JP7095796B2

JP7095796B2 - 質量分析装置

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Publication number: JP7095796B2
Application number: JP2021501182A
Authority: JP
Inventors: 真悟藤岡; ひかる石原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: JPWO2020170335A1; CN113366607A; US20220344139A1; WO2020170335A1

Description

本発明は、探針エレクトロスプレーイオン源を用いた質量分析装置に関する。

質量分析装置において分析対象である試料中の成分をイオン化するイオン化法としては、従来、様々な方法が提案され、また実用に供されている。大気圧雰囲気中でイオン化を行うイオン化法としてはエレクトロスプレーイオン化（Electrospray Ionization：ＥＳＩ）法がよく知られているが、このＥＳＩを利用したイオン化法の一つとして近年注目を集めているイオン化法として探針エレクトロスプレーイオン化（Probe Electrospray Ionization：ＰＥＳＩ）法がある。

特許文献１等に開示されているように、一般的なＰＥＳＩイオン源は、導電性の探針と、該探針の先端に試料を付着させるべく該探針又は試料の少なくとも一方を移動させる変位部と、探針の先端に試料が付着された状態で該探針に高電圧を印加する高電圧発生部と、を含む。測定時には、変位部により探針又は試料の少なくとも一方を移動させて、該探針の先端を試料に接触させ、探針の先端表面に試料を付着させる。そのあと、変位部により探針を試料から離脱させ、高電圧発生部から探針に高電圧を印加する。すると、探針先端に付着している試料に強い電場が作用し、エレクトロスプレー現象が生起されて試料分子が離脱しながらイオン化する。

一般に、エレクトロスプレー現象を利用したイオン化は他の手法、例えばレーザ光の照射によるイオン化法などに比べて、イオン化効率が高い。そのため、ＰＥＳＩイオン源では、微量な試料中の分子を効率良くイオン化することができる。また、被検者等から採取した微量の生体試料（血液、骨髄液等）に対し溶解や分散化等の前処理を行うことなく、そのままの状態でイオン化を行うことができるという利点もある。

国際特許公開第２０１７／１５４１５３号

「DPiMS-2020 探針エレクトロスプレーイオン化質量分析計 Direct Probe Ionization-MS」、［online］、株式会社島津製作所、［2019年2月14日検索］、インターネット＜URL: https://www.an.shimadzu.co.jp/ms/dpims/index.htm＞

ＰＥＳＩイオン源では、イオン化の原理上、試料は溶媒に溶けた状態である必要がある。そのため一般的には、液体状である試料を貯留するための凹部が形成されたサンプルプレートが使用されている。非特許文献１等に開示されている従来のＰＥＳＩイオン源を搭載した質量分析装置（以下「ＰＥＳＩ－ＭＳ」と称すことがある）では、主としてコンタミネーションを回避するために、１回の分析毎に廃棄される（つまりはディスポーザブルである）合成樹脂製のサンプルプレートが使用されている。

しかしながら、こうした従来のＰＥＳＩ－ＭＳでは、一つのサンプルに対する分析を実行する毎にオペレータがサンプルプレートを交換する必要があり、分析のスループットが低いという問題があった。また、多数のサンプルの分析を行う際にはサンプルプレートも大量に必要であり、分析のランニングコストを下げることが難しいという問題もあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、分析のスループットを改善するとともにランニングコストも下げることができるＰＥＳＩ－ＭＳを提供することである。

本発明の一態様の質量分析装置は、
導電性の探針と、
前記探針の先端に試料を付着させるべく、所定位置にある試料に前記探針の先端が接触する試料採取位置とその先端が前記試料から離れた所定のイオン生成位置との間で前記探針を上下方向に移動させる探針移動部と、
前記イオン生成位置にある前記探針に高電圧を印加し、該探針に付着している試料から該試料成分由来のイオンを発生させる高電圧印加部と、
それぞれ試料を収容可能である複数の凹部を有する試料収容部、及び、該試料収容部を保持するものであって、該試料収容部の前記複数の凹部を一つずつ前記試料採取位置に移動させるように該試料収容部を移動させるための機械要素を有する台座部、を含む試料保持部と、
を備えるものである。

本発明に係る質量分析装置では、試料収容部の複数の凹部にそれぞれ異なる試料を収容することが可能である。また、台座部に組み込まれた機械要素の動作によって、試料収容部の複数の凹部が、探針が降下したときにその先端が到達する試料採取位置に、順番に来るように該試料収容部を移動させることができる。

したがって、本発明に係る質量分析装置によれば、試料収容部自体、又はその試料収容部を含む試料保持部を交換することなく、複数の試料を連続的に分析することができる。それにより、オペレータによるサンプルプレートの交換の手間を軽減し、分析のスループットを向上させることができる。
また、多数の試料を分析する場合に、使用する試料収容部の数を従来よりも減らすことができるので、試料収容部がディスポーザブルである場合に分析のランニングコストの低減に有利である。

さらにまた、本発明に係る質量分析装置において試料収容部は台座部により保持され、該台座部から分離自在であるため、試料収容部を再使用する場合でも、試料が接触する試料収容部のみを容易に洗浄したり滅菌処理したりすることができる。そのため、装置のメンテナンス性が良好であり、その点でも、分析のランニングコストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態であるＰＥＳＩ－ＭＳの概略構成図。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおけるイオン源を中心とする要部の構成図。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおけるサンプルプレートのベース部の上面平面図（ａ）及びＡ－ＡＡ矢視線断面図（ｂ）。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおけるサンプルプレートのターレット部の上面平面図（ａ）及びＢ－ＢＢ矢視線断面図（ｂ）。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおけるサンプルプレートをプレートホルダに装着した状態の上面平面図（ａ）、及びサンプルプレートをプレートホルダから引き出した状態の上面平面図（ｂ）。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおけるサンプルプレートをプレートホルダに装着した状態の概略側面図（ａ）、及びサンプルプレートをプレートホルダから引き出した状態の概略側面図（ｂ）。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳで使用される、他の形状のターレット部の上面平面図。本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳで使用される、他の形状のターレット部の上面平面図（ａ）及び概略断面図（ｂ）。

以下、本発明の一実施形態であるＰＥＳＩ－ＭＳについて、添付図面を参照して説明する。

［本実施形態の装置の全体構成］
図１は本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳの概略構成図である。図２は本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおけるＰＥＳＩイオン源を中心とする要部の構成図である。なお、説明の都合上、図１及び図２中に示すように、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を定めるものとする。ここでは、Ｚ軸方向は装置の上下方向である。また、Ｘ－Ｙ面は、装置が設置される設置面に平行な平面である。

図１に示すように、このＰＥＳＩ－ＭＳは、略大気圧の雰囲気中で試料中の成分のイオン化を行うイオン化室１１と、チャンバ１０の内部に形成され、高真空雰囲気に維持される分析室１４と、の間に、段階的に真空度が高められる二つの中間真空室１２、１３、を備える。図示しないが、第１中間真空室１２内はロータリーポンプにより真空排気され、第２中間真空室１３及び分析室１４内はロータリーポンプ及びターボ分子ポンプにより真空排気される。

イオン化室１１内には、ＰＥＳＩイオン源１が配設されている。ＰＥＳＩイオン源１は、ハウジング２と、ハウジング２に固定されているプレートホルダ３と、プレートホルダ３に装着されるサンプルプレート４と、サンプルプレート４の上方（Ｚ軸方向）に配置されている探針５と、ハウジング２に固定され、探針５をＺ軸方向に移動させる探針移動部６と、を含む。

イオン化室１１内と第１中間真空室１２内とは、細径の加熱キャピラリ１５を通して連通している。第１中間真空室１２内と第２中間真空室１３内とは、スキマー１７の頂部に形成された小径のオリフィスを通して連通している。第１中間真空室１２内及び第２中間真空室１３内には、それぞれイオンを収束させつつ輸送するイオンガイド１６、１８が配設されている。分析室１４内には、質量分離器である四重極マスフィルタ１９と、イオン検出器２０と、が配設されている。

［ＰＥＳＩイオン源の概略構成］
図２に示すように、本実施例のＰＥＳＩ－ＭＳで用いられるサンプルプレート４は、ベース部４１とターレット部４２とから成る。ターレット部４２は軸ａを中心として回転自在に、ベース部４１により保持されている。後で詳しく述べるが、ターレット部４２はその上面に複数の凹部４２１を有し、その複数の凹部４２１にはそれぞれ所定量の液体試料を収容可能である。

従来一般的に、ＰＥＳＩ用のサンプルプレートは合成樹脂製であったが、本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおいて、サンプルプレート４を構成するベース部４１及びターレット部４２は全てステンレス等の金属製である。サンプルプレート４のみならず、サンプルプレート４と電気的に接続されるプレートホルダ３及びハウジング２も金属製であり、ハウジング２は接地されている。したがって、プレートホルダ３に装着された状態のサンプルプレート４も接地電位（０Ｖ）となる。

Ｚ軸方向つまりは上下方向に延伸した状態で保持される探針５は、探針移動部６により、図２中に実線で示すイオン生成位置５Ａと、図２中に破線で示す試料採取位置５Ｂとの間でＺ軸方向に移動自在である。図２中に、探針５が移動する際の移動経路の中心軸を符号５Ｃで示す。もちろん、探針５はイオン生成位置５Ａと試料採取位置５Ｂとの間だけでなく、それ以上にＺ軸方向に移動自在であってもよい。ターレット部４２に形成されている複数の凹部４２１のうちの一つは、探針５が試料採取位置５Ｂにあるときに該探針５の先端が到達する位置に来るようになっている。

加熱キャピラリ１５の入口端であるイオン取込口１５１は、イオン生成位置５Ａにある探針５とサンプルプレート４の間に位置している。この例では、イオン取込口１５１の中心軸線はＸ軸方向に延伸し、つまりはＺ軸に直交した状態であるが、イオン取込口１５１の中心軸線がＺ軸に斜交するようにイオン取込口１５１が配置されていてもよい。金属製である加熱キャピラリ１５には、接地電位又はそれ以外の所定の電位（例えば分析対象のイオンの極性とは逆極性の電位）が付与される。

［本実施形態の装置の概略動作］
次に、上記構成を有する本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳの動作を説明する。
図２に示すように、分析対象である液体試料が凹部４２１に貯留された状態のサンプルプレート４はプレートホルダ３に装着される。サンプルプレート４が適切な位置に装着されターレット部４２が適切な回転位置で停止されると、一つの凹部４２１が探針５の移動経路の中心軸５Ｃ上に位置する。

分析が開始されると、図示しない制御部からの指示を受けた探針移動部６は、イオン生成位置５Ａにある探針５を試料採取位置５Ｂまで降下させる。試料採取位置５Ｂは、探針５の先端（下端）がターレット部４２の凹部４２１の底に接触せず、且つ探針５の先端が凹部４２１内に十分に貯留された液体試料に浸漬されるように、予め適切に定められる。そのため、探針５が試料採取位置５Ｂまで降下すると、探針５の先端が凹部４２１内の液体試料に十分に浸かり、探針５の先端に液体試料が付着する。次いで探針移動部６は、探針５を試料採取位置５Ｂからイオン生成位置５Ａまで上昇させる。

探針５がイオン生成位置５Ａまで上昇すると、高電圧発生部７は所定の高電圧を探針５に印加する。このときの高電圧の極性は分析対象のイオンの極性と同じである。したがって、正イオンを分析する際には、正極性の高電圧＋Ｖ（一例としては１kV～最大１０kV程度）が探針５に印加される。これにより、探針５の先端に電場が集中し、該探針５の先端とその周囲には高電場の領域が形成される。探針５の表面に付着している液体試料に高電場が作用すると、液体試料中の成分は片寄った電荷を付与されて電離し、エレクトロスプレー現象によって該液体試料中の成分がイオンとなって飛び出る。このようにして、探針５の先端付近において液体試料由来のイオンが生成される。

加熱キャピラリ１５の入口端（イオン取込口１５１）と出口端とには圧力差があるため、その圧力差により、加熱キャピラリ１５を通してイオン化室１１から第１中間真空室１２へと向かうガス流が形成される。上述したように生成された試料成分由来のイオンは、主としてガス流に乗ってイオン取込口１５１に吸い込まれ、加熱キャピラリ１５を通して第１中間真空室１２へ送られる。なお、探針５とイオン取込口１５１との間には、イオンをイオン取込口１５１へ誘引するような電位勾配を有する電場が形成されており、探針５付近で生成されたイオンはこの電場の助けも受けてイオン取込口１５１へ移動する。

第１中間真空室１２に送り込まれたイオンはイオンガイド１６により収束され、スキマー１７頂部のオリフィスを通して第２中間真空室１３に送られる。第２中間真空室１３に送り込まれたイオンはイオンガイド１８により収束され分析室１４に送られ、四重極マスフィルタ１９に導入される。四重極マスフィルタ１９を構成する複数のロッド電極には、例えば所定の質量電荷比m/zに対応する電圧が印加される。これにより、四重極マスフィルタ１９に導入された各種のイオンの中で、上記所定の質量電荷比を有するイオンのみが四重極マスフィルタ１９を通り抜け、それ以外のイオンは途中で発散する。四重極マスフィルタ１９を通り抜けたイオンはイオン検出器２０に入射し、イオン検出器２０は入射したイオンの量に応じたイオン強度信号を生成して出力する。

このようにして本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、凹部４２１に収容されている液体試料に含まれる各種の成分のうち、特定の成分由来のイオンについての強度信号を得ることができる。このイオン強度信号を観測することで、液体試料中に特定の成分が含まれているかどうかを知ることができる。また、イオン強度は特定の成分の含有量を反映しているから、特定の成分の定量分析を行うこともできる。

［サンプルプレートの詳細な構成］
次に、サンプルプレート４の詳細な構成を図３～図６を参照して説明する。図３は、サンプルプレート４のベース部４１の上面平面図（ａ）及びＡ－ＡＡ矢視線断面図（ｂ）である。図４は、サンプルプレート４のターレット部４２の上面平面図（ａ）及びＢ－ＢＢ矢視線断面図（ｂ）である。図５は、サンプルプレート４をプレートホルダ３に装着した状態の上面平面図（ａ）及びサンプルプレート４をプレートホルダ３から引き出した状態の上面平面図（ｂ）である。図６は、サンプルプレート４をプレートホルダ３に装着した状態の概略側面図（ａ）及びサンプルプレート４をプレートホルダ３から引き出した状態の概略側面図（ｂ）である。

図４に示すように、ターレット部４２は略円盤状の金属製部材であり、その円盤中心に所定内径の貫通孔４２２を有する。その円盤中心を中心とする同一円周上に、複数の凹部４２１が形成されている。図４の例では凹部４２１の数は４であるが、複数であればこれに限らない。この例では、凹部４２１は上面視で略扇状であり、その底面が内周から外周側へ向かうに従い下傾している。そして、凹部４２１の外周側の底面には一段深い液溜め部４２１１が形成されている。この液溜め部４２１１が、試料採取位置５Ｂに降下した探針５の先端が到達する部分である。但し、凹部４２１の形状はこの例に限るものではなく、後述の例のように単なる略円筒形状の窪みであってもよい。

ターレット部４２の外周側の上面には、上方に突出するように４本の位置決めピン４２３が形成されている。この４本の位置決めピン４２３は、同一円周上であって且つ円盤中心の周りに９０°の回転角度の位置に配置されている。

図３に示すベース部４１は、上記ターレット部４２を鉛直な軸ａを中心として回転させるための機械要素を有する。即ち、ベース部４１は、ターレット部４２が上面に取り付けられ、鉛直な軸ａを中心に回転自在である第１ギア４１２と、該第１ギア４１２の周囲に形成されている歯部４１２１と噛み合う歯部４１３１を周囲に有し鉛直な軸ｂを中心に回転自在である第２ギア４１３と、それら二つのギア４１２、４１３を回転自在に保持するギアホルダ４１１と、を含む。

図３に示すように、ギアホルダ４１１に収納された第１ギア４１２は、その上方が完全に開放している。一方、第２ギア４１３はその一部（図３では右側の部分）がギアホルダ４１１の内部に収容され、第１ギア４１２と反対側の部分（図３では左側の部分）がギアホルダ４１１から側方に大きく突出している。

第１ギア４１２はその下面の略中央に偏平円柱状である第１凸部４１２２を有し、この第１凸部４１２２がギアホルダ４１１に形成されている円形開口部４１１２に遊嵌することで、第１ギア４１２はギアホルダ４１１に対して軸ａを中心に回転自在となっている。また、第１ギア４１２はその上面の略中央に略円柱状でその周面の一部にノッチを有する第２凸部４１２３を有する。この第２凸部４１２３がターレット部４２の貫通孔４２２に嵌合することで（厳密に言えば、第１ギア４１２の第２凸部４１２３のノッチがターレット部４２の貫通孔４２２に形成されている溝に嵌合することで）、ターレット部４２と第１ギア４１２とが結合して一体に回転するようになっている。第１ギア４１２に対するターレット部４２の脱着は、その上方から容易に行うことができる。

第２ギア４１３はその中央に上下に貫通する円筒形状の中央開口部４１３２を有し、ギアホルダ４１１に形成された円柱状の凸部４１１１が中央開口部４１３２に遊嵌することにより、第２ギア４１３はギアホルダ４１１に対し軸ｂを中心に回転自在となっている。また、図３（ｂ）に示すように、第２ギア４１３の上面とこれを内部に収容するギアホルダ４１１の内部の天面との間には第２ギア４１３の厚さ方向に十分な空隙が設けられている。そのため、第２ギア４１３はその大部分がギアホルダ４１１の内部に収容されているものの、ギアホルダ４１１から容易に取り外し可能である。

上述したように、第１ギア４１２の歯部４１２１と第２ギア４１３の歯部４１３１とは歯合しており、第２ギア４１３の一部はギアホルダ４１１から側方に突出しているので、オペレータ等がギアホルダ４１１から突出した第２ギア４１３を手で一方向に回すと、第１ギア４１２はそれとは反対方向に回転し、第１ギア４１２の上に装着されているターレット部４２は第１ギア４１２と一体に回転する。この回転運動により、図２に示すように、試料採取位置５Ｂに降下された探針５の先端が侵入する凹部４２１を切り替えることができる。

分析の際に、上述したベース部４１及びターレット部４２から成るサンプルプレート４はプレートホルダ３に装着される。プレートホルダ３は、図５（ａ）に示すように、サンプルプレート４の長手方向の両側壁面及び底面を保持する、Ｙ－Ｚ面に平行な面での断面が略Ｌ字状である一対のプレートガイド３１、３２と、プレートガイド３１、３２に沿ったサンプルプレート４の押し込み位置を決めるプレートストッパ３３と、両プレートガイド３１、３２の上に取り付けられ、両プレートガイド３１、３２に挟まれるサンプルプレート４の上方にまで延出する一対の回転ストッパ３４、３５と、を含む。

分析を実行する際には、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、サンプルプレート４は、一対のプレートガイド３１、３２に沿って、第１ギア側の端部がプレートストッパ３３に当接する位置まで押し込まれる。このとき、ターレット部４２は、４本の位置決めピン４２３のうちの２本がＸ軸方向に並ぶような回転位置に調整される。このような位置に位置決めピン４２３がある場合には、その４本の位置決めピン４２３はプレートホルダ３の一対の回転ストッパ３４、３５に接触することなく（又は接触しながらもその内側を通り）、サンプルプレート４はプレートストッパ３３に当接する位置、つまりは降下する探針５が一つの凹部４２１の液溜め部４２１１に挿入され得る位置まで押し込まれる。

試料採取位置５Ｂまで降下した探針５の先端に十分な量の液体試料が付着するようにするためには、ターレット部４２の凹部４２１の中の一段深い液溜め部４２１１が正確に探針５の移動経路の中心軸５Ｃ上にあるときに、試料採取のための探針５の下降動作を行う必要がある。上述したようにサンプルプレート４がプレートホルダ３に完全に押し込まれた状態では、ターレット部４２が回転しようとしても４本の位置決めピンが回転ストッパ３４、３５に当接する。即ち、ターレット部４２の回転は規制され、探針５の移動経路の中心軸５Ｃ上から凹部４２１の液溜め部４２１１がずれることが防止される。

ターレット部４２上の一つの凹部４２１中の液体試料の分析が終了したあと、次の凹部４２１中の液体試料の分析を行う際には、オペレータはまずサンプルプレート４をプレートガイド３１、３２に沿って所定の長さだけ、具体的には、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、ターレット部４２上の位置決めピン４２３が回転ストッパ３４、３５に当たらない位置までサンプルプレート４を引き出す。この状態ではターレット部４２は規制を受けることなく自由に回転するので、オペレータは第２ギア４１３を指で回し（図５（ｂ）中の太線矢印参照）、目的とする凹部４２１の液溜め部４２１１が探針５の移動経路の中心軸５Ｃ上に来るようにターレット部４２を回転させる。実際には、オペレータが第２ギア４１３を回転させながら４本の位置決めピン４２３の位置を確認することで、ターレット部４２の適切な回転角度を判断することができる。そして、目的とする凹部４２１の液溜め部４２１１が探針５の移動経路の中心軸５Ｃ上に来るようにターレット部４２を回転させたならば、再びサンプルプレート４を所定の位置まで押し込み、先と同様に分析を実施すればよい。

以上のようにして、本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、オペレータがサンプルプレート４のターレット部４２を手動で回転させつつ分析を繰り返すことで、ターレット部４２を交換することなく４種類の液体試料を連続的に分析することができる。また、それ以上の種類の液体試料を分析したい場合には、サンプルプレート４をプレートホルダ３から取り外した状態で又は図５（ｂ）に示したようにサンプルプレート４をプレートホルダ３から引き出した状態でターレット部４２のみを交換すればよい。

従来のＰＥＳＩ－ＭＳでは一般に、サンプルプレートは合成樹脂製であるのに対し、本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳではサンプルプレート４はその全体が金属製である。そのため、上述したように、分析時にサンプルプレート４は接地電位に固定されている。サンプルプレートが合成樹脂製であると帯電が生じ易く、分析時にサンプルプレートの電位が不安定になる。それに対し本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、サンプルプレート４の電位が固定されるため、探針５に高電圧が印加されることで形成される電場の乱れが生じない。それにより、イオン化のための探針５近傍の電場、及び、探針５先端近傍で生成されたイオンをイオン取込口１５１まで導く電場はいずれも良好な状態に保たれ、イオン化、及び、加熱キャピラリ１５へのイオンの導入が安定的に且つ高い効率で行われる。したがって、四重極マスフィルタ１９に導入されるイオンの量も増加し且つ安定し、高い検出感度とデータ再現性を実現することができる。

また、分析対象である液体試料の試料成分は様々であり、また溶媒も様々な種類のものが使用される。そのため、サンプルプレートが合成樹脂製であると、試料や溶媒の種類によっては、その樹脂の成分が溶け出して液体試料に混じってしまうおそれがある。それに対し本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、液体試料が収容される凹部４２１が形成されているターレット部４２が金属製（特にここでは比較的耐腐食性が高いステンレス製）であるため、それ自体が溶け出して液体試料に混じるおそれが少なく、分析の正確性を確保することができる。

また、従来の合成樹脂製のサンプルプレートは一般にディスポーザブルであるが、金属製のサンプルプレート４は再使用を前提としている。ＰＥＳＩ－ＭＳは血液などの生体試料の分析にもしばしば使用されるため、サンプルプレートを再使用する際には洗浄が必要なだけでなく滅菌処理も必要である場合が多い。金属製であるサンプルプレート４は耐熱性もあり、高温の滅菌処理も可能である。また、本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、液体試料が収容される凹部４２１を有するターレット部４２は、通常の使用では液体試料が触れることがないベース部４１から容易に取り外すことができる。したがって、ターレット部４２のみを洗浄したり滅菌処理したりすることも容易である。

また本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、ターレット部４２の洗浄のし易さを考慮して、凹部４２１の形状が工夫されている。即ち、図４に示すように、液体試料が収容される凹部４２１の内壁面のコーナー部の形状はＲ形状（円弧形状）に加工されている。これは、液溜め部４２１１を含む凹部４２１の底面と側壁面との間のコーナー部のみならず、二つの側壁面の間のコーナー部でも同様である。このようにコーナー部をＲ形状にすることで、ターレット部４２を洗浄する際に、それ以前に分析した液体試料が凹部４２１のコーナー部に残りにくく、十分な洗浄を行ってコンタミネーションを防止することができる。

また本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、サンプルプレート４のターレット部４２として、図４に示した形状のものとは異なるものを使用することができる。図７及び図８は、本実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳで使用され得る、他の形状のターレット部を示す図である。

図７は他の形状のターレット部４２Ｂの上面平面図である。図７において図４に示したターレット部４２と同じ構成要素には同じ符号を付している。このターレット部４２Ｂには、図４に示したターレット部４２とは容量が異なる凹部が形成されている。具体的には、例えば図４に示したターレット部４２上の凹部４２１の容量は１００μLであるのに対し、図７に示したターレット部４２Ｂ上の凹部４２１Ｂの容量はその１／２の５０μL、凹部４２１Ｃの容量はさらにその１／５の１０μLである。このように、ターレット部上の凹部の試料容量は適宜に定めることができるし、一つのターレット部上の複数の凹部の試料容量をそれぞれ異なるものとすることもできる。重要なことは、試料容量に拘わらず、ターレット部上の同じ円周上に凹部（厳密には液溜め部）を配置することである。それによって、ターレット部以外の構成要素を共通に利用することができる。

図８（ａ）はさらに他の形状のターレット部４２Ｃの上面平面図、図８（ｂ）はその概略断面図である。このターレット部４２Ｃは、凹部の代わりに、異なる二つの液体をそれぞれ注入可能な注入口４２４１、該注入口４２４１に注入された液体が混合しながら流下する混合流路４２４２、及び混合流路４２４２の末端に接続された液溜め部４２４３、を含む混合試料測定部４２４を有する。こうしたターレット部４２Ｃを用いることで、例えば、二つの注入口４２４１の一方に分析対象である生体試料、他方に所定の試薬を注入し、生体試料と試薬とが混合されて時間が経過するに従って生じる化学変化の様子をＰＥＳ－ＭＳで繰り返し観察することができる。

なお、上記実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、サンプルプレート４はその全体が金属製であったが、一部が合成樹脂やセラミックなどから形成されていても構わない。例えば、第２ギア４１３が非導電性であっても、ギアホルダ４１１やターレット部４２は接地電位になるので、第２ギア４１３は合成樹脂やセラミックから成るものでもよい。

また、上記実施形態の説明では、分析対象のイオンの極性が正である場合について述べたが、イオンの極性が負である場合に、探針５を始めとする各部への印加電圧の極性を変える等により対応可能であることは明らかである。

また、上記実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳにおいて、ＰＥＳＩイオン源１で生成されたイオンを輸送し質量分析するための構成要素は、図１に示したものに限らず、適宜に変更することができる。例えば加熱キャピラリ１５に代えてサンプリングコーンを用い、サンプリングコーンの頂部に形成されたイオン取込口からイオンを第１中間真空室１２へと導入するようにしてもよい。また、質量分離器の構成や方式も適宜に変更することができるし、タンデム型の質量分析装置でもよい。

また、上記実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、サンプルプレートにおいてそれぞれ試料が収容された複数の凹部が順番に試料採取位置に来るようにするための機械要素として二つのギアを利用していたが、これはあくまで一例であり、適宜の機械要素を利用することができる。例えば、ラック・アンド・ピニオン機構を用い、オペレータがレバーをスライド移動させるとターレット部が回転するようにしてもよい。或いは、ターレット部のように回転運動することで異なる凹部が所定の試料採取位置に来るものではなく、直線運動を行うことで異なる凹部が所定の試料採取位置に来るものとしてもよい。さらにまた、上記実施形態のＰＥＳＩ－ＭＳでは、オペレータが手動でギアを介してターレット部を回転させるようにしていたが、プレートホルダ等に組み込んだモータなどの駆動源による駆動力によってターレット部を回転させたりスライド移動させたりするようにしてもよい。

また、上記実施形態や変形例はあくまでも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、追加、修正を加えても、本特許請求の範囲に包含されることは当然である。

［本発明の態様］
以上、図面を参照して本発明における種々の実施形態を説明したが、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の態様の質量分析装置は、
導電性の探針と、
前記探針の先端に試料を付着させるべく、所定位置にある試料に前記探針の先端が接触する試料採取位置とその先端が前記試料から離れた所定のイオン生成位置との間で前記探針を上下方向に移動させる探針移動部と、
前記イオン生成位置にある前記探針に高電圧を印加し、該探針に付着している試料から該試料成分由来のイオンを発生させる高電圧印加部と、
それぞれ試料を収容可能である複数の凹部を有する試料収容部、及び、該試料収容部を保持するものであって、該試料収容部の前記複数の凹部を一つずつ前記試料採取位置に移動させるように該試料収容部を移動させるための機械要素を有する台座部、を含む試料保持部と、
を備えるものとすることができる。

第１の態様の質量分析装置によれば、試料収容部自体、又はその試料収容部を含む試料保持部を交換することなく、複数の試料を連続的に分析することができる。それにより、オペレータによるサンプルプレートの交換の手間を軽減し、分析のスループットを向上させることができる。また、多数の試料を分析する場合に、使用する試料収容部の数を従来よりも減らすことができるので、試料収容部がディスポーザブルである場合に分析のランニングコストの低減に有利である。また、試料が触れる試料収容部を台座部から取り外すことができるので、試料収容部を再使用するために洗浄するのも容易である。

本発明の第２の態様の質量分析装置では、第１の態様の質量分析装置において、前記試料収容部は金属製であるものとすることができる。

第２の態様の質量分析装置によれば、試料収容部が、一般に合成樹脂に比べて耐薬品性、耐腐食性が高い金属から形成されているので、凹部に収容される試料の種類や試料溶媒の種類に拘わらず、その試料収容部の素材自体が溶け出して試料に混じるリスクを軽減することができる。それにより、分析対象の試料の種類や使用する溶媒の種類を増やすことができ、分析対象の幅を広げることができる。

本発明の第３の態様の質量分析装置では、第１又は第２の態様の質量分析装置において、
前記試料収容部は、略円盤状であって該円盤中心を中心とする同一円周上に前記複数の凹部を有するターレット部であり、前記機械要素は、前記ターレット部を前記円盤中心の周りに回転させる動力伝達機構であるものとすることができる。

本発明の第４の態様の質量分析装置では、第３の態様の質量分析装置において、
前記動力伝達機構は、前記ターレット部が上面に装着され、該ターレット部と一体で回転する第１ギアと、該第１ギアと歯合する第２ギアと、を含むものとすることができる。

第３及び第４の態様の質量分析装置によれば、簡単な構造で以て、複数の試料を探針による試料採取位置に順番に移動させることができる。それにより、試料保持部の製造コストを抑えることができるとともに、試料保持部を小形にすることができる。また第３及び第４の態様の質量分析装置によれば、比較的狭い空間内で、複数の試料を探針による試料採取位置に順番に移動させることができる。それにより、イオン化室内の空間が狭い場合でも、試料収容部や試料保持部を交換せずに複数の試料の連続分析が可能となる。

本発明の第５の態様の質量分析装置では、第１～第４の態様のいずれか一つの質量分析装置において、
前記試料収容部が有する前記複数の凹部は、収容される液体試料の容量が異なる凹部を含むものとすることができる。

第５の態様の質量分析装置によれば、分析する試料の量も変えることができるので、分析対象の幅をさらに一層広げることができる。

本発明の第６の態様の質量分析装置では、第１～第５の態様のいずれか一つの質量分析装置において、
前記複数の凹部にあって液体試料が収容される部分の内壁面のコーナー部の形状はＲ形状であるものとすることができる。

第６の態様の質量分析装置によれば、試料収容部を洗浄する際にそれ以前に分析した液体試料を洗浄によって容易に且つ確実に除去することができ、試料収容部を再使用する場合でも、コンタミネーションの発生を防止して分析の精度向上を図ることができる。

１…ＰＥＳＩイオン源
２…ハウジング
１０…チャンバ
１１…イオン化室
１２…第１中間真空室
１３…第２中間真空室
１４…分析室
１５…加熱キャピラリ
１５１…イオン取込口
１６、１８…イオンガイド
１７…スキマー
１９…四重極マスフィルタ
２０…イオン検出器
３…プレートホルダ
３１、３２…プレートガイド
３３…プレートストッパ
３４、３５…回転ストッパ
４…サンプルプレート
４１…ベース部
４１１…ギアホルダ
４１１１…凸部
４１１２…円形開口部
４１２…第１ギア
４１２１…歯部
４１２２…第１凸部
４１２３…第２凸部
４１３…第２ギア
４１３１…歯部
４１３２…中央開口部
４２、４２Ｂ、４２Ｃ…ターレット部
４２１、４２１Ｂ、４２１Ｃ…凹部
４２１１…液溜め部
４２２…貫通孔
４２３…位置決めピン
４２４…混合試料測定部
４２４１…注入口
４２４２…混合流路
４２４３…液溜め部
５…探針
５Ａ…イオン生成位置
５Ｂ…試料採取位置
５Ｃ…移動経路の中心軸
６…探針移動部
７…高電圧発生部

Claims

導電性の探針と、
前記探針の先端に試料を付着させるべく、所定位置にある試料に前記探針の先端が接触する試料採取位置とその先端が前記試料から離れた所定のイオン生成位置との間で前記探針を上下方向に移動させる探針移動部と、
前記イオン生成位置にある前記探針に高電圧を印加し、該探針に付着している試料から該試料成分由来のイオンを発生させる高電圧印加部と、
それぞれ試料を収容可能である複数の凹部を有する試料収容部、及び、該試料収容部を保持するものであって、該試料収容部の前記複数の凹部を一つずつ前記試料採取位置に移動させるように該試料収容部を移動させるための機械要素を有する台座部、を含む試料保持部と、
を備える、質量分析装置。
前記試料収容部は金属製である、請求項１に記載の質量分析装置。
前記試料収容部は、略円盤状であって該円盤中心を中心とする同一円周上に前記複数の凹部を有するターレット部であり、前記機械要素は、前記ターレット部を前記円盤中心の周りに回転させる動力伝達機構である、請求項１に記載の質量分析装置。
前記動力伝達機構は、前記ターレット部が上面に装着され、該ターレット部と一体で回転する第１ギアと、該第１ギアと歯合する第２ギアと、を含む、請求項３に記載の質量分析装置。
前記試料収容部が有する前記複数の凹部は、収容される液体試料の容量が異なる凹部を含む、請求項１に記載の質量分析装置。
前記複数の凹部にあって液体試料が収容される部分の内壁面のコーナー部の形状はＲ形状である、請求項１に記載の質量分析装置。