JP3217378U - Ｍａｌｄｉイオン源及び質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が多くなることを抑制でき、小型化及びコスト低減を実現できるＭＡＬＤＩイオン源及び質量分析装置を提供する。【解決手段】ＭＡＬＤＩイオン源１では、レーザ光源２からのレーザ光は、ミラー５で反射された後、偏光ビームスプリッタ６においてエネルギーが調整される。そして、エネルギーが調整された後のレーザ光が試料に向けて照射される。また、偏光ビームスプリッタ６は、それ自体が回転することにより、レーザ光のエネルギーを調整する。そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１において、回転可能な偏光ビームスプリッタ６を設けるのみで、レーザ光のエネルギーを調整し、そのレーザ光を試料に照射することができる。【選択図】 図２

Description

本考案は、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源及び当該ＭＡＬＤＩイオン源を備えた質量分析装置に関するものである。

従来より、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源が利用されている。例えば、質量分析装置にＭＡＬＤＩイオン源を用いる場合には、試料に対してレーザ光が照射されて、試料がイオン化される。そして、イオン化された試料は、質量分離部で質量電荷比に応じて時間的に分離され、検出器により順次検出される（例えば、下記特許文献１参照）。

ＭＡＬＤＩイオン源を用いた質量分析装置では、精度のよいスペクトルを作成するために、試料に対してレーザを適切な強度で照射する必要がある。そのため、ＭＡＬＤＩイオン源を用いた質量分析装置では、レーザの強度を調整する機構が用いられている。

国際公開２０１１／０８１１８０号

レーザの強度を調整する機構を設けたＭＡＬＤＩイオン源として、例えば、図３に示すＭＡＬＤＩイオン源２００を用いることが考えられる。

図３に示すＭＡＬＤＩイオン源２００は、チャンバ２０１と、レーザ光源２０２と、カメラ２０３とを備えている。レーザ光源２０２及びカメラ２０３のそれぞれは、チャンバ２０１と間隔を隔てて配置されている。

チャンバ２０１の周壁には、窓板２０４が設けられている。カメラ２０３は、窓板２０４と間隔を隔てて配置されている。カメラ２０３と窓板２０４との間には、ダイクロイックミラー２０５が設けられている。

レーザ光源２０２とダイクロイックミラー２０５との間には、回転濃度フィルタ２０６とビームエキスパンダ２０７とが設けられている。具体的には、回転濃度フィルタ２０６がダイクロイックミラー２０５側に設けられており、ビームエキスパンダ２０７がレーザ光源２０２側に設けられている。回転濃度フィルタ２０６は、レーザ光源２０２からダイクロイックミラー２０５に向かう光の光軸を中心として回転可能である。回転濃度フィルタ２０６は、回転位置に応じた光量で光を透過させる。ビームエキスパンダ２０７は、透過するレーザ光の直径を拡げるためのものである。
チャンバ２０１には、サンプルプレート２１０上に載置された試料が収容されている。

ＭＡＬＤＩイオン源２００では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光が、ビームエキスパンダ２０７を透過した後、回転濃度フィルタ２０６を透過する。そのレーザ光は、ダイクロイックミラー２０５で反射し、窓板２０４を通過してチャンバ２０１内に入り、サンプルプレート２１０上の試料に照射される。また、試料からの光は、窓板２０４を通過して、カメラ２０３で受光される。そして、カメラ２０３での撮像結果に基づいて、レーザ光の照射位置が調整される。

このとき、ＭＡＬＤＩイオン源２００では、回転濃度フィルタ２０６が回転することで、試料に照射されるレーザ光の光量（強度）が調整される。そのため、レーザ光が試料に対して適切な強度で照射される。

また、レーザの強度を調整する機構を設けたＭＡＬＤＩイオン源として、例えば、図４に示すＭＡＬＤＩイオン源３００を用いることが考えられる。なお、図４のＭＡＬＤＩイオン源３００では、図３のＭＡＬＤＩイオン源２００と同一の部材については、同一の符号を付している。

図４に示すＭＡＬＤＩイオン源３００では、レーザ光源２０２とダイクロイックミラー２０５との間には、光学素子が設けられていない。ダイクロイックミラー２０５と窓板２０４との間には、波長板３０１と、偏光ビームスプリッタ３０２が設けられている。具体的には、波長板３０１がダイクロイックミラー２０５側に設けられており、偏光ビームスプリッタ３０２が窓板２０４側に設けられている。波長板３０１は、ダイクロイックミラー２０５から窓板２０４に向かう光の光軸を中心として回転可能である。波長板３０１は、入射する光の偏光方向を変えるためのものである。波長板３０１は、回転位置に応じて光の偏光方向を変える。偏光ビームスプリッタ３０２は、入射する光の偏光方向に応じた光量で光を透過させる。

ＭＡＬＤＩイオン源３００では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー２０５で反射され、波長板３０１及び偏光ビームスプリッタ３０２をそれぞれ透過し、窓板２０４を通過してチャンバ２０１内に入り、サンプルプレート２１０上の試料に照射される。また、試料からの光は、窓板２０４を通過して、カメラ２０３で受光される。そして、カメラ２０３での撮像結果に基づいて、レーザ光の照射位置が調整される。

このとき、ＭＡＬＤＩイオン源３００では、波長板３０１が回転することで、偏光ビームスプリッタ３０２に入射するレーザ光の偏光方向が変えられる。そして、偏光ビームスプリッタ３０２において、レーザ光の偏光方向に応じたレーザ光の光量（強度）に調整され、そのレーザ光が試料に照射される。そのため、レーザ光が試料に適切な強度で照射される。

上記したような構成においては、部品点数が多くなるため、装置が大型化するといった不具合や、コストが高くなるという不具合がしょうじてしまう。具体的には、図３のＭＡＬＤＩイオン源２００では、特に、レーザ光源２０２からダイクロイックミラー２０５までの領域で部品点数が多くなり、図４のＭＡＬＤＩイオン源３００では、特に、ダイクロイックミラー２０５から窓板２０４までの領域で部品点数が多くなってしまう。

本考案は、上記実情に鑑みてなされたものであり、部品点数が多くなることを抑制でき、小型化及びコスト低減を実現できるＭＡＬＤＩイオン源及び質量分析装置を提供することを目的とする。

（１）本考案に係るＭＡＬＤＩイオン源は、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源である。前記ＭＡＬＤＩイオン源は、レーザ光源と、カメラと、光学素子と、エネルギー調整部材とを備える。前記レーザ光源は、レーザ光を出射する。前記カメラは、前記レーザ光が照射された試料からの光を受光する。前記光学素子は、試料に照射される前記レーザ光の光軸と、前記レーザ光が照射された試料から前記カメラに向かう光の光軸とを同軸上にする。前記エネルギー調整部材は、前記光学素子により光軸が前記カメラに向かう光の光軸と同軸上にされた後の前記レーザ光のエネルギーを調整する。前記エネルギー調整部材は、前記レーザ光の光軸を中心に回転することにより、前記レーザ光のエネルギーを調整する。

このような構成によれば、ＭＡＬＤＩイオン源では、レーザ光源からのレーザ光は、光学素子を経た後、エネルギー調整部材においてエネルギーが調整される。そして、エネルギーが調整された後のレーザ光が試料に向けて照射される。また、エネルギー調整部材は、それ自体が回転することにより、レーザ光のエネルギーを調整する。

そのため、ＭＡＬＤＩイオン源において、回転可能なエネルギー調整部材を設けるのみで、レーザ光のエネルギーを調整し、そのレーザ光を試料に照射することができる。
その結果、部品点数が多くなることを抑制でき、小型化及びコスト低減を実現できる。

（２）また、前記エネルギー調整部材は、透過する光の偏光の方向に応じて透過率が異なる部材であってもよい。

このような構成によれば、エネルギー調整部材を簡易な構成にすることができる。

（３）また、前記ＭＡＬＤＩイオン源は、チャンバをさらに備えてもよい。前記チャンバは、内部に試料が設置される。前記レーザ光源、前記カメラ、前記光学素子及び前記エネルギー調整部材は、前記チャンバの外部に設けられていてもよい。

このような構成によれば、ＭＡＬＤＩイオン源で生じる反射光や散乱光は、チャンバで遮蔽される。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源で生じる反射光や散乱光が試料に照射されることを抑制できる。

（４）また、前記ＭＡＬＤＩイオン源は、ダンパ部材をさらに備えてもよい。前記ダンパ部材は、前記レーザ光の光軸を中心として前記エネルギー調整部材の周囲に設けられ、前記エネルギー調整部材で反射する光を減衰させる。前記ダンパ部材は、環状である。

このような構成によれば、レーザ光がエネルギー調整部材に入射することで生じる反射光や散乱光をダンパ部材により遮蔽できる。
そのため、エネルギー調整部材で生じる反射光や散乱光が試料に照射されることを抑制できる。

（５）また、本考案に係る質量分析装置は、前記ＭＡＬＤＩイオン源と、質量分離部と、検出部とを備える。前記質量分離部は、前記ＭＡＬＤＩイオン源で生じたイオンを質量分離する。前記検出部は、前記質量分離部で質量分離されたイオンを検出する。

本考案によれば、ＭＡＬＤＩイオン源では、レーザ光源からのレーザ光は、光学素子を経た後、エネルギー調整部材においてエネルギーが調整される。そして、エネルギーが調整された後のレーザ光が試料に向けて照射される。また、エネルギー調整部材は、それ自体が回転することにより、レーザ光のエネルギーを調整する。そのため、ＭＡＬＤＩイオン源において、回転可能なエネルギー調整部材を設けるのみで、レーザ光のエネルギーを調整し、そのレーザ光を試料に照射することができる。その結果、部品点数が多くなることを抑制でき、小型化及びコスト低減を実現できる。

本発明の一実施形態に係る質量分析装置の構成例を示した概略図である。 本発明の一実施形態に係るＭＡＬＤＩイオン源の構成例を示した概略図である。 従来の構成から考えられる第１のＭＡＬＤＩイオン源の構成例を示した概略図である。 従来の構成から考えられる第２のＭＡＬＤＩイオン源の構成例を示した概略図である。

１．質量分析装置の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る質量分析装置１０の構成例を示した概略図である。質量分析装置１０は、例えば、マトリックス支援レーザ脱離イオン化イオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）である。
質量分析装置１０は、例えば、ＭＡＬＤＩイオン源１、イオントラップ１２及びＴＯＦＭＳ（飛行時間型質量分析計）１３及び本体１００を備えている。

本体１００は、中空状に形成されている。本体１００内に、ＭＡＬＤＩイオン源１、イオントラップ１２及びＴＯＦＭＳ１３などが設けられている。本体１００内には、例えば、第１チャンバ１０１及び第２チャンバ１０２が形成されている。この例では、第１チャンバ１０１は、ＭＡＬＤＩイオン源１を収容する空間を形成している。一方、第２チャンバ１０２は、イオントラップ１２及びＴＯＦＭＳ１３を収容する空間を形成している。

第１チャンバ１０１及び第２チャンバ１０２は、開口１０３を介して互いに連通している。すなわち、第１チャンバ１０１と第２チャンバ１０２とは、区画壁１０４を介して区画されており、当該区画壁１０４に形成された開口１０３を介して互いに連通している。第１チャンバ１０１内及び第２チャンバ１０２内は、図示しない真空ポンプなどにより真空状態となる。

ＭＡＬＤＩイオン源１は、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化し、得られたイオンをイオントラップ１２に供給する。試料は、例えば、サンプルプレート２０上に濃縮された状態で準備され、分析の際にサンプルプレート２０ごとＭＡＬＤＩイオン源１にセットされる。
イオントラップ１２は、例えば、三次元四重極型である。

ＴＯＦＭＳ１３には、飛行空間１３１が形成されている。また、ＴＯＦＭＳ１３には、イオン検出器１３２が設けられている。ＴＯＦＭＳ１３が、質量分離部の一例を構成している。イオン検出器１３２が、検出部の一例を構成している。

質量分析装置１０を使用する際には、まず、ＭＡＬＤＩイオン源１において、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザ脱離イオン化法）を用いて試料にレーザが照射される。これにより、試料がマトリックスとともに真空中で気化され、試料とマトリックスとの間のプロトンの授受によって試料がイオン化される。

そして、ＭＡＬＤＩイオン源１で得られたイオンがイオントラップ１２で捕捉される。イオントラップ１２では、捕捉したイオンの一部を選択的にイオントラップ１２内に残し、ＣＩＤ（衝突誘起解離）により開裂させる。このようにして開裂されたイオンは、イオントラップ１２からＴＯＦＭＳ１３に供給される。

ＴＯＦＭＳ１３では、飛行空間１３１を飛行したイオンがイオン検出器１３２により検出される。具体的には、飛行空間１３１に形成された電場により加速されたイオンが、当該飛行空間１３１を飛行する間に質量電荷比に応じて時間的に分離され（質量分離され）、イオン検出器１３２により順次検出される。これにより、質量電荷比とイオン検出器１３２における検出強度との関係がスペクトルとして測定され、質量分析が実現される。

２．ＭＡＬＤＩイオン源の構成
図２は、本発明の一実施形態に係るＭＡＬＤＩイオン源１の構成例を示した概略図である。
ＭＡＬＤＩイオン源１は、レーザ光源２と、チャンバ３と、カメラ４と、ミラー５と、偏光ビームスプリッタ６と、ダンパ部材７とを備えている。レーザ光源２及びカメラ４のそれぞれは、チャンバ３と間隔を隔てて配置されている。ミラー５、偏光ビームスプリッタ６及びダンパ部材７は、チャンバ３とカメラ４との間に配置されている。

チャンバ３は、箱状に形成されている。チャンバ３の周壁には、窓板８が設けられている。窓板８は、カメラ４と間隔を隔てて配置されている。チャンバ３内には、サンプルプレート２０上に載置された試料が収容されている。サンプルプレート２０（サンプルプレート２０上に載置された試料）は、窓板８に対向している。
カメラ４は、レンズやＣＣＤなど（図示せず）を備えている。

ミラー５は、チャンバ３とカメラ４との間に配置されており、かつ、レーザ光源２と対向している。ミラー５は、例えば、ダイクロイックミラーである。ミラー５がダイクロイックミラーである場合には、ミラー５は、特定波長の光のみを反射し、その他の波長の光を透過する。なお、ミラー５は、ハーフミラーであってもよい。ミラー５が、光学素子の一例を構成している。

偏光ビームスプリッタ６は、ミラー５と窓板８との間に配置されている。偏光ビームスプリッタ６は、透過する光の偏光の方向に応じて透過率が異なる部材である。偏光ビームスプリッタ６は、キューブ状であってもよいし、板状（ミラー状）であってもよい。偏光ビームスプリッタ６は、回転可能に構成されている。偏光ビームスプリッタ６が、エネルギー調整部材の一例を構成している。

具体的には、偏光ビームスプリッタ６は、回転可能に構成される回転部（図示せず）上に設けられている。この回転部は、ミラー５で反射されて試料へと向かうレーザ光の光軸（試料に照射されるレーザ光の光軸）を中心として回転可能であって、モータなどの駆動源（図示せず）から駆動力が付与されることにより回転する。そして、この回転部が回転することで、偏光ビームスプリッタ６が、レーザ光の光軸（試料に照射されるレーザ光の光軸）を中心として回転する。

ダンパ部材７は、環状に形成されており、偏光ビームスプリッタ６を囲んでいる（偏光ビームスプリッタ６の周囲に設けられている）。具体的には、ダンパ部材７は、試料に照射されるレーザ光の光軸を中心とするように配置されている。ダンパ部材７は、基台部７１と、遮蔽部７２とを備えている。基台部７１は、環状に形成されている。具体的には、基台部７１は、例えば、円環状である。遮蔽部７２は、基台部７１の内周面に形成されている。遮蔽部７２は、光を減衰するように構成されている。具体的には、遮蔽部７２は、例えば、基台部７１の内周面に黒い塗料が塗布されることで形成される減衰層である。

３．ＭＡＬＤＩイオン源の動作
ＭＡＬＤＩイオン源１を用いる場合には、レーザ光源２から出射されたレーザ光のうち特定波長の光が、ミラー５で反射された後、偏光ビームスプリッタ６を通過してチャンバ３内に入る。そして、偏光ビームスプリッタ６を透過したレーザ光は、サンプルプレート２０上の試料に照射される。また、試料からの光は、窓板８、偏光ビームスプリッタ６及びミラー５を通過して、カメラ４で受光される。このように、ＭＡＬＤＩイオン源１では、ミラー５により、試料に照射されるレーザ光の光軸と、レーザ光が照射された試料からカメラ４に向かう光の光軸が同軸上に配置される。

このとき、偏光ビームスプリッタ６が適宜回転することで、レーザ光が、偏光の方向に応じた透過率で偏光ビームスプリッタ６を通過する。具体的には、駆動源（図示せず）からの駆動力が回転部（図示せず）に付与されることで、偏光ビームスプリッタ６が所定の角度だけ回転する。これにより、偏光ビームスプリッタ６に対するレーザ光の偏光の方向が変化し、偏光ビームスプリッタ６を透過するレーザ光の透過量が変化する。すなわち、ミラー５で反射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ６によりエネルギーが調整される。そして、エネルギーが調整された後のレーザ光が試料に照射される。

また、偏光ビームスプリッタ６が回転する角度は、例えば、ユーザが所望する光量（強度）のレーザ光が偏光ビームスプリッタ６を透過するように決定される。この決定は、例えば、ユーザにより、質量分析装置１０に設けられた操作部（図示せず）が操作されることで実施される。

この場合、ユーザは、スペクトルを確認しながら、スペクトルが示す強度値が所定の値となるように、操作部を操作して偏光ビームスプリッタ６を透過するレーザ光の透過量を調整することができる。なお、質量分析装置１０において、偏光ビームスプリッタ６を透過するレーザ光の光量（強度）を予め設定しておき、設定した光量だけレーザ光が偏光ビームスプリッタ６を透過するように、偏光ビームスプリッタ６を自動的に回転させてもよい。

また、偏光ビームスプリッタ６にレーザ光が入射することで生じる反射光や散乱光は、ダンパ部材７により減衰する。具体的には、遮蔽部７２が黒い塗料で形成される減衰層である場合には、偏光ビームスプリッタ６で生じる反射光や散乱光は、遮蔽部７２により吸収されて減衰する。そのため、偏光ビームスプリッタ６で生じる反射光や散乱光がチャンバ３内の試料に照射されることが抑制される。さらに、ダンパ部材７で吸収されなかった光や、ＭＡＬＤＩイオン源１において生じる他の反射光や散乱光は、チャンバ３の周壁で遮蔽される。

このように、ＭＡＬＤＩイオン源１では、回転可能な偏光ビームスプリッタ６を設けるのみで、レーザ光の光量を調整できる。そして、試料に対してレーザを適切な強度で照射できる。

４．作用効果
（１）本実施形態によれば、図１に示すように、質量分析装置１０は、ＭＡＬＤＩイオン源１を備えている。図２に示すように、ＭＡＬＤＩイオン源１では、レーザ光源２からのレーザ光は、ミラー５で反射された後、偏光ビームスプリッタ６においてエネルギーが調整される。そして、エネルギーが調整された後のレーザ光が試料に向けて照射される。また、偏光ビームスプリッタ６は、それ自体が回転することにより、レーザ光のエネルギーを調整する。

そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１において、回転可能な偏光ビームスプリッタ６を設けるのみで、レーザ光のエネルギーを調整し、そのレーザ光を試料に照射することができる。
その結果、ＭＡＬＤＩイオン源１（質量分析装置１０）において、部品点数が多くなることを抑制でき、小型化及びコスト低減を実現できる。
（２）また、本実施形態によれば、エネルギー調整部材の一例である偏光ビームスプリッタ６は、透過する光の偏光の方向に応じて透過率が異なる部材である。
そのため、エネルギー調整部材を簡易な構成にすることができる。

（３）また、本実施形態によれば、ＭＡＬＤＩイオン源１は、チャンバ３を備えている。チャンバ３内には、サンプルプレート２０（サンプルプレート２０及び試料）が設置される。レーザ光源２、カメラ４、ミラー５及び偏光ビームスプリッタ６は、チャンバ３の外部に設けられている。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１で生じる反射光や散乱光は、チャンバ３の周壁で遮蔽される。
その結果、ＭＡＬＤＩイオン源１で生じる反射光や散乱光が試料に照射されることを抑制できる。

（４）また、本実施形態によれば、図２に示すように、ＭＡＬＤＩイオン源１は、ダンパ部材７を備えている。ダンパ部材７は、偏光ビームスプリッタ６の周囲に設けられている。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１において、レーザ光が偏光ビームスプリッタ６に入射することで生じる反射光や散乱光をダンパ部材７により遮蔽できる。
その結果、偏光ビームスプリッタ６で生じる反射光や散乱光が試料に照射されることを抑制できる。

５．変形例
以上の実施形態では、ダンパ部材７は、光を吸収する遮蔽部７２を備える部材であるとして説明した。しかし、ダンパ部材７は、光を多重反射させることで減衰させるものであってもよい。例えば、ダンパ部材７は、環状の部材であって、その周面が偏光ビームスプリッタ６の外方に向かって先細る形状であってもよい。このような構成であれば、偏光ビームスプリッタ６の内周面にあたった光があたると、その光は多重反射を繰り返して減衰することとなる。

１ ＭＡＬＤＩイオン源
２ レーザ光源
３ チャンバ
４ カメラ
５ ミラー
６ 偏光ビームスプリッタ
７ ダンパ部材
１０ 質量分析装置
１３ ＴＯＦＭＳ
７１ 基台部
７２ 遮蔽部
１３２ イオン検出器

Claims (5)

1. ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源であって、
   レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光が照射された試料からの光を受光するカメラと、
   試料に照射される前記レーザ光の光軸と、前記レーザ光が照射された試料から前記カメラに向かう光の光軸とを同軸上にする光学素子と、
   前記光学素子により光軸が前記カメラに向かう光の光軸と同軸上にされた後の前記レーザ光のエネルギーを調整するためのエネルギー調整部材とを備え、
   前記エネルギー調整部材は、前記レーザ光の光軸を中心に回転することにより、前記レーザ光のエネルギーを調整することを特徴とするＭＡＬＤＩイオン源。
2. 前記エネルギー調整部材は、透過する光の偏光の方向に応じて透過率が異なる部材であることを特徴とする請求項１に記載のＭＡＬＤＩイオン源。
3. 内部に試料が設置されるチャンバをさらに備え、
   前記レーザ光源、前記カメラ、前記光学素子及び前記エネルギー調整部材は、前記チャンバの外部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＡＬＤＩイオン源。
4. 前記レーザ光の光軸を中心として前記エネルギー調整部材の周囲に設けられ、前記エネルギー調整部材で反射する光を減衰させるための環状のダンパ部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＡＬＤＩイオン源。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＡＬＤＩイオン源と、
   前記ＭＡＬＤＩイオン源で生じたイオンを質量分離する質量分離部と、
   前記質量分離部で質量分離されたイオンを検出する検出部とを備えることを特徴とする質量分析装置。

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