JP2019053852A - Mass spectroscope and mass spectrometry - Google Patents

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Abstract

To provide a mass spectroscope by which mass spectra high in both of SN ratio and mass resolution can be obtained in a short time.SOLUTION: A mass spectroscope 1 comprises: a laser light source 10; an intensity regulating part 20; a TOF tube 30; a sample holder-driving part 40; a detector part 50; and a processing part 60. A mixture of a sample targeted for analysis and a matrix is placed on the sample holder 31 in the TOF tube 30. The detector part 50 outputs a time-waveform signal representing an arrival time distribution of ions concerned and outputs an ion image signal representing a quantity of an arriving ion image for each shot of pulse laser light. The processing part 60 determines whether or not the ion image quantity is larger than a threshold based on ion image signals for each shot of pulse laser light. The processing part 60 integrates other time-waveform signals to determine mass spectra of the sample, except a time-waveform signal when it is determined that an ion image exceeds the threshold.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、質量分析装置および質量分析方法に関するものである。   The present invention relates to a mass spectrometer and a mass spectrometry method.

試料の分子をイオン化する手法の一つとして、マトリックス支援レーザ脱離イオン化(Matrix-AssistedLaser Desorption/Ionization、MALDI)法が知られている。MALDI法では、試料とマトリックスとの混合物にパルスレーザ光が照射され、このパルスレーザ光のエネルギを吸収したマトリックスから熱が放出される。この熱により試料およびマトリックスが気化され、また、試料の分子とマトリックスの分子との間で電荷の授受が行われて、試料の分子がイオン化される。マトリックスとして、パルスレーザ光の照射によりイオン化され易い低分子量の有機化合物が好適に用いられる。   As one method for ionizing sample molecules, a matrix-assisted laser desorption / ionization (MALDI) method is known. In the MALDI method, a mixture of a sample and a matrix is irradiated with pulsed laser light, and heat is released from the matrix that has absorbed the energy of the pulsed laser light. The sample and the matrix are vaporized by this heat, and charge is exchanged between the sample molecules and the matrix molecules to ionize the sample molecules. As the matrix, an organic compound having a low molecular weight that is easily ionized by irradiation with pulsed laser light is preferably used.

これに対して、マトリックスと混合することなく試料に直接にパルスレーザ光を照射して該試料の分子をイオン化するレーザ脱離イオン化(Laser Desorption/Ionization、LDI)法も知られている。LDI法では試料が損傷を受ける場合があるのに対して、MALDI法ではマトリックスと混合されることで試料の損傷が回避され得る。したがって、MALDI法は、破壊され易い分子量の高い生体分子(例えば、蛋白質、多糖など)のイオン化に適している。   On the other hand, a laser desorption / ionization (LDI) method is also known in which a sample is directly irradiated with pulsed laser light without being mixed with a matrix to ionize molecules of the sample. In the LDI method, the sample may be damaged, whereas in the MALDI method, the sample can be prevented from being damaged by mixing with the matrix. Therefore, the MALDI method is suitable for ionization of biomolecules having a high molecular weight that are easily destroyed (for example, proteins and polysaccharides).

また、MALDI法により生成されたイオンは、飛行時間型質量分析(Time-of-Flight Mass Spectrometry、TOF-MS)法により質量分析が行われる。すなわち、TOF-MS法では、MALDI法により生成されたイオンは、電界により加速されて、検出部まで飛行していく。このとき、イオンの質量mと電荷zとの比(質量電荷比m/z)が大きいほど、そのイオンの飛行速度は低速になるので、そのイオンは検出部に遅く到達する。したがって、検出部におけるイオン到達時刻分布(イオン飛行時間分布)を示す時間波形信号に基づいて試料の質量スペクトルを求めることができる。   Further, ions generated by the MALDI method are subjected to mass spectrometry by a time-of-flight mass spectrometry (TOF-MS) method. That is, in the TOF-MS method, ions generated by the MALDI method are accelerated by the electric field and fly to the detection unit. At this time, as the ratio of the mass m to the charge z (mass-to-charge ratio m / z) increases, the flight speed of the ion decreases, so that the ion reaches the detection unit later. Therefore, the mass spectrum of the sample can be obtained based on the time waveform signal indicating the ion arrival time distribution (ion flight time distribution) in the detection unit.

非特許文献1に、MALDI法およびTOF-MS法を組み合わせた質量分析の自動化技術が記載されている。この文献に記載された質量分析の自動化技術は、ファジー理論エンジンを用いて、検出部により検出された試料の質量スペクトルの平均イオン強度および質量分解能を評価し、その評価結果に基づいてパルスレーザ光のフルエンスをフィードバック制御する。この制御により、質量スペクトルの平均イオン強度および質量分解能それぞれが所定範囲内に維持される。従来では熟練者が質量スペクトルの形状を見てフルエンスを調整していたところ、この自動化技術によれば、熟練者が調整する場合と同程度の分析結果が得られるとしている。なお、フルエンスは、単位光照射面積当たりの光エネルギである。質量分解能は、質量スペクトルにおけるピーク位置の質量mと半値全幅Δmとの比(m/Δm)で定義することができる。   Non-Patent Document 1 describes a mass spectrometry automation technique that combines a MALDI method and a TOF-MS method. The mass spectrometry automation technology described in this document uses a fuzzy logic engine to evaluate the average ion intensity and mass resolution of the mass spectrum of the sample detected by the detector, and based on the evaluation results, the pulse laser beam Feedback control of the fluence. By this control, each of the average ion intensity and mass resolution of the mass spectrum is maintained within a predetermined range. Conventionally, a skilled person adjusts the fluence by looking at the shape of the mass spectrum. According to this automation technique, an analysis result comparable to that obtained by the skilled person is obtained. The fluence is light energy per unit light irradiation area. The mass resolution can be defined by the ratio (m / Δm) between the mass m at the peak position in the mass spectrum and the full width at half maximum Δm.

Ole N. Jensen, et al., "Automationof Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Using Fuzzy LogicFeedback Control," Analytical Chemistry, Vol.69,No.9, pp.1706-1714 (1997).Ole N. Jensen, et al., "Automationof Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionization Mass Spectrometry Using Fuzzy Logic Feedback Control," Analytical Chemistry, Vol.69, No.9, pp.1706-1714 (1997).

従来の技術では、パルスレーザ光のフルエンスは、イオン発生閾値に近い低いフルエンス領域に設定される。非特許文献1に記載された技術でも、低いフルエンス領域においてフルエンスをフィードバック制御している。これは、低いフルエンス領域において高い質量分解能が得られるからである。しかし、パルスレーザ光のフルエンスが低いと、パルスレーザ光の1ショット当たりに発生するイオンの個数は少ない。高いSN比の質量スペクトルを得るためには、パルスレーザ光のショット数を多くして、時間波形信号の積算数を多くすることが必要となる。したがって、高SN比の質量スペクトルを得るのに長時間を要することになる。   In the conventional technique, the fluence of the pulse laser beam is set to a low fluence region close to the ion generation threshold. Also in the technique described in Non-Patent Document 1, feedback control is performed on the fluence in a low fluence region. This is because high mass resolution can be obtained in a low fluence region. However, when the fluence of the pulse laser beam is low, the number of ions generated per shot of the pulse laser beam is small. In order to obtain a mass spectrum with a high S / N ratio, it is necessary to increase the number of shots of the pulse laser beam and increase the number of accumulated time waveform signals. Therefore, it takes a long time to obtain a mass spectrum with a high S / N ratio.

一方、パルスレーザ光のフルエンスが高いと、パルスレーザ光の1ショット当たりに発生するイオンの個数は多い。しかし、この場合、時間波形信号において、分析対象の試料のイオンのピーク値が小さくなるともに、半値全幅Δmが大きくなって、分析対象の試料のイオンについて質量分解能が低下することがある。これは、パルスレーザ光のエネルギの大部分がマトリックスに吸収されることに因ると考えられる。以下では、このような状態を「マトリックスモード」という。これに対して、分析対象の試料のイオンについて、イオンのピーク値が「マトリックスモード」に比べて大きく且つ高い質量分解能が得られる状態を「試料分子モード」という。   On the other hand, when the fluence of the pulse laser beam is high, the number of ions generated per shot of the pulse laser beam is large. However, in this case, in the time waveform signal, the peak value of the ion of the sample to be analyzed becomes small and the full width at half maximum Δm becomes large, so that the mass resolution of the ion of the sample to be analyzed may be lowered. This is thought to be due to the fact that most of the energy of the pulsed laser light is absorbed by the matrix. Hereinafter, such a state is referred to as “matrix mode”. On the other hand, the state in which the ion peak value is larger than that of the “matrix mode” and a high mass resolution can be obtained for the ions of the sample to be analyzed is referred to as a “sample molecule mode”.

パルスレーザ光のフルエンスが高いと、パルスレーザ光のショット毎に試料分子モードおよびマトリックスモードの何れかとなる。特に、フルエンスを高くしても1ショット当たりの発生イオン数が殆ど増加しなくなる飽和フルエンス領域では、マトリックスモードとなる頻度が高い。このような現象が生じるメカニズムは未だ解明されていない。   When the fluence of the pulse laser beam is high, either the sample molecule mode or the matrix mode is set for each shot of the pulse laser beam. In particular, in the saturated fluence region where the number of ions generated per shot hardly increases even when the fluence is increased, the frequency of the matrix mode is high. The mechanism by which this phenomenon occurs has not yet been elucidated.

以上のような事情から、従来の技術では、SN比および質量分解能の双方が高い質量スペクトルを短時間に得ることは困難であった。   From the above circumstances, it has been difficult to obtain a mass spectrum with high S / N ratio and mass resolution in a short time with the conventional technique.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、SN比および質量分解能の双方が高い質量スペクトルを短時間に得ることができる質量分析装置および質量分析方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a mass spectrometer and a mass spectrometry method capable of obtaining a mass spectrum having a high SN ratio and mass resolution in a short time. And

本発明の質量分析装置は、(1) 分析対象の試料とマトリックスとの混合物に照射すべきパルスレーザ光を出力するレーザ光源と、(2) パルスレーザ光が混合物に照射されることによって混合物から生じたイオンを電界によって加速させ飛行させる加速部と、(3) 加速部から飛行してきたイオンが到達する位置に設けられ、パルスレーザ光のショット毎に、当該イオン到達時刻分布を表す時間波形信号を出力するとともに、到達したイオン像の大きさを表すイオン像信号をも出力する検出部と、(4) パルスレーザ光のショット毎に、イオン像信号に基づいてイオン像の大きさが閾値より大きいか否かを判定し、イオン像が閾値より大きいと判定したときの時間波形信号を除外し、他の時間波形信号を積算して試料の質量スペクトルを求める処理部と、を備える。   The mass spectrometer of the present invention comprises: (1) a laser light source that outputs a pulsed laser beam to be irradiated to a mixture of a sample to be analyzed and a matrix; and (2) a pulsed laser beam is applied to the mixture to irradiate the mixture. An acceleration unit that accelerates and flies the generated ions by an electric field, and (3) a time waveform signal that represents the ion arrival time distribution for each shot of pulsed laser light, provided at a position where ions flying from the acceleration unit arrive And (4) for each shot of the pulsed laser beam, the size of the ion image is less than the threshold value based on the ion image signal. A processing unit for determining whether the ion image is larger than the threshold value, excluding the time waveform signal, and integrating the other time waveform signal to obtain the mass spectrum of the sample; Is provided.

本発明の質量分析方法は、(1) レーザ光源から出力されたパルスレーザ光を分析対象の試料とマトリックスとの混合物に照射する照射ステップと、(2) パルスレーザ光が混合物に照射されることによって混合物から生じたイオンを加速部において電界によって加速させ飛行させる加速ステップと、(3) 加速部から飛行してきたイオンが到達する位置に設けられた検出部により、パルスレーザ光のショット毎に、当該イオン到達時刻分布を表す時間波形信号を出力するとともに、到達したイオン像の大きさを表すイオン像信号をも出力する検出ステップと、(4) パルスレーザ光のショット毎に、イオン像信号に基づいてイオン像の大きさが閾値より大きいか否かを判定し、イオン像が閾値より大きいと判定したときの時間波形信号を除外し、他の時間波形信号を積算して試料の質量スペクトルを求める処理ステップと、を備える。   The mass spectrometric method of the present invention includes (1) an irradiation step of irradiating a mixture of a sample to be analyzed and a matrix with pulsed laser light output from a laser light source, and (2) irradiating the mixture with pulsed laser light. The acceleration step of accelerating and flying the ions generated from the mixture by an electric field in the acceleration unit, and (3) the detection unit provided at the position where the ions flying from the acceleration unit reach each shot of the pulse laser beam, A detection step for outputting a time waveform signal representing the ion arrival time distribution and also outputting an ion image signal representing the size of the reached ion image, and (4) an ion image signal for each shot of pulsed laser light. Based on this, it is determined whether the size of the ion image is larger than the threshold value, the time waveform signal when the ion image is determined to be larger than the threshold value is excluded, and the other time Processing steps for integrating the waveform signals to obtain the mass spectrum of the sample.

本発明の質量分析装置または質量分析方法では、検出部は、イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させるマイクロチャネルプレートと、マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けて第1信号を出力する第1アノード電極と、第1アノード電極とは別個に設けられマイクロチャネルプレートから出力される電子を受けて第2信号を出力する第2アノード電極と、を含み、第1信号および第2信号のうち一方を時間波形信号として出力し、他方をイオン像信号として出力するのが好適である。   In the mass spectrometer or the mass spectrometry method of the present invention, the detection unit generates a first signal by receiving electrons output from the microchannel plate and a microchannel plate that generates electrons and multiplies the electrons upon arrival of ions. A first anode electrode that outputs, and a second anode electrode that is provided separately from the first anode electrode and that receives electrons output from the microchannel plate and outputs a second signal. It is preferable to output one of the signals as a time waveform signal and the other as an ion image signal.

また、本発明の質量分析装置または質量分析方法では、検出部は、イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させるマイクロチャネルプレートと、マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けてイオン像に応じた蛍光像を形成するとともに時間波形信号を出力する蛍光板と、蛍光板に形成された蛍光像を撮像して得られた撮像データをイオン像信号として出力する撮像部と、を含むのも好適である。   Further, in the mass spectrometer or the mass spectrometry method of the present invention, the detection unit generates an electron upon arrival of ions and multiplies the electrons, and receives an electron output from the microchannel plate and receives an ion image. It is also preferable to include a fluorescent plate that forms a fluorescent image according to the time and outputs a time waveform signal, and an imaging unit that outputs imaging data obtained by imaging the fluorescent image formed on the fluorescent plate as an ion image signal It is.

本発明の質量分析装置では、処理部は、時間波形信号に基づいて、混合物に照射されるパルスレーザ光のフルエンスを制御するのが好適である。また、本発明の質量分析方法では、処理ステップにおいて、時間波形信号に基づいて、混合物に照射されるパルスレーザ光のフルエンスを制御するのが好適である。   In the mass spectrometer of the present invention, it is preferable that the processing unit controls the fluence of the pulsed laser light applied to the mixture based on the time waveform signal. In the mass spectrometry method of the present invention, it is preferable to control the fluence of the pulsed laser light irradiated to the mixture based on the time waveform signal in the processing step.

本発明によれば、SN比および質量分解能の双方が高い質量スペクトルを短時間に得ることができる。   According to the present invention, a mass spectrum having both a high SN ratio and a high mass resolution can be obtained in a short time.

図1は、質量分析装置1の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the mass spectrometer 1. 図2は、検出部50の第1構成例を示す図である。図2(a)は第1アノード電極71および第2アノード電極72の配置を示す。図2(b)は断面を示す。FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the detection unit 50. FIG. 2A shows the arrangement of the first anode electrode 71 and the second anode electrode 72. FIG. 2B shows a cross section. 図3は、時間波形信号の例を示す図である。図3(a)は、マトリックスモードのときの時間波形信号を示す。図3(b)は、試料分子モードのときの時間波形信号を示す。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a time waveform signal. FIG. 3A shows a time waveform signal in the matrix mode. FIG. 3B shows a time waveform signal in the sample molecule mode. 図4は、MCP70に到達するイオン像(MCP70から出力される電子像)の例を示す図である。図4(a)は、マトリックスモードのときのイオン像を示す。図4(b)は、試料分子モードのときのイオン像を示す。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an ion image reaching the MCP 70 (an electron image output from the MCP 70). FIG. 4A shows an ion image in the matrix mode. FIG. 4B shows an ion image in the sample molecule mode. 図5は、第1アノード電極71から出力される第1信号(時間波形信号)および第2アノード電極72から出力される第2信号(イオン像信号)それぞれの波形を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the waveforms of the first signal (time waveform signal) output from the first anode electrode 71 and the second signal (ion image signal) output from the second anode electrode 72. 図6は、検出部50の第2構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a second configuration example of the detection unit 50. 図7は、フルエンスの時間変化の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change in fluence over time. 図8は、フルエンスの時間変化の他の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the time variation of the fluence. 図9は、各照射スポットから得られる積算イオン数とフルエンスとの間の関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the cumulative number of ions obtained from each irradiation spot and the fluence. 図10は、各照射スポットから得られる1ショット当たりのイオン数とショット回数との間の関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the number of ions per shot obtained from each irradiation spot and the number of shots. 図11は、各照射スポットから得られる積算イオン数を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the cumulative number of ions obtained from each irradiation spot. 図12は、質量分析装置1Aの構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the mass spectrometer 1A. 図13は、フルエンスの時間変化の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a change in fluence over time.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The present invention is not limited to these exemplifications, but is defined by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

図1は、質量分析装置1の構成を示す図である。質量分析装置1は、レーザ光源10、強度調整部20、TOFチューブ30、試料台駆動部40、検出部50および処理部60を備える。分析対象の試料とマトリックスとの混合物は、TOFチューブ30内の試料台31に置かれる。   FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the mass spectrometer 1. The mass spectrometer 1 includes a laser light source 10, an intensity adjustment unit 20, a TOF tube 30, a sample stage drive unit 40, a detection unit 50, and a processing unit 60. The mixture of the sample to be analyzed and the matrix is placed on the sample stage 31 in the TOF tube 30.

レーザ光源10は、試料台31に置かれた混合物に照射すべきパルスレーザ光を出力する。例えば、レーザ光源10は、波長337nmのパルスレーザ光を出力する窒素レーザ光源である。強度調整部20は、レーザ光源10から出力されたパルスレーザ光を入力し、そのパルスレーザ光の強度を調整して出力する。強度調整部20は、例えば、入力電圧に応じて光強度を変調することができる音響光学素子(Acousto-Optic Modulator、AOM)またはNDフィルタを含んで構成される。   The laser light source 10 outputs pulsed laser light to be irradiated on the mixture placed on the sample stage 31. For example, the laser light source 10 is a nitrogen laser light source that outputs pulsed laser light having a wavelength of 337 nm. The intensity adjusting unit 20 receives the pulse laser beam output from the laser light source 10 and adjusts and outputs the intensity of the pulse laser beam. The intensity adjusting unit 20 includes, for example, an acousto-optic modulator (Acousto-Optic Modulator, AOM) or an ND filter that can modulate the light intensity according to the input voltage.

ミラーMは、強度調整部20から出力されたパルスレーザ光を反射させて、そのパルスレーザ光を試料台31に置かれた混合物に照射する。ミラーMは、パルスレーザ光を混合物に集光照射する軸外し放物面鏡であってもよい。或いは、パルスレーザ光を混合物に集光照射する集光レンズが光路上に設けられてもよい。   The mirror M reflects the pulsed laser beam output from the intensity adjusting unit 20 and irradiates the mixture placed on the sample stage 31 with the pulsed laser beam. The mirror M may be an off-axis parabolic mirror that focuses and irradiates the mixture with pulsed laser light. Alternatively, a condensing lens for condensing and irradiating the mixture with pulsed laser light may be provided on the optical path.

TOFチューブ30内には試料台31に対向して引き出し電極32が設けられている。試料台31と引き出し電極32との間に電圧が印加される。このような電圧が印加された試料台31および引き出し電極32は、パルスレーザ光が混合物に照射されることによって混合物から生じたイオンを電界によって加速させ飛行させる加速部として作用する。試料台駆動部40は、試料台31を移動させることができ、これにより混合物におけるパルスレーザ光照射位置を走査することができる。   An extraction electrode 32 is provided in the TOF tube 30 so as to face the sample table 31. A voltage is applied between the sample stage 31 and the extraction electrode 32. The sample stage 31 and the extraction electrode 32 to which such a voltage is applied function as an accelerating unit that accelerates and flies ions generated from the mixture by an electric field when the mixture is irradiated with pulsed laser light. The sample stage drive unit 40 can move the sample stage 31, thereby scanning the pulse laser light irradiation position in the mixture.

検出部50は、加速部から飛行してきたイオンが到達する位置に設けられる。検出部50は、パルスレーザ光のショット毎に、当該イオン到達時刻分布を表す時間波形信号を出力するとともに、到達したイオン像の大きさを表すイオン像信号をも出力する。検出部50の構成例については後述する。   The detection part 50 is provided in the position where the ion which flew from the acceleration part arrives. The detection unit 50 outputs a time waveform signal representing the ion arrival time distribution for each shot of the pulse laser light and also outputs an ion image signal representing the size of the reached ion image. A configuration example of the detection unit 50 will be described later.

処理部60は、検出部50から出力された時間波形信号およびイオン像信号を入力する。処理部60は、パルスレーザ光のショット毎に、イオン像信号に基づいてイオン像の大きさが閾値より大きいか否かを判定する。そして、処理部60は、イオン像が閾値より大きいと判定したときの時間波形信号を除外し、他の時間波形信号を積算して試料の質量スペクトルを求める。   The processing unit 60 inputs the time waveform signal and the ion image signal output from the detection unit 50. The processing unit 60 determines whether or not the size of the ion image is larger than the threshold based on the ion image signal for each shot of pulsed laser light. Then, the processing unit 60 excludes the time waveform signal when it is determined that the ion image is larger than the threshold value, and integrates other time waveform signals to obtain the mass spectrum of the sample.

処理部60は、強度調整部20によるパルスレーザ光の強度調整を制御する。また、処理部60は、試料台駆動部40による混合物におけるパルスレーザ光照射位置の1次元状または2次元状の走査を制御する。処理部60は、分析条件、分析開始指示、分析終了指示などの入力を受け付ける入力部を有する。また、処理部60は、分析結果などを表示する表示部を有する。例えば、処理部60は、入力部としてのキーボード等および表示部としてのディスプレイを有するコンピュータである。   The processing unit 60 controls the intensity adjustment of the pulse laser beam by the intensity adjusting unit 20. Further, the processing unit 60 controls one-dimensional or two-dimensional scanning of the pulse laser light irradiation position in the mixture by the sample stage driving unit 40. The processing unit 60 includes an input unit that receives inputs such as analysis conditions, an analysis start instruction, and an analysis end instruction. The processing unit 60 includes a display unit that displays analysis results and the like. For example, the processing unit 60 is a computer having a keyboard or the like as an input unit and a display as a display unit.

この質量分析装置1を用いた質量分析方法は以下のとおりである。レーザ光源10から出力されたパルスレーザ光は、強度調整部20により強度が調整され、試料台31に置かれた混合物に照射される(照射ステップ)。パルスレーザ光が混合物に照射されることによって混合物から生じたイオンは、試料台31と引き出し電極32とからなる加速部において電界によって加速されて飛行する(加速ステップ)。加速部から飛行してきたイオンが検出部50に到達すると、その検出部50から、パルスレーザ光のショット毎に、当該イオン到達時刻分布を表す時間波形信号が出力されるとともに、到達したイオン像の大きさを表すイオン像信号も出力される(検出ステップ)。   The mass spectrometry method using this mass spectrometer 1 is as follows. The intensity of the pulse laser beam output from the laser light source 10 is adjusted by the intensity adjusting unit 20 and irradiated to the mixture placed on the sample stage 31 (irradiation step). Ions generated from the mixture by irradiating the mixture with pulsed laser light are accelerated by an electric field in an accelerating portion composed of the sample stage 31 and the extraction electrode 32 (acceleration step). When the ions flying from the acceleration unit reach the detection unit 50, the detection unit 50 outputs a time waveform signal representing the ion arrival time distribution for each shot of the pulsed laser light, and the ion image of the reached ion image An ion image signal representing the magnitude is also output (detection step).

そして、処理部60により、パルスレーザ光のショット毎に、イオン像信号に基づいてイオン像の大きさが閾値より大きいか否かが判定され、イオン像が閾値以下であると判定されたときの時間波形信号が積算されて、試料の質量スペクトルが求められる(処理ステップ)。また、試料台駆動部40による混合物におけるパルスレーザ光照射位置の走査により、混合物の各位置における試料の質量スペクトルが求められ得る。   Then, for each shot of pulsed laser light, the processing unit 60 determines whether or not the size of the ion image is larger than the threshold based on the ion image signal, and when the ion image is determined to be equal to or less than the threshold. The time waveform signals are integrated to obtain the mass spectrum of the sample (processing step). Moreover, the mass spectrum of the sample at each position of the mixture can be obtained by scanning the irradiation position of the pulse laser beam in the mixture by the sample stage driving unit 40.

図2は、検出部50の第1構成例を示す図である。図2(a)は第1アノード電極71および第2アノード電極72の配置を示す。図2(b)は断面を示す。第1構成例の検出部50Aは、マイクロチャネルプレート(Micro-Channel Plate、MCP)70、第1アノード電極71および第2アノード電極72を含む。   FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the detection unit 50. FIG. 2A shows the arrangement of the first anode electrode 71 and the second anode electrode 72. FIG. 2B shows a cross section. The detection unit 50A of the first configuration example includes a micro-channel plate (MCP) 70, a first anode electrode 71, and a second anode electrode 72.

MCP70は、イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させる。MCP70は、多数のガラスキャピラリ(チャネル)が束ねられた板状構造を有する。各チャネルは、内径が数μm〜20μmであり、内壁を抵抗体および二次電子放出体とするものである。板状構造のMCP70の一方の面にイオンが到達してチャネル内に入射し、そのイオンがチャネルの内壁に衝突すると、そこから電子が放出される。その電子が更にチャネルの内壁に衝突すると、二次電子が放出される。このように各チャネルは電子増倍機能を有する。板状構造のMCP70の一方の面に到達したイオン像は、MCP70の他方の面から電子像として出力される。   The MCP 70 generates electrons upon arrival of ions and multiplies the electrons. The MCP 70 has a plate-like structure in which a large number of glass capillaries (channels) are bundled. Each channel has an inner diameter of several μm to 20 μm, and has an inner wall as a resistor and a secondary electron emitter. When ions reach one surface of the MCP 70 having a plate-like structure and enter the channel, and the ions collide with the inner wall of the channel, electrons are emitted therefrom. When the electrons further collide with the inner wall of the channel, secondary electrons are emitted. Thus, each channel has an electron multiplying function. The ion image that has reached one surface of the MCP 70 having a plate-like structure is output as an electronic image from the other surface of the MCP 70.

第1アノード電極71および第2アノード電極72は、MCP70の電子像出力側に互いに別個に設けられている。第1アノード電極71は、MCP70から出力される電子を受けて第1信号を出力する。第2アノード電極72は、MCP70から出力される電子を受けて第2信号を出力する。検出部50Aは、第1信号および第2信号のうち一方を時間波形信号として出力し、他方をイオン像信号として出力する。処理部60は、これら第1信号および第2信号を入力する。   The first anode electrode 71 and the second anode electrode 72 are separately provided on the electronic image output side of the MCP 70. The first anode electrode 71 receives electrons output from the MCP 70 and outputs a first signal. The second anode electrode 72 receives electrons output from the MCP 70 and outputs a second signal. The detection unit 50A outputs one of the first signal and the second signal as a time waveform signal, and outputs the other as an ion image signal. The processing unit 60 inputs the first signal and the second signal.

第1アノード電極71および第2アノード電極72は、図2(a)に示されるような配置とされるのが好適である。すなわち、円形板状の第1アノード電極71を囲むように、リング型板状の第2アノード電極72が配置されているのが好ましい。この場合、第1アノード電極71から出力される第1信号が時間波形信号となり、第2アノード電極72から出力される第2信号がイオン像信号となる。このことについて、図3および図4を用いて説明する。   The first anode electrode 71 and the second anode electrode 72 are preferably arranged as shown in FIG. That is, it is preferable that the ring-shaped plate-shaped second anode electrode 72 is disposed so as to surround the circular plate-shaped first anode electrode 71. In this case, the first signal output from the first anode electrode 71 is a time waveform signal, and the second signal output from the second anode electrode 72 is an ion image signal. This will be described with reference to FIGS.

図3は、時間波形信号の例を示す図である。図3(a)は、マトリックスモードのときの時間波形信号を示す。図3(b)は、試料分子モードのときの時間波形信号を示す。各図において、下部の波形は、上部の波形の一部(分析対象の試料分子の質量付近)を拡大したものである。マトリックスモードのときの時間波形信号(図3(a))では、マトリックスのイオンのピーク値が大きい一方で、分析対象の試料のイオンのピーク値が小さく、また、試料イオンのピークの半値全幅が大きいので、質量分解能が低い。これに対して、試料分子モードのときの時間波形信号(図3(b))では、マトリックスのイオンのピーク値が小さい一方で、分析対象の試料のイオンのピーク値が大きく、また、試料イオンのピークの半値全幅が小さいので、質量分解能が高い。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a time waveform signal. FIG. 3A shows a time waveform signal in the matrix mode. FIG. 3B shows a time waveform signal in the sample molecule mode. In each figure, the lower waveform is an enlarged part of the upper waveform (near the mass of the sample molecule to be analyzed). In the time waveform signal in the matrix mode (FIG. 3A), the peak value of the ion of the matrix is large, the peak value of the ion of the sample to be analyzed is small, and the full width at half maximum of the peak of the sample ion is Since it is large, the mass resolution is low. On the other hand, in the time waveform signal in the sample molecule mode (FIG. 3B), the peak value of the ion of the matrix is small while the peak value of the ion of the sample to be analyzed is large. Since the full width at half maximum of the peak is small, the mass resolution is high.

図4は、MCP70に到達するイオン像(MCP70から出力される電子像)の例を示す図である。図4(a)は、マトリックスモードのときのイオン像を示す。図4(b)は、試料分子モードのときのイオン像を示す。両イオン像の大きさを対比すると、マトリックスモードのときのイオン像(図4(a))は、試料分子モードのときのイオン像(図4(b))より大きい。また、マトリックスモードおよび試料分子モードの何れの場合においても、マトリックスイオンおよび分析対象の試料イオンの双方を含む全イオンの像と、分析対象の試料イオンの像とは、互いに略同じ大きさである。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an ion image reaching the MCP 70 (an electron image output from the MCP 70). FIG. 4A shows an ion image in the matrix mode. FIG. 4B shows an ion image in the sample molecule mode. Comparing the sizes of both ion images, the ion image in the matrix mode (FIG. 4A) is larger than the ion image in the sample molecule mode (FIG. 4B). In both the matrix mode and the sample molecule mode, the image of all ions including both the matrix ions and the sample ions to be analyzed and the image of the sample ions to be analyzed are substantially the same size. .

本実施形態では、このことを利用して、イオン像の大きさに基づいて、マトリックスモードおよび試料分子モードの何れであるかを判定する。図2に示される構成では、試料分子モードのときと比べて、マトリックスモードのときに、第2アノード電極72から出力される第2信号(イオン像信号)の値が大きくなる。したがって、処理部60は、この第2信号の値が或る閾値より大きい場合に、マトリックスモードであると判定することができる。この閾値は値0でもよい。処理部60は、第2信号の値が閾値以下である場合に、試料分子モードであると判定して、第1アノード電極71から出力される第1信号(時間波形信号)を積算し、試料の質量スペクトルを求める。   In the present embodiment, this is utilized to determine whether the mode is the matrix mode or the sample molecule mode based on the size of the ion image. In the configuration shown in FIG. 2, the value of the second signal (ion image signal) output from the second anode electrode 72 is larger in the matrix mode than in the sample molecule mode. Therefore, the processing unit 60 can determine that the mode is the matrix mode when the value of the second signal is larger than a certain threshold value. This threshold may be 0. When the value of the second signal is less than or equal to the threshold value, the processing unit 60 determines that the sample molecule mode is in effect, integrates the first signal (time waveform signal) output from the first anode electrode 71, and Is obtained.

図5は、第1アノード電極71から出力される第1信号(時間波形信号)および第2アノード電極72から出力される第2信号(イオン像信号)それぞれの波形を説明する図である。この図には、パルスレーザ光の3ショット分の第1信号(時間波形信号)および第2信号(イオン像信号)が示されている。この図に模式的に示される例では、ショットNo.2は、第2信号(イオン像信号)の値が大きいので、マトリックスモードであると判定される。これに対して、ショットNo.1およびショットNo.3は、第2信号(イオン像信号)の値が小さいので、試料分子モードであると判定されて、第1信号(時間波形信号)が積算される。   FIG. 5 is a diagram illustrating the waveforms of the first signal (time waveform signal) output from the first anode electrode 71 and the second signal (ion image signal) output from the second anode electrode 72. This figure shows a first signal (time waveform signal) and a second signal (ion image signal) for three shots of pulsed laser light. In the example schematically shown in this figure, shot No. 2 is determined to be in the matrix mode because the value of the second signal (ion image signal) is large. In contrast, shot No. 1 and shot No. 3 are determined to be in the sample molecule mode because the value of the second signal (ion image signal) is small, and the first signal (time waveform signal) is integrated. Is done.

なお、第1アノード電極71および第2アノード電極72の形状および配置は、図2に示されたものに限られない。第1アノード電極71から出力される第1信号および第2アノード電極72から出力される第2信号のうち、少なくとも一方からイオン像の大きさが判定され、少なくとも他方から時間波形信号が得られればよく、その限りにおいて、第1アノード電極71および第2アノード電極72の形状および配置は任意である。第1信号および第2信号それぞれの値の差または比に基づいて、イオン像の大きさを判定して、マトリックスモードおよび試料分子モードの何れであるかを判定してもよい。また、第1信号および第2信号の和を時間波形信号としてもよい。   Note that the shape and arrangement of the first anode electrode 71 and the second anode electrode 72 are not limited to those shown in FIG. If the size of the ion image is determined from at least one of the first signal output from the first anode electrode 71 and the second signal output from the second anode electrode 72, and a time waveform signal is obtained from at least the other As long as that is the case, the shape and arrangement of the first anode electrode 71 and the second anode electrode 72 are arbitrary. Based on the difference or ratio between the values of the first signal and the second signal, the size of the ion image may be determined to determine whether the mode is the matrix mode or the sample molecule mode. The sum of the first signal and the second signal may be a time waveform signal.

検出部50は他の構成を有するものであってもよい。図6は、検出部50の第2構成例を示す図である。第2構成例の検出部50Bは、MCP70、蛍光板73、撮像部74、抵抗器75、定電圧源76およびコンデンサ77を含む。   The detection unit 50 may have other configurations. FIG. 6 is a diagram illustrating a second configuration example of the detection unit 50. The detection unit 50B of the second configuration example includes an MCP 70, a fluorescent plate 73, an imaging unit 74, a resistor 75, a constant voltage source 76, and a capacitor 77.

蛍光板73は、MCP70の電子像出力側に設けられている。蛍光板73は、抵抗器75を介して定電圧源76と接続されており、一定の電圧が与えられている。また、蛍光板73は、コンデンサ77を介して処理部60と接続されている。蛍光板73は、MCP70から出力される電子を受けてイオン像に応じた蛍光像を形成するとともに、コンデンサ77を介して処理部60へ時間波形信号を出力する。   The fluorescent plate 73 is provided on the electronic image output side of the MCP 70. The fluorescent plate 73 is connected to a constant voltage source 76 via a resistor 75, and given a constant voltage. The fluorescent plate 73 is connected to the processing unit 60 via a capacitor 77. The fluorescent plate 73 receives the electrons output from the MCP 70 and forms a fluorescent image corresponding to the ion image, and outputs a time waveform signal to the processing unit 60 via the capacitor 77.

撮像部74は、蛍光板73に形成された蛍光像を撮像して得られた撮像データをイオン像信号として出力する。撮像部74は、例えばCCDカメラまたはCMOSカメラである。撮像部74は、蛍光板73に形成された蛍光像を結像光学系により撮像素子に結像して撮像する。   The imaging unit 74 outputs imaging data obtained by imaging a fluorescent image formed on the fluorescent plate 73 as an ion image signal. The imaging unit 74 is, for example, a CCD camera or a CMOS camera. The imaging unit 74 images the fluorescent image formed on the fluorescent plate 73 by forming an image on an imaging device using an imaging optical system.

撮像部74は、複数の画素が2次元配列された撮像素子(エリアセンサ)を有して2次元画像データを出力するものであってもよい。この場合、処理部60は、この2次元画像データを解析することでイオン像の大きさを判定することができる。   The imaging unit 74 may have an imaging element (area sensor) in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged and output two-dimensional image data. In this case, the processing unit 60 can determine the size of the ion image by analyzing the two-dimensional image data.

また、撮像部74は、浜松ホトニクス社製の2次元射影データ取得用高速フレームレートセンサ(プロファイルセンサ)S9132を受光素子として有するものであってもよい。このプロファイルセンサは、受光素子上のX方向およびY方向それぞれの射影データの取得に特化した高性能CMOSエリアセンサである。X方向およびY方向それぞれの射影プロファイルはデータ量が小さいので、通常のエリアセンサに比べてスポット光の高速な位置および大きさの検出が可能である。この場合、処理部60は、これらX方向およびY方向それぞれの射影プロファイルを解析することでイオン像の大きさを判定することができる。   The imaging unit 74 may include a high-speed frame rate sensor (profile sensor) S9132 for obtaining two-dimensional projection data manufactured by Hamamatsu Photonics as a light receiving element. This profile sensor is a high-performance CMOS area sensor specialized for acquiring projection data in the X and Y directions on the light receiving element. Since the projection profile in each of the X direction and the Y direction has a small amount of data, it is possible to detect the position and size of the spot light at a higher speed than a normal area sensor. In this case, the processing unit 60 can determine the size of the ion image by analyzing the projection profiles in the X direction and the Y direction.

本実施形態では、パルスレーザ光のフルエンスを高くして1ショット当たりに発生するイオンの個数を多くした場合(すなわち、マトリックスモードになり易い場合)であっても、質量分解能の低下をもたらすマトリックスモードのときの時間波形信号を除外する一方で、質量分解能が高い試料分子モードのときの時間波形信号を積算することができる。したがって、SN比および質量分解能の双方が高い質量スペクトルを短時間に得ることができる。本実施形態は、イオン発生閾値に近い低いフルエンス領域(マトリックスモードになる頻度が低い領域)にも適用が可能である。   In the present embodiment, even when the fluence of the pulse laser beam is increased to increase the number of ions generated per shot (that is, when the matrix mode is likely to be generated), the matrix mode causes a decrease in mass resolution. While excluding the time waveform signal at the time of, the time waveform signal at the time of the sample molecule mode with high mass resolution can be integrated. Therefore, a mass spectrum having both a high S / N ratio and mass resolution can be obtained in a short time. The present embodiment can also be applied to a low fluence region (region where the frequency of becoming a matrix mode is low) close to the ion generation threshold.

次に、フルエンスの制御について説明する。本実施形態では、試料に照射するパルスレーザ光の各ショットのフルエンスを一定としてもよいが、各照射位置について各ショットのフルエンスを強度調整部20により変化させてもよい。   Next, fluence control will be described. In the present embodiment, the fluence of each shot of the pulsed laser light applied to the sample may be constant, but the fluence of each shot may be changed by the intensity adjusting unit 20 for each irradiation position.

強度調整部20がAOMを含む場合、処理部60は、AOMに与える電圧を変化させることでフルエンスを調整することができる。AOMは、TTLレベルの電圧で例えば0〜1Vの時間波形が入力されると、その時間波形に応じて出力光の強度を変調することができる。パルスレーザ光の繰り返し周波数が10kHzであるとすると、ショット間隔は100μsとなる。このパルスレーザ光をAOMに通過させ、予め用意されたパターンの制御用信号をAOMに入力することで、フルエンスを制御することができる。例えば、各々の照射スポットに対し100ショット照射し、試料台駆動部40による次の照射スポットへの移動時間が100msとした場合、フルエンスの時間波形の一例は図7のようになる。図7は、フルエンスの時間変化の一例を示す図である。照射スポット位置を変更するのに要する期間(100ms)には、AOMへの入力電圧を0に設定して、パルスレーザ光が混合物に照射されないようにする。AOMへの制御用信号のパターンを複数準備しておいて、試料または測定条件毎に最適なパターンを選択するようにしてもよい。   When the intensity adjustment unit 20 includes an AOM, the processing unit 60 can adjust the fluence by changing the voltage applied to the AOM. When a time waveform of 0 to 1 V, for example, is input at a voltage of a TTL level, the AOM can modulate the intensity of output light according to the time waveform. If the repetition frequency of the pulsed laser beam is 10 kHz, the shot interval is 100 μs. The fluence can be controlled by allowing the pulse laser beam to pass through the AOM and inputting a control signal of a pattern prepared in advance into the AOM. For example, when 100 shots are irradiated to each irradiation spot and the movement time to the next irradiation spot by the sample stage driving unit 40 is 100 ms, an example of a fluence time waveform is as shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change in fluence over time. During the period (100 ms) required to change the irradiation spot position, the input voltage to the AOM is set to 0 so that the pulse laser beam is not irradiated onto the mixture. A plurality of control signal patterns for the AOM may be prepared, and an optimum pattern may be selected for each sample or measurement condition.

強度調整部20がAOMを含む場合、処理部60は、時間波形信号に基づいてAOMへの入力電圧を調整して、混合物に照射されるパルスレーザ光のフルエンスをフィードバック制御するのも好適である。例えば、処理部60は、繰り返し周波数10kHzのパルスレーザ光(1秒間に1万ショット)により検出部50から出力された時間波形信号を100ショット(10ms)毎に積算し、その積算結果に基づいて、フィードバックを掛けたい分析対象イオンのピーク強度を求める。この積算に際して、マトリックスモードの時間波形信号を除外する。処理部60は、その求めた分析対象イオンのピーク強度が目標ピーク強度となるように、AOMへの入力電圧を調整してフルエンスを制御する。繰り返し周波数10kHzのパルスレーザ光を各々の照射スポットに対して1000ショット照射するとともに、フルエンスのフィードバック制御を行う場合、フルエンスの時間波形の一例は図8のようになる。図8は、フルエンスの時間変化の一例を示す図である。この場合、10ms毎に、計10回フルエンスの値が更新される。   When the intensity adjustment unit 20 includes an AOM, the processing unit 60 is also preferably configured to adjust the input voltage to the AOM based on the time waveform signal and feedback control the fluence of the pulsed laser light irradiated to the mixture. . For example, the processing unit 60 integrates the time waveform signal output from the detection unit 50 with pulse laser light (10,000 shots per second) with a repetition frequency of 10 kHz every 100 shots (10 ms), and based on the integration result Then, the peak intensity of the analysis target ion to be fed back is obtained. In this integration, the matrix mode time waveform signal is excluded. The processing unit 60 controls the fluence by adjusting the input voltage to the AOM so that the obtained peak intensity of the analysis target ion becomes the target peak intensity. FIG. 8 shows an example of a fluence time waveform when irradiating 1000 shots of pulse laser light with a repetition frequency of 10 kHz to each irradiation spot and performing fluence feedback control. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a change in fluence over time. In this case, the fluence value is updated 10 times in total every 10 ms.

図9は、各照射スポットから得られる積算イオン数とフルエンスとの間の関係を示すグラフである。ここでは、分析対象の試料としてペプチド試料であるブラジキニン(bradykinin)50pmol/μLを用い、マトリックスとしてα-CHCA(α-Cyano-4-hydroxycinnamic Acid)を用いた。また、レーザ光源10として出力波長355nmで繰り返し周波数20Hzのものを用いた。混合物における照射スポットの大きさは147μm×275μmであった。この図に示されるように、フルエンスが小さい領域では、フルエンスを大きくすれば、それに応じて積算イオン数は増加する。しかし、フルエンスが大きい領域(飽和フルエンス領域)では、フルエンスを大きくしても、それに応じた積算イオン数の増加が認められなくなる。この図に示される例では、フルエンスが大凡30J/mを越えると飽和フルエンス領域となる。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the cumulative number of ions obtained from each irradiation spot and the fluence. Here, bradykinin 50 pmol / μL, which is a peptide sample, was used as a sample to be analyzed, and α-CHCA (α-Cyano-4-hydroxycinnamic Acid) was used as a matrix. Further, a laser light source 10 having an output wavelength of 355 nm and a repetition frequency of 20 Hz was used. The size of the irradiation spot in the mixture was 147 μm × 275 μm. As shown in this figure, in a region where the fluence is small, if the fluence is increased, the number of integrated ions increases accordingly. However, in a region where the fluence is large (saturated fluence region), even if the fluence is increased, an increase in the number of integrated ions corresponding thereto is not recognized. In the example shown in this figure, when the fluence exceeds approximately 30 J / m 2 , the saturation fluence region is reached.

本実施形態の質量分析装置1および質量分析方法は、イオン発生閾値に近い低いフルエンス領域においても適用することができ、また、飽和フルエンス領域においても適用することができる。特に後者の場合において、本実施形態では、SN比および質量分解能の双方が高い質量スペクトルを短時間に得ることができる。   The mass spectrometer 1 and the mass spectrometry method of the present embodiment can be applied even in a low fluence region close to the ion generation threshold, and can also be applied in a saturated fluence region. Particularly in the latter case, in the present embodiment, a mass spectrum having both a high SN ratio and a high mass resolution can be obtained in a short time.

図10は、各照射スポットから得られる1ショット当たりのイオン数とショット回数との間の関係を示すグラフである。この図には、試料に照射するパルスレーザ光の各ショットのフルエンスを調整せず一定とした場合と、各ショットのフルエンスをフィードバック制御した場合と、が示されている。測定条件は、図9の条件と同様である。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between the number of ions per shot obtained from each irradiation spot and the number of shots. This figure shows the case where the fluence of each shot of the pulsed laser light applied to the sample is not adjusted and the case where the fluence of each shot is feedback controlled. The measurement conditions are the same as the conditions in FIG.

この図に示されるように、試料に照射するパルスレーザ光の各ショットのフルエンスを調整せず28J/mで一定とした場合、ショット回数が少ないときにはショット回数の増加に従って1ショット当たりのイオン数が増加していくこともあるが、或るショット回数を越えるとショット回数の増加に従って1ショット当たりのイオン数が減少していく。 As shown in this figure, when the fluence of each shot of the pulsed laser light applied to the sample is not adjusted and is constant at 28 J / m 2 , the number of ions per shot increases as the number of shots increases when the number of shots is small However, when the number of shots is exceeded, the number of ions per shot decreases as the number of shots increases.

一方、各ショットのフルエンスを初期値28J/mから始めてフィードバック制御した場合、ショット回数が増加しても、1ショット当たりのイオン数の減少が抑制されている。このように、飽和フルエンス領域またはこれに近い領域であっても、SN比および質量分解能の双方が高い質量スペクトルを短時間に得ることができる。 On the other hand, when feedback control is performed for the fluence of each shot starting from the initial value of 28 J / m 2 , a decrease in the number of ions per shot is suppressed even if the number of shots increases. Thus, even in the saturated fluence region or a region close thereto, a mass spectrum having both a high S / N ratio and mass resolution can be obtained in a short time.

図11は、各照射スポットから得られる積算イオン数を示すグラフである。この図には、試料に照射するパルスレーザ光の各ショットのフルエンスを調整せず初期値のまま一定とした場合と、各ショットのフルエンスを初期値から始めてフィードバック制御した場合と、が示されている。初期値は、28J/m、42.9J/m、61.8J/m、102.4J/m の各値とした。他の測定条件は、図9の条件と同様である。この図に示されるように、各ショットのフルエンスを調整せず初期値のまま一定とした場合に対し、各ショットのフルエンスを初期値から始めてフィードバック制御した場合には、積算イオン数は1.6倍〜2.5倍も増加した。 FIG. 11 is a graph showing the cumulative number of ions obtained from each irradiation spot. This figure shows the case where the fluence of each shot of the pulsed laser light applied to the sample is not adjusted and the initial value is kept constant, and the case where the fluence of each shot is feedback controlled starting from the initial value. Yes. The initial values were 28 J / m 2 , 42.9 J / m 2 , 61.8 J / m 2 , and 102.4 J / m 2 . Other measurement conditions are the same as those in FIG. As shown in this figure, when the fluence of each shot is not adjusted and the initial value is kept constant, but when the fluence of each shot is feedback controlled starting from the initial value, the total number of ions is 1.6. It increased by a factor of 2.5 to 2.5.

各ショットのフルエンスを初期値から始めてフィードバック制御する場合、そのフルエンスの初期値は、イオン発生閾値に近い低いフルエンス領域の値であってもよいし、飽和フルエンス領域またはこれに近い領域の値であってもよい。フルエンス初期値は、最大イオン強度が得られるフルエンスに対し50%〜90%の範囲にある値であってもよい。フルエンス初期値は、飽和フルエンス領域より幾らか小さい値であるのが好ましい。   When feedback control of the fluence of each shot is started from the initial value, the initial value of the fluence may be a value of a low fluence region close to the ion generation threshold, or a value of a saturation fluence region or a region close thereto. May be. The fluence initial value may be a value in the range of 50% to 90% with respect to the fluence at which the maximum ionic strength is obtained. The initial fluence value is preferably somewhat smaller than the saturated fluence region.

次に、他の実施形態について説明する。図12は、質量分析装置1Aの構成を示す図である。この図12に示される質量分析装置1Aは、図1に示された構成において強度調整部20に替えて強度調整部20Aを備える。強度調整部20Aは、第1回転NDフィルタ21、第2回転NDフィルタ22およびシャッタ23を含む。これらの配置順は任意である。   Next, another embodiment will be described. FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the mass spectrometer 1A. A mass spectrometer 1A shown in FIG. 12 includes an intensity adjusting unit 20A instead of the intensity adjusting unit 20 in the configuration shown in FIG. The intensity adjustment unit 20 </ b> A includes a first rotation ND filter 21, a second rotation ND filter 22, and a shutter 23. These arrangement orders are arbitrary.

第1回転NDフィルタ21および第2回転NDフィルタ22それぞれは、回転自在な円盤形状であって、周方向に沿った透過率分布を有し、その回転方位に応じた透過率でパルスレーザ光を透過させることができる。シャッタ23は、パルスレーザ光の通過/遮断を選択することができる。したがって、強度調整部20Aは、シャッタ23がオフ(遮断)状態であるときはフルエンスを値0に設定することができ、シャッタ23がオン(通過)状態であるときは第1回転NDフィルタ21および第2回転NDフィルタ22それぞれの透過率の積に応じたフルエンスを設定することができる。   Each of the first rotating ND filter 21 and the second rotating ND filter 22 has a rotatable disk shape, has a transmittance distribution along the circumferential direction, and emits a pulse laser beam with a transmittance according to the rotation direction. Can be transmitted. The shutter 23 can select whether to pass or block the pulse laser beam. Therefore, the intensity adjusting unit 20A can set the fluence to a value of 0 when the shutter 23 is in the off (blocking) state, and the first rotating ND filter 21 and the shutter 23 when the shutter 23 is in the on (passing) state. A fluence can be set in accordance with the product of the transmittance of each of the second rotary ND filters 22.

図13は、強度調整部20Aを備える構成におけるフルエンスの時間変化の一例を示す図である。パルスレーザ光の繰り返し周波数が10kHzであるとすると、ショット間隔は100μsとなる。各照射スポットに1000ショットのパルスレーザ光を照射する場合、100msの測定期間に亘ってシャッタ23はオン状態とされる。照射スポットを移動させる期間が100msである場合、この100msの移動期間に亘ってシャッタ23はオフ状態とされる。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a change in the fluence over time in the configuration including the strength adjustment unit 20A. If the repetition frequency of the pulsed laser beam is 10 kHz, the shot interval is 100 μs. When each shot spot is irradiated with 1000 shots of pulsed laser light, the shutter 23 is turned on for a measurement period of 100 ms. When the period during which the irradiation spot is moved is 100 ms, the shutter 23 is turned off over the movement period of 100 ms.

第2回転NDフィルタ22は、この100msの測定期間に1回転するように、処理部60により回転が制御される。第2回転NDフィルタ22は、シャッタ23がオン状態である100msの測定期間に1回転することで、その期間におけるフルエンスの時間変化を所望のパターンとすることができる。フルエンスは、シャッタ23がオン状態に転じた直後の初期値から次第に増加してくのが好ましい。また、第1回転NDフィルタ21は、フルエンス初期値を変更する場合に用いられる。   The rotation of the second rotating ND filter 22 is controlled by the processing unit 60 so as to rotate once in the measurement period of 100 ms. The second rotation ND filter 22 can make a change in fluence over time in a desired pattern by making one rotation in a measurement period of 100 ms in which the shutter 23 is in an on state. It is preferable that the fluence gradually increases from the initial value immediately after the shutter 23 is turned on. The first rotation ND filter 21 is used when changing the fluence initial value.

1,1A…質量分析装置、10…レーザ光源、20,20A…強度調整部、21…第1回転NDフィルタ、22…第2回転NDフィルタ、23…シャッタ、30…TOFチューブ、31…試料台、32…引き出し電極、40…試料台駆動部、50,50A,50B…検出部、60…処理部、70…マイクロチャネルプレート(MCP)、71…第1アノード電極、72…第2アノード電極、73…蛍光板、74…撮像部、75…抵抗器、76…定電圧源、77…コンデンサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Mass spectrometer, 10 ... Laser light source, 20, 20A ... Intensity adjustment part, 21 ... 1st rotation ND filter, 22 ... 2nd rotation ND filter, 23 ... Shutter, 30 ... TOF tube, 31 ... Sample stand 32 ... extraction electrode, 40 ... sample stage drive unit, 50, 50A, 50B ... detection unit, 60 ... processing unit, 70 ... microchannel plate (MCP), 71 ... first anode electrode, 72 ... second anode electrode, 73: fluorescent plate, 74: imaging unit, 75: resistor, 76: constant voltage source, 77: capacitor.

Claims (8)

分析対象の試料とマトリックスとの混合物に照射すべきパルスレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記パルスレーザ光が前記混合物に照射されることによって前記混合物から生じたイオンを電界によって加速させ飛行させる加速部と、
前記加速部から飛行してきたイオンが到達する位置に設けられ、前記パルスレーザ光のショット毎に、当該イオン到達時刻分布を表す時間波形信号を出力するとともに、到達したイオン像の大きさを表すイオン像信号をも出力する検出部と、
前記パルスレーザ光のショット毎に、前記イオン像信号に基づいて前記イオン像の大きさが閾値より大きいか否かを判定し、前記イオン像が前記閾値より大きいと判定したときの前記時間波形信号を除外し、他の前記時間波形信号を積算して前記試料の質量スペクトルを求める処理部と、
を備える質量分析装置。
A laser light source that outputs a pulsed laser beam to be irradiated onto the mixture of the sample to be analyzed and the matrix;
An accelerating unit for accelerating and flying ions generated from the mixture by an electric field by irradiating the pulsed laser light on the mixture;
Ion which is provided at a position where ions flying from the acceleration unit arrive, outputs a time waveform signal representing the ion arrival time distribution for each shot of the pulsed laser light, and represents the size of the reached ion image A detector that also outputs an image signal;
For each shot of the pulsed laser beam, it is determined whether or not the size of the ion image is larger than a threshold based on the ion image signal, and the time waveform signal when the ion image is determined to be larger than the threshold A processing unit for integrating the other time waveform signals to obtain a mass spectrum of the sample, and
A mass spectrometer comprising:
前記検出部は、前記イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させるマイクロチャネルプレートと、前記マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けて第1信号を出力する第1アノード電極と、前記第1アノード電極とは別個に設けられ前記マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けて第2信号を出力する第2アノード電極と、を含み、前記第1信号および前記第2信号のうち一方を前記時間波形信号として出力し、他方を前記イオン像信号として出力する、
請求項1に記載の質量分析装置。
The detector includes a microchannel plate that generates electrons and multiplies electrons upon arrival of the ions, a first anode electrode that receives electrons output from the microchannel plate and outputs a first signal, and A second anode electrode that is provided separately from the first anode electrode and receives electrons output from the microchannel plate and outputs a second signal, and outputs one of the first signal and the second signal. Output as the time waveform signal, the other as the ion image signal,
The mass spectrometer according to claim 1.
前記検出部は、前記イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させるマイクロチャネルプレートと、前記マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けてイオン像に応じた蛍光像を形成するとともに前記時間波形信号を出力する蛍光板と、前記蛍光板に形成された蛍光像を撮像して得られた撮像データを前記イオン像信号として出力する撮像部と、を含む、
請求項1に記載の質量分析装置。
The detection unit generates electrons upon arrival of the ions and multiplies the electrons, and forms a fluorescent image corresponding to the ion image by receiving electrons output from the microchannel plate and the time A fluorescent plate that outputs a waveform signal; and an imaging unit that outputs imaging data obtained by imaging a fluorescent image formed on the fluorescent plate as the ion image signal.
The mass spectrometer according to claim 1.
前記処理部は、前記時間波形信号に基づいて、前記混合物に照射されるパルスレーザ光のフルエンスを制御する、
請求項1〜3の何れか1項に記載の質量分析装置。
The processing unit controls the fluence of pulsed laser light irradiated on the mixture based on the time waveform signal.
The mass spectrometer of any one of Claims 1-3.
レーザ光源から出力されたパルスレーザ光を分析対象の試料とマトリックスとの混合物に照射する照射ステップと、
前記パルスレーザ光が前記混合物に照射されることによって前記混合物から生じたイオンを加速部において電界によって加速させ飛行させる加速ステップと、
前記加速部から飛行してきたイオンが到達する位置に設けられた検出部により、前記パルスレーザ光のショット毎に、当該イオン到達時刻分布を表す時間波形信号を出力するとともに、到達したイオン像の大きさを表すイオン像信号をも出力する検出ステップと、
前記パルスレーザ光のショット毎に、前記イオン像信号に基づいて前記イオン像の大きさが閾値より大きいか否かを判定し、前記イオン像が前記閾値より大きいと判定したときの前記時間波形信号を除外し、他の前記時間波形信号を積算して前記試料の質量スペクトルを求める処理ステップと、
を備える質量分析方法。
An irradiation step of irradiating a mixture of a sample to be analyzed and a matrix with pulsed laser light output from a laser light source;
An acceleration step of accelerating and flying ions generated from the mixture by irradiating the pulsed laser light to the mixture by an electric field in an accelerating unit;
The detection unit provided at the position where the ions flying from the acceleration unit arrives outputs a time waveform signal representing the ion arrival time distribution for each shot of the pulsed laser light, and the size of the reached ion image A detection step of outputting an ion image signal representing
For each shot of the pulsed laser beam, it is determined whether or not the size of the ion image is larger than a threshold based on the ion image signal, and the time waveform signal when the ion image is determined to be larger than the threshold A step of integrating the other time waveform signals to obtain a mass spectrum of the sample,
A mass spectrometry method comprising:
前記検出ステップにおいて、前記検出部は、前記イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させるマイクロチャネルプレートと、前記マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けて第1信号を出力する第1アノード電極と、前記第1アノード電極とは別個に設けられ前記マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けて第2信号を出力する第2アノード電極と、を含み、前記第1信号および前記第2信号のうち一方を前記時間波形信号として出力し、他方を前記イオン像信号として出力する、
請求項5に記載の質量分析方法。
In the detection step, the detection unit generates a electron upon arrival of the ions and multiplies the electron, and outputs a first signal upon receiving the electron output from the microchannel plate. An anode electrode; and a second anode electrode that is provided separately from the first anode electrode and that receives electrons output from the microchannel plate and outputs a second signal. The first signal and the second electrode One of the signals is output as the time waveform signal, and the other is output as the ion image signal.
The mass spectrometric method according to claim 5.
前記検出ステップにおいて、前記検出部は、前記イオンの到達により電子を発生させるとともに電子を増倍させるマイクロチャネルプレートと、前記マイクロチャネルプレートから出力される電子を受けてイオン像に応じた蛍光像を形成するとともに前記時間波形信号を出力する蛍光板と、前記蛍光板に形成された蛍光像を撮像して得られた撮像データを前記イオン像信号として出力する撮像部と、を含む、
請求項5に記載の質量分析方法。
In the detection step, the detection unit generates a electron by the arrival of the ions and multiplies the electrons, and a fluorescence image corresponding to the ion image by receiving the electrons output from the microchannel plate. A fluorescent plate that forms and outputs the time waveform signal; and an imaging unit that outputs imaging data obtained by imaging a fluorescent image formed on the fluorescent plate as the ion image signal.
The mass spectrometric method according to claim 5.
前記処理ステップにおいて、前記時間波形信号に基づいて、前記混合物に照射されるパルスレーザ光のフルエンスを制御する、
請求項5〜7の何れか1項に記載の質量分析方法。
In the processing step, based on the time waveform signal, the fluence of pulsed laser light irradiated on the mixture is controlled.
The mass spectrometry method of any one of Claims 5-7.
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