JP2020149853A - 質量分析装置及び質量分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質なマススペクトルを容易に得ることのできる質量分析装置を提供する。【解決手段】本発明に係る質量分析装置は、レーザ光を試料１１１に照射するレーザ照射部１１８、１１９、１２０、１２１と、試料上でレーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部１２３と、試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部１２２と、試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部１１６、１１７と、試料上に設定された複数の微小領域の各々についてレーザ光の照射、蛍光の検出、及び質量分析を行うようレーザ照射部及び照射位置移動部を制御する制御部と、複数の微小領域の中から蛍光強度が閾値以上であった微小領域を対象領域として決定する対象領域決定部と、対象領域に関する質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部とを有するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、質量分析装置及び質量分析方法に関する。

質量分析装置は、試料中の成分をイオン化するイオン化部と、試料由来のイオンを試料の近傍から引き出して加速する引出電極と、引出電極によって引き出された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・検出部と、を含んでいる。イオン化部における試料のイオン化手法には様々なものが存在するが、固体試料の分析においては、レーザ脱離イオン化法（Laser Desorption/Ionization：ＬＤＩ）が広く用いられている。

レーザ脱離イオン化法は、固体試料（例えば、液体試料を乾燥等によって固化させたもの、又は生体組織切片、金属板、若しくは半導体基板等の薄片状試料）の表面の微小領域に紫外線であるレーザ光を集光照射し、該レーザ光のエネルギによって前記試料の一部を表面から脱離させてイオン化する手法である。このようなレーザ脱離イオン化法による試料のイオン化を行う質量分析装置は、レーザイオン化質量分析装置とよばれる。

レーザイオン化質量分析装置には、装置内部にセットされた試料の表面を観察するためのＣＣＤカメラが設けられている場合がある。そのようなレーザイオン化質量分析装置を用いて試料の分析を行う際には、まず、質量分析装置の内部にセットされた試料の表面を前記ＣＣＤカメラによって撮影し、得られた画像をモニタの画面上に表示させる。続いて、分析担当者（オペレータ）が、該画像を確認しつつ、前記試料上で分析対象とする領域を決定し、当該領域に対する質量分析をレーザイオン化質量分析装置に実行させる。

国際公開第2007/097023号（[0029]）

レーザイオン化質量分析装置において、ＳＮ比のよい高品質なマススペクトルを得るためには、サンプルプレート上の試料が延在している領域内で注目物質が高濃度で含まれている箇所にレーザを照射し、当該箇所から生成されたイオンを質量分析に供することが好ましい。しかしながら、サンプルプレート上で試料が延在している領域内において注目物質が偏在している場合には、必ずしもレーザ光が照射された位置に注目物質が高濃度で存在しているとは限らない。上記のようなＣＣＤカメラを備えたレーザイオン化質量分析装置を用いれば、オペレータが試料表面の色の濃淡などに基づいて注目物質の存在量が多い領域を経験的に判別できる場合もあるが、それにはオペレータの熟練が必要であった。また、各試料についてオペレータがＣＣＤカメラによる撮影画像を確認してレーザの照射位置を決定する必要があり、オペレータの作業負担が大きいという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高品質なマススペクトルを容易に得ることのできる質量分析装置及び質量分析方法を提供することにある。

本発明の第１態様は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射、前記蛍光の検出、及び前記質量分析を行うよう前記レーザ照射部及び前記照射位置移動部を制御する制御部と、
前記複数の微小領域の中から前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であった微小領域又は前記蛍光の強度が大きい順に予め定められた数の微小領域を、対象領域として決定する対象領域決定部と、
前記対象領域に関する前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部と、
を有する質量分析装置に関する。

本発明の第２態様は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射及び前記蛍光の検出を行い、該複数の微小領域のうち、前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であったものについては更に、前記レーザ光の照射及び前記質量分析を行うよう、前記レーザ照射部及び前記照射位置移動部を制御する制御部と、
前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部と、
を有する質量分析装置に関する。

本発明の第３態様は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
を有する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射、前記蛍光の検出、及び前記質量分析を行い、
前記複数の微小領域の中から前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であった微小領域又は前記蛍光の強度が大きい順に予め定められた数の微小領域を対象領域として決定し、
前記対象領域に関する前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する質量分析方法に関する。

本発明の第４態様は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
を有する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射及び前記蛍光の検出を行い、
前記複数の微小領域のうち、前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であったものについては更に、前記レーザ光の照射及び前記質量分析を行い、
前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する質量分析方法に関する。

上記本発明によれば、高品質なマススペクトルを容易に得ることのできる質量分析装置及び質量分析方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る質量分析装置の概略構成を示す模式図。 同実施形態における制御／処理部の機能ブロック図。 前記質量分析装置による分析の手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る質量分析装置による分析の手順を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係る質量分析装置の制御／処理部の機能ブロック図。 同実施形態に係る質量分析装置による分析の手順を示すフローチャート。 上記の各実施形態における質量分析装置の別の構成例を示す模式図。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

[実施形態１]
図１に、本発明の第１の実施形態に係る質量分析装置の概略構成を示す。この質量分析装置は、試料のイオン化法としてレーザ脱離イオン化法（Laser Desorption/Ionization：ＬＤＩ）を用いるレーザイオン化質量分析装置である。なお、ＬＤＩには、マトリックス試薬を脱離・イオン化支援材料として用いるマトリックス支援レーザ脱離イオン化法（Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization：ＭＡＬＤＩ）、及びマトリックス試薬を使用せず、金属若しくは金属酸化物等から成るナノ粒子又はポーラスシリコンプレート等の多孔質基板表面のナノ構造を脱離・イオン化支援材料として用いる表面支援レーザ脱離イオン化法（Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization：ＳＡＬＤＩ ）などが含まれる。

本実施形態に係るレーザイオン化質量分析装置において、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１１０の内部には、試料ステージ１１３、反射光学系１２１、蛍光検出部１２２、引出電極１１４、イオン輸送光学系１１５、質量分離器１１６、イオン検出器１１７などが配設される。また、真空チャンバ１１０の外側には、レーザ光源１１８、集光光学系１１９などが配置されている。

分析対象である試料１１１はサンプルプレート１１２上に保持され、サンプルプレート１１２は試料ステージ１１３の上面に載置される。試料ステージ１１３は、ステッピングモータ（図示略）を含むステージ駆動部１２３によって、直交するＸ軸及びＹ軸の２軸方向に、つまりは試料１１１が延在する２次元面内で移動可能である。

引出電極１１４は、中央にイオンを通過させるための開口を備えた板状の電極であって、試料１１１の近傍に、試料ステージ１１３の上面と対向するように配置されている。引出電極１１４と試料ステージ１１３の間には図示しない高圧電源によって電圧が印加されており、この電圧印加によってイオンを前記Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸方向に加速する電場が形成される。

引出電極１１４の後段には、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１１５が設置され、更にその後段には、イオンを質量電荷比に応じて分離する質量分離器１１６と、分離されたイオンを検出するイオン検出器１１７とが設置されている。イオン輸送光学系１１５としては、例えば、静電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。質量分離器１１６としては、例えば、イオントラップ型、四重極型、二重収束型、飛行時間型、又は磁場セクター型など各種のものを用いることができる。なお、質量分離器１１６及びイオン検出器１１７が本発明における質量分離部に相当する。

レーザ光源１１８は紫外線であるレーザ光を出射するものである。レーザ光源１１８から出射したレーザ光は、集光光学系１１９により微小径に絞られた上で、真空チャンバ１１０の壁面に設けられた、紫外線を透過可能な窓部１２０を介して真空チャンバ１１０の内部に進入する。真空チャンバ１１０内に進入したレーザ光は、反射光学系１２１で反射されて試料１１１に入射する（すなわちレーザ光源１１８、集光光学系１１９、窓部１２０、及び反射光学系１２１が本発明におけるレーザ照射部に相当する）。なお、このレーザ光の集光位置は固定されているから、ステージ駆動部１２３（本発明における照射位置移動部に相当）により試料ステージ１１３がＸ−Ｙ面内で移動されると、試料１１１上でレーザ光が当たる位置、つまり試料１１１上で蛍光検出及び質量分析の実行対象となる微小領域が移動することとなる。

蛍光検出部１２２は、前記レーザ光の照射によって試料１１１から発生する蛍光を検出するものであり、その受光面を試料１１１上のレーザ光が当たる位置に向けた状態で真空チャンバ１１０内に配設されている。この蛍光検出部１２２としては、例えば、所定波長の光のみを通過させる光学フィルタと該光学フィルタを通過した光を検出する光センサ等で構成されている。また、前記光学フィルタに代えて回折格子などの分光素子を備え、試料１１１から出射して蛍光検出部１２２に到達した光を該分光素子によって波長分散し、波長分散された光のうちの所定波長の光のみを光センサに入射させる構成としてもよい。

本実施形態に係る質量分析装置は、更に、上記各部の動作を制御すると共に、イオン検出器１１７及び蛍光検出部１２２の出力信号を処理する制御／処理部１３０を備えている。図２に示すように、制御／処理部１３０は、走査制御部１３１、照射制御部１３２、データ処理部１３３、データ記憶部１３４、対象領域決定部１３５、及び代表マススペクトル生成部１３６などの機能ブロックを含んでいる。

走査制御部１３１は、ステージ駆動部１２３の動作を制御し、照射制御部１３２は、レーザ光源１１８の動作を制御する（すなわち、走査制御部１３１及び照射制御部１３２が本発明における制御部に相当する）。なお、図１では繁雑さを避けるため信号線の記載を省略しているが、制御／処理部１３０は、真空ポンプ（図示略）、引出電極１１４、イオン輸送光学系１１５、質量分離器１１６、イオン検出器１１７、及び蛍光検出部１２２などの動作も制御する。データ処理部１３３は、蛍光検出部１２２から得られる検出信号に基づいて、蛍光検出部１２２で検出された蛍光の強度の情報を含む蛍光検出データを生成すると共に、イオン検出器１１７から得られる検出信号に基づいて、イオン検出器１１７で検出されたイオンの質量電荷比（m/z）及び強度の情報を含む質量分析データを生成する。データ記憶部１３４は、前記蛍光検出データ及び前記質量分析データを記憶する。対象領域決定部１３５及び代表マススペクトル生成部１３６は、いずれもデータ記憶部１３４に記憶されたデータに基づいて所定のデータ処理を行う（詳細は後述する）。

制御／処理部１３０の実体はパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータであり、該コンピュータは、ＣＰＵと、メモリと、ハードディスク又はフラッシュメモリ等から成る大容量記憶装置とを備えている。上記の機能ブロックは、このコンピュータに予めインストールされた専用の制御・処理ソフトウェアをＣＰＵにより実行することによって具現化される。また、制御／処理部１３０には、キーボードやマウス等から成る入力部１４１と、液晶ディスプレイ等から成る表示部１４２が接続されている。

以下、図３のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係る質量分析装置の動作を説明する。なお、ここでは、サンプルプレート１１２に保持された試料１１１上の、予め定められたｎ箇所の微小領域（ｎは正の整数）について、レーザ脱離イオン化法を用いた質量分析を行うものとする。また、試料１１１としては、注目物質（例えばペプチド又は糖など）を、前記レーザ光の照射によって蛍光を発する蛍光試薬で予め標識しておいたものを使用する。但し、注目物質自身が前記レーザ光の波長によって蛍光を発する能力を有する場合には、前記蛍光試薬による標識を加えることなく分析に供することもできる。以上の点は、後述する他の実施形態においても同様である。

分析の実行に際しては、まず、オペレータが試料１１１を保持させたサンプルプレート１１２を試料ステージ１１３にセットし、入力部１４１から所定の操作を行うことによって制御／処理部１３０に分析の開始を指示する。これにより、図示しない真空ポンプによって真空チャンバ１１０の真空引きが実行される。

真空引きが完了すると、制御／処理部１３０は、試料１１１上の微小領域の番号を示す変数ｎを１に設定する（ステップ１１）。続いて、走査制御部１３１がステージ駆動部１２３を制御して試料ステージ１１３を移動させ、試料１１１上のｎ番目（ここでは１番目）の微小領域をレーザ光の集光位置に移動させる（ステップ１２）。

続いて、照射制御部１３２の制御の下に、レーザ光源１１８がレーザ光を出射する（ステップ１３）。レーザ光源１１８から出射されたレーザ光は、集光光学系１１９によって微小径に絞られた上で、窓部１２０及び反射光学系１２１を経てｎ番目（ここでは１番目）の微小領域に入射する。このレーザ光の照射により、試料１１１から蛍光が発生すると共に、試料１１１の一部が試料表面から脱離してイオン化する。前記蛍光は、試料１１１の近傍に配置された蛍光検出部１２２に入射する。一方、前記イオンは、引出電極１１４によって試料１１１の近傍から引き出され、イオン輸送光学系１１５を経て質量分離器１１６に導入され、質量電荷比にしたがって分離された上で、イオン検出器１１７で検出される。

データ処理部１３３は、このときの蛍光検出部１２２からの検出信号に基づいて前記蛍光の強度の情報を含む蛍光検出データを生成すると共に、このときのイオン検出器１１７からの検出信号に基づいて、前記イオンの質量電荷比（m/z）及び強度の情報を含む質量分析データを生成する（ステップ１４）。

生成された蛍光検出データ及び質量分析データは、前記蛍光及び前記イオンが生成した位置（ここでは１番目の微小領域）を表す情報と共にデータ記憶部１３４に記憶される。これにより、データ記憶部１３４には、蛍光検出データと質量分析データが、前記微小領域の情報を介して互いに関連づけて記憶されることとなる（ステップ１５）。

続いて、制御／処理部１３０は、上記ｎ箇所の微小領域の全てについてレーザ光の照射を完了したか否かを判定し（ステップ１６）完了していないと判定した場合には、上述の変数ｎをインクリメントして（ステップ１７）ステップ１２に戻り、ステップ１２〜１６の処理を繰り返し実行する。

一方、ステップ１６で、全ての微小領域に対するレーザ光の照射が完了したと判定した場合には、対象領域決定部１３５が、前記ｎ箇所の微小領域について得られた質量分析データの中から、蛍光強度が大きかった微小領域（すなわち注目物質が多く存在した微小領域）を特定し、これを後述の対象マススペクトルの生成対象とする領域（対象領域）として決定する（ステップ１８）。

具体的には、例えば、対象領域決定部１３５が、データ処理部１３３に記憶されている前記ｎ箇所の微小領域のそれぞれ関する蛍光検出データの中から、蛍光強度が予め定められた閾値以上であるものを特定し、特定された微小領域を前記対象領域として決定する。あるいは、対象領域決定部１３５が、データ処理部１３３に記憶されている前記ｎ箇所の微小領域のそれぞれに関する蛍光検出データの中から、蛍光強度が高い順に予め定められた個数（ｎより少ない数）の蛍光検出データを特定し、特定された微小領域を前記対象領域として決定するようにしてもよい。この場合、蛍光強度が前記閾値以上である蛍光検出データの数が１以下であった場合には、制御／処理部１３０は、表示部１４２の画面上にその旨を表示してオペレータに通知することが望ましい。

続いて、代表マススペクトル生成部１３６が、ステップ１８で決定された対象領域に関連づけてデータ記憶部１３４に記憶されている質量分析データを用いて、試料１１１の最終的な質量分析結果である代表マススペクトルを生成する（ステップ１９）。具体的には、例えば、各対象領域に関する質量分析データに含まれるイオン強度の値を質量電荷比毎に積算してそれらの平均値（又は中央値若しくは最頻値）を求め、横軸を質量電荷比、縦軸を前記イオン強度の平均値（又は中央値若しくは最頻値）とするマススペクトルを生成する。生成されたマススペクトルは、代表マススペクトルとして表示部１４２に表示されると共に、データ記憶部１３４に記憶される。

このように、本実施形態に係る質量分析装置によれば、試料上で注目物質が多く存在する位置から得られた質量分析データのみに基づく高品質なマススペクトルを容易に得ることができる。

[実施形態２]
本発明に係る質量分析装置は、蛍光励起用のレーザ光及びイオン化用のレーザ光の２種類のレーザ光を出射可能なレーザ光源１１８を備えたものとしてもよい。このような実施形態について以下に説明する。なお、本実施形態における質量分析装置の構成は、図１及び図２で示したものと同様である。但し、レーザ光源１１８としては、出射するレーザ光の強度を変更可能なものを使用する。

本実施形態に係る質量分析装置の動作について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、試料１１１を保持したサンプルプレート１１２が試料ステージ１１３にセットされ、更に、真空チャンバ１１０の真空引きが完了すると、制御／処理部１３０は、試料１１１上の微小領域の番号を示す変数ｎ（ｎは正の整数）を１に設定する（ステップ２１）。続いて、走査制御部１３１がステージ駆動部１２３を制御して試料ステージ１１３を移動させ、ｎ番目（ここでは１番目）の微小領域をレーザ光の集光位置に移動させる（ステップ２２）。

続いて、照射制御部１３２の制御の下に、レーザ光源１１８が蛍光励起用レーザ光を出射する（ステップ２３）。ここで蛍光励起用レーザ光とは、後述するイオン化用レーザ光よりも強度の小さいレーザ光である。レーザ光源１１８から出射された蛍光励起用レーザ光は、集光光学系１１９、窓部１２０、及び反射光学系１２１を経て試料１１１に入射する。この蛍光励起用レーザ光の照射によって試料１１１から生じた蛍光は、試料１１１の近傍に配置された蛍光検出部１２２に入射する。このとき蛍光検出部１２２には、前記蛍光とは異なる波長の光（例えば試料１１１の表面で散乱した前記レーザ光の一部）も入射するが、このような光は、蛍光検出部１２２に含まれる上述の光学フィルタ又は分光素子等によって除去される。そのため、蛍光検出部１２２では、前記の蛍光に対応する所定の波長の光のみが選択的に検出される。

データ処理部１３３は、このときの蛍光検出部１２２からの検出信号に基づいて、前記蛍光励起用レーザ光の照射によって試料１１１から発生した蛍光の強度の情報を含む蛍光検出データを生成し、該蛍光検出データを前記蛍光が得られた位置（ここでは１番目の微小領域）を表す情報と共にデータ記憶部１３４に記憶させる（ステップ２４）。

次に、照射制御部１３２の制御の下に、レーザ光源１１８がイオン化用レーザ光を出射する（ステップ２５）。レーザ光源１１８から出射されたイオン化用レーザ光は、上述の蛍光励起用レーザ光と同様に、集光光学系１１９、窓部１２０、及び反射光学系１２１を経て試料１１１に入射する。このイオン化用レーザ光の照射によって試料１１１から生じたイオンは、引出電極１１４によって試料１１１の近傍から引き出され、イオン輸送光学系１１５を経て質量分離器１１６に導入され、質量電荷比にしたがって分離された上で、イオン検出器１１７で検出される。

データ処理部１３３は、このときのイオン検出器１１７からの検出信号に基づいて、前記イオン化用レーザ光の照射によって試料１１１から発生したイオンの質量電荷比（m/z）及び強度の情報を含む質量分析データを生成し、該質量分析データを前記イオンが発生した位置（ここでは１番目の微小領域）を表す情報と共にデータ記憶部１３４に記憶させる（ステップ２６）。以上により、データ記憶部１３４には、１番目の微小領域に関する蛍光検出データと質量分析データが、該微小領域の情報を介して互いに関連づけて記憶されたことになる。

続いて、制御／処理部１３０は、上記ｎ箇所の微小領域の全てについて蛍光励起用レーザ光及びイオン化用レーザ光の照射を完了したか否かを判定し（ステップ２７）、完了していないと判定した場合には、上述の変数ｎをインクリメントして（ステップ２８）ステップ２２に戻り、ステップ２２〜２７の処理を繰り返し実行する。

一方、ステップ２７で、全ての微小領域に対する蛍光励起用レーザ光及びイオン化用レーザ光の照射が完了したと判定した場合は、対象領域決定部１３５が、データ記憶部１３４に記憶されているデータを参照して、蛍光強度が大きかった微小領域を特定し、これを後述の対象マススペクトルの生成対象とする領域（対象領域）として決定する（ステップ２９）。続いて、代表マススペクトル生成部１３６が、決定された対象領域に関連づけてデータ記憶部１３４に記憶されている質量分析データを用いて代表マススペクトルを生成する（ステップ３０）。なお、ステップ２９における対象領域決定部１３５による処理の詳細及びステップ３０における代表マススペクトル生成部１３６による処理の詳細は、実施形態１で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

上記本実施形態に係る質量分析装置では、イオン化用レーザ光よりも強度の小さいレーザ光を蛍光の励起に用いることにより、試料１１１に含まれる目的物質以外の成分からの蛍光発生を抑えることができる。その結果、試料１１１上で注目物質が多く存在する位置を一層正確に特定することができ、より高品質な代表マススペクトルを生成することができる。

[実施形態３]
本発明に係る質量分析装置は、試料上に設定された複数の微小領域の各々において、まず蛍光検出を行い、その結果、蛍光強度が大きかった微小領域についてのみ質量分析を行うようにしてもよい。このような実施形態について以下に説明する。

なお、本実施形態における質量分析装置の概略構成は、図１で示したものと同様である。但し、レーザ光源１１８としては、実施形態２と同様に、出射するレーザ光の強度を変更可能なものを使用する。また、本実施形態に係る質量分析装置は、図２のような機能ブロックを備えた制御／処理部１３０に代えて、図５のような機能ブロックを備えた制御／処理部２３０を備えている。

図５に示すように、本実施形態における制御／処理部２３０は、走査制御部２３１、照射制御部２３２、データ処理部２３３、データ記憶部２３４、判定部２３５、及び代表マススペクトル生成部２３６などの機能ブロックを含んでいる。なお、本実施形態においては、走査制御部２３１、照射制御部２３２、及び判定部２３５が本発明における制御部に相当する。

本実施形態に係る質量分析装置の動作について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。

試料１１１を保持したサンプルプレート１１２が試料ステージ１１３にセットされた後、真空チャンバ１１０の真空引きが完了すると、制御／処理部２３０は試料１１１上の微小領域の番号を示す変数ｎ（ｎは正の整数）を１に設定する（ステップ３１）。続いて、走査制御部２３１がステージ駆動部１２３を制御して試料ステージ１１３を移動させ、ｎ番目（ここでは１番目）の微小領域をレーザ光の集光位置に移動させる（ステップ３２）。

続いて、照射制御部２３２の制御の下に、レーザ光源１１８が蛍光励起用レーザ光（後述のイオン化用レーザ光よりも強度の小さいレーザ光）を出射する（ステップ３３）。この蛍光励起用レーザ光の照射によって試料１１１から生じた蛍光は、試料１１１の近傍に配置された蛍光検出部１２２に入射する。このとき蛍光検出部１２２には、前記蛍光とは異なる波長の光（例えば試料１１１の表面で散乱した前記レーザ光の一部）も入射するが、このような光は、蛍光検出部１２２に含まれる上述の光学フィルタ又は分光素子等によって除去される。そのため、蛍光検出部１２２では、前記の蛍光に対応する所定の波長の光のみが選択的に検出される。

データ処理部２３３は、このときの蛍光検出部１２２からの検出信号に基づいて、前記蛍光励起用レーザ光の照射によって試料１１１から発生した蛍光の強度の情報を含む蛍光検出データを生成する（ステップ３４）。

続いて、判定部２３５が、前記蛍光検出データが得られた微小領域を質量分析の対象とするか否か判定する。具体的には、ステップ３４で得られた蛍光検出データに含まれる蛍光強度の値が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する（ステップ３５）。ここで、前記蛍光強度が前記閾値よりも小さいと判定された場合（すなわちステップ３５がＮｏの場合）、上記の変数ｎをインクリメントして（ステップ３６）ステップ３２に戻り、試料ステージ１１３を移動させて次の微小領域をレーザ光の集光位置に配置する。そして、当該次の微小領域についてステップ３３からステップ３５の処理を実行する。

一方、ステップ３５で蛍光強度が閾値以上であると判定された場合には、試料ステージ１１３を移動させることなくレーザ光源１１８によるイオン化用レーザ光の出射を行う（ステップ３７）。これにより、ステップ３５での判定に用いた蛍光検出データが取得されたのと同じ微小領域にイオン化用レーザ光が照射される。このイオン化用レーザ光の照射によって試料１１１から生じたイオンは、引出電極１１４によって試料１１１の近傍から引き出され、イオン輸送光学系１１５を経て質量分離器１１６に導入され、質量電荷比にしたがって分離された上で、イオン検出器１１７で検出される。

データ処理部２３３は、このときのイオン検出器１１７からの検出信号に基づいて、前記イオン化用レーザ光の照射によって試料１１１から発生したイオンの質量電荷比（m/z）及び強度の情報を含む質量分析データを生成してデータ記憶部２３４に記憶させる（ステップ３８）。

続いて、制御／処理部２３０は、上記ｎ箇所の微小領域の全てについてレーザ光の照射を完了したか否かを判定し（ステップ３９）、完了していないと判定した場合には、上述の変数ｎをインクリメントして（ステップ３６）ステップ３２に戻り、ステップ３２〜３９の処理を繰り返し実行する。

一方、ステップ３９で、試料１１１上に設定された全ての微小領域に対するレーザ光の照射が完了したと判定した場合は、代表マススペクトル生成部２３６が、以上で生成された質量分析データをデータ記憶部２３４から読み出して代表マススペクトルを生成する（ステップ４０）。なお、代表マススペクトル生成部２３６による処理の詳細は、実施形態１で代表マススペクトル生成部１３６について説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

なお、上記の実施形態２又は３に係る質量分析装置ではレーザ光源１１８としてレーザ光の強度が可変であるものを使用したが、これに代えて、レーザ光の光路上に、光学フィルタ（例えばＮＤフィルタなど）又は光可変減衰器などを含む強度変更機構を設け、該強度変更機構によって、試料１１１に照射されるレーザ光の強度を変更するものとしてもよい。この場合、照射制御部２３２は、レーザ光源１１８の動作制御に加えて前記強度変更機構の動作制御も行うものとする。

[実施形態４]
本発明に係る質量分析装置は蛍光励起用レーザ光を出射するレーザ光源と、イオン化用レーザ光を出射するレーザ光源とを個別に備えたものとしてもよい。このような質量分析装置の構成を図７に示す。なお、同図において、図１で示したものと同一又は対応する構成については下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。

図７の装置において、蛍光励起用レーザ光源３２４から出射した光は、集光光学系３２５、窓部３２６、及び反射光学系３２７を経て試料３１１に入射する。また、イオン化用レーザ光源３１８から出射した光は、集光光学系３１９、窓部３２０、及び反射光学系３２１を経て試料３１１に入射する（これら蛍光励起用レーザ光源３２４、集光光学系３２５、窓部３２６、及び反射光学系３２７、並びにイオン化用レーザ光源３１８、集光光学系３１９、窓部３２０、及び反射光学系３２１が本発明におけるレーザ照射部に相当する）。ここで、蛍光励起用レーザ光源３２４としてはイオン化用レーザ光源３１８よりもレーザ光の強度が小さいものを使用する。これにより、蛍光励起用レーザ光を試料３１１に照射した際に、試料３１１中の目的物質以外の成分からの蛍光発生を抑えることができる。また、蛍光励起用レーザ光源３２４とイオン化用レーザ光源３１８を別個に設けることにより、１つのレーザ光源の出力を変更する場合よりも、試料３１１に照射するレーザ光の強度を迅速に変更することができる。更に、本実施形態においては、蛍光励起用レーザ光とイオン化用レーザ光の波長を互いに異なるものとしてもよい。これにより、試料中の目的成分からの蛍光の励起及び試料成分のイオン化に、それぞれ最適な波長のレーザ光を用いることができ、目的物質からの蛍光の発生効率及び試料のイオン化効率を高めることができる。

本実施形態に係る質量分析装置は、例えば図４のフローチャートで示したように、試料３１１上に設定された複数の微小領域の全てについて蛍光検出と質量分析とを行った上で、前記蛍光検出の結果に基づいて代表マススペクトルの生成に用いる質量分析データを選別するものとすることができる。この場合、制御／処理部３３０は、図２に示すような機能ブロックを備えたものとする。なお、この場合における制御／処理部３３０の動作は実施形態２で述べたものと同様であるため説明を省略する。

また、本実施形態に係る質量分析装置は、図６のフローチャートで示したように、試料３１１上に設定された複数の微小領域の各々において、まず蛍光検出を行い、その結果に基づいて当該微小領域における質量分析を行うか否かを決定するものとすることもできる。この場合、制御／処理部３３０は、図５のような機能ブロックを備えたものとする。なお、この場合における制御／処理部３３０の動作は実施形態３で述べたものと同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して本発明における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様の質量分析装置は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射、前記蛍光の検出、及び前記質量分析を行うよう前記レーザ照射部及び前記照射位置移動部を制御する制御部と、
前記複数の微小領域の中から前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であった微小領域又は前記蛍光の強度が大きい順に予め定められた数の微小領域を、対象領域として決定する対象領域決定部と、
前記対象領域に関する前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部と、を有するものである。

第１態様の質量分析装置では、試料上で注目物質が多く存在する位置から得られた質量分析データのみに基づく高品質なマススペクトルを容易に得ることができる。なお、本発明において「蛍光」とはフォトルミネセンスを意味しており、いわゆる燐光もこれに含まれる。

本発明の第２態様の質量分析装置は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射及び前記蛍光の検出を行い、該複数の微小領域のうち、前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であったものについては更に、前記レーザ光の照射及び前記質量分析を行うよう、前記レーザ照射部及び前記照射位置移動部を制御する制御部と、
前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部と、を有するものである。

第２態様の質量分析装置においても、試料上で注目物質が多く存在する位置から得られた質量分析データのみに基づく高品質なマススペクトルを容易に得ることができる。

本発明の第３態様の質量分析装置は、前記第１態様又は第２態様の質量分析装置において、
前記レーザ照射部が、前記試料から前記蛍光を発生させる際には、該試料から前記イオンを発生させる際よりも強度の小さいレーザ光を、該試料に照射するものである。

第３態様の質量分析装置では、イオン化用レーザ光よりも強度の小さいレーザ光を蛍光の励起に用いることにより、試料に含まれる目的物質以外の成分からの蛍光発生を抑えることができる。その結果、試料上で注目物質が多く存在する位置を一層正確に特定することができ、より高品質な代表マススペクトルを生成することができる。

本発明の第４態様の質量分析方法は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
を有する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射、前記蛍光の検出、及び前記質量分析を行い、
前記複数の微小領域の中から前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であった微小領域又は前記蛍光の強度が大きい順に予め定められた数の微小領域を対象領域として決定し、
前記対象領域に関する前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成するものである。

第４態様の質量分析方法では、試料上で注目物質が多く存在する位置から得られた質量分析データのみに基づく高品質なマススペクトルを容易に得ることができる。

本発明の第５態様の質量分析方法は、
レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
を有する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射及び前記蛍光の検出を行い、
前記複数の微小領域のうち、前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であったものについては更に、前記レーザ光の照射及び前記質量分析を行い、
前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成するものである。

第５態様の質量分析方法においても、試料上で注目物質が多く存在する位置から得られた質量分析データのみに基づく高品質なマススペクトルを容易に得ることができる。

本発明の第６態様のプログラムは、
コンピュータを、前記本発明の第１態様における制御部、対象領域決定部、及び代表スペクトル作成部として機能させるものである。

本発明の第７態様のプログラムは、
コンピュータを、前記本発明の第２態様における制御部及び代表マススペクトル作成部として機能させるものである。

１１０、３１０…真空チャンバ
１１１、３１１…試料
１１２、３１２…サンプルプレート
１１３、３１３…試料ステージ
１１４、３１４…引出電極
１１５、３１５…イオン輸送光学系
１１６、３１６…質量分離器
１１７、３１７…イオン検出器
１１８…レーザ光源
３１８…イオン化用レーザ光源
３２４…蛍光励起用レーザ光源
１１９、３１９、３２５…集光光学系
１２０、３２０、３２６…窓部
１２１、３２１、３２７…反射光学系
１２２、３２２…蛍光検出部
１２３、３２３…ステージ駆動部
１３０、２３０、３３０…制御／処理部
１３１、２３１…走査制御部
１３２、２３２…照射制御部
１３３、２３３…データ処理部
１３４、２３４…データ記憶部
１３５…対象領域決定部
２３５…判定部
１３６、２３６…代表マススペクトル生成部

Claims (7)

1. レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
   前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
   前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射、前記蛍光の検出、及び前記質量分析を行うよう前記レーザ照射部及び前記照射位置移動部を制御する制御部と、
   前記複数の微小領域の中から前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であった微小領域又は前記蛍光の強度が大きい順に予め定められた数の微小領域を、対象領域として決定する対象領域決定部と、
   前記対象領域に関する前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部と、
   を有する質量分析装置。
2. レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
   前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
   前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射及び前記蛍光の検出を行い、該複数の微小領域のうち、前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であったものについては更に、前記レーザ光の照射及び前記質量分析を行うよう、前記レーザ照射部及び前記照射位置移動部を制御する制御部と、
   前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する代表マススペクトル生成部と、
   を有する質量分析装置。
3. 前記レーザ照射部が、前記試料から前記蛍光を発生させる際には、該試料から前記イオンを発生させる際よりも強度の小さいレーザ光を、該試料に照射する請求項１又は２に記載の質量分析装置。
4. レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
   前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
   を有する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
   前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射、前記蛍光の検出、及び前記質量分析を行い、
   前記複数の微小領域の中から前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であった微小領域又は前記蛍光の強度が大きい順に予め定められた数の微小領域を対象領域として決定し、
   前記対象領域に関する前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する質量分析方法。
5. レーザ光を試料に照射するレーザ照射部と、
   前記試料上で前記レーザ光が当たる位置を移動させる照射位置移動部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生する蛍光を検出する蛍光検出部と、
   前記レーザ光の照射によって前記試料から発生するイオンを質量分析する質量分析部と、
   を有する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
   前記試料上に設定された複数の微小領域の各々について前記レーザ光の照射及び前記蛍光の検出を行い、
   前記複数の微小領域のうち、前記蛍光の強度が予め定められた閾値以上であったものについては更に、前記レーザ光の照射及び前記質量分析を行い、
   前記質量分析の結果に基づいて代表マススペクトルを生成する質量分析方法。
6. コンピュータを、請求項１に記載の制御部、対象領域決定部、及び代表スペクトル作成部として機能させるプログラム。
7. コンピュータを、請求項２に記載の制御部及び代表マススペクトル作成部として機能させるプログラム。

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