窒素レーザ（波長３３７［ｎｍ］）あるいはＹＡＧレーサ（波長３５５［ｎｍ］）等に代表されるように、ナノ秒ＵＶレーザが一般的に用いられる（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−０４２２９９公報

ところで、サンプルをイオン化には高出力のレーザを要するため、該レーザパワーが弱まるとクラスタイオン等が生じ易く、分可能が悪くなる傾向にある。

一方、短パルスレーザ光源では、光発生器の外部に設けられた光学部品の作用より短パルス出力が実現される。このため短パルスレーザ光源は、一般的にサイズが大きく、装置全体として大型化する問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、分可能を低減させずに従来に比して小型化し得るイオン化装置及びイオン化方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、イオン化装置であって、半導体レーザと、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させるレーザ制御部と、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を、マトリックスとサンプルとの混晶に集光する光学レンズとをもつ。

また本発明は、イオン化方法であって、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を半導体レーザから出力させるレーザ制御ステップと、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を、マトリックスとサンプルとの混晶に集光する集光ステップとをもつ。

本発明では半導体レーザに対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を混晶における所定部位に集中させることができる。半導体レーザに対して電圧を印加する構成は現状でも一般的に小型なものとして実現できるので、本発明では、従来短パルス出力を実現させるものとして用いられていた光学機器よりも大幅な小型化が可能となる。これに加えて、瞬間的に強いレーザ光を混晶に集中させることができるため、クラスタイオンの発生等を低減し、分可能の低減を防止することができる。かくして、分可能を低減させずに従来に比して小型化し得るイオン化装置及びイオン化方法を実現できる。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
［１．質量分析装置の構成］
［２．短パルスレーザ光源の構成］
［２−１．緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力］
［２−２．特異モードによるレーザ光のパルス出力］
［２−３．駆動電圧の制御］
［３．動作及び効果］
［４．他の実施の形態］

［１．質量分析装置の構成］
図１において、本一実施の形態による質量分析装置１の構成を示す。この質量分析装置１は、イオン化部２と、飛行時間（ＴＯＦ:Time of Flight）型のイオン分離部３とによって構成される。

イオン化部２は、モータ駆動によりｘｙｚ方向へ移動可能な可動ステージ１１、短パルスレーザ光源１２、レーザ光走査部１３及び光学系１４を有し、少なくとも可動ステージ１１は真空管ＶＤ内に配される。

可動ステージ１１におけるセット面には、マトリックスと、イオン化対象のサンプルとの混合物（混晶）がセットされる。マトリックスはサンプルに対するレーザエネルギーの伝達を仲介するものであり、レーザ光によりイオン化され易い物質とされる。この質量分析装置１の分析結果として得られるスペクトルはサンプルとマトリックスの混晶の状態に大きく左右されるため、サンプルに適したマトリックスが適宜選択される。一般には、イオン化補助剤として金属等の粉末がマトリックスに加えられる。

代表的なマトリックスとして、シナビン酸、ＣＨＣＡ（α−シアノ−４−ヒドロキシケイ皮酸）、フェルラ酸（trans−４−ヒドロキシ−３−メトキシケイ皮酸）、ゲンチシン酸（２，５−ヒドロキシ安息香酸）、ＨＰＡ（３−ヒドロキシピコリン酸）又はジスラノール（１，８−ジヒドロキシ−９，１０−ジヒドロアントラセン−９−オン）等がある。

イオン化部２は、短パルスレーザ光源１２から出射されるレーザ光を、光学系１４を経て、該光学系１４の対物レンズ１４Ａによって可動ステージ１１のセット面にセットされる混晶に集光する。またイオン化部２は、混晶に対するレーザ光の集光位置をレーザ光走査部１３によって適宜調整するようになされている。

混晶にレーザ光が集光された場合、集光部分におけるマトリックスは直ちに励起され、得られたエネルギーの一部がサンプルの分子に吸収される。この結果、マトリックスとサンプルは気化され、同時にマトッリックスとサンプルとの間でプロトンの授受が起って、サンプルが分解されることなくイオン化される。ちなみに、このとき生じるイオンは、レーザ光が高出力である場合、ほとんど、［Ｍ＋Ｈ］^＋、［Ｍ＋Ｎａ］^＋、又は［Ｍ−Ｈ］⁻等のように一価として生成される。まれに、［Ｍ＋２Ｈ］２^＋のように多価として生成される場合もある。

このようにイオン化部２は、イオン化対象のサンプルとマトリックスとの混合物（混晶）に対してレーザ光を当ててイオン化することで、大型の生体分子であっても壊すことなくイオン化し得るようになされている。

イオン分離部３は、真空ポンプを介して真空状態の維持が可能とされる真空管ＶＤと、該真空管ＶＤ内に配される加速部２１及びイオン検出部２２と、該真空管ＶＤ外に配されるコンピュータ２３とを有する。

イオン分離部３は、イオン化部２で得られるイオンを加速器２１により加速させてドリフト空間に導入する。そして分離部３は、ドリフト空間を経て到来するイオンをイオン検出器２２により検出し、当該検出結果をコンピュータ２３に送出する。

コンピュータ２３は、イオン検出器２２での計測結果から、イオン源であるイオン化部２からイオン検出器２２までの飛行時間を求める。そしてコンピュータ２３は、飛行時間に基づいて電荷に対する質量の比（［ｍ／ｚ］）を算出し、該算出結果からサンプルの質量を算出する。

またコンピュータ２３は、サンプルの質量表示に関する命令が与えられた場合、該命令に応じて、質量電荷比又は質量の算出結果や、サンプルに関する情報を所定の表示態様で適宜モニタに表示する。

このようにイオン分離部３は、真空中でのイオンの飛行時間が異なることを利用してイオンを質量電荷比で分離し、該分離結果からサンプルの質量情報を得ることができるようになされている。

またこのイオン分離部３におけるコンピュータ２３には、可動ステージ１１のセット面に対する像を撮るカメラ３１が接続される。コンピュータ２３は、カメラ３１から与えられる撮像データに基づいて、可動ステージ１１のセット面に配されるサンプルの像を所定の表示態様でモニタに表示するとともに、マウスの移動に応動したカーソルを表示する。

そしてコンピュータ２３は、サンプルに対するレーザ光の位置の指定に関するデータがマウスから与えられた場合、当該指定位置にレーザ光が照射されるようにレーザ光走査部１３を制御する。

さらにこのコンピュータ２３は、サンプルに対するレーザ光の焦点が合うように可動ステージ１１又は短パルスレーザ光源１２における絞りを制御し得るようになされている。

したがってこの質量分析装置１は、可動ステージ１１上のサンプルをモニタで観察させながら、実際のサンプルに対してイオン化すべき位置を指定し、その位置での質量情報を得ることができるようになされている。

この実施の形態の場合、レーザ光走査部２１に対する制御手法として、短パルスレーザ光源１２におけるレーザ光の出射位置を物理的に動かす手法ではなく、液晶位相変調素子に対する位相を、レーザスポット位置に対応するレーザ光だけがサンプルに向かうように変える手法が採用される。

したがってこの質量分析装置１は、レーザ光の出射位置を物理的に動かす場合に比して、短パルスレーザ光源１２に対する可動範囲を要することなくレーザ光の照射位置を調整でき、小型化を図ることができるようになされている。

［２．短パルスレーザ光源の構成］
次に、短パルスレーザ光源１２の構成を具体的に説明する。図２に示すように、この短パルスレーザ光源１２は、レーザ制御部３０と半導体レーザ４０とから構成される。

半導体レーザ４０は、半導体発光を用いる一般的な半導体レーザ（例えばソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３）でなる。この半導体レーザ４０は、レーザ制御部３０による駆動電圧制御（詳しくは後述する）のもとに、レーザ光をパルス出力するようになされている。

レーザ制御部３０は、パルス生成器３１及びＬＤ（Laser Diode）ドライバ３２とから構成される。図３（Ａ）に示すように、パルス生成器３１は、離散的にパルス状の生成信号パルスＳＬｗを発生するパルス信号ＳＬを生成し、ＬＤドライバ３２に供給する。このときパルス生成器３１は、例えば外部機器の制御に応じて、生成信号パルスＳＬｗの信号レベルを制御する。

図３（Ｂ）に示すように、ＬＤドライバ３２は、パルス信号ＳＬを所定の増幅率で増幅することにより、生成信号パルスＳＬｗに対応して駆動電圧パルスＤＪｗを発生するレーザ駆動電圧ＤＪを生成し、半導体レーザ４０に供給する。駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値は、生成信号パルスＳＬｗの信号レベルに応じて決定される。

半導体レーザ４０は、このレーザ駆動電圧ＤＪに応じてレーザ光ＬＬをパルス出力する。

このように短パルスレーザ光源１２は、レーザ制御部３０の制御により、半導体レーザ４０からレーザ光を直接的にパルス出力するようになされている。

［２−１．緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力］
レーザの特性を表すいわゆるレート方程式は、次式

とされる。この（１）式における「Γ」は閉込め係数、「τ_ｐｈ」は光子寿命、「τ_ｓ」はキャリア寿命、「Ｃ_ｓ」は自然放出結合係数、「ｄ」は活性層厚、「ｑ」は電荷素量、「ｇ_max」は最大利得、「Ｎ」はキャリア密度、「Ｓ」は光子密度、「Ｊ」は注入キャリア密度、「ｃ」は光速、「Ｎ_０」は透明化キャリア密度、「ｎ_ｇ」は群屈折率をそれぞれ表す。

一般的な半導体レーザでは、注入キャリア密度Ｊ（すなわちレーザ駆動電圧ＤＪ）の増大に応じてキャリア密度Ｎが飽和状態の少し手前から発光が開始される。そして、注入キャリア密度Ｊの増大に伴って光子密度Ｓ（すなわち出射光強度）が増大することとなる。

ここで、（１）式に示したレート方程式から、発光開始時間τｄを算出することができる。すなわち発振以前のため光子密度Ｓ＝０とすると、（１）式は次式

と表すことができる。この（２）式におけるキャリア密度Ｎをスレショールド値Ｎ_ｔｈとすると、発光開始時間τｄは次式

と表すことができる。この（３）式からも分かるように、発光開始時間τｄは注入キャリア密度Ｊに反比例する。この注入キャリア密度Ｊの振幅は、レーザ駆動電圧ＤＪが大きいと、発光開始直後に緩和振動によって最も大きい第１波として現れ、第２波、第３波と徐々に減衰し、安定化に至る。

一般的なレーザ光源では、半導体レーザに対して緩和振動の殆どみられない条件（電圧値）となる比較的小さいレーザ駆動電圧ＤＪを印加することにより、敢えて出射開始直後の出射光強度の差異を小さくし、レーザ光ＬＬの出力を安定させている。

本実施の形態による短パルスレーザ光源１２では、緩和振動を生じさせて、レーザ光の瞬間的な出射光強度の最大値が安定値よりも増大（例えば１．５倍以上）される。

すなわち図４に示すように、レーザ制御部３０は、緩和振動を生じさせるための電圧値（以下、これを振動電圧値αと呼ぶ）の駆動電圧パルスＤＪｗを発生するレーザ駆動電圧ＤＪを生成し、これを半導体レーザ４０に印加する（図４（Ｂ））。駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅は、発光開始時間τｄと振動周期ｔａとを加算（τｄ＋ｔａ）した時間（以下、これを電流波供給時間βと呼ぶ）とされる。

これにより短パルスレーザ光源１２は、図４（Ｃ）に示すように、半導体レーザ４０から緩和振動による第１波のみからなるパルス状のレーザ光ＬＬ（以下、これを振動出力光ＬＭｐと呼ぶ）を出射することができるようになされている。

また短パルスレーザ光源１２は、大きな電圧値でなるレーザ駆動電圧ＤＪを印加する時間を短縮することができるため、半導体レーザ４０の過発熱などにより生じる当該半導体レーザ４０の不具合を抑制することができるようになされている。

ちなみに、振動電圧値αよりも小さい振動電圧値βでなる駆動電圧パルスＤＪｗを半導体レーザ４０に印加した場合（図４（Ｄ））、出射光強度の比較的小さい振動出力光ＬＭｐ（図４（Ｅ））が半導体レーザ４０から出射される。

ここで、一般的な半導体レーザ（ソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３ＶＦ）に対して、比較的大きなレーザ駆動電圧ＤＪを印加した時に測定された出射光強度を、図５に示す。この図からも分かるように、光子密度Ｓにみられた緩和振動が出射光強度として実際に生じる。なお図５では、レーザ駆動電圧ＤＪを半導体レーザに対して矩形のパルス状に供給した場合に得られたレーザ光ＬＬの波形を示している。

このように短パルスレーザ光源１２は、緩和振動モードを実行した場合、緩和振動による第１波のみからなるパルス状のレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）を、半導体レーザ４０から出射することができるようになされている。

［２−２．特異モードによるレーザ光のパルス出力］
ここで、駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値を変化させた場合のレーザ光ＬＬの変化を測定した実験の結果について説明する。

まず、図６において、この実験で用いた、短パルスレーザ光源１２から出射されたレーザ光ＬＬを分析する光測定装置５０の構成を示す。

この光測定装置１００では短パルスレーザ光源１２における半導体レーザ４０から出射されたレーザ光ＬＬは、コリメータレンズ５１に供給される。レーザ光ＬＬは、コリメータレンズ５１によって発散光から平行光に変換され、ＢＰＦ（Band Pass Filter）５２を介して集光レンズ５３へ入射される。

この実験では、この集光レンズ５３によって集光された後のレーザ光ＬＬが、光サンプルオシロスコープ５４（浜松ホトニクス株式会社製、Ｃ８１８８−０１）及び光スペクトルアナザイザ５５（株式会社エーディーシー製、Ｑ８３４１）により測定及び分析された。

またこの実験では、コリメータレンズ５１及び集光レンズ５３間にパワーメータ５６（株式会社エーディーシー製、Ｑ８２３０）が設置され、レーザ光ＬＬの出射光強度が測定された。なおこの実験では、ＢＰＦ５２は必要に応じて設置又は除去された。

図７及び図８において、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを変化させたときに得られたレーザ光ＬＬの出射光強度について、光スペクトルアナライザ５７によって測定した結果を示す。ちなみに、この測定において、ＢＰＦ５２は設置されていない。

図７に示すように、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが６［Ｖ］のとき、レーザ光ＬＬの波形にはピークが大きなピークが複数見られることから、当該レーザ光は振動出力光ＬＭｐといえる。

一方、図８に示すように、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが４２［Ｖ］のとき、レーザ光ＬＬの波形には先頭部分のピーク及び緩やかに減衰するスロープ部分が見られた。

このことから、振動電圧値αよりも大きな特異電圧値β（すなわち最大電圧値Ｖｍａｘ）でなる駆動電圧パルスＤＪｗを半導体レーザ４０に供給した場合、振動出力光ＬＭｐとはその波形及び波長の異なるレーザ光ＬＬが出力されることが分かる。なお、発光開始時間τｄも上述したレート方程式から導かれる（３）式とは一致しなかった。

このレーザ光ＬＬの波長は、安定化時におけるレーザ光の波長よりも約６［ｎｍ］（６±２［ｎｍ］以内）短波長側にピークを有することが確認されている。以下、このレーザ光ＬＬを特異出力光ＬＡｐと呼び、当該特異出力光ＬＡｐを出力する半導体レーザ４０のモードを特異モードと呼ぶ。

ちなみに、短波長側にピークをもつのは、最大電圧値Ｖｍａｘの上昇に伴いレーザ光ＬＬが振動出力光ＬＭｐから特異出力光ＬＡｐへ変化する過程において、長波長側のピークが徐々に減衰し、代りに短波長側のピークが増大していくものと考えられる。

また、パワーメータ５６による測定（半導体レーザ４０としてソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３を使用）の結果、この特異ピークＡＰＫの出射光強度は、約１２［Ｗ］と緩和振動モードにおけるレーザ光ＬＬの最大の出射光強度（約１〜２［Ｗ］）と比して、非常に大きいことが確認された。なお光サンプルオシロスコープ５４の解像度が低いためこの出射光強度は図面には表われていない。

またストリークカメラ（図示せず）による分析の結果、特異ピークＡＰＫは、ピーク幅が１０［ｐｓ］程度であり、緩和振動モードにおけるピーク幅（約３０［ｐｓ］）と比して、小さくなることが確認された。なお光サンプルオシロスコープ５４の解像度が低いためこのピーク幅は図面には表われていない。

また特異スロープＡＳＰは、その波長が通常モードにおけるレーザ光ＬＬの波長と同一であり、最大の出射光強度は約１〜２［Ｗ］程度であった。

以上のように、半導体レーザ４０に対して、緩和振動を生じさせる電圧値よりもさらに大きい特異電圧値でβなるレーザ駆動電圧ＤＪが印加された場合、図９に示すように、最初に出現する特異ピークＡＰＫと、続いて出現するスロープＡＳＰとからなる特異出力光ＬＡｐが出射される。なおこの実験とは異なる半導体レーザを用いた場合であっても、同様の結果が得られている。

本実施の形態による短パルスレーザ光源１２では、レーザ制御部３０が、半導体レーザ４０に対し、振動電圧値αでなるレーザ駆動電圧ＤＪだけでなく、該振動電圧値αよりもさらに大きい特異電圧値βでなるレーザ駆動電圧ＤＪし得るようになされている。

これによりレーザ制御部３０は、図９に示したように、半導体レーザ４０を特異モードに遷移させ、レーザ光ＬＬとして、当該半導体レーザ４０から非常に大きい特異ピークＡＰＫを有する特異出力光ＬＡｐを出射させることができる。

［２−３．駆動電圧の制御］
ところで、本実施の形態による短パルスレーザ光源１２には、コンピュータ２３（図１）から、図１０に示すように、パルス生成器３１における設定パルスＳＬｓのパルス幅Ｗｓと、当該設定パルスＳＬｓの高さＨｓとの設定情報が与えられる。

短パルスレーザ光源１２は、この設定情報に示される設定内容にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号パルス幅及び信号レベルを変化させることにより、ＬＤドライバ３２によって生成される駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘ及び生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を切り換える。

例えば、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを増大し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が増大され、特異スロープＡＳＰが大きくなる。

また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを増大し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を小さくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が維持され、特異スロープＡＳＰが小さくなる。

また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを低減し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きくした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が維持され、特異スロープＡＳＰが大きくなる。

また、駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘを低減し、生成信号パルスＳＬｗの信号パルス幅を大きした場合、特異ピークＡＰＫの最大出射光強度が小さく、特異スロープＡＳＰも小さくなる。

このようにこの短パルスレーザ光源１２は、コンピュータ２３（図１）から送出される設定情報にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号パルス幅及び信号レベルを変化させることで、特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫと特異スロープＡＳＰの割合を可変することができる。このことは既に本出願人により確認されている。

また短パルスレーザ光源１２は、コンピュータ２３（図１）から送出される設定情報にしたがって生成信号パルスＳＬｗにおける信号レベルを振動電圧値αとすることで、緩和振動パルスのレーザ光ＬＬ（振動出力光ＬＭｐ）を得ることもできる。

以上のようにこの短パルスレーザ光源１２は、駆動電圧ＤＪにおける駆動電圧パルスＤＪｗの電圧値を切り換えることにより、緩和振動モード又は特異モードの切り換えに加えて、特異モードでの特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫのレベル（高さ）を調整し得るようになされている。

［３．動作及び効果］
以上の構成において、この質量分析装置１は、緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧ＤＪを半導体レーザ４０に印加し、該半導体レーザ４０からパルス状の特異ピークＡＰＫをもつレーザ光ＬＬを出力させる（主に図４又は図９参照）。

そして質量分析装置１は、この特異ピークＡＰＫをもつレーザ光ＬＬを、光学系１４に含まれる対物レンズによって可動ステージ１１に配されるサンプルとマトリックスとの混晶に集光する（主に図１参照）。

したがってこの質量分析装置１では、半導体レーザ４０に対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を混晶における所定部位に集中させることができる。

半導体レーザ４０に対して電圧を印加する構成は現状でも一般的に小型なものとして実現できるので、この質量分析装置１では、従来短パルス出力を実現させるものとして用いられていた光学機器よりも大幅な小型化が可能となる。これに加えてこの質量分析装置１では、瞬間的に強いレーザ光を混晶に集中させることができるため、クラスタイオンの発生等を低減し、分可能の低減を防止することができる。

また、この質量分析装置１は、パルス状の駆動電圧ＤＪ（駆動電圧パルスＤＪｗ）に対する電圧値を切り換えて、緩和振動を発生させ又は特異ピークＡＰＫの強度を調整する（主に図１０参照）。

したがってこの質量分析装置１では、サンプルに応じて、該サンプルに対する特異ピークＡＰＫのレベル、つまりパルス強度を選択できる。サンプルに応じたパルス強度を選択できるということは、装置の消費電力の低減、分解能の向上の観点で有用となる。

また、この質量分析装置１は、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えることにより、特異出力光ＬＡｐにおける特異ピークＡＰＫと特異スロープＡＳＰの割合を調整する（主に図１０参照）。

すなわちこの質量分析装置１では、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えて、特異出力光ＬＡｐにおける特異スロープＡＳＰを抑制することが可能である。この特異スロープＡＳＰはイオン化には不要であり、サンプルに対するダメージの要因になる場合も否定できない。したがって、特異出力光ＬＡｐにおける特異スロープＡＳＰを抑制できるということは、分解能の向上の観点で有用となる。

ところで、従来のＭＡＬＤＩ法では、上述したようにＵＶレーザが一般に用いられる。またＩＲレーザを用いたＭＡＬＤＩ法も知られている。このＩＲ−ＭＡＬＤＩ法では、ＵＶ−ＭＡＬＤＩ法よりもさらにソフトなイオン化が可能となる利点がある反面、ＩＲレーザにより深い貫通穴を形成する欠点がある。

これに対し、この質量分析装置１は青紫色レーザ光を出射する半導体レーザ４０が採用されるため、上述における利点欠点の中間的な効果を奏し得るＭＡＬＤＩ法として期待できる。

一般に、光学系にはガラス材のレンズが用いられるが、該レンズを採用した場合、３００［ｎｍ］台の波長のレーザ光を用いると透過率が落ちる。これに対しこの質量分析装置１では、４００［ｎｍ］台の波長のレーザ光を用いているので、導波路に介在される光学系１４に対して、透過率を向上させるような特別な対策を施すこともなく、高出力のレーザをサンプルに印加できる。

以上の構成によれば、半導体レーザ４０に対する電圧の印加によって、瞬間的に強いレーザ光を混晶に集中させることができるようにしたことにより、分解能を低減させずに従来に比して小型化し得る質量分析装置１を実現できる。

［４．他の実施の形態］
上述の実施の形態では、駆動電圧パルスＤＪｗのパルス幅を切り換えて特異スロープＡＳＰが抑制された。しかしながら抑制手段はこの実施の形態のように電気的抑制に代えて、光学的抑制により実現するようにしてもよい。

具体的には、半導体レーザ４０と、対物レンズ１２Ａとの間におけるレーザ光の光路上に、使用すべき半導体レーザ４０から出射されるレーザ光の波長を中心とする所定波長域の波長をカットするＢＰＦを設ける。例えば図９で上述したように、特異スロープＡＳＰは半導体レーザ４０から出射されるレーザ光と同等の波長となる一方、特異ピークＡＰＫはレーザ光の波長よりも短波長となる。したがって、当該ＢＰＦを設けることで、特異スロープＡＳＰを選択的に抑制することができる。

また上述の実施の形態では、１つの半導体レーザ４０から単一波長のレーザ光が出射された。しかしながら他の実施の形態として、互いに波長の異なるレーザ光を出射する複数の半導体レーザのうち、対象とされる半導体レーザからレーザ光を出射する形態が適用されてもよい。

例えば図１１に示すように、ＵＶレーザを出射する半導体レーザ４０Ａと、青紫レーザを出射する半導体レーザ４０Ｂとが、コンピュータ２３に接続される切換スイッチ３３を介してＬＤドライバ３２に接続される。またＵＶレーザ又は青紫レーザはダイクロックプリズム５０によってレーザ光走査部１３に導かれる。この図１１に示す例によれば、使用すべき半導体レーザ４０Ａ又は４０Ｂの選択に応動して、レーザ制御部３０が駆動電圧ＤＪの出力先を切り換えることができる。

このように、互いに波長の異なるレーザ光を出射する複数の半導体レーザのうち、対象とされる半導体レーザからレーザ光を出射する形態を適用した場合、非共有結合の有無やその多少に応じて、レーザ光の波長を選択することができる。つまり、オリゴヌクレオチドのように非共有結合のサンプルをイオン化する場合には、ＵＶレーザに比してソフトイオン化傾向にある青紫レーザを出射する半導体レーザ４０Ｂを用いるといったことが可能となる。

また上述の実施の形態では、短パルスレーザ光源がパルス幅による特異スロープと立上スロープによるモードとの双方が制御された。しかしながら他の実施の形態として、いずれか一方の制御を実行する形態が適用されてもよい。

また上述の実施の形態では、パルス幅による特異スロープの制御と同時に駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが調整された。しかしながら他の実施の形態として、制御と調整のいずれか一方を実行する形態が適用されてもよい。

また上述の実施の形態では、設定パルスＳＬｓの高さＨｓの設定により駆動電圧パルスＤＪｗの最大電圧値Ｖｍａｘが調整された。しかしながらこの調整手法はこの実施の形態に限るものではない。例えば、ＬＤドライバ３２における増幅率を変化させることにより最大電圧値Ｖｍａｘを調整する調整手法が適用できる。

また上述の実施の形態では、駆動電圧パルスＤＪｗとして矩形状のパルス電流が供給された。しかしながら供給手法はこの実施の形態に限るものではない。例えば、短時間に亘って大きな振動電圧値αでなるパルス電流が供給されてもよく、また正弦波状でなる駆動電圧パルスＤＪｗが供給されてもよい。

また上述の実施の形態では、半導体レーザ４０として一般的な半導体レーザ（ソニー株式会社製、ＳＬＤ３２３３など）が用いられた。要は、ｐ型とｎ型の半導体を用いてレーザ発振を行ういわゆる半導体レーザであれば良い。また敢えて緩和振動を大きく生じさせやすくした半導体レーザを用いることがさらに好ましい。

また上述の実施の形態では、特異ピークＡＰＫをもつレーザ光により脱離されるサンプルのイオンを飛行させる飛行部として、イオンを直線的に飛行させるリニア型が適用された（図１）。しかしながら飛行部はこの実施の形態に限定されるものではない。この他に、リフレクトロン等の静電場ミラーを用いてイオンの向きを反転させるリフレクトロン型または同一飛行空間を複数回飛行させる周回型を適用することが可能である。

また上述の実施の形態では、イオン化部を真空とする質量分析装置１が適用されたがこの形態に限るものではない。例えば、大気圧下でイオン化可能な質量分析装置（いわゆるＡＰ（Atmospheric Pressure）−ＭＡＬＤＩ）を適用することができる。

本発明は、生物実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用可能である。

質量分析装置の構成を示す略線／ブロック図である。 短パルスレーザ光源の構成を示す略線／ブロック図である。 パルス信号とレーザ駆動電圧を示す略線図である。 駆動電流と出射光強度の説明に供する略線図である。 実際の発光波形を示す略線図である。 光測定装置の構成を示す略線図である。 実験結果（１）を示すグラフである。 実験結果（２）を示すグラフである。 特異出力光の波形を示す略線図である。 パルス幅による特異出力光の制御の説明に供する略線図である。 他の実施の形態の説明に供する略線図である。

符号の説明

１……質量分析装置、２……イオン化部、３……イオン分離部、１１……可動ステージ、１２……短パルスレーザ光源、１３……レーザ光走査部、１４……光学系、２１……加速部、２２……イオン検出部、２３……コンピュータ、３０……レーザ制御部、３１……パルス生成部、３２……ＬＤドライバ、４０……半導体レーザ、ＶＤ……真空管、τｄ……発光開始時間、ＤＪ……レーザ駆動電圧、ＤＪｗ……駆動電圧パルス、ＬＬ……レーザ光、ＳＬ……パルス信号、ＳＬｗ……生成信号パルス、ＬＭｐ……振動出力光、ＬＡｐ……特異出力光、ＡＰＫ……特異ピーク、ＡＳＰ……特異スロープ。

Claims (7)

1. 半導体レーザと、
   緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を上記半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を上記半導体レーザから出力させるレーザ制御部と、
   上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光を、マトリックスとサンプルとの混晶に集光する光学レンズと
   を有するイオン化装置。
2. 上記レーザ制御部は、
   上記パルス状の駆動電圧に対する電圧値を切り換えて上記特異ピークの強度を調整する、請求項１に記載のイオン化装置。
3. 上記特異ピークに続いて該特異ピークの強度よりも小さく現れる特異スロープを抑制する抑制手段
   をさらに有する請求項１に記載のイオン化装置。
4. 上記半導体レーザは、４００［ｎｍ］〜４１０［ｎｍ］に含まれる波長のレーザ光を出射するものである、請求項２又は請求項３に記載のイオン化装置。
5. 上記半導体レーザは、
   互いに波長の異なるレーザ光を出射する複数の半導体レーザでなり、
   上記レーザ制御部は、
   上記複数の半導体レーザのうち、対象とされる半導体レーザに上記駆動電圧パルスの出力先を切り換える、請求項２又は請求項３に記載のイオン化装置。
6. 上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光により脱離されるサンプルのイオンを飛行させる飛行部と、
   上記イオンの飛行時間から質量電荷比を算出する算出部と
   をさらに有する請求項５に記載のイオン化装置。
7. 緩和振動が生じる電圧値以上となるパルス状の駆動電圧を半導体レーザに印加し、パルス状の特異ピークをもつレーザ光を上記半導体レーザから出力させるレーザ制御ステップと、
   上記パルス状の特異ピークをもつレーザ光を、マトリックスとサンプルとの混晶に集光する集光ステップと
   を有するイオン化方法。

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