JP4895534B2 - Mid-infrared light-ultraviolet light generator - Google Patents
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Description
本発明は、中赤外光と紫外光を一緒に発生するレーザ装置に関し、特にマトリックス支援脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI−TOFMS)において赤外光と紫外光を一緒に照射することにより不溶性たんぱく質試料の質量分析を可能にする方法に利用できる中赤外光−紫外光発生装置に関する。 The present invention relates to a laser apparatus that generates mid-infrared light and ultraviolet light together, and in particular, irradiates infrared light and ultraviolet light together in matrix-assisted desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS). The present invention relates to a mid-infrared light-ultraviolet light generator that can be used in a method enabling mass spectrometry of insoluble protein samples.
標準的なMALDI(マトリックス支援脱離イオン化法)は、サンプルをマトリックスに混ぜて窒素レーザ光などの紫外光を照射すると、マトリックスが光を吸収して熱エネルギーに変換し、マトリックスのごく一部が急速に加熱されて、サンプルと共に気化することを利用するものである。
TOFMS(飛行時間型質量分析法)とは、正電位V0に置かれたサンプルスライド上で様々の大きさの正イオンが発生すると、接地されたグリッドにより引き出されて、エネルギー保存則により決まる速度Vを持って検出器まで飛行するが、どのイオンも同じ電位差V0が作用するので、質量電荷比m/zが小さいイオンほど短い時間で検出器に到達する現象を利用して、質量分析を行うものである。
In standard MALDI (matrix-assisted desorption ionization method), when a sample is mixed in a matrix and irradiated with ultraviolet light such as nitrogen laser light, the matrix absorbs light and converts it into thermal energy, and a small part of the matrix is converted. It takes advantage of rapid heating and vaporization with the sample.
TOFMS (time-of-flight mass spectrometry) is a velocity V determined by the energy conservation law when it is generated by a grounded grid when positive ions of various sizes are generated on a sample slide placed at a positive potential V0. Because the same potential difference V0 acts on all ions, the ions that have a smaller mass-to-charge ratio m / z perform mass analysis using the phenomenon that reaches the detector in a shorter time. It is.
MALDI−TOFMSは、マトリックス支援脱離イオン化法と飛行時間型質量分析法を組み合わせた装置で、タンパク質同定の決め手となる分子量の簡便かつ精密な測定装置である。しかし、MALDIの光源として紫外光を用いるものでは、質量の大きな高分子、特に不溶性タンパク質を対象とするときは、イオン化しにくいため質量分析が難しかった。そこで、非特許文献1に報告されているように、さらに添加剤を加えて中赤外光と紫外光を併用するようにすると、効率よくイオン化することができることが分かった。 MALDI-TOFMS is a device that combines matrix-assisted desorption ionization and time-of-flight mass spectrometry, and is a simple and precise measuring device for molecular weight that is the decisive factor for protein identification. However, when UV light is used as a light source for MALDI, mass analysis is difficult when high molecular weight polymers, particularly insoluble proteins, are difficult to ionize. Thus, as reported in Non-Patent Document 1, it was found that ionization can be efficiently performed by adding an additive and using both mid-infrared light and ultraviolet light in combination.
非特許文献1に記載された方法は、試料を加えたマトリックスに中赤外光を吸収しかつ試料を溶かす薬品を添加して、添加剤の振動モードに波長を調整した赤外レーザ光とマトリックスに吸収される紫外光を同時に照射することにより試料を急速気化しイオン化するものである。イオン化した試料を質量分析装置によって質量測定することにより、従来の測定法を超えた高質量域においてさらに高感度な測定をすることができるようになった。
この方法によると、生物の細胞膜を構成するタンパク質や病気の原因となるタンパク質など各種の不溶性タンパク質についてもイオン化して質量測定することができるので、病理研究などに大きく貢献することが期待できる。
In the method described in Non-Patent Document 1, an infrared laser beam and a matrix in which a chemical that absorbs mid-infrared light and dissolves the sample is added to the matrix to which the sample is added, and the wavelength is adjusted to the vibration mode of the additive. The sample is rapidly vaporized and ionized by simultaneously irradiating UV light absorbed by the sample. By measuring the mass of an ionized sample using a mass spectrometer, it has become possible to perform a more sensitive measurement in a high mass range that exceeds conventional measurement methods.
According to this method, it is possible to ionize and measure mass of various insoluble proteins such as proteins constituting the cell membranes of organisms and proteins that cause diseases, so that it can be expected to greatly contribute to pathological studies.
非特許文献1に記載されたMALDI−TOFMSでは、窒素レーザから発生される紫外光と自由電子レーザ(FEL)から発生される中赤外光を試料に同時に照射している。したがって、極めて大型で高価であり取扱いが難しい自由電子レーザ装置を利用するので、測定を簡便に行うことができない。また、紫外光と中赤外光の波長のみならず照射タイミングを選択することにより分析効率や精度が変化する可能性があるが、2つのレーザ装置がそれぞれ別個独立であるのでタイミングの調整が難しい。 In MALDI-TOFMS described in Non-Patent Document 1, a sample is simultaneously irradiated with ultraviolet light generated from a nitrogen laser and mid-infrared light generated from a free electron laser (FEL). Therefore, since a free electron laser apparatus that is extremely large, expensive, and difficult to handle is used, measurement cannot be performed easily. Moreover, there is a possibility that the analysis efficiency and accuracy may change by selecting the irradiation timing as well as the wavelengths of the ultraviolet light and the mid-infrared light, but it is difficult to adjust the timing because the two laser devices are independent of each other. .
なお、波長を調整できる中赤外光の発生装置として、FELに代えて、特許文献1にも開示されているNd:YAGレーザとCr:forsteriteレーザの差周波発生を利用することができる。特許文献1に開示された波長可変赤外光レーザ装置は、波長1.064μmのNd:YAGレーザと1.15〜1.35μmの範囲で波長選択できるCr:forsteriteレーザを非線形光学結晶に入射して混合し差周波発生により赤外光を発生させるもので、Cr:forsteriteレーザの波長を選択することにより赤外光の波長を5〜14μmの範囲で調整できるようになっている。したがって、任意の化合物に対して、適合する波長を選択して振動励起することができる。
特許文献1記載の波長可変赤外光レーザ発生装置はFELと比較すれば極めて小型で簡便に操作することができるが、紫外光と関係付けて照射タイミングを決めることは簡単でない。
Note that, as a mid-infrared light generator capable of adjusting the wavelength, the difference frequency generation between the Nd: YAG laser and the Cr: forsterite laser disclosed in Patent Document 1 can be used instead of the FEL. The wavelength tunable infrared laser device disclosed in Patent Document 1 includes a Nd: YAG laser having a wavelength of 1.064 μm and a Cr: forsterite laser capable of selecting a wavelength in the range of 1.15 to 1.35 μm to a nonlinear optical crystal. Infrared light is generated by generating a difference frequency, and the wavelength of the infrared light can be adjusted in the range of 5 to 14 μm by selecting the wavelength of the Cr: forsterite laser. Therefore, vibration excitation can be performed by selecting a suitable wavelength for any compound.
The tunable infrared laser generator described in Patent Document 1 is extremely small and can be easily operated as compared with FEL, but it is not easy to determine the irradiation timing in relation to ultraviolet light.
MALDIの他にも、赤外光と紫外光など異なる波長の光を同時に照射することにより、対象に含まれる異なる成分に作用して成果を得るプロセスが存在する。
たとえば、特許文献2には、母材を有機金属と接触させておいて、ここに紫外レーザ光と可視から赤外の範囲に波長があるレーザ光を同時に照射することにより金属を堆積させて回路パターンを形成する金属堆積方法が開示されている。
開示方法は、有機金属蒸気を紫外レーザ光で解離させて基板上に金属を堆積させながら、有機金属蒸気が顕著な熱解離を生じない範囲で十分に大きな強度の赤外あるいは可視レーザ光を基板に照射するもので、金属の尾基板への付着強度が大きくしかも堆積の厚みやパターンの制御性に優れた金属堆積が可能になる。
In addition to MALDI, there is a process for obtaining results by acting on different components included in an object by simultaneously irradiating light of different wavelengths such as infrared light and ultraviolet light.
For example,
In the disclosed method, an organometallic vapor is dissociated with an ultraviolet laser beam to deposit a metal on the substrate, and an infrared or visible laser beam having a sufficiently large intensity is used as long as the organometallic vapor does not cause significant thermal dissociation. Therefore, it is possible to deposit metal with high adhesion strength of the metal to the tail substrate and excellent thickness and pattern controllability.
特許文献2の実施例では、アルゴンレーザから発射された波長514.5nmの可視レーザ光の一部を高調波発生器で第2高調波に変換し、これを紫外レーザ光として可視レーザ光と一緒に利用している。実施例として、紫外レーザ光の出力を100μW、可視レーザ光の出力を20mWとして、試料基板上の約10μm径に範囲に集光してタンクステンなどの金属を堆積させた試験について記載している。
特許文献2には、赤外光や各種レーザ光を活用して色々な金属を堆積させることができることが記載されている。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、中赤外光と紫外光を一緒に発生させることが可能で、かつ中赤外光の波長と中赤外光と紫外光のタイミングを調整することができるコンパクトで低コストな中赤外光−紫外光発生装置を提供することである。
また、特に、マトリックス支援脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI−TOFMS)において中赤外光と紫外光を一緒に照射することにより高分子、特に不溶性たんぱく質試料の質量分析を可能にする方法に利用できる簡便な中赤外光−紫外光発生装置を提供することである。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is possible to generate mid-infrared light and ultraviolet light together, and to adjust the wavelength of mid-infrared light and the timing of mid-infrared light and ultraviolet light. The present invention is to provide a compact and low-cost mid-infrared light-ultraviolet light generator that can perform the above-mentioned.
In particular, a method that enables mass spectrometry of a polymer, particularly an insoluble protein sample, by irradiating mid-infrared light and ultraviolet light together in matrix-assisted desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS). It is to provide a simple mid-infrared light-ultraviolet light generator that can be used for the above.
上記課題を解決するため、本発明に係る中赤外光−紫外光発生装置は、励起レーザ光を出力する励起レーザ装置と、励起レーザ光の光路中に配備された分岐器と、分岐器で分岐された第1の分岐レーザ光を励起光源として中赤外光を得る赤外レーザ発生装置と、高調波発生器を備えて分岐器で分岐された第2の分岐レーザ光の高調波から紫外光を得る紫外レーザ発生装置とを設けて、励起レーザ光の分岐レーザ光に基づき紫外光と中赤外光を一緒に出力するようにしたことを特徴とする。
本発明の装置によれば、同じ出力源から供給される励起レーザを分岐して、一方の分岐レーザ光で赤外光を得、他方で紫外光を得て、一緒に対象物に照射することができるので、異なる波長の光を吸収して振動励起する異なる成分を含む対象物に対して有効な光学作用を生じさせることができる。
In order to solve the above problems, a mid-infrared light-ultraviolet light generator according to the present invention includes an excitation laser device that outputs excitation laser light, a branching device disposed in the optical path of the excitation laser light, and a branching device. An infrared laser generator that obtains mid-infrared light using the branched first branched laser light as an excitation light source, and a second harmonic of the second branched laser light that is branched by the branching device and includes a harmonic generator. An ultraviolet laser generator for obtaining light is provided, and ultraviolet light and mid-infrared light are output together based on the branched laser light of the excitation laser light.
According to the apparatus of the present invention, the excitation laser supplied from the same output source is branched, the infrared light is obtained with one branched laser light, the ultraviolet light is obtained with the other, and the object is irradiated together. Therefore, an effective optical action can be generated for an object including different components that absorb and oscillate vibrations by absorbing light of different wavelengths.
本発明に係る中赤外光−紫外光発生装置は、特に、Nd:YAGレーザとCr:forsteriteレーザの差周波発生により中赤外光を発生させる波長可変赤外光発生装置において、差周波発生用非線形光学結晶に向かうNd:YAGレーザのエネルギーの一部を分岐し、この分岐Nd:YAGレーザと波長可変な中赤外光を同時に出力することができるようにしたものである。
本発明の装置によれば、波長可変赤外光発生装置から得られる波長5〜14μmの中赤外範囲で選択した差周波光(DFG)と、波長1.064μmのNd:YAGレーザを同期させて一緒に対象物に照射することができるので、異なる波長の光を吸収して振動励起する異なる成分を含む対象物に対して有効な作用を生じさせることができる。
The mid-infrared light-ultraviolet light generation apparatus according to the present invention is a difference-frequency generation, particularly in a tunable infrared light generation apparatus that generates mid-infrared light by generating a difference frequency between an Nd: YAG laser and a Cr: forsterite laser. A portion of the energy of the Nd: YAG laser heading toward the nonlinear optical crystal for use is branched, and this branched Nd: YAG laser and wavelength-tunable mid-infrared light can be output simultaneously.
According to the apparatus of the present invention, the difference frequency light (DFG) selected from the wavelength range of 5 to 14 μm obtained from the wavelength tunable infrared light generator and the Nd: YAG laser having a wavelength of 1.064 μm are synchronized. Therefore, it is possible to cause an effective action to an object including different components that absorb light of different wavelengths and excite vibration.
さらに、分岐Nd:YAGレーザの光路中に高調波発生器を備えて、高調波発生器で発生する紫外線を発生させて、波長可変中赤外光と一緒に対象物に照射させるようにしてもよい。波長1.064μmのNd:YAGレーザは、第2高調波の波長が532nm、第3高調波の波長が355nm、第4高調波の波長が266nm、第5高調波の波長が213nmになり、第3高調波以上で紫外光となる。
したがって、本発明の中赤外光−紫外光発生装置において、第3高調波以上の紫外光を取り出して波長可変中赤外光DFGと一緒に照射するようにすれば、不溶性たんぱく質などの高質量物質も容易に質量分析が可能になった新しいMALDI−TOFMSに利用することができる。
Further, a harmonic generator is provided in the optical path of the branched Nd: YAG laser so that ultraviolet light generated by the harmonic generator is generated and irradiated to the object together with the wavelength variable mid-infrared light. Good. An Nd: YAG laser having a wavelength of 1.064 μm has a second harmonic wavelength of 532 nm, a third harmonic wavelength of 355 nm, a fourth harmonic wavelength of 266 nm, and a fifth harmonic wavelength of 213 nm. It becomes ultraviolet light above 3 harmonics.
Accordingly, in the mid-infrared light-ultraviolet light generation apparatus of the present invention, if ultraviolet light of the third harmonic or higher is taken out and irradiated with the wavelength-tunable mid-infrared light DFG, a high mass such as insoluble protein is obtained. Substances can also be used in the new MALDI-TOFMS, which can easily perform mass spectrometry.
また、本発明の装置では、分岐Nd:YAGレーザの高調波紫外光と中赤外レーザ光はいずれも同じNd:YAGレーザ発生装置で発生したNd:YAGレーザを分岐して生成させるので、紫外光と中赤外光の放出タイミングは、両者の光路長差によって決まることになる。
そこで、分岐Nd:YAGレーザ光の光路中、または中赤外光の光路中に遅延光路を設けて、光路長差を調整するようにしてもよい。光路長差を調整することにより、紫外光と中赤外光がそれぞれ対応する成分に作用するタイミングをずらして、総合的に良好な効果を得られるようにすることができる。
In the apparatus of the present invention, both the harmonic ultraviolet light and the mid-infrared laser light of the branched Nd: YAG laser are generated by branching the Nd: YAG laser generated by the same Nd: YAG laser generator. The emission timing of light and mid-infrared light is determined by the optical path length difference between the two.
Therefore, a delay optical path may be provided in the optical path of the branched Nd: YAG laser light or in the optical path of the mid-infrared light to adjust the optical path length difference. By adjusting the optical path length difference, it is possible to shift the timing at which the ultraviolet light and the mid-infrared light act on the corresponding components, respectively, and obtain a comprehensively good effect.
高調波発生器は第1の非線形光学素子と第1のダイクロイックミラーと第2の非線形光学素子と第2のダイクロイックミラーを直列に配置したもので、第2ダイクロイックミラーを光路から待避することができるように構成することが好ましい。第1非線形光学素子は波長1.064μmのNd:YAGレーザ光からその高調波を生成し、元のレーザ光と混ざった状態で出力する。第1ダイクロイックミラーは波長1064nmの光を反射し波長532nmの第2高調波光を透過する。第2非線形光学素子は第2高調波光から波長266nmの第4高調波以下の高調波を生成し第2高調波と一緒に出力する。第2ダイクロイックミラーは第2高調波光を光路外に反射放出し紫外光である第4高調波光を透過して出力する。 The harmonic generator includes a first nonlinear optical element, a first dichroic mirror, a second nonlinear optical element, and a second dichroic mirror arranged in series, and can retract the second dichroic mirror from the optical path. It is preferable to configure as described above. The first nonlinear optical element generates its harmonics from the Nd: YAG laser light having a wavelength of 1.064 μm and outputs it in a state of being mixed with the original laser light. The first dichroic mirror reflects light having a wavelength of 1064 nm and transmits second harmonic light having a wavelength of 532 nm. The second non-linear optical element generates a harmonic having a wavelength of 266 nm or less from the second harmonic light and outputs it together with the second harmonic. The second dichroic mirror reflects and emits the second harmonic light to the outside of the optical path, and transmits and outputs the fourth harmonic light that is ultraviolet light.
したがって、第2ダイクロイックミラーより下流の光学系では紫外光が光路を形成する。紫外光は人の目に見えないため、光学素子の位置決めには大変な苦労がある。
そこで、第2ダイクロイックミラーを光路中に抜き差しできる機構を設けて、光路から待避させると、緑色を呈する第2高調波も紫外光と一緒に光路に沿って出射するので、光路が人の目に見えるようになり、この緑色光を利用して光学素子の位置決めを楽に行うことができる。
Accordingly, ultraviolet light forms an optical path in the optical system downstream of the second dichroic mirror. Since ultraviolet light is invisible to the human eye, there is a great difficulty in positioning optical elements.
Therefore, by providing a mechanism that allows the second dichroic mirror to be inserted into and removed from the optical path and retracted from the optical path, the second harmonic that exhibits green color is emitted along with the ultraviolet light along the optical path. The green light can be used to easily position the optical element.
さらに、波長可変赤外光発生装置の差周波発生用非線形光学結晶の出力位置にブリュースター型Geフィルタを配置することが好ましい。
差周波発生用非線形光学結晶から出射する光には、DFG光の他にNd:YAGレーザ光とCr:forsteriteレーザ光が含まれる。ブリュースター型Geフィルタは、Cr:forsteriteレーザの約80%を反射し、残った約20%とNd:YAGレーザをフィルタ内で吸収するので、出射位置にブリュースター型Geフィルタを配置することによって、DFG光のみ射出されるようになる。
Furthermore, it is preferable to arrange a Brewster type Ge filter at the output position of the nonlinear optical crystal for differential frequency generation of the wavelength tunable infrared light generator.
The light emitted from the differential frequency generating nonlinear optical crystal includes Nd: YAG laser light and Cr: forsterite laser light in addition to DFG light. The Brewster Ge filter reflects about 80% of the Cr: forsterite laser and absorbs the remaining 20% and the Nd: YAG laser in the filter. By placing the Brewster Ge filter at the emission position, Only the DFG light is emitted.
さらに、可視光レーザ装置を備えて、可視光レーザ装置から出力される可視光レーザをブリュースター型Geフィルタの出力側に投射し、反射光が波長可変赤外レーザ光と同じ光路を通るように配置することが好ましい。
波長可変赤外光発生装置から出射されるDFG光も人の目に見えないため、光学素子を配設するときに困難がある。可視光レーザをDFG光と同じ光路を通るようにすれば、人の目に見える光を介して位置調整をすることができるので、困難が解消される。
Further, a visible light laser device is provided so that the visible light laser output from the visible light laser device is projected to the output side of the Brewster Ge filter so that the reflected light passes through the same optical path as the wavelength tunable infrared laser light. It is preferable to arrange.
The DFG light emitted from the wavelength tunable infrared light generator is also invisible to the human eye, which makes it difficult to arrange optical elements. If the visible light laser passes through the same optical path as that of the DFG light, the position can be adjusted via the light visible to the human eye, thereby eliminating the difficulty.
本発明の中赤外光−紫外光発生装置を使うことにより、紫外光と中赤外光の2種類のレーザ光を使う小型で安価な、運転しやすいマトリックス支援脱離イオン化飛行時間型質量分析装置(MALDI−TOFMS)を構成することができる。特に、紫外光と中赤外光相互のタイミングを適宜調整することにより、高質量物質について目的に適合した効率がよく精度の高い質量測定を行えるようになることが期待される。 By using the mid-infrared light-ultraviolet light generator of the present invention, a small, inexpensive, easy-to-operate matrix-assisted desorption ionization time-of-flight mass spectrometry using two types of laser light, ultraviolet light and mid-infrared light. A device (MALDI-TOFMS) can be configured. In particular, by appropriately adjusting the timing between the ultraviolet light and the mid-infrared light, it is expected that mass measurement with high efficiency and high accuracy suitable for the purpose can be performed for a high-mass material.
以下、本発明について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の中赤外光−紫外光発生装置の1実施例を表す構成図、図2は本実施例において、紫外光の光路を可視化する機構を説明する概念図、図3は本実施例において、中赤外光の光路を可視化する機構を説明する概念図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a mid-infrared light-ultraviolet light generator of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a mechanism for visualizing an optical path of ultraviolet light in this embodiment, and FIG. In an Example, it is a conceptual diagram explaining the mechanism which visualizes the optical path of mid-infrared light.
本実施例の中赤外光−紫外光発生装置は、Nd:YAGレーザ光と波長可変のCr:forsteriteレーザ光を差周波発生用非線形光学結晶に入射して所望の差周波光(DFG)を生成する波長可変赤外光発生装置におけるNd:YAGレーザ光の一部を分岐して高調波発生用非線形光学結晶に通し生成する高調波から紫外光を取り出して、DFGと一緒に放射する装置である。 In this embodiment, the mid-infrared light-ultraviolet light generation apparatus makes an Nd: YAG laser light and a tunable Cr: forsterite laser light incident on a non-linear optical crystal for generating a difference frequency to generate a desired difference frequency light (DFG). A device that divides a part of the Nd: YAG laser light in the tunable infrared light generator to be generated and passes it through a harmonic generation nonlinear optical crystal to extract ultraviolet light from the generated harmonic and emit it together with the DFG. is there.
図1に示した具体例を参照すると、波長可変赤外光発生装置は、波長1.064μmのレーザ光を発生するポンプ用Nd:YAGレーザ装置1と1.17〜1.35μmの範囲で波長が調整できるCr:forsteriteレーザ装置2と差周波発生用非線形光学結晶3を備えて、Nd:YAGレーザ光の波長変換作用によりNd:YAGレーザ光とCr:forsteriteレーザ光の差周波光を生成して5.5〜10μmの範囲で選択可能な中赤外光を得るものである。
Referring to the specific example shown in FIG. 1, the wavelength tunable infrared light generator has a wavelength in the range of 1.17 to 1.35 μm with the pump Nd: YAG laser device 1 that generates laser light with a wavelength of 1.064 μm. Is provided with a Cr:
Cr:forsteriteレーザ装置2は、1.17〜1.35μmの波長範囲でレーザ発信する波長可変固体レーザであるCr:forsteriteレーザ部21と、Cr:forsteriteレーザを励起するための光源となる励起用Nd:YAGレーザ装置22と、Cr:forsteriteレーザをパルス動作で作動するために励起用Nd:YAGレーザ装置22にトリガーを供給するパルス発生装置23を備える。
The Cr:
パルス発生装置23で発生するパルスは、ポンプ用Nd:YAGレーザ装置1と励起用Nd:YAGレーザ装置22の2基のNd:YAGレーザ装置を同期駆動する。ポンプ用Nd:YAGレーザ装置1は波長1.064μmのパルスレーザをポンプ光として差周波発生用非線形光学結晶3に入射する。励起用Nd:YAGレーザ装置22はCr:forsteriteレーザの励起光源としてパルスレーザをCr:forsteriteレーザ部21に供給する。
Cr:forsteriteレーザ部21に入射したパルスレーザはレンズで構成されたテレスコープにより所定のビーム径を持つように調整された後、ビームスプリッターで分割されてCr:forsteriteレーザ結晶24の両側面に入射して両サイド励起する。
The pulses generated by the
The pulse laser incident on the Cr:
Cr:forsteriteレーザ結晶24は出力鏡27と反射鏡26の間に配置され、レーザ結晶24と反射鏡26の間に分光プリズム25が設けられる。反射鏡26は回動鏡であって、反射方向を調整することにより分光プリズム25で波長分散した光のうち選択した光だけが出力鏡27まで戻るようにして、選択した波長の光が共振器内で共振してレーザ発振するようにする。
Cr:forsteriteレーザは、1.15〜1.35μmの範囲で波長を選択することができ、シグナル光として差周波発生用非線形光学結晶3に供給される。
The Cr:
The wavelength of the Cr: forsterite laser can be selected in the range of 1.15 to 1.35 μm, and is supplied to the nonlinear optical crystal 3 for generating a difference frequency as signal light.
差周波発生用非線形光学結晶3はAgGaS2 結晶などの光混合型非線形光学結晶31で構成され、周波数ω1とω2のレーザ光を入力するとこれら周波数の差の周波数ω3(=ω1−ω2)を持った差周波光(DFG)を出力する。
差周波発生用非線形光学結晶3から放射される差周波光は、基本的にポンプ光の波長変換作用によって発生するもので、差周波光のエネルギーはポンプ光のエネルギーに依存する。また、差周波光の周波数はポンプ光とシグナル光の周波数差であるから、シグナル光の周波数を変化させることにより調整することができる。
The non-linear optical crystal 3 for generating a difference frequency is composed of a light-mixing non-linear
The difference frequency light emitted from the difference frequency generating nonlinear optical crystal 3 is basically generated by the wavelength conversion action of the pump light, and the energy of the difference frequency light depends on the energy of the pump light. Further, since the frequency of the difference frequency light is the frequency difference between the pump light and the signal light, it can be adjusted by changing the frequency of the signal light.
本実施例における波長可変赤外光発生装置は、ポンプ用Nd:YAGレーザ装置1が波長1.064μmのパルスレーザをポンプ光として差周波発生用非線形光学結晶3に入射し、Cr:forsteriteレーザ装置2が波長1.15〜1.35μmの範囲で選択したレーザをシグナル光としNd:YAGレーザと同期させて差周波発生用非線形光学結晶3に入射するので、ポンプ光とシグナル光の差周波数に基づいて5〜14μmの波長範囲の中赤外光を選択的に発生することができる。 In the wavelength tunable infrared light generator in the present embodiment, the pump Nd: YAG laser device 1 is incident on the differential frequency generating nonlinear optical crystal 3 using a pulse laser having a wavelength of 1.064 μm as pump light, and the Cr: forsterite laser device. 2 is selected as a signal light within the wavelength range of 1.15 to 1.35 μm, and is incident on the differential optical frequency generating nonlinear optical crystal 3 in synchronization with the Nd: YAG laser. Based on this, it is possible to selectively generate mid-infrared light in the wavelength range of 5 to 14 μm.
たとえば、ポンプ用Nd:YAGレーザ装置1から波長1.064μmのパルスレーザを相対的に大きなエネルギーを持ったポンプ光として、また、Cr:forsteriteレーザ装置2から波長1.284μmに調整した出力レーザをシグナル光として差周波発生用非線形光学結晶3に入力すると、差周波発生用非線形光学結晶3からは入力したレーザ光の他に波長6.21μmの差周波光が出力する。これら出力光をGeフィルター32に通して波長分別し、長波長の差周波光(赤外光)のみを外部に取り出すことができる。
For example, a pulse laser having a wavelength of 1.064 μm from the pump Nd: YAG laser device 1 is used as pump light having a relatively large energy, and an output laser adjusted from the Cr:
本実施例の中赤外光−紫外光発生装置は、上記の波長可変赤外光発生装置におけるポンプ用Nd:YAGレーザ装置1の出力位置にビームスプリッター4を配置して、Nd:YAGレーザ光の一部を分岐し、分岐したNd:YAGレーザの光路中に高調波発生器5を備えてNd:YAGレーザ光の高調波を生成するように構成したものである。
高調波発生器5は、KTP、BBO,その他の非線形光学結晶51,53とダイクロイックミラー52,54を用いて構成されたもので、非線形光学結晶で入射光の高調波を生成し、ダイクロイックミラーで目的の高調波を選択して出力する。
The mid-infrared light-ultraviolet light generation apparatus of this embodiment has a
The harmonic generator 5 is configured by using KTP, BBO, and other nonlinear
図2(a)は本実施例における高調波発生器の構成を示した図面である。
高調波発生器5は、第1非線形光学結晶51と第1ダイクロイックミラー52と第2非線形光学結晶53と第2ダイクロイックミラー54を直列に配置して構成されている。
第1ダイクロイックミラー52は、波長1064nmの光を反射して光路外に放出し、波長532nmの第2高調波光を透過する。第2ダイクロイックミラーは、第2高調波光を反射して光路外に放出し、波長266nmの第4高調波光を透過する。
FIG. 2A is a diagram showing a configuration of a harmonic generator in the present embodiment.
The harmonic generator 5 includes a first nonlinear
The first
このような構成において、第1非線形光学結晶51に波長1.064μmのNd:YAGレーザ光が入射すると第1非線形光学結晶51で波長532nmの第2高調波以下の高調波が発生して元のレーザ光と混ざった状態で出力する。第1ダイクロイックミラー52は、第1非線形光学結晶51の出力光を入射して、波長1.064μmのNd:YAGレーザ光を光路外に放出し、第2高調波以下の高調波を第2非線形光学結晶53に入射させる。第2非線形光学結晶53は、これら高調波の高調波を生成して、第2ダイクロイックミラー54に入射する。第2ダイクロイックミラー54は緑色を呈する第2高調波を光路外に放出して、紫外領域の第3高調波以下を透過し光路に沿って出射する。
紫外光の光路は人の目に見えないため、光学素子の位置決めには大変な苦労がある。
In such a configuration, when Nd: YAG laser light having a wavelength of 1.064 μm is incident on the first nonlinear
Since the optical path of the ultraviolet light is invisible to the human eye, positioning the optical element is very difficult.
そこで、本実施例では、図2(b)に示すように、第2ダイクロイックミラー54を光路から待避することができるように構成する。第2ダイクロイックミラー54を光路中から待避させると、緑色を呈する第2高調波も紫外光と一緒に光路に沿って出射するので、光路が人の目に見えるようになり、この緑色光を利用して光学素子の位置決めを楽に行うことができる。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2B, the second
図3に示すように、波長可変赤外光発生装置の差周波発生用非線形光学結晶3における非線形光学結晶31の出力位置に配置するGeフィルタ32として、ブリュースター型Geフィルタを選択することができる。
非線形光学結晶31から出射する光には、DFG光の他にNd:YAGレーザ光とCr:forsteriteレーザ光が含まれる。
ブリュースター型Geフィルタ32は、入射するCr:forsteriteレーザの約80%を反射し、残った約20%とNd:YAGレーザをフィルタ内で吸収するので、出射位置にブリュースター型Geフィルタを配置することによって、DFG光のみ射出されるようになる。
As shown in FIG. 3, a Brewster Ge filter can be selected as the
The light emitted from the nonlinear
The
さらに、He−Neレーザなどの可視光レーザ装置7を備えて、可視光レーザ装置7から出力される可視光レーザがブリュースター型Geフィルタの出力側で反射して波長可変赤外レーザ光と同じ光路を通るようにすることができる。
波長可変赤外光発生装置から出射されるDFG光も人の目に見えないため、光学素子を配設するときに困難があるが、可視光レーザをDFG光と同じ光路を通るようにすれば、可視光に基づいて容易に光学素子の位置調整をすることができる。
Further, a visible
The DFG light emitted from the wavelength tunable infrared light generator is also invisible to the human eye, so it is difficult to arrange the optical element. However, if the visible light laser passes through the same optical path as the DFG light, The position of the optical element can be easily adjusted based on visible light.
また、Nd:YAGレーザの高調波から得る紫外光と差周波光として得る中赤外光は同じポンプ用Nd:YAGレーザ発生装置1で発生したNd:YAGレーザを分岐して生成させるので、紫外光と中赤外光の放射タイミングは、両者の光路長差によって決まる。
紫外光は、MALDIのサンプルを混入するマトリックスの吸収特性に合わせられていて、被測定対象物に照射するとマトリックスに吸収されて電子励起によりマトリックスが急速気化するときに、サンプルを随伴して放散させると共にイオン化する。
また中赤外光は、サンプルを溶解する溶剤の吸収特性に適合させてあって、被測定対象物に照射すると溶剤に吸収され振動励起してサンプルである高質量高分子の単離に寄与する。このように、紫外光と中赤外光は作用する相手が異なるので、相互のタイミングにより分析効率が異なる可能性が高い。
Further, since the ultraviolet light obtained from the harmonics of the Nd: YAG laser and the mid-infrared light obtained as the difference frequency light are generated by branching the Nd: YAG laser generated by the same pump Nd: YAG laser generator 1, ultraviolet light is generated. The emission timing of light and mid-infrared light is determined by the optical path length difference between the two.
Ultraviolet light is matched to the absorption characteristics of the matrix in which the MALDI sample is mixed, and when the object to be measured is irradiated, it is absorbed by the matrix and diffuses with the sample when the matrix is rapidly vaporized by electronic excitation. Ionize with.
The mid-infrared light is adapted to the absorption characteristics of the solvent that dissolves the sample, and when irradiated on the object to be measured, it is absorbed by the solvent and excited by vibration, contributing to the isolation of the high-mass polymer that is the sample. . As described above, since ultraviolet rays and mid-infrared light act on different partners, there is a high possibility that the analysis efficiency differs depending on the mutual timing.
そこで、図1に示すように、分岐Nd:YAGレーザ光の光路中に遅延光路6を設けて光路長差を調整できるようにすることが好ましい。
紫外光と中赤外光の光路長差を調整することにより、紫外光と中赤外光がそれぞれ対応する成分に作用するタイミングをずらして、総合的に良好な質量分析を行えるようにする。
なお、遅延光路は、中赤外光の光路中に設けてもよい。また、紫外光の光路と中赤外光の光路の両方に設ければ、調整範囲が拡大してより自由なタイミング選択が可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 1, it is preferable to provide a delay optical path 6 in the optical path of the branched Nd: YAG laser light so that the optical path length difference can be adjusted.
By adjusting the difference in the optical path length between the ultraviolet light and the mid-infrared light, the timing at which the ultraviolet light and the mid-infrared light act on the corresponding components is shifted so that a comprehensive mass analysis can be performed.
The delay optical path may be provided in the mid-infrared light path. In addition, if the optical path is provided in both the optical path of ultraviolet light and the optical path of mid-infrared light, the adjustment range is expanded and more flexible timing selection becomes possible.
本発明の中赤外光−紫外光発生装置は上記説明した機能を有するので、これを利用することにより、紫外光と中赤外光の2種類のレーザ光を被測定物に照射することができ、小型で安価な、運転しやすいマトリックス支援脱離イオン化飛行時間型質量分析装置(MALDI−TOFMS)を構成することができる。特に、紫外光と中赤外光相互のタイミングを適宜調整することにより、高質量物質について効率がよく精度の高い質量測定が行えるようになることが期待される。
なお、実施例の中赤外光−紫外光発生装置は、発明を実施するための最良の形態としての例示であって、課題を解決するための手段をこれに制約するものではないことは言うまでもない。
Since the mid-infrared light-ultraviolet light generator of the present invention has the above-described function, it is possible to irradiate the object to be measured with two types of laser light, that is, ultraviolet light and mid-infrared light. The matrix-assisted desorption / ionization time-of-flight mass spectrometer (MALDI-TOFMS) can be configured that is small, inexpensive, and easy to operate. In particular, by appropriately adjusting the timing between the ultraviolet light and the mid-infrared light, it is expected that high-mass materials can be measured with high efficiency and high accuracy.
It should be noted that the mid-infrared light-ultraviolet light generator of the embodiment is an example as the best mode for carrying out the invention, and needless to say, means for solving the problem is not limited thereto. Yes.
1 ポンプ用Nd:YAGレーザ装置
2 Cr:forsteriteレーザ装置
21 Cr:forsteriteレーザ部
22 励起用Nd:YAGレーザ装置
23 パルス発生装置
24 Cr:forsteriteレーザ結晶
25 分光プリズム
26 反射鏡
27 出力鏡
3 差周波発生用非線形光学結晶
31 非線形光学結晶
32 Geフィルター
4 ビームスプリッター
5 高調波発生器
51 第1非線形光学結晶
52 第1ダイクロイックミラー
53 第2非線形光学結晶
54 第2ダイクロイックミラー
6 遅延光路
7 可視光レーザ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nd: YAG laser apparatus for
Claims (7)
励起レーザ光を出力する励起レーザ装置と、
該励起レーザ光の光路中に配備された分岐器と、
該分岐器で分岐された第1の分岐レーザ光を励起光源として中赤外光を得る赤外レーザ発生装置と、
高調波発生器を備えて前記分岐器で分岐された第2の分岐レーザ光の高調波から紫外光を得る紫外レーザ発生装置と、
前記中赤外光と前記紫外光の少なくとも一方の光路中に設けられ、前記中赤外光と前記紫外光の光路長差を変化させることにより前記被検物に対する前記中赤外光及び前記紫外光の照射タイミングを調整する遅延光路とを備える、
中赤外光−紫外光発生装置。 A mid-infrared light-ultraviolet light generator applicable to a mass spectrometer that performs mass spectrometry by irradiating a test object with ultraviolet light and mid-infrared light,
An excitation laser device that outputs excitation laser light;
A branching device disposed in the optical path of the excitation laser light;
An infrared laser generator for obtaining mid-infrared light using the first branched laser beam branched by the branching device as an excitation light source;
An ultraviolet laser generator that includes a harmonic generator and obtains ultraviolet light from the harmonics of the second branched laser beam branched by the splitter ;
Provided in the optical path of at least one of the mid-infrared light and the ultraviolet light, and changing the optical path length difference between the mid-infrared light and the ultraviolet light to change the mid-infrared light and the ultraviolet light with respect to the test object A delay optical path for adjusting the irradiation timing of light,
Mid-infrared light-ultraviolet light generator.
さらに、前記第2ダイクロイックミラーを光路から待避させることにより前記可視光及び前記紫外光を出力する機構を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の中赤外光−紫外光発生装置。 The harmonic generator includes a first nonlinear optical element, a first dichroic mirror, a second nonlinear optical element, and visible light out of light incident from the second nonlinear optical element, which are arranged in series . A second dichroic mirror that reflects light and transmits ultraviolet light ;
Moreover, mid-infrared light according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a mechanism for outputting the visible light and the ultraviolet light by Rukoto is retracted said second dichroic mirror from the optical path An ultraviolet light generator;
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