JP6895552B1 - 試料支持体、イオン化方法及び質量分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度な質量分析を可能にする試料支持体、イオン化方法及び質量分析方法を提供する。【解決手段】試料支持体１は、試料Ｓの成分Ｓ１のイオン化に用いられる試料支持体である。試料支持体１は、基板２と、導電層５と、カチオン化剤６と、を備えている。基板２は、第１表面２ａ、及び第１表面２ａとは反対側の第２表面２ｂ、並びに、第１表面２ａ及び第２表面２ｂに開口する複数の貫通孔２ｃを有している。導電層５は、少なくとも第１表面２ａに設けられている。カチオン化剤６は、複数の貫通孔２ｃに設けられ、成分を所定の原子によってカチオン化する。【選択図】図２

Description

本発明は、試料支持体、イオン化方法及び質量分析方法に関する。

試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体として、第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面、並びに、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔を有する基板を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６０９３４９２号公報

上述したような試料支持体を用いた質量分析では、試料の成分が、空気又は溶媒等に含まれる様々な種類の原子によってカチオン化される場合がある。そのような場合には、同じ分子量を有する成分（分子）であっても、異なる分子量を有する複数種の試料イオンとして検出されることになるため、同じ分子量を有する成分について、信号強度が分散された結果、質量分析の感度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、高感度な質量分析を可能にする試料支持体、イオン化方法及び質量分析方法を提供することを目的とする。

本発明の試料支持体は、試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体であって、第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面、並びに、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔を有する基板と、少なくとも第１表面に設けられた導電層と、複数の貫通孔に設けられ、成分を所定の原子によってカチオン化するためのカチオン化剤と、を備える。

この試料支持体は、第１表面、及び第１表面とは反対側の第２表面、並びに、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔を有する基板を備えている。これにより、複数の貫通孔に試料の成分が導入されると、試料の成分が第１表面側に留まる。さらに、導電層に電圧が印加されつつ基板の第１表面に対してレーザ光等のエネルギー線が照射されると、第１表面側における試料の成分にエネルギーが伝達される。このエネルギーによって、試料の成分がイオン化されることで、試料イオンが生じる。ここで、試料支持体は、複数の貫通孔に設けられ、成分を所定の原子によってカチオン化するためのカチオン化剤を備えている。そのため、試料の成分は、カチオン化剤の一部と混合した状態で第１表面側に留まる。これにより、上記のエネルギーが成分及びカチオン化剤の一部に伝達されると、成分は、空気又は溶媒等に含まれる様々な種類の原子よりも、所定の原子によってカチオン化されやすくなる。つまり、同じ分子量を有する成分は、同じ分子量を有する一種の試料イオンにイオン化されやすくなる。したがって、同じ分子量を有する成分について、信号強度が分散されるのが抑制される。よって、この試料支持体によれば、高感度な質量分析が可能となる。

本発明の試料支持体では、カチオン化剤は、少なくとも第２表面側に設けられていてもよい。この構成によれば、試料を構成する分子の二次元分布を画像化するイメージング質量分析を高感度にすることができる。すなわち、第２表面が試料に対向し且つカチオン化剤が試料に接触するように、試料上に試料支持体が配置されると、試料の成分は、カチオン化剤の一部と混合すると共に第２表面側から各貫通孔を介して第１表面側に移動する。そのため、第１表面側のそれぞれの位置において、カチオン化剤の一部の分布が均一となる。これにより、第１表面側のそれぞれの位置において、成分を均一にカチオン化することができる。したがって、試料を構成する分子の二次元分布の画像にムラが生じることを抑制することができ、質量分析を高感度にすることができる。

本発明の試料支持体では、カチオン化剤は、少なくとも第１表面側に設けられていてもよい。この構成によれば、マススペクトルを分析する質量分析を高感度にすることができる。すなわち、例えば液状の試料の成分が第１表面側から各貫通孔に導入された場合、及び、液状の試料の成分が第２表面側から各貫通孔に導入された場合のいずれにおいても、試料の成分は、カチオン化剤の一部と確実に混合した状態で第１表面側に留まる。そのため、成分を確実にカチオン化することができ、質量分析を高感度にすることができる。

本発明の試料支持体では、カチオン化剤は、少なくとも第２表面側及び第１表面側に設けられていてもよい。この構成によれば、イメージ質量分析、及びマススペクトルを分析する質量分析のいずれも高感度にすることができる。

本発明の試料支持体では、カチオン化剤は、蒸着膜、スパッタ膜又は原子堆積膜として設けられていてもよい。この構成によれば、カチオン化剤の結晶の平均粒径を相対的に小さくすると共にカチオン化剤の結晶の分布を均一にすることができる。これにより、質量分析における空間分解能を高めることができる。

本発明の試料支持体では、カチオン化剤は、塗布乾燥膜として設けられていてもよい。この構成によれば、カチオン化剤を容易に設けることができる。

本発明の試料支持体では、カチオン化剤は、クエン酸、クエン酸水素二アンモニウム及び尿素から選択される少なくとも一つ、酸化物、フッ化物、塩化物、硫化物、水酸化物及び金属化合物から選択される少なくとも一つ、又は、銀を含んでもよい。この構成によれば、試料の成分の種類に応じて、当該試料の成分のイオン化に適したカチオン化剤を適用することで、試料の成分のイオン化を効率的に行うことができる。

本発明の試料支持体では、基板には、試料が配置される複数の測定領域が形成されていてもよい。この構成によれば、複数の測定領域ごとに試料の成分のイオン化を行うことができる。

本発明のイオン化方法は、上記の試料支持体を用意する第１工程と、試料の成分を複数の貫通孔に導入する第２工程と、導電層に電圧を印加しつつ第１表面に対してエネルギー線を照射することにより、試料の成分をイオン化する第３工程と、を備える。

このイオン化方法では、複数の貫通孔に試料の成分が導入されると、試料の成分が第１表面側に留まる。さらに、導電層に電圧が印加されつつ基板の第１表面に対してエネルギー線が照射されると、第１表面側における試料の成分にエネルギーが伝達される。このエネルギーによって、試料の成分がイオン化されることで、試料イオンが生じる。ここで、試料支持体は、複数の貫通孔に設けられ、成分を所定の原子によってカチオン化するためのカチオン化剤を備えている。そのため、試料の成分は、カチオン化剤の一部と混合した状態で第１表面側に留まる。これにより、上記のエネルギーが成分及びカチオン化剤の一部に伝達されると、成分は、空気又は溶媒等に含まれる様々な種類の原子よりも、所定の原子によってカチオン化されやすくなる。つまり、同じ分子量を有する成分は、同じ分子量を有する一種の試料イオンにイオン化されやすくなる。したがって、同じ分子量を有する成分について、信号強度が分散されるのが抑制される。よって、このイオン化方法によれば、高感度な質量分析が可能となる。

本発明の質量分析方法は、上記のイオン化方法の各工程と、イオン化された成分を検出する第４工程と、を備える。

この質量分析方法によれば、上述したように、高感度な質量分析が可能となる。

本発明の質量分析方法では、第４工程においては、イオン化された成分をポジティブイオンモードによって検出してもよい。これにより、イオン化された成分を適切に検出することができる。

本発明によれば、高感度な質量分析を可能にする試料支持体、イオン化方法及び質量分析方法を提供することが可能となる。

第１実施形態の試料支持体の平面図である。 図１に示されるII−II線に沿っての試料支持体の断面図である。 図１に示される試料支持体の基板の拡大像である。 図１に示される試料支持体を用いた質量分析方法の工程を示す図である。 比較例及び実施例のそれぞれの質量分析方法によって得られた特定イオンの二次元分布像を示す図である。 第２実施形態の試料支持体の平面図及び断面図である。 図６に示される試料支持体の断面図である。 図６に示される試料支持体を用いた質量分析方法の工程を示す図である。 第１比較例及び第１実施例のそれぞれの質量分析方法によって得られたマススペクトルを示す図である。 第２比較例及び第２実施例のそれぞれの質量分析方法によって得られたマススペクトルを示す図である。 変形例の試料支持体の断面図である。 変形例の試料支持体の断面図である。 変形例の試料支持体の断面図である。 変形例の質量分析方法の工程を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
［試料支持体の構成］
図１及び図２に示されるように、試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体１は、基板２と、フレーム３と、導電層５と、カチオン化剤６と、を備えている。基板２は、第１表面２ａ及び第２表面２ｂ並びに複数の貫通孔２ｃを有している。第２表面２ｂは、第１表面２ａとは反対側の表面である。複数の貫通孔２ｃは、基板２の厚さ方向（第１表面２ａ及び第２表面２ｂに垂直な方向）に沿って延在しており、第１表面２ａ及び第２表面２ｂのそれぞれに開口している。本実施形態では、複数の貫通孔２ｃは、基板２に一様に（均一な分布で）形成されている。

基板２は、例えば、絶縁性材料によって円形板状に形成されている。基板２の直径は、例えば数ｃｍ程度であり、基板２の厚さは、例えば１〜５０μｍである。基板２の厚さ方向から見た場合における貫通孔２ｃの形状は、例えば略円形である。貫通孔２ｃの幅は、例えば１〜７００ｎｍである。

貫通孔２ｃの幅は、以下のようにして取得される値である。まず、基板２の第１表面２ａ及び第２表面２ｂのそれぞれの画像を取得する。図３は、基板２の第１表面２ａの一部のＳＥＭ画像の一例を示している。当該ＳＥＭ画像において、黒色の部分は貫通孔２ｃであり、白色の部分は貫通孔２ｃ間の隔壁部である。続いて、取得した第１表面２ａの画像に対して例えば二値化処理を施すことで、測定領域Ｒ内の複数の第１開口（貫通孔２ｃの第１表面２ａ側の開口）に対応する複数の画素群を抽出し、１画素当たりの大きさに基づいて、第１開口の平均面積を有する円の直径を取得する。同様に、取得した第２表面２ｂの画像に対して例えば二値化処理を施すことで、測定領域Ｒ内の複数の第２開口（貫通孔２ｃの第２表面２ｂ側の開口）に対応する複数の画素群を抽出し、１画素当たりの大きさに基づいて、第２開口の平均面積を有する円の直径を取得する。そして、第１表面２ａについて取得した円の直径と第２表面２ｂについて取得した円の直径との平均値を貫通孔２ｃの幅として取得する。

図３に示されるように、基板２には、略一定の幅を有する複数の貫通孔２ｃが一様に形成されている。測定領域Ｒにおける貫通孔２ｃの開口率（基板２の厚さ方向から見た場合に測定領域Ｒに対して全ての貫通孔２ｃが占める割合）は、実用上は１０〜８０％であり、特に２０〜４０％であることが好ましい。複数の貫通孔２ｃの大きさは互いに不揃いであってもよいし、部分的に複数の貫通孔２ｃ同士が互いに連結していてもよい。

図３に示される基板２は、Ａｌ（アルミニウム）を陽極酸化することにより形成されたアルミナポーラス皮膜である。具体的には、Ａｌ基板に対して陽極酸化処理を施し、酸化された表面部分をＡｌ基板から剥離することにより、基板２を得ることができる。なお、基板２は、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｗ（タングステン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｓｂ（アンチモン）等のＡｌ以外のバルブ金属を陽極酸化することにより形成されてもよいし、Ｓｉ（シリコン）を陽極酸化することにより形成されてもよい。

図１及び図２に示されるように、フレーム３は、第３表面３ａ及び第４表面３ｂ、並びに、開口３ｃを有している。第４表面３ｂは、第３表面３ａとは反対側の表面であり、基板２側の表面である。開口３ｃは、第３表面３ａ及び第４表面３ｂのそれぞれに開口している。フレーム３は、基板２に取り付けられている。本実施形態では、基板２の第１表面２ａのうち基板２の外縁に沿った領域と、フレーム３の第４表面３ｂのうち開口３ｃの外縁に沿った領域とが、接着層４によって互いに固定されている。

接着層４の材料は、例えば、放出ガスの少ない接着材料（低融点ガラス、真空用接着剤等）である。試料支持体１では、基板２のうちフレーム３の開口３ｃに対応する部分が、複数の貫通孔２ｃを介して第２表面２ｂ側から第１表面２ａ側に試料の成分を移動させるための測定領域Ｒとして機能する。このようなフレーム３によって、試料支持体１のハンドリングが容易化すると共に、温度変化等に起因する基板２の変形が抑制される。

導電層５は、基板２の第１表面２ａ側に設けられている。導電層５は、第１表面２ａに直接的に（すなわち、別の膜等を介さずに）設けられている。具体的には、導電層５は、基板２の第１表面２ａのうちフレーム３の開口３ｃに対応する領域（すなわち、測定領域Ｒに対応する領域）、開口３ｃの内面、及びフレーム３の第３表面３ａに一続きに（一体的に）形成されている。導電層５は、測定領域Ｒにおいて、基板２の第１表面２ａのうち貫通孔２ｃが形成されていない部分を覆っている。つまり、測定領域Ｒにおいては、各貫通孔２ｃが開口３ｃに露出している。なお、導電層５は、第１表面２ａに間接的に（すなわち、別の膜等を介して）設けられていてもよい。

導電層５は、導電性材料によって形成されている。ただし、導電層５の材料としては、以下に述べる理由により、試料との親和性（反応性）が低く且つ導電性が高い金属が用いられることが好ましい。

例えば、タンパク質等の試料と親和性が高いＣｕ（銅）等の金属によって導電層５が形成されていると、試料のイオン化の過程において、試料分子にＣｕ原子が付着した状態で試料がイオン化された結果、イオン化された試料がＣｕ付加分子として検出されるため、検出結果がずれるおそれがある。したがって、導電層５の材料としては、試料との親和性が低い貴金属が用いられることが好ましい。

一方、導電性の高い金属ほど一定の電圧を容易に且つ安定して印加し易くなる。そのため、導電性が高い金属によって導電層５が形成されていると、測定領域Ｒにおいて基板２の第１表面２ａに均一に電圧を印加することが可能となる。また、導電層５の材料としては、基板２に照射されたレーザ光のエネルギーを、導電層５を介して試料に効率的に伝えることが可能な金属であることが好ましい。例えば、ＭＡＬＤＩ（Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）等で使用される標準的なレーザ光（例えば波長が３５５ｎｍ程度の三倍高調波Ｎｄ、ＹＡＧレーザ又は波長が３３７ｎｍ程度の窒素レーザ等）が照射される場合には、導電層５の材料としては、紫外域における吸収性の高いＡｌ、Ａｕ（金）又はＰｔ（白金）等であることが好ましい。

以上の観点から、導電層５の材料としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ等が用いられることが好ましい。本実施形態では、導電層５の材料は、Ｐｔである。導電層５は、例えば、メッキ法、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）、蒸着法、スパッタ法等によって、厚さ１ｎｍ〜３５０ｎｍ程度に形成される。本実施形態では、導電層５の厚さは、例えば２０ｎｍ程度である。なお、導電層５の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）等が用いられてもよい。

カチオン化剤６は、複数の貫通孔２ｃに設けられている。カチオン化剤６が複数の貫通孔２ｃに設けられているとは、カチオン化剤６が各貫通孔２ｃの周辺に設けられていることを意味する。本実施形態では、カチオン化剤６は、基板２の第２表面２ｂ側に設けられている。カチオン化剤６は、第２表面２ｂに直接的に設けられている。カチオン化剤６は、第２表面２ｂのうち複数の貫通孔２ｃが形成されていない領域を覆っている。カチオン化剤６は、蒸着膜、スパッタ膜又は原子堆積膜として設けられている。つまり、カチオン化剤６は、蒸着法、スパッタ法又は原子堆積法によって形成されている。カチオン化剤６は、酸化物、フッ化物、塩化物、硫化物、水酸化物及び金属化合物から選択される少なくとも一つを含んでいる。酸化物、フッ化物、塩化物、硫化物、水酸化物又は金属化合物は、試料の成分をＬｉ（リチウム）付加分子、Ｎａ（ナトリウム）付加分子又はＫ（カリウム）付加分子として検出させるために機能する。本実施形態では、カチオン化剤６は、例えばＮａＣｌ等の塩化物を含んでいる。カチオン化剤６の厚さは、例えば１５ｎｍ程度である。カチオン化剤６の結晶の平均粒径は、例えば１０μｍ以下である。

カチオン化剤６の結晶の平均粒径は、ＳＥＭによって取得される値である。具体的には、まず、カチオン化剤６のＳＥＭ画像を取得する。続いて、取得したカチオン化剤６の画像に対して例えば二値化処理を施すことで、カチオン化剤６の複数の結晶に対応する複数の画素群を抽出し、１画素当たりの大きさに基づいて、複数の結晶の平均面積を有する円の直径を複数の結晶の平均粒径として取得する。

カチオン化剤６の一部は、試料の成分又は溶媒等に融ける（混合する）ことが可能である。カチオン化剤６は、試料の成分を所定の原子（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ又はＡｇ等）によってカチオン化する。本実施形態では、カチオン化剤６は、試料の成分をＮａによってカチオン化する。つまり、試料の成分は、Ｎａ付加イオンとして信号が検出される。

［イオン化法及び質量分析方法］
次に、試料支持体１を用いたイオン化法及び質量分析方法について説明する。まず、試料支持体１を用意する（第１工程）。試料支持体１は、イオン化法及び質量分析方法の実施者によって製造されることにより用意されてもよいし、試料支持体１の製造者又は販売者等から譲渡されることにより用意されてもよい。

続いて、図４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、試料Ｓの成分Ｓ１（図４の（ｃ）参照）を試料支持体１の複数の貫通孔２ｃに導入する（第２工程）。具体的には、スライドグラス（載置部）７の載置面７ａに試料Ｓを配置する。スライドグラス７は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide)膜等の透明導電膜が形成されたガラス基板であり、載置面７ａは、透明導電膜の表面である。試料Ｓは、例えば組織切片等の薄膜状の生体試料（含水試料）であり、凍結された状態にある。本実施形態では、試料Ｓは、マウスの脳Ｓ０をスライスすることによって取得される。なお、スライドグラス７に代えて、導電性を確保し得る部材（例えば、ステンレス等の金属材料等からなる基板等）を載置部として用いてもよい。続いて、試料Ｓに試料支持体１の第２表面２ｂ（図２参照）が試料Ｓに対向し且つカチオン化剤６（図２参照）が試料Ｓに接触するように、載置面７ａに試料支持体１を配置する。このとき、基板２の厚さ方向から見た場合に試料Ｓが測定領域Ｒ内に位置するように、試料支持体１を配置する。

続いて、導電性を有するテープ（例えば、カーボンテープ等）を用いて、スライドグラス７に試料支持体１を固定する。続いて、図４の（ｃ）に示されるように、指Ｆによってスライドグラス７の裏面（載置面７ａとは反対側の面）７ｂに接触する。これにより、指Ｆの熱Ｈがスライドグラス７を介して試料Ｓに伝わり、試料Ｓが解凍される。試料Ｓが解凍されると、試料Ｓの成分Ｓ１は、カチオン化剤６の一部６１と混合すると共に、例えば毛細管現象によって、複数の貫通孔２ｃを介して第２表面２ｂ側から第１表面２ａ側に移動し、例えば表面張力によって第１表面２ａ側に留まる。つまり、試料Ｓの成分Ｓ１は、カチオン化剤６の一部６１と混合した状態で第１表面２ａ側に留まる。

続いて、図４の（ｄ）に示されるように、試料Ｓの成分Ｓ１をイオン化させる（第３工程）。具体的には、試料Ｓ及び試料支持体１が配置されたスライドグラス７を質量分析装置の支持部（例えば、ステージ）上に配置する。続いて、質量分析装置の電圧印加部を動作させて、スライドグラス７の載置面７ａ及びテープを介して試料支持体１の導電層５に電圧を印加しつつ、質量分析装置のレーザ光照射部を動作させて、基板２の第１表面２ａのうち測定領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光（エネルギー線）Ｌを照射する。このとき、支持部及びレーザ光照射部の少なくとも１つを動作させることにより、測定領域Ｒに対応する領域に対してレーザ光Ｌを走査する。

以上のように導電層５に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されると、第１表面２ａ側に移動した試料Ｓの成分Ｓ１にエネルギーが伝達されて、試料Ｓの成分Ｓ１がイオン化されることで、試料イオンＳ２（イオン化された成分Ｓ１）が生じる。具体的には、第１表面２ａ側に移動した試料Ｓの成分Ｓ１及びカチオン化剤６の一部６１にエネルギーが伝達されると、試料Ｓの成分Ｓ１が気化し、気化した成分Ｓ１の分子にＮａイオンが付加されることにより、試料イオンＳ２が生じる。以上の工程が、試料支持体１を用いたイオン化方法（本実施形態では、レーザ脱離イオン化方法）に相当する。

続いて、放出された試料イオンＳ２を質量分析装置のイオン検出部において検出する（第４工程）。具体的には、放出された試料イオンＳ２が、電圧が印加された導電層５とグランド電極との間に生じる電位差によって、試料支持体１とイオン検出部との間に設けられた当該グランド電極に向かって加速しながら移動し、イオン検出部によって検出される。本実施形態では、導電層５の電位は、グランド電極の電位よりも高く、正イオンをイオン検出部へ移動させている。つまり、試料イオンＳ２は、ポジティブイオンモードによって検出される。そして、イオン検出部が、レーザ光Ｌの走査位置に対応するように試料イオンＳ２を検出することにより、試料Ｓを構成する分子の二次元分布が画像化される。質量分析装置は、飛行時間型質量分析方法（ＴＯＦ−ＭＳ：Time-of-Flight Mass Spectrometry）を利用する走査型質量分析装置である。以上の工程が、試料支持体１を用いた質量分析方法に相当する。

［作用及び効果］
以上説明したように、試料支持体１は、第１表面２ａ、及び第１表面２ａとは反対側の第２表面２ｂ、並びに、第１表面２ａ及び第２表面２ｂに開口する複数の貫通孔２ｃを有する基板２を備えている。これにより、複数の貫通孔２ｃに試料Ｓの成分Ｓ１が導入されると、試料Ｓの成分Ｓ１が第１表面２ａ側に留まる。さらに、導電層５に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌ等のエネルギー線が照射されると、第１表面２ａ側における試料Ｓの成分Ｓ１にエネルギーが伝達される。このエネルギーによって、試料Ｓの成分Ｓ１がイオン化されることで、試料イオンＳ２が生じる。ここで、試料支持体１は、複数の貫通孔２ｃに設けられ、成分Ｓ１を所定の原子（Ｎａ）によってカチオン化するためのカチオン化剤６を備えている。そのため、試料Ｓの成分Ｓ１は、カチオン化剤６の一部６１と混合した状態で第１表面２ａ側に留まる。これにより、上記のエネルギーが成分Ｓ１及びカチオン化剤６の一部６１に伝達されると、成分Ｓ１は、空気又は溶媒等に含まれる様々な種類の原子よりも、所定の原子によってカチオン化されやすくなる。つまり、同じ分子量を有する成分Ｓ１は、同じ分子量を有する一種の試料イオンＳ２にイオン化されやすくなる。したがって、同じ分子量を有する成分Ｓ１について、信号強度が分散されるのが抑制される。よって、試料支持体１によれば、高感度な質量分析が可能となる。

図５の（ａ）は、比較例の質量分析方法によって得られた特定イオンの二次元分布像を示す図である。図５の（ｂ）は、実施例の質量分析方法によって得られた特定イオンの二次元分布像を示す図である。比較例の質量分析方法において用いられた試料支持体は、カチオン化剤６を備えていない点で、実施例の質量分析方法において用いられた試料支持体１と相違している。比較例の質量分析方法のその他は、実施例の質量分析方法と同じである。図５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、実施例の質量分析方法でのイオンの検出強度は、比較例の質量分析方法でのイオンの検出強度よりも大きい（図５の（ａ）及び（ｂ）のそれぞれの左側のマススペクトル参照）。ｍ／ｚ５５０〜１０００の領域においては、実施例の検出強度が比較例の検出強度の約１．５倍となっている。また、試料Ｓの分子量（ｍ／ｚ７９０）の二次元分布の画像を取得した結果、比較例では分子量の分布が不明確であったのに対して、実施例では、分子量の分布が確認できた（図５の（ａ）及び（ｂ）のそれぞれの右側の図参照）。

また、試料支持体１では、カチオン化剤６が、第２表面２ｂ側に設けられている。この構成によれば、試料Ｓを構成する分子の二次元分布を画像化するイメージング質量分析を高感度にすることができる。すなわち、第２表面２ｂが試料Ｓに対向し且つカチオン化剤６が試料Ｓに接触するように、試料Ｓ上に試料支持体１が配置されると、試料Ｓの成分Ｓ１は、カチオン化剤６の一部６１と混合すると共に第２表面２ｂ側から各貫通孔２ｃを介して第１表面２ａ側に移動する。そのため、第１表面２ａ側のそれぞれの位置において、カチオン化剤６の一部６１の分布が均一となる。これにより、第１表面２ａ側のそれぞれの位置において、成分Ｓ１を均一にカチオン化することができる。したがって、試料Ｓを構成する分子の二次元分布の画像にムラが生じることを抑制することができ、質量分析を高感度にすることができる。

また、試料支持体１では、カチオン化剤６は、蒸着膜、スパッタ膜又は原子堆積膜として設けられている。この構成によれば、カチオン化剤６の結晶の平均粒径を相対的に小さくすると共にカチオン化剤６の結晶の分布を均一にすることができる。これにより、質量分析における空間分解能を高めることができる。

また、試料支持体１では、カチオン化剤６は、酸化物、フッ化物、塩化物、硫化物、水酸化物及び金属化合物から選択される少なくとも一つを含んでいる。この構成によれば、試料Ｓの種類に応じて、当該試料Ｓの成分Ｓ１のイオン化に適したカチオン化剤を適用することで、試料Ｓの成分Ｓ１のイオン化を効率的に行うことができる。

また、試料支持体１は、導電層５に加えてカチオン化剤６を備えている。この構成によれば、導電層５及びカチオン化剤６のそれぞれの厚さを最適化することによって、導電層５及びカチオン化剤６のそれぞれを適切に機能させることができる。例えば、同一の材料（ここでは、例えばＡｇ）によって導電層５及びカチオン化剤６を兼ねる場合には、当該材料の厚さを導電層及びカチオン化剤のそれぞれとしての最適な厚さにすることが困難な場合がある。すなわち、導電層としての最適な厚さは、カチオン化剤としての最適な厚さよりも大きい。例えば導電層を適切に機能させるために、当該材料の厚さを大きくする（例えば１００ｎｍ以上）と、クラスターイオンとしてノイズが発生しやすくなり、信号の解析が困難になるおそれがある。

また、イオン化方法及び質量分析方法によれば、上述したように、高感度な質量分析が可能となる。

また、質量分析方法では、第４工程においては、試料イオンＳ２をポジティブイオンモードによって検出している。これにより、試料イオンＳ２を適切に検出することができる。

なお、試料支持体１は、マススペクトルを分析する質量分析に用いられてもよい。この場合、試料Ｓを含む溶液が第２表面２ｂに対して滴下されるのが好ましい。試料支持体１がマススペクトルを分析する質量分析に用いられる場合には、高感度な質量分析が可能となり、且つ、マススペクトルの解析も容易となる。

［第２実施形態］
［試料支持体の構成］
図６の（ａ）、図６の（ｂ）及び図７に示されるように、第２実施形態の試料支持体１Ａは、基板２に代えて基板２Ａを備えている点、フレーム３に代えてフレーム３Ａを備えている点、及び、カチオン化剤６に代えてカチオン化剤６Ａを備えている点において、第１実施形態の試料支持体１と主に相違している。

試料支持体１Ａは、基板２Ａと、フレーム３Ａと、導電層５と、カチオン化剤６Ａと、を備えている。基板２Ａは、例えば長方形板状を呈している。基板２Ａの一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度である。基板２Ａは、第１表面２ｄ及び第２表面２ｅ並びに複数の貫通孔２ｆを有している。フレーム３Ａは、基板２Ａの厚さ方向から見た場合に基板２Ａとほぼ同じ外形を有している。フレーム３Ａは、第３表面３ｄ及び第４表面３ｅ並びに複数の開口３ｆを有している。複数の開口３ｆのそれぞれは、複数の測定領域Ｒを画定している。つまり、基板２Ａには、複数の測定領域Ｒが形成されている。それぞれの測定領域Ｒには、試料Ｓが配置される。

カチオン化剤６Ａは、基板２Ａの第１表面２ｄ側に設けられている。カチオン化剤６Ａは、第１表面２ｄに間接的に設けられている。カチオン化剤６Ａは、導電層５を介して第１表面２ｄに設けられている。カチオン化剤６Ａは、導電層５における基板２Ａとは反対側の表面に直接的に設けられている。具体的には、カチオン化剤６Ａは、各測定領域Ｒに対応する領域に形成された導電層５の表面５ｃ、開口３ｆの内面に形成された導電層５の表面５ｂ、及びフレーム３の第３表面３ｄに形成された導電層５の表面５ａに一続きに（一体的に）設けられている。カチオン化剤６Ａは、各測定領域Ｒにおいて、導電層５の表面５ｃのうち貫通孔２ｆが形成されていない部分を覆っている。つまり、各測定領域Ｒにおいては、各貫通孔２ｆが開口３ｆに露出している。なお、図６の（ａ）及び（ｂ）においては、接着層４、導電層５及びカチオン化剤６Ａの図示が省略されている。

カチオン化剤６Ａは、Ａｇ（銀）を含んでおり、カチオン化剤６Ａの厚さは、例えば４．５ｎｍ程度である。Ａｇは、試料の成分をＡｇ付加分子として検出させるために機能する。カチオン化剤６Ａは、試料の成分をＡｇによってカチオン化する。つまり、試料の成分は、Ａｇが付加されることでＡｇ付加イオンとして信号が検出される。

［イオン化法及び質量分析方法］
次に、試料支持体１Ａを用いたイオン化法及び質量分析方法について説明する。まず、図８の（ａ）に示されるように、試料支持体１Ａを用意する（第１工程）。続いて、試料Ｓの成分を試料支持体１Ａの複数の貫通孔２ｆ（図７参照）に導入する（第２工程）。具体的には、試料支持体１Ａの各測定領域Ｒに試料Ｓを配置する。本実施形態では、例えばピペット８によって、試料Ｓを含む溶液を各測定領域Ｒに滴下する。これにより、試料Ｓの成分は、カチオン化剤６Ａの材料と混合すると共に、複数の貫通孔２ｆを介して基板２Ａの第１表面２ｄ側から第２表面２ｅ側に移動する。試料Ｓの成分は、カチオン化剤６Ａの材料と混合した状態で第１表面２ｄ側に留まる。続いて、図８の（ｂ）に示されるように、試料Ｓの成分が導入された試料支持体１Ａをスライドグラス７の載置面７ａ上に配置する。続いて、導電性を有するテープを用いて、スライドグラス７に試料支持体１Ａを固定する。続いて、試料Ｓの成分をイオン化させる（第３工程）。以上の工程が、試料支持体１Ａを用いたイオン化方法に相当する。続いて、放出された試料イオンＳ２を質量分析装置のイオン検出部において検出する（第４工程）。イオン検出部は、試料イオンＳ２を検出することにより、試料Ｓを構成する分子のマススペクトルを取得する。以上の工程が、試料支持体１Ａを用いた質量分析方法に相当する。

以上説明したように、試料支持体１Ａでは、基板２Ａには、試料Ｓが配置される複数の測定領域Ｒが形成されている。この構成によれば、複数の測定領域Ｒごとに試料Ｓの成分のイオン化を行うことができる。

図９の（ａ）は、第１比較例の質量分析方法によって得られたマススペクトルを示す図である。図９の（ｂ）は、第１実施例の質量分析方法によって得られたマススペクトルを示す図である。第１比較例の質量分析方法において用いられた試料支持体は、カチオン化剤６Ａを備えていない点で試料支持体１Ａと相違している。第１比較例の質量分析方法のその他は、第１実施例の質量分析方法と同じである。図９の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１実施例の質量分析方法でのイオンの検出強度は、第１比較例の質量分析方法でのイオンの検出強度よりも大きい。ｍ／ｚ４００〜５００程度の領域おいては、第１実施例の検出強度が第１比較例の検出強度の約６０倍以上となっている。このように、試料支持体１Ａによれば、高感度な質量分析が可能となり、且つ、マススペクトルの解析も容易となる。なお、第１比較例では、試料Ｓの成分がＡｇによってカチオン化されている。

図１０の（ａ）は、第２比較例の質量分析方法によって得られたマススペクトルを示す図である。図１０の（ｂ）は、第２実施例の質量分析方法によって得られたマススペクトルを示す図である。第２比較例の質量分析方法において用いられた試料支持体は、カチオン化剤６Ａを備えていない点で試料支持体１Ａと相違している。第２比較例の質量分析方法のその他は、第２実施例の質量分析方法と同じである。図１０の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第２実施例の質量分析方法でのイオンの検出強度は、第２比較例の質量分析方法でのイオンの検出強度よりも大きい。ｍ／ｚ１４０〜１５０程度の領域おいては、第２実施例の検出強度が第２比較例の検出強度の約３倍以上となっている。このように、試料支持体１Ａによれば、高感度な質量分析が可能となり、且つ、マススペクトルの解析も容易となる。なお、第２比較例では、試料支持体がカチオン化剤を備えていなく、試料Ｓの成分がプロトン付加イオンとして信号が検出されている。また、第２実施例の試料支持体１Ａのカチオン化剤６Ａの材料は、３０ｎｍ程度の厚さを有するＬｉＦ（フッ化リチウム）である。第２実施例では、試料Ｓの成分がＬｉ付加イオンとして信号が検出されている。

［変形例］
本発明は、上述した各実施形態に限定されない。第１実施形態では、カチオン化剤６が第２表面２ｂに直接的に設けられている例を示したが、カチオン化剤６は、例えば導電層等を介して第２表面２ｂに間接的に設けられていてもよい。

また、第１実施形態では、カチオン化剤６が基板２の第２表面２ｂ側に設けられている例を示したが、これに限定されない。図１１に示されるように、試料支持体１Ｂでは、カチオン化剤６が、第１表面２ａ側に設けられていてもよい。カチオン化剤６は、第１表面２ａに間接的に設けられている。カチオン化剤６は、導電層５を介して第１表面２ｄに設けられている。カチオン化剤６は、導電層５における基板２とは反対側の表面に直接的に設けられている。具体的には、カチオン化剤６は、各測定領域Ｒに対応する領域に形成された導電層５の表面５ｃ、開口３ｃの内面に形成された導電層５の表面５ｂ、及びフレーム３の第３表面３ａに形成された導電層５の表面５ａに一続きに（一体的に）設けられている。カチオン化剤６は、測定領域Ｒにおいて、導電層５の表面５ｃのうち貫通孔２ｃが形成されていない部分を覆っている。つまり、測定領域Ｒにおいては、各貫通孔２ｃが開口３ｃに露出している。この構成によれば、マススペクトルを分析する質量分析を高感度にすることができる。すなわち、例えば液状の試料Ｓの成分Ｓ１が第１表面２ａ側から各貫通孔２ｃに導入された場合、及び、液状の試料Ｓの成分Ｓ１が第２表面２ｂ側から各貫通孔２ｃに導入された場合のいずれにおいても、試料Ｓの成分Ｓ１は、カチオン化剤６の一部６１と確実に混合した状態で第１表面２ａ側に留まる。そのため、成分Ｓ１を確実にカチオン化することができ、質量分析を高感度にすることができる。なお、カチオン化剤６は、第１表面２ｄに直接的に設けられていてもよい。この場合、導電層５は、カチオン化剤６の表面に設けられていてもよい。

また、図１２に示されるように、試料支持体１Ｃでは、カチオン化剤６が、試料支持体１と同様に第２表面２ｂ側に設けられ、且つ、試料支持体１Ｂと同様に第１表面２ａ側に設けられていてもよい。この構成によれば、イメージ質量分析、及びマススペクトルを分析する質量分析のいずれも高感度にすることができる。

また、図１３に示されるように、試料支持体１Ｄでは、カチオン化剤６が、試料支持体１Ｂと同様に第１表面２ａ側に設けられ、試料支持体１と同様に第２表面２ｂ側に設けられ、且つ、複数の貫通孔２ｃの内面に設けられていてもよい。カチオン化剤６は、複数の貫通孔２ｃの内面に直接的に設けられている。この場合、カチオン化剤６は、原子堆積法によって形成され、貫通孔２ｃを塞がない程度の厚さを有している。つまり、カチオン化剤６の厚さが十分に小さいため、導電層５を適切に機能させることができる。また、カチオン化剤６は、複数の貫通孔２ｃの内面にのみに設けられていてもよい。なお、カチオン化剤６は、例えば導電層等を介して複数の貫通孔２ｃの内面に間接的に設けられていてもよい。

また、カチオン化剤６が蒸着膜、スパッタ膜又は原子堆積膜として設けられている例を示したが、カチオン化剤６は、例えば、塗布乾燥膜として設けられていてもよい。具体的には、カチオン化剤６は、例えばカチオン化剤６を含む液状の材料をスプレー等によって基板２に塗布した後、乾燥させることによって形成することができる。この場合、カチオン化剤６の結晶の平均粒径は、例えば数十μｍ程度である。カチオン化剤６の結晶の平均粒径は、ＳＥＭによって測定した場合の値である。この構成によれば、カチオン化剤６を容易に設けることができる。同様に、カチオン化剤６Ａも、例えば、塗布乾燥膜として設けられていてもよい。

また、カチオン化剤６が、酸化物、フッ化物、塩化物、硫化物、水酸化物及び金属化合物から選択される少なくとも一つである例を示したが、カチオン化剤６は、クエン酸、クエン酸水素二アンモニウム及び尿素から選択される少なくとも一つを含んでいてもよい。クエン酸、クエン酸水素二アンモニウム又は尿素は、試料Ｓの成分Ｓ１をプロトン付加分子として検出させるために機能する。この場合、試料Ｓの成分Ｓ１は、プロトンが付加されたプロトン付加イオンとして検出される。この場合においても、試料Ｓの成分Ｓ１の種類に応じて、当該試料Ｓの成分Ｓ１のイオン化に適したカチオン化剤を適用することで、試料Ｓの成分Ｓ１のイオン化を効率的に行うことができる。同様に、カチオン化剤６Ａも、クエン酸、クエン酸水素二アンモニウム及び尿素から選択される少なくとも一つを含んでいてもよい。

また、基板２の全体に複数の貫通孔２ｃが形成されている例を示したが、基板２のうち少なくとも測定領域Ｒに対応する部分に複数の貫通孔２ｃが形成されていればよい。同様に、基板２Ａのうち少なくとも測定領域Ｒに対応する部分に複数の貫通孔２ｆが形成されていればよい。

また、第１実施形態では、試料Ｓは、含水試料に限定されず、乾燥試料であってもよい。試料Ｓが乾燥試料である場合には、試料Ｓの粘性を低くするための溶液（例えばアセトニトリル混合液等）が試料Ｓに加えられる。これにより、例えば毛細管現象によって、複数の貫通孔２ｃを介して基板２の第１表面２ａ側に試料Ｓの成分Ｓ１を移動させることができる。

具体的には、まず、試料支持体１を用意する。続いて、図１４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、試料Ｓの成分を試料支持体１の複数の貫通孔２ｃ（図２参照）に導入する。具体的には、スライドグラス７の載置面７ａに試料Ｓを配置する。試料Ｓは、例えば組織切片等の薄膜状の生体試料（乾燥試料）であり、生体試料Ｓ９をスライスすることによって取得される。続いて、試料Ｓに試料支持体１の第２表面２ｂ（図２参照）が試料Ｓに対向し且つカチオン化剤６（図２参照）が試料Ｓに接触するように、載置面７ａに試料支持体１を配置する。続いて、導電性を有するテープを用いて、スライドグラス７に試料支持体１を固定する。続いて、図１４の（ｃ）に示されるように、例えば、ピペット８によって、溶媒８０を測定領域Ｒに滴下する。これにより、試料Ｓの成分は、溶媒８０及びカチオン化剤６の一部と混合すると共に、複数の貫通孔２ｃを介して基板２の第２表面２ｂ側から第１表面２ａ（図２参照）側に移動する。試料Ｓの成分は、カチオン化剤６の一部と混合した状態で第１表面２ａ側に留まる。続いて、図１４の（ｄ）に示されるように、試料Ｓの成分をイオン化させる（第３工程）。続いて、放出された試料イオンＳ２を質量分析装置のイオン検出部において検出する（第４工程）。

また、第１実施形態では、質量分析装置は、走査型の質量分析装置であってもよいし、投影型の質量分析装置であってもよい。走査型の場合、照射部による１回のレーザ光Ｌの照射毎に、レーザ光Ｌのスポット径に対応する大きさの１画素の信号が取得される。つまり、１画素毎にレーザ光Ｌの走査（照射位置の変更）及び照射が行われる。一方、投影型の場合、照射部による１回のレーザ光Ｌの照射毎に、レーザ光Ｌのスポット径に対応する画像（複数の画素）の信号が取得される。投影型の場合においてレーザ光Ｌのスポット径に測定領域Ｒの全体が含まれる場合には、１回のレーザ光Ｌの照射によってイメージング質量分析を行うことができる。なお、投影型の場合においてレーザ光Ｌのスポット径に測定領域Ｒの全体が含まれない場合には、走査型と同様にレーザ光Ｌの走査及び照射を行うことにより、測定領域Ｒ全体の信号を取得することができる。

また、試料支持体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが用いられる場合には、試料Ｓの成分は、カチオン化剤６Ａ，６の一部と混合しなくてもよい。この場合、導電層５に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されると、試料Ｓの成分及びカチオン化剤６Ａ，６の一部が気化し、試料Ｓの成分が気相上においてカチオン化（プロトン化を含む）される。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…試料支持体、２，２Ａ…基板、２ａ，２ｄ…第１表面、２ｂ，２ｅ…第２表面、２ｃ，２ｆ…貫通孔、５…導電層、５ｃ…表面、６，６Ａ…カチオン化剤、Ｌ…レーザ光（エネルギー線）、Ｒ…測定領域、Ｓ…試料、Ｓ１…成分、Ｓ２…試料イオン。

Claims (11)

1. 試料の成分のイオン化に用いられる試料支持体であって、
   第１表面、及び前記第１表面とは反対側の第２表面、並びに、前記第１表面及び前記第２表面に開口する複数の貫通孔を有する基板と、
   少なくとも前記第１表面に設けられた導電層と、
   前記複数の貫通孔に設けられ、前記成分を所定の原子によってカチオン化するためのカチオン化剤と、を備える、試料支持体。
2. 前記カチオン化剤は、少なくとも前記第２表面側に設けられている、請求項１に記載の試料支持体。
3. 前記カチオン化剤は、少なくとも前記第１表面側に設けられている、請求項１に記載の試料支持体。
4. 前記カチオン化剤は、少なくとも前記第２表面側及び前記第１表面側に設けられている、請求項１に記載の試料支持体。
5. 前記カチオン化剤は、蒸着膜、スパッタ膜又は原子堆積膜として設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の試料支持体。
6. 前記カチオン化剤は、塗布乾燥膜として設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の試料支持体。
7. 前記カチオン化剤は、クエン酸、クエン酸水素二アンモニウム及び尿素から選択される少なくとも一つ、酸化物、フッ化物、塩化物、硫化物、水酸化物及び金属化合物から選択される少なくとも一つ、又は、銀を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の試料支持体。
8. 前記基板には、前記試料が配置される複数の測定領域が形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の試料支持体。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の試料支持体を用意する第１工程と、
   前記試料の前記成分を前記複数の貫通孔に導入する第２工程と、
   前記導電層に電圧を印加しつつ前記第１表面に対してエネルギー線を照射することにより、前記試料の前記成分をイオン化する第３工程と、を備える、イオン化方法。
10. 請求項９に記載のイオン化方法の各工程と、
    イオン化された前記成分を検出する第４工程と、を備える、質量分析方法。
11. 前記第４工程においては、イオン化された前記成分をポジティブイオンモードによって検出する、請求項１０に記載の質量分析方法。

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