JP2011232180A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】質量分析に影響を与えることなく高い空間分解能で明瞭な顕微観察画像を、分析実行中にもリアルタイムで取得できようにする。
【解決手段】サンプルプレート２が載置されるステージ１に開口部１ａを形成し、サンプルプレート２を透明又は半透明とする。観察光学系２０及びＣＣＤカメラ２１からなる顕微観察部はステージ１の下方に配設され、ステージ１の開口部１ａ及び透明なサンプルプレート２を通してサンプル３の裏面の観察画像を取得し、表示部２７の画面上に表示する。サンプル３が生体組織切片である場合、裏面からの観察画像は表面からの観察画像とほぼ同様になる。
【選択図】図１

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、固体状、液体状、ゲル状等の試料を顕微観察することにより定めた部位や領域（１次元領域又は２次元領域）を質量分析することが可能な質量分析装置に関する。

質量分析イメージングは、生体組織切片等の試料上の２次元領域内の複数の微小領域でそれぞれ質量分析を行うことにより、特定の質量電荷比（m/z値）を有する物質の分布を調べる手法であり、創薬やバイオマーカ探索、各種疾患の原因究明などに利用できるものと期待されている。質量分析イメージングを実施するための質量分析装置は一般にイメージング質量分析装置と呼ばれている。また、通常、試料上の任意の範囲について顕微観察を行い、その観察画像に基づいて分析対象領域を定めて該領域のイメージング質量分析を実行することから、この種の質量分析装置は顕微質量分析装置とも呼ばれている。例えば、特許文献１、非特許文献１、及び非特許文献２には、従来の一般的な顕微質量分析装置の構成や分析例が開示されている。

顕微質量分析装置は、試料上の２次元領域の顕微観察を行うための顕微観察手段と、試料上の２次元領域内の複数の部位に対する質量分析を行う質量分析手段と、を基本的な構成として備える。顕微観察手段は、大別して、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を含み該撮像手段により撮影された顕微画像をモニタ等の画面上に表示して分析者がこれを観察する構成である場合と、単なる接眼レンズを有する顕微鏡である場合とがある。一方、質量分析手段は、試料中の成分をイオン化するイオン化手段と、試料由来のイオンを質量電荷比に応じて分離して検出するイオン分離・検出手段と、試料から発生したイオンをイオン分離・検出手段まで案内・輸送するイオン輸送手段と、を含む。

イオン化手段は典型的にはマトリクス支援レーザ脱離イオン源（ＭＡＬＤＩイオン源）又はマトリクスを用いないレーザ脱離イオン源（ＬＤＩ）などである。これらイオン源では細径に絞られたレーザ光が試料に照射され、そのレーザ光照射部位付近から試料成分由来のイオンが発生する。発生したイオンは電場の作用により試料近傍から引き出され、イオンレンズなどのイオン輸送手段を通してイオン分離・検出手段に運ばれる。

イオン化が真空雰囲気の下で行われる場合には、試料から発生したイオンを引き出して加速するための電場を形成する電極やイオン輸送光学系は、通常、サンプルプレートに載置された試料の上方に配置される。他方、イオン化が大気圧雰囲気の下で行われる場合には、大気圧雰囲気中からイオン分離・検出手段が設置された真空雰囲気中にイオンを取り込むためのイオン取込口が試料に対面して配設される。いずれにしても、試料の表面像を観察するために試料の上方に顕微観察手段を配置しようとすると、上述したような質量分析手段の構成要素の少なくとも一部と空間的に干渉してしまう。或いは、イオンが通過する経路中に顕微観察手段が存在するために、質量分析に供されるイオンの量が減少するという場合もある。そこで、こうした干渉を回避するため、従来、様々な構成の顕微質量分析装置が提案されている。

例えば上記特許文献１の図５−図７に記載の顕微質量分析装置では、サンプルプレート上に載置された試料を真上（サンプルプレートの法線方向）からではなく斜め上方から観察するように観察光学系が配置されており、これにより顕微観察手段と質量分析手段との構成要素の干渉や試料から発生したイオンの輸送経路と観察光学経路との干渉が回避されている。

しかしながら、試料を直上からではなく斜め上方から観察した場合、観察像が歪んでしまい、正確な形態観察を行いにくいという問題がある。また、観察視野の一部分しか観察の焦点が合わず、実効的な観察視野が狭くなってしまう場合もある。また、イオンの輸送経路やイオン取込部と観察光学経路との空間的干渉を避ける必要があるために、観察光学系の作動距離が大きくなる。その結果、観察の空間分解能が悪くなり、質量分析のために所望の領域を適切に選択するという作業に支障をきたすこともある。

上記特許文献１の図８に記載の顕微質量分析装置では、イオンが通過可能な開口を形成した特殊な観察光学系（反射光学系）を試料の真上に配置し、該光学系により側方に取り出した試料像を観察する一方、イオン通過開口を通して上方に輸送したイオンを質量分析に供するようにしている。このような形態の顕微質量分析装置では、試料を真上から見た像を観察することが可能である。

しかしながら、観察光学系の略中央にイオン通過開口が存在するために、観察像の中心部のコントラストが悪化したり、視野の欠損が生じたりしてしまうおそれがある。また、試料から発生したイオンは必ずしもサンプルプレートの法線方向に進行するとは限らず、或る程度周囲へ発散することは避けがたい。そのため、試料から発生したイオンの中で一部はイオン通過開口を通過し得ずに観察光学系に衝突してしまい、質量分析に供されるイオンの量が減って検出感度が十分に上がらない場合がある。また、レーザ照射によってイオン以外に試料から飛散する脱離物（微粒子など）が観察光学系に付着し易く、この汚染により観察像のボケや視野欠損などが起こるおそれがある。さらにまた、上記のような特殊な観察光学系は汎用的でないため、コストがかなり高くなるおそれがある。

上記特許文献１の図１、図４、非特許文献１、２に記載の顕微質量分析装置では、試料を載置するステージの可動範囲を大きくし、顕微観察を行うステージの位置と質量分析を行うステージの位置とを変えるようにしている。この構成では、観察位置と分析位置とが離れており、観察位置の上方に顕微観察手段を配置し分析位置の上方に質量分析手段を配置すれば、両手段の構成要素の空間的な干渉はなくなる。それによって、試料の真上から良好な観察像を得ることができる。

しかしながら、観察位置と分析位置とが同一でないという制約上、試料に対する質量分析を実行しているときに試料をリアルタイムで観察することはできない。そのため、試料上のどの位置にレーザ光が照射されているのかを直接観察することができず、分析位置の不確かさの一因となる。また、イオン化の際に試料の消耗や損傷が激しかったり、試料がサンプルプレートから剥離したり、或いは、埃などの不純物が試料に付着したりした場合でも、分析者がそうした不具合を分析中に把握することができず、無駄な分析を実施してしまうことになる。また、ステージの可動範囲を大きくしておく必要があるため、その分が装置のコストアップ要因となる。

国際公開第２００７／０２０８６２号パンフレット

小河、ほか５名、「顕微質量分析装置の開発」、島津評論、第６２巻、第３・４号、２００６年３月３１日発行、ｐ．１２５−１３５ 原田、ほか８名、「顕微質量分析装置による生体組織分析」、島津評論、第６４巻、第３・４号、２００８年４月２４日発行、ｐ．１３９−１４５

上述したように、顕微質量分析装置では顕微観察と質量分析との干渉を避けるために従来様々な構成が提案されているものの、いずれも一長一短がある。即ち、（１）高倍率での顕微観察が可能であること、（２）観察視野の減少や欠損、観察像のぼけや歪みといった観察像の悪化・劣化を防止することができること、（３）低コスト化が可能であること、（４）高感度の質量分析を阻害しないこと、（５）質量分析を行いながらのリアルタイムの観察が可能であること、といった要求を全て満たし得る方法はこれまでなかった。本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、上記のような様々な要求を満たし得る質量分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、サンプルプレート上に保持される試料を顕微観察するための顕微観察手段と、該顕微観察手段による観察結果を用いて定められた試料上の部位又は範囲に対する質量分析を実行する質量分析手段と、を具備する質量分析装置において、
前記サンプルプレートが透明又は半透明であり、該サンプルプレートを挟んで試料が保持される側と反対側に前記顕微観察手段が配置され、該顕微観察手段により観察される試料の面が前記質量分析手段により質量分析される面の裏面であることを特徴としている。

本発明に係る質量分析装置にあって、上記サンプルプレートが載置台（ステージ）上に載置される場合には、該載置台は前記顕微観察手段による観察用の開口を有するものとするとよい。この場合、載置台に形成された開口にサンプルプレートが露出している。

上述した従来のこの種の質量分析装置ではいずれも、試料において質量分析が行われる面と顕微観察される面とが同一面であった。これに対し、本発明に係る質量分析装置では、顕微観察手段により顕微観察される面は質量分析が行われる面とは反対側の面であり、透明又は半透明であるサンプルプレートに接触している面である。即ち、顕微観察手段はサンプルプレート越しに（サンプルプレートを通して）試料の裏面を観察することになる。

本発明に係る質量分析装置において、質量分析手段は、試料をイオン化するイオン化部、生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する質量分離部、分離されたイオンを検出する検出部、を少なくとも含む。

イオン化部は、典型的には、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）法、又は、マトリクスを使用しないレーザ脱離イオン化（ＬＤＩ）法によるイオン化を行うものとすることができる。また、それ以外のイオン化法を用いたものであってもよい。例えば、レーザアブレーション誘導プラズマイオン化（ＬＡ−ＩＣＰ）法などの、試料上の所定部位にある試料を選択的に微粒子として蒸発又は飛散させる粒子化手段と、それにより発生した微粒子をイオン化するイオン化手段と、を含むものであってもよい。さらには、レーザ光を用いない或いはレーザ光をサンプルプレート上の試料に直接照射しないイオン化法、例えば、脱離エレクトロスプレイイオン化（ＤＥＳＩ）法、エレクトロスプレイ支援レーザ脱離イオン化（ＥＬＤＩ）法などによるものでもよい。

本発明に係る質量分析装置による分析対象の試料は、多くの場合、生体から切除された組織薄片などであり、薄いうえに色は殆ど透明又は半透明である。そのため、裏面側から観察が行われた場合でも、おもて面（質量分析が実施される面）とほぼ同様の観察像を得ることができる。また、特に、イオン化のためにレーザ光（一般に紫外領域の波長光）を試料に照射する場合には、通常、レーザ光の照射部位から可視光が蛍光として裏面側にも放出されるので、裏面側から観察していてもレーザ光の照射部位が明瞭に観察像に現れる。したがって、模様や形態、色などが明瞭な試料像を得られるのみならず、イオン化が行われている部位もリアルタイムで観察することが可能である。

本発明に係る質量分析装置の好ましい一態様として、前記質量分析手段は、試料上でイオン化を行う部位を二次元的に移動させつつ各部位に対する質量分析を行うことにより、部位毎に特定の１乃至複数の質量電荷比のイオン強度を取得し、その分析結果を利用してイオン強度の二次元分布像を作成するものとするとよい。

試料上でイオン化を行う部位を二次元的に移動させるためには、サンプルプレートが載置される又は装着されるステージを移動可能とし、該ステージをステップ（間欠）的又は連続的に移動させながら質量分析を繰り返すことで、微小部位毎に特定の１乃至複数の質量電荷比のイオン強度を取得することができる。

また、本発明に係る質量分析装置において、前記サンプルプレートは導電性を有するものとするのが好ましい。例えばステージ等を介して導電性のサンプルプレートから電荷を外部へと逃がす構成としておけば、イオン化に伴うサンプルプレートのチャージアップを防止することができる。それにより、サンプルプレートのチャージアップによるイオン検出感度の低下を防止することができることも可能となり、また走査速度を高速化して短時間でマッピング画像を作成することも可能となる。

本発明に係る質量分析装置によれば、試料の裏面からその像を観察するため、試料由来のイオンの輸送経路やイオン取込部などの質量分析のための構成要素と顕微観察手段の構成要素や観察光学経路とが空間的に全く干渉しない。そのため、試料をサンプルプレートの法線方向から且つ近距離から観察することができる。それ故に、観察像の歪み、観察視野の減少や欠損を生じることなく、高い倍率での高精細な顕微観察が容易に行える。それにより、分析者は試料の微細な形態や模様などを正確に把握することができ、分析部位や領域を的確に指定することが可能である。

また、例えばイオン通過開口が形成されていたり特段の耐熱性を有していたりするような特殊な観察用光学素子は不要である。また、顕微観察を行うためだけに載置台（ステージ）の可動範囲をあえて大きくする必要もない。したがって、コスト増加を抑えることができる。

また、顕微観察手段の構成要素によってイオンの進行が妨げられることがなく、該構成要素との衝突によるイオンの損失も少なくてすむ。また顕微観察手段の構成要素との干渉を避けるためにイオン取込み部をあえて長くする必要もない。このため、イオンの無駄な損失を回避することができ、質量分析に供するイオンの量を十分に多くして高い感度の分析を行うことができる。また、イオン化に伴う試料からの蒸気や飛散物によって顕微観察手段の構成要素（主として観察光学系）が汚染されることも回避できるので、こうした汚染による観察像のぼけや視野欠損も防止することができる。

また、質量分析を邪魔することなく試料の顕微観察が行えるため、分析実行中（イオン化中）にリアルタイムで試料を観察することが可能である。それにより、イオン化に伴う試料の過度な消耗や損傷、サンプルプレートからの試料の剥離、埃等の汚染物の付着など、分析に不適切な状況の発生を分析者が容易に把握することができ、分析が適切でない場合に迅速に分析を中断する等の対策を講じることができる。

本発明の第１実施例による顕微質量分析装置の要部の構成図。 第１実施例による顕微質量分析装置においてステージ下方側からステージを見上げた状態の概略平面図。 本発明の第２実施例による顕微質量分析装置の要部の構成図。 本発明の第３実施例による顕微質量分析装置の要部の構成図。 本発明の第４実施例による顕微質量分析装置の要部の構成図。 本発明の第５実施例による顕微質量分析装置の要部の構成図。

以下、本発明の実施例である顕微質量分析装置のいくつかの形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施例］
図１は本発明の一実施例（第１実施例）による顕微質量分析装置の要部の構成図である。この第１実施例による顕微質量分析装置では、イオン化法として、大気圧マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）法、又はマトリクスを使用しない大気圧レーザ脱離イオン化（ＡＰ−ＬＤＩ）法を用いている。

この顕微質量分析装置では、図示しない真空ポンプにより真空排気される真空チャンバ１０の外側で、つまり大気圧雰囲気の下でイオン化が行われる。分析対象であるサンプル３はサンプルプレート２上に塗布又は載置されており、このサンプルプレート２は、モータを含むステージ駆動部２８からの駆動力により互いに直交するＸ軸、Ｙ軸の２軸方向に移動可能なステージ１上に載置されている。サンプル３は例えば生体組織からごく薄く切り出された組織切片などである。ＡＰ−ＭＡＬＤＩを使用する場合には、サンプル３の上面に適当なマトリクスを塗布する又は吹き付ける処理を行うようにする。

サンプル３中の試料成分をイオン化するためのレーザ光５はレーザ照射部４から出射され、反射光学系６を経て集光光学系７により微小径に絞られてサンプル３に対し照射される。このサンプル３の直上には、真空チャンバ１０の内部と外部（大気圧雰囲気）とを連通するイオン輸送管１１の入口端が開口している。

真空チャンバ１０の内部は、スキマーが形成された隔壁１４により、第１真空室１２と第２真空室１５とに区画されており、イオン輸送管１１を通して大気圧雰囲気と連通する第１真空室１２よりも第２真空室１５の真空度が高くなっている。即ち、この顕微質量分析装置はイオンの進行方向に段階的に真空度が高くなる多段差動排気系の構成となっており、それによって第２真空室１５内の真空度が高い状態に維持されるようになっている。

第１真空室１２の内部には、電場の作用によりイオンを収束させつつ輸送するためのイオン輸送光学系１３が設置され、第２真空室１５の内部には、イオンを質量電荷比に応じて分離する質量分析器１６と分離されたイオンを検出するイオン検出器１７とが設置されている。イオン輸送光学系１３としては、例えば、静電的な電磁レンズや多極型の高周波イオンガイド、或いはそれらの組み合わせなどが用いられる。質量分析器１６としては、例えば、四重極マスフィルタ、リニア型イオントラップ、三次元四重極型イオントラップ、直交加速型飛行時間型質量分析器、フーリエ変換イオンサイクロトロン質量分析器、磁場セクター型質量分析器などが用いられる。

本実施例に特徴的な構成として、ステージ１は上下方向に貫通する開口部１ａを有しており、ステージ１上に載置されるサンプルプレート２は透明（又は半透明）である。観察光学系２０及びＣＣＤカメラ２１からなる顕微観察部はステージ１の下方、つまりサンプルプレート２を挟んでサンプル３とは反対側の位置に設置されている。

ＣＣＤカメラ２１による撮像信号は画像処理部２３に入力され、他方、イオン検出器１７による検出信号はデータ処理部２４に入力されている。画像処理部２３は撮像信号に基づいてサンプル３上の所定範囲の観察画像を作成する。データ処理部２４はイオン検出信号に基づいて分析箇所に存在するイオンの質量電荷比及び強度（濃度）を算出し、さらには分析箇所がサンプル３上で２次元的に走査される場合には質量電荷比毎にイオン強度の分布を求めてマッピング画像を作成する。

制御部２５は操作部２６からの操作を受けて分析を実行するために各部を制御するとともに、画像処理部２３で作成された顕微画像やデータ処理部２４で得られた分析結果を表示部２７の画面上に表示する。

なお、ＣＣＤカメラ２１で撮像した画像を表示部２７の画面上で確認する代わりに、接眼レンズを用いて分析者が直接目視でサンプル３を顕微観察する構成としてもよい。また、観察光学系２０は観察の空間分解能や作動距離によってその形態が異なり、単品の光学素子である場合もあれば、複数の光学素子を組み合わせたモジュール形態である場合、或いは、そうしたモジュールを複数組み合わせた大掛かりな構造を有する場合もある。

また、集光光学系７はレーザ照射部４の仕様や要求される集束径などによってその形態が異なり、観察光学系２０と同様に、単品の光学素子である場合もあれば、複数の光学素子を組み合わせたモジュール形態である場合、或いは、そうしたモジュールを複数組み合わせた大掛かりな構造を有する場合もある。

次に、本実施例の顕微質量分析装置による分析動作について説明する。
まず分析者はサンプル３上のどの箇所（範囲）を分析するのかを顕微観察画像に基づいて決定する。即ち、制御部２５の制御の下に、ＣＣＤカメラ２１はステージ１に設けられた開口部１ａ及び透明な（又は半透明な）サンプルプレート２を介してサンプル３の顕微画像を取得する。ここでいう「透明」又は「半透明」とは少なくとも観察に用いる光の波長帯において光がほぼ完全に又は大部分透過することを言う。より明瞭な観察像を得るために好ましくは、サンプルプレート２は強度的に問題のない範囲でできるだけ薄いほうがよい。これにより、観察光の透過率が高く明るい画像が得られるとともに、観察における収差が減少して画像の解像度が向上する。

図２はステージ１の下方側からステージ１を見上げた状態の概略平面図である。前述のようにステージ１には開口部１ａが形成されているため、ステージ１上に載置されたサンプルプレート２の裏面が開口部１ａ内に露出している。また、サンプルプレート２が透明又は半透明であるので、サンプルプレート２上に載置されたサンプル３の裏面（サンプルプレート２に接触している面）が透過して観察される。サンプル３が生体組織から切り出された薄片である場合には、サンプル３自体も殆ど透明である。そのため、サンプル３をその裏面から観察しても、おもて面からの、つまり上方からの観察像とほぼ同じ観察像を得ることができる。また、例えばサンプル３にレーザ光が照射されると照射された部位（例えば点Ｐ）から可視の蛍光が発せられるから、裏面からの観察像であってもレーザ光の照射部位が明瞭に現れる。

表示部２７の画面上にはサンプル３の顕微観察画像が表示され、分析者が操作部２６で所定の操作を行うと観察光学系２０による観察倍率が変化し、表示される観察画像の拡大率、視野範囲が変化する。また分析者が操作部２６で所定の操作を行うと、ステージ駆動部２８を介してステージ１がＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ適宜移動され、サンプル３上での観察画像の位置が変化する。分析者はこのような適宜の操作を行いつつサンプル３上の顕微観察画像を確認し、分析部位を決定してその位置や範囲を操作部２６により指定する。

上述したように、表示されるのはサンプル３の裏面側からの顕微観察画像であるが、サンプル３の形態や模様、色などの明瞭な認識が可能である。また、顕微観察画像はサンプルプレート２の法線方向から見た画像であるので、斜め観察のような画像の歪みや視野欠損、或いは画像ボケなどが生じない。また、観察光学系２０がイオン化用のレーザ光路やイオン輸送経路と干渉しないため、観察光学系２０をサンプルプレート２にきわめて近接させることができる。それにより、高精細で高空間分解能である顕微観察を行うことができる。それ故に、分析者はサンプル３上で分析すべき部位や範囲を的確に見つけることができる。

ここでは、サンプル３上の所定の２次元領域が分析対象として指定されたものとする。分析者が操作部２６により分析開始を指示すると、制御部２５は取得した画像情報と分析者による入力情報とに基づき、ステージ１の動作（移動量、移動方向など）を決定する。そして、まず、ステージ駆動部２８を制御して分析のための初期位置にステージ１を移動させる。そのあと、レーザ照射部４から所定パワーのレーザ光５を出射させ、集光光学系７で微小径に絞ったレーザ光をサンプル３に照射する。レーザ光の照射を受けると、その付近のサンプル３に含まれる各種物質は蒸発し、その過程でそれら物質はイオン化される。

発生したイオンは主としてイオン輸送管１１の両端の圧力差により該輸送管１１内に吸い込まれ、空気流に乗って第１真空室１２内へ送られる。第１真空室１２内でイオンはイオン輸送光学系１３で収束されて第２真空室１５に送られ、質量分析器１６により質量電荷比に応じて分離されてイオン検出器１７に到達する。イオン検出器１７は到達したイオンの個数に応じた電流を検出信号として出力する。例えば質量分析器１６が四重極マスフィルタである場合、所定の質量電荷比範囲を走査するように質量分析器１６の動作を設定すると、イオン検出器１７では１走査期間中の時間経過に伴って順次異なる質量電荷比を有するイオンが検出され、データ処理部２４ではその分析部位に対するマススペクトルを取得することができる。

上述したようにレーザ光がサンプル３に照射されているとき、分析者は、表示部２７の画面上にリアルタイムで表示される顕微観察画像により、レーザ光の照射位置を把握することができる。これにより、分析者が意図した位置に確実にレーザ光が照射されているか否か、レーザ照射位置に埃などの不純物の付着がないかどうか、或いは、レーザ光の照射径が異常に大きい等、レーザ光照射に不具合がないかどうか、などについて、分析者が分析実行中にリアルタイムで確認することができる。例えば、何らかの不具合が見つかった場合には、分析者は迅速に分析を中止することができるから、無駄な分析に時間を費やすことや不所望にサンプル３が損傷することを防止することができる。

指定された２次元領域内の或る１箇所の分析部位の質量分析が終了すると、制御部２５はステージ駆動部２８を制御してステージ１を次の位置に移動させる。そして移動後に上記と同様にサンプル３にレーザ光を照射し、その部位に対する質量分析を実行する。こうして、予め決められた２次元領域内の各部位に対する質量分析を順次実行し、各部位のマススペクトル情報を取得する。全ての分析終了後にデータ処理部２４は、例えば操作部２６を介して指定された特定の質量電荷比について各部位の信号強度データを収集し、その質量電荷比についてのマッピング画像（２次元分布画像）を作成する。そして、制御部２５は、サンプル３上の顕微観察画像とマッピング画像とを対応付けて表示部２７の画面上に表示する。

イオン化に伴ってサンプル３から発生する蒸気や脱離物は必ずしもサンプルプレート２の法線方向に直進するとは限らず、或る程度、周囲に飛散することが避けられない。上記実施例の構成では、こうした飛散物が観察光学系２０に付着することがないので、そうした汚染による観察像のぼけや視野欠損なども起こりにくい。

なお、上記説明では、サンプルプレート２上に生体組織切片などをサンプル３として載置し、そのサンプル３上の２次元領域の質量分析を行う場合について説明したが、サンプルプレート２上に例えば格子状にスポッティングされた多数のサンプル３を順次分析するものであってもよい。

こうした場合のサンプルの調製手順としては、被検体をまず溶液に溶かし、その溶液をマトリクス溶液と混合してから、サンプルプレート２上にスポッティングして乾燥させる。この際に、マトリクスは被検体を取り込んだ状態で結晶化するから、イオン化の際にはその結晶を狙ってレーザ光を照射する。マトリクスの種類にも依存するが、結晶の大きさは大きい場合でも数百μｍ程度である。したがって、その結晶にレーザ光を正確に照射するには、少なくとも同程度以上の空間分解能でサンプルの観察を行う必要がある。また、実際には結晶のどの部分にでもレーザ光を照射すればよいのではなく、結晶中でもイオンが高い効率で発生する部分（スイートスポット）とそうでない部分とがあり、高感度分析のためにはスイートスポットを狙ってレーザ光を照射することが望ましい。スイートスポットは必ずしもサンプルの形態観察により認識できるとは限らないが、少なくとも結晶の細かい形状が分かりさえすれば正確に繰り返しスイートスポットを狙ってレーザ光を照射することが可能となる。そのためには、数十μｍ以下の空間分解能でのサンプル観察が行えることが好ましい。本実施例の顕微質量分析装置では、この程度の空間分解能での顕微観察は容易に実現することができる。

［第２実施例］
図３は本発明の他の実施例（第２実施例）による顕微質量分析装置の要部の構成図である。図３において、図１に示した第１実施例の構成と同一の構成要素については同一符号を付してある。この第２実施例による顕微質量分析装置では、イオン化法として、脱離エレクトロスプレイイオン化（ＤＥＳＩ）法を用いている。ＤＥＳＩの詳細については、例えば、文献（ゾルタン・タカス（Zolta'n Taka'ts）ほか２名、「マス・スペクトロメトリー・サンプリング・アンダー・アンビエント・コンディションズ・ウィズ・デソープション・エレクトロスプレイ・イオナイゼイション（Mass Spectrometry Sampling Under Ambient Conditions with Desorption Electrospray Ionization）」、サイエンス（Science）、２００４年、３０６巻、５６９５号、ｐ．４７１−４７３）に記載されている。

この顕微質量分析装置においては、エレクトロスプレイノズル３１は図示しない送液部から連続的に供給される所定の溶液に対し片寄った電荷を与え、微小径に絞ってサンプル３に向けて噴霧する。帯電液滴からなるプルーム３２がサンプル３上の所定位置に衝突して付着すると、その付近のサンプル３の一部が脱離しイオン化される。サンプル３の観察や観察像に基づく分析位置の決定手法などについては第１実施例と同様であり、ステージ１に形成された開口部１ａ、透明（又は半透明）なサンプルプレート２を通してサンプル３の裏面側から観察像を得る。

この構成では、プルーム３２がサンプル３の直上に存在しているため、サンプル３を真上から短い作動距離で観察することは実質的に不可能である。これに対し、本実施例の構成では、プルーム３２の存在とは無関係にサンプル３の真下からしかもきわめて近い距離から観察を行うことができるので、精緻で高い空間分解能の顕微画像を得ることができる。
なお、この第２実施例では、イオン輸送管１１以降の質量分析部が水平配置されているが、第１実施例の垂直配置と基本的に変わることはない。

また、例えば、文献（ロバート・ビー・コディー（Robert B. Cody）、ほか２名、「バーサタイル・ニュー・イオン・ソース・フォー・ザ・アナリシス・オブ・マテリアルズ・イン・オープン・エア・アンダー・アンビエント・コンディションズ（Versatile New Ion Source for the Analysis of Materials in Open Air under Ambient Conditions）」、アナリティカル・ケミストリー（Analytical Chemistry）、２００５年、７７巻、８号、ｐ．２２９７− ２３０２）に記載されているＤＡＲＴ（Direct Analysis in Real Time）と呼ばれるイオン化法でも同様である。ＤＡＲＴでは、針電極に印加される電圧の作用により、窒素やヘリウム等のガスから励起状態の活性な化学種が生成される。この活性化学種が上記のプルームと同様にサンプルに吹き付けられると、化学反応によりサンプル中の成分がイオン化される。

［第３実施例］
図４は本発明のさらに他の実施例（第３実施例）による顕微質量分析装置の要部の構成図である。図４において、図１に示した第１実施例の構成及び図３に示した第２実施例の構成と同一の構成要素については、同一符号を付してある。この第３実施例による顕微質量分析装置では、イオン化法として、エレクトロスプレイ支援／レーザ脱離イオン化（ＥＬＤＩ）法を用いている。ＥＬＤＩの詳細については、例えば、文献（ミン・ゾン・ファン（Min-Zong Huang）、ほか４名、「ダイレクト・プロテイン・デテクション・フロム・バイオロジカル・メディア・スルー・エレクトロスプレイ-アシステッド・レーザ・ディソープション・イオナイゼイション／マス・スペクトロメトリー（Direct Protein Detection from Biological Media through Electrospray-Assisted Laser Desorption Ionization/Mass Spectrometry）」、ジャーナル・オブ・プロテイン・リサーチ（J. Proteome Res.）、２００６年、 ５巻、５号）に記載されている。

この顕微質量分析装置では、サンプルプレート２の上方に脱離用レーザ照射部３３と集光光学系３４が配設され、サンプルプレート２の上方空間に帯電液滴からなるプルーム３２を噴出するようにエレクトロスプレイノズル３１が配設される。微小径に絞られたレーザ光がサンプル３に照射されると、その付近からサンプル３が蒸発して脱離する。脱離したサンプルの微粒子はエレクトロスプレイノズル３１によるプルーム３２中に取り込まれ、帯電液滴の作用によりサンプルがイオン化される。この場合にも、第２実施例と同様に、プルーム３２やレーザ照射部の存在とは無関係にサンプル３の真下からしかもきわめて近い距離から観察を行うことができるので、精緻で高い空間分解能の顕微画像を得ることができる。

［第４実施例］
図５は本発明のさらに他の実施例（第４実施例）による顕微質量分析装置の要部の構成図である。図５において、図１、図３及び図４に示した第１乃至第３実施例の構成と同一の構成要素については同一符号を付してある。この第４実施例による顕微質量分析装置では、イオン化法として、レーザアブレーション誘導プラズマイオン化（ＬＡ−ＩＣＰ）法を用いている。

脱離用レーザ照射部３３から出射したレーザ光は集光光学系３４で微小径に絞られ、サンプル３上の所定位置に照射される。このレーザ光照射によりその付近からサンプル３が脱離する。サンプル３の微粒子はＩＣＰ部４０の試料導入管４１に吸い込まれ、ＩＣＰトーチ４２中でサンプル３がイオン化される。生成されたイオンは第１真空室１２に送り込まれて、上記各実施例と同様に質量分析に供される。
この構成では、試料導入管４１の吸込み口がサンプル３の真上に近接して配設されているが、これとは無関係にサンプル３の真下からしかもきわめて近い距離から観察を行うことができるので、精緻で高い空間分解能の顕微画像を得ることができる。

上記各実施例において、サンプルプレート２の材質は上述したような透明又は半透明なものであれば特に問わないが、サンプルプレート２やサンプル３の材質及びイオン化の条件等によっては、サンプル３をイオン化する際にサンプル３自体やサンプルプレート２の表面がチャージアップする（電荷が蓄積する）おそれがある。チャージアップが起こると、発生したイオンがチャージアップによって生じた電場によりサンプル３に引き戻されてしまい、質量分析に供されるイオンの量が減って検出感度の低下につながる。また場合によっては、イオンの生成効率自体が低下することもある。

これを避けるためには、サンプルプレート２にあって少なくともサンプル３が載置される面が導電性を有しているものとし、サンプルプレート２に蓄積した電荷を該プレート２外部に逃がす経路を確保すればよい。

具体的には、サンプルプレート２の材質としてＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＺｎＳｎ（酸化スズ）等を、サンプルを保持する面にコーティングしたガラスなどを用いれば、観察のための光の透過性と表面の導電性とを確保することができる。これらのコーティングは、スパッタリング法、真空蒸着等により、適切な導電性を有するものを作成することができる。なお、サンプルプレート２として、バルク材として透明で且つ導電性を有するものを用いてもよいことは当然である。また、図６に示すように、サンプルプレート２の表面に接触してこれをステージ１に対し押さえ付ける導電性の押さえばね１ｂを通して、サンプルプレート２表面と金属製のステージ１を電気的に接続し、ステージ１を装置のグラウンドに接続するようにすれば、電荷を逃がす経路も確保することができる。

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。

１…ステージ
１ａ…開口部
２…サンプルプレート
３…サンプル
４…レーザ照射部
５…レーザ光
６…反射光学系
７…集光光学系
１０…真空チャンバ
１１…イオン輸送管
１２…第１真空室
１３…イオン輸送光学系
１４…隔壁
１５…第２真空室
１６…質量分析器
１７…イオン検出器
２０…観察光学系
２１…ＣＣＤカメラ
２３…画像処理部
２４…データ処理部
２５…制御部
２６…操作部
２７…表示部
２８…ステージ駆動部
３１…エレクトロスプレイノズル
３２…プルーム
３３…脱離用レーザ照射部
３４…集光光学系
４０…ＩＣＰ部
４１…試料導入管
４２…ＩＣＰトーチ

Claims (1)

1. サンプルプレート上に保持される試料を顕微観察するための顕微観察手段と、該顕微観察手段による観察結果を用いて定められた試料上の部位又は範囲に対する質量分析を実行する質量分析手段と、を具備する質量分析装置において、
   前記サンプルプレートが透明又は半透明であり、該サンプルプレートを挟んで試料が保持される側と反対側に前記顕微観察手段が配置され、該顕微観察手段により観察される試料の面が前記質量分析手段により質量分析される面の裏面であることを特徴とする質量分析装置。