WO2005104181A1

WO2005104181A1 - 質量分析のためのイオン化方法および装置

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Publication number: WO2005104181A1
Application number: PCT/JP2004/004520
Authority: WO
Inventors: Kenzo Hiraoka
Original assignee: Yamanashi Tlo Co., Ltd.
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-11-03
Also published as: US20080054176A1; US7465920B2; JPWO2005104181A1; EP1734560A1; EP1734560A4; JP4366508B2; EP1734560B1

Abstract

質量分析に適用したときに高い検出感度をもつレーザスプレー法をさらに高感度化する。液体試料を導入したキキャピラリーの先端にレーザ光を照射して試料をイオン化するレーザスプレー法において,レーザ光として赤外光レーザを用い,少なくともキャピラリーの先端部を,赤外レーザ光を吸収しにくい物質で形成し,キャピラリーを導電体で形成して高電圧を印加するか,キャピラリーを絶縁体で形成してその細孔内に導電楾を配置しこの導電線に高電圧を印加する。

Description

明細書質量分析のためのィオン化方法および装置技術分野

この発明は，質量分析のためのイオン化方法および装置に関し，さらに具体的には，レーザスプレー法および M A L D I (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization ：マ卜クス支援レーザ脱離イオンィ匕）法に関する。背景技術

試料のイオン化法の代表的なものには，エレクトロスプレー法，レーザスプレー法， M A L D I 法等がある。レーザスプレー法は，たとえば I. Kudaka, T. Kojima, S. Saito and K. Hiraoka A comparative study o f laser spray and electrospray Rapid Commun. Mass Spectrom.14, 1558— 1562 (2000)【こ記載されてヽる。また， M A L D I 法 fま， K. Dreisew erd "The Desorption Process in MALDI" Chem. Rev. 2003, 103, 395- 4²⁵に記載されている。

これらのイオン化方法のうちで，レーザスプレー法は，液体試料を導入したキヤビラリ一の先端にレーザ光を照射して，試料をイオン化するものであり，エレクトロスプレー法に比べて桁違いに高い検出感度を有するという特長をもつ。また，既存のエレクトロスプレー法は水溶液試料への適用が難しいが，レーザスプレー法は水溶液試料に適用できるという利点をもつ。

他方， M A L D I 法は，マトリクスと混ぜて保持された試料に，レーザ光を照射して試料をイオン化するものである。一般的に紫外窒素レーザ光（波長 337 nm) が用いられる力，レーザ光のエネルギー密度が高く，生体試料の場合にはそれが分解するという問題がある。 D N A分子，タンパク質などの質量分析においては，数万を超える分子量をもつ弱い結合の試料を分解させることなくイオン化することが望まれる。発明の開示

この発明は，上述した特長，利点をもつレーザスプレー法をさらに高感度化することを目的とする。

この発明はまた，大気圧イオン化法と組み合わされた高感度のレーザスプレー法によるィォン化方法を提供するものである。

この発明はさらに，生体試料のィオン化に適用できる M A L D I法を提供することを目的とする。

レーザスプレー法に関するこの癸明は，液体試料を導入したキヤビラリー（細孔があけられた細管）の先端にレーザ光を照射して試料をィォン化するレーザスプレー法において，少なくともキヤビラリ一の先端部を，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成するものである。

キヤビラリ一先端部にある液体試料は，レーザ光照射によつて気化し，正または負のイオンが生成される。キヤビラリ一の少なくとも先端部はレーザ光を吸収しにくい（吸収しないことを含む）物質で形成されているので，レーザ光のエネルギーの殆どすべてがキヤビラリー先端部の液体試料の温度上昇，そして気化のために投入される。レーザ光照射によつて液滴が生成されている可能性もあるが，この液滴はキヤビラリー先端の細孔内に閉じ込められるので，最終的に液体試料がほぼ完全に気化する。このようにして，液体試料から効率的に正または負イオンが生成される。

レーザ光照射にはいくつかの態様がある。その 1は，レーザ光の光軸とキヤピラリーの軸方向（長手方向）とがほぼ一直線状になるようにレ一ザ装置を配置し，キヤビラリ一の先端にレーザ光を，キヤビラリ一のほぼ軸方向に向って照射することである。その 2は，キヤピラリーの先端にレーザ光を，キヤピラリーの軸方向にほぼ垂直な方向から照射することである。キヤビラリ一の先端部は，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成されているから，照射されたレーザ光はキヤビラリーの先端部を透過してその内部の液体試料に照射されることになる。レーザ光を，キヤビラリーの軸方向に対して斜めの方向からキヤビラリー先端に照射してもよい。 '

好ましい実施態様では，レーザ光として赤外レーザ光（たとえば，波長 10. 6 /x m , 2. 94 μ m ) が用いられる。連続発振で高パワーの赤外光レ一ザ装置が入手可能である。水を含む液体は赤外光を吸収するので，レ一ザ光のエネルギーが効率良く液体試料の気化に使用される。

赤外レーザ光を吸収しない，ないしは吸収しにくい材料としては，ダィャモンド，シリコン，ゲルマニウム等がある。これらの材料によりキャピラリーを形成することもできるが，好ましくは，絶縁性キヤビラリ一の先端に，これらの材料により形成された細孔を有するチップを，チップの細孔がキヤビラリ一の細孔と連通するように取付ける。たとえば, 絶縁性キヤビラリ一の先端に，キヤビラリ一の細孔に連通する細孔があけられたダイヤモンドチップを取付ける。

さらに好ましい態様においては，少なくともキヤビラリ一の先端部を，質量分析装置のイオン導入口付近において，真空中に配置する。これによって，キヤビラリ一先端部近傍で生成された正，または負イオンが真空の質量分析装置の内部に効率よくサンプリングされる。もちろん，キャピラリーの先端部を，質量分析装置イオン導入口付近において，大気圧中に配置してもよい。気化した試料のィオン化を一層促進するとともに，ィオン化した試料の中性化を防止するために，キヤビラリー先端部に強い電場を形成しておく。たとえば，キヤピラリーを導電体で形成し，キヤピラリーに正または負の高電圧を印加することにより，キヤビラリ一先端近傍に電場を形成する。

他の方法では，キヤピラリーを絶縁体で形成し，キヤピラリー内に導電線（金属線，好ましくは白金線）を配置し，この導電線に正または負の高電圧を印加する。これによつてキヤビラリーの細孔内を給送される液体試料中の正または負イオンが濃縮される。導電線はキヤビラリー内部（細孔内）に挿通され，その先端部の近くまで延びていることが好ましい。

パルス状レーザ光を照射してもよいし，液体試料をキヤピラリー内に連続的に流し，連続発振のレーザ光を照射するようにしてもよい。

大気圧イオン化法と組み合わされた高感度のレーザスプレー法によるこの発明によるイオン化方法は，液体試料を導入したキヤピラリーの先端にレーザ光を照射して試料をィオン化するレーザスプレー法において，少なくともキヤビラリ一の先端部を，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成し，少なくともキヤビラリ一の先端部をコロナ放電ガス（大気を含む）中に配置し，キヤビラリ一の先端部の近傍にコロナ放電電極を設け，このコロナ放電電極に正または負の高電圧を印加してコロナ放電を生起させるものである。

上述のようにレーザ光照射によってキヤビラリ一先端部にある液体試料が気化され，正または負のイオンが生成される。このとき，中性のままの分子，または正負イオンが再結合して中性化した中性分子も存在する。これらの中性分子がコロナ放電によりプロトン化または脱プロトン化して正または負イオンが生成される。このようにして，キヤビラリ一先端部付近で濃縮された状態でイオン化されるので，中性分子のィオン化効率を高めることができる。

上述したキヤピラリー内に挿入された導電線を利用してコロナ放電電極を設けることができる。すなわち，キヤピラリーを絶縁体で形成し，キヤピラリー内に導電線を配置し，この導電線の先端をキヤビラリーの先端部から外方にわずかに突出させてコロナ放電電極とする。

少なくともキヤビラリ一の先端部を大気中に配置することにより，大気圧イオン化法との組み合わせが達成される。この場合に，より好ましくは，キヤビラリ一の先端部付近にアシストガスを供給する。これにより，コロナ放電を容易に発生させ，また安定に放電プラズマを持続させることができる。

キヤビラリーを利用してアシストガスを供給する構成とすることもできる。すなわち，キヤビラリ一の外側にキヤビラリ一の外周面との間に間隙をあけて外筒を設け，キヤビラリ一の外周面と外筒との間を通してアシストガスをキヤビラリ一の先端部付近に導入する。

レーザの駆動方法，レーザ光の照射方法は上述したすべての態様を採用することができる。すなわち，パルス状レーザ光を照射する，または液体試料をキヤビラリ一内に連続的に流し，連続発振のレ一ザ光を照射する。キヤビラリーの先端にレーザ光をキヤビラリーのほぼ軸方向に向つて照射する，またはキヤビラリ一の先端にレーザ光をキヤビラリーの軸方向にほぼ垂直な方向から，もしくは斜めの方向から照射する。

この発明によるイオン化装置は，液体試料を導入するキヤビラリーの先端にレーザ光を照射して試料をイオン化するレーザスプレー装置において，少なくともキヤビラリ一の先端部が，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成されていることを特徴とするものである。

より具体的なこの発明によるイオン化装置は，質量分析装置のイオン導入口の外側に，ハウジングにより，イオン導入口を通して質量分析装置と連通するイオン化空間を形成し，このイオン化空間内に，液体試料を導入するキヤビラリ一の少なくとも先端部を配置し，キヤビラリ一の先端にレーザ光を照射するレーザ装置をイオン化空間の外部に配置し，少なくともキヤビラリ一の先端部を，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成するものである。

イオン化空間内を真空にしてもよいし，コロナ放電ガスを入れてもよい（大気としてもよい）。

一実施態様では，キヤビラリ一が絶縁性材料で形成され，キヤビラリ一の細孔に連通する細孔があけられたダイヤモンドチップがキヤビラリ一の先端に取付けられ，キヤビラリ一の細孔内に，高電圧が印加される導電線が配置される。

この場合に，導電線の先端がキヤピラリー内にあり，キヤビラリ一先端部の近くまでのびている。

コロナ放電により中性分子をイオン化する方法を実現する装置では，キヤビラリ一の先端部付近にコロナ放電電極が設けられる。または，キャピラリーに挿通された導電線の先端部をキヤビラリー先端のダイヤモンドチップから外方にわずかに突出させる。

レーザ装置の駆動方法，レーザ装置の配置（レーザ光の照射方向）は上述したすべての態様が採用可能である。

M A L D I法に関するこの発明は，マトリタスと混ぜて保持された試料に，レーザ光を照射して試料をイオン化する M A L D I 法において，水を含む低分子量の無機マトリタスを用い，周囲の少なくとも一部に突起が形成された基板の窪み内に，無機マトリタスと混ぜた試料を保持し，赤外レーザ光を試料に照射するものである。パルス状レーザ光の照射が好ましい。この発明によると，赤外レーザ光を使用しており，水を含む低分子量の無機マトリタスは赤外光を吸収するので，試料を急速に瞬間的に加熱気化（蒸発）させることができる。水を含む生体試料も赤外光をよく吸収するので，この発明による方法は生体試料のイオン化に好適である。マトリクスとして無機材料を用いているから，これらが加熱分解したときにも，質量分析の雑音（ノイズ）になりにくく，検出感度を高めることができる。さらに，無機マトリクスと混ぜた試料は基板の窪み内に保持されるから，いわばこの窪み内に閉じ込められ，赤外レーザ光の殆どすべてのエネルギーが試料および無機マトリタスの加熱気化のために消費される。

気化された試料のィオン化の促進と中性化の防止のために，基板の窪み内に保持された試料の周囲に電場を形成する，たとえば，導電性基板に高電圧を印加して電場を形成する。窪みの周囲には突起が形成されているので，電界強度の高い電場が形成される。

基板としてポーラスシリコンを用いることができる。ポーラスシリコンはその表面に無数のナノサイズの穴があいているので，この穴を上記の窪みとして利用することができ，基板の微細加工が不要となる。また穴の周囲には鋭い突起があるので，電界強度が高まる。

水を含む無機マトリクスによる生体試料の基板への保持のために，基板を冷却することが好ましい。これにより，試料の乾燥を防ぐことができる。

この発明によるイオン化装置は，質量分析装置のイオン導入口の外側に，ハウジングにより，イオン導入口を通して質量分析装置と連通する真空に保たれるイオン化空間を形成し，周囲の少なくとも一部に突起が形成された窪みを持つ基板を上記イオン化空間内に配置し，イオン化空間の外部に，上記基板の窪みに保持された無機マトリクスと混ぜられた試料に赤外レーザ光を照射するレーザ装置を配置するものである。

一実施態様では，上記基板を冷却する冷却装置が設けられる。図面の簡単な説明

第 1図は，第 1実施例によるィオン化装置を示す構成図である。

第 2図は，キヤビラリーおよびその先端のダイヤモンドチップを示す断面図である。

第 3図は，キヤビラリ一の内部状態を拡大して示すものである。

第 4図は，レーザ装置の他の配置例を示す第 1図相当の構成図である。第 5図は，第 2実施例によるイオン化装置を示す構成図である。

第 6 a図および第 6 b図は，キヤビラリ一の他の構成例を示す断面図である。

第 7図は，第 3実施例によるィオン化装置を示す構成図である。

第 8図は，基板の一部を拡大して示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

第 1実施例

第 1図は質量分析装置のイオン導入口付近に取付けられた第 1実施例のイオン化装置の全体的構成を示すものである。

質量分析装置 1 0のイオン導入口の部分には，微細な孔 1 1 aがあけられたオリフィス 1 1が取付けられている。微細な孔 1 1 aがイオン導入口である。質量分析装置 10内は真空に保たれる。

質量分析装置 10の器壁に，オリフィス 1 1を囲んでこれを覆うようにィオン化装置 20のハゥジング 21が気密に取付けられている。ハゥジング 2 1 とオリフィス 1 1によって囲まれた空間がイオン化空間 22である。イオン化空間 22内は排気装置（ポンプ）（図示略）により，真空（たとえば 10 一³ Torr程度）に保たれる。

. ハウジング 2 1の壁を貫通して液体試料供給用のキヤビラリ一（細管）

(シリカまたはアルミナ製） 23が設けられる。キヤピラリー 23の先端部はイオン化空間 22 (ハウジング 2 1 ) 内にあり，基端部は外方突出し，連結体 30につながっている。詳細は後述するが，キヤピラリー 23の先端にはダイャモンドチップ 24が取付けられている。ハウジング ²1の外部に赤外光レーザ装置 25が配置され，このレーザ装置 25から波長 10. 6 111の赤外レーザ光が出射し，ハウジング 2 1の透明壁部分，または透明体により形成された窓を通して，ハウジング 21内に入射する。レーザ装置 25は，その出射レーザ光がキヤピラリー 23の先端のダイヤモンドチップ 24にキャピラリー 23の軸方向に投射されるように配置されている。

第 4図に示すように，レーザ装置 25をキヤビラリ一²³の側方に配置し，その出射レーザ光を，ダイヤモンドチップ 24に，キヤヒ。ラリー 2³の軸方向に対して垂直な方向から投射するようにしてもよい。ダイヤモンドチップ 24は赤外レーザ光を透過させるので，赤外レーザ光はダイヤモンドチップ 24内の液体試料に照射される。レーザ光をキヤビラリ一 23の軸方向に対して斜め方向から投射してもよい。

第 2図は，キヤピラリー 23と，その先端に取付けられたダイヤモンドチップ 24と，連結体 30の構成を示すものである。

キヤピラリー 23は，プラスチック，シリカ（ガラス）等の電気的絶縁体により形成された細管で，内部にその長さ方向に細孔 23 aがあけられている。

キヤビラリ一 23の先端に取付けられたダイヤモンドチップ 24は，円錐形の形状で，その中心に細孔 24 aが形成されている。ダイヤモンドチップ 24の細孔 24 a とキヤビラリー 23の細孔 23 a とが一直線状に連通するように，ダイヤモンドチップ 24がキヤピラリー 23の先端の端面に接着，固定されている。ダイヤモンドチップ 2⁴が質量分析装置 10のオリフィス 1 1 の孔 1 1 aの近傍に位置するようにキヤビラリ一 23が配置される。

連結体 30には T字形の通路 35， 36が形成されている。通路 35は連結体 30の中心を通り，両端が開放されている。この通路 35に垂直に通路 36が形成され，相互に連通している。

連結体 30には，栓 3 1を介して，その通路 35の一端においてキヤビラリ一 23の基端部が結合し，その細孔 23 aが通路 35に連通している。通路 35 の他端にも水密に保っための栓 33が設けられている。この栓 33の外部から栓 33を通して導電線（たとえば白金線。腐食に強い。） 26が通路 35内に挿入され，キヤビラリー 23内の細孔 23 a内を通ってその先端付近まで達している（ダイャモンドチップ 24から 5〜 10mm手前まで）。

通路 36の外端には栓 32を介して試料導入管 34が連結されている。液体試料が，導入管 34から通路 36 , 35を経てキヤピラリー 23に供給される。導電線 26にはたとえば正の（または負の）高電圧が印加される。これにより，第 3図に示すように，キヤピラリー 23内の液体試料がイオン化され，そのうちの負イオンが導電線 26に流れ，過剰の正イオンが生成される。イオン化された試料はダイヤモンドチップ 24内の細孔 24 a内にも満たされる。キヤピラリー 23の外周面には外側電極 27が形成され，接地されている。

この状態で，レ一ザ装置 25からダイヤモンドチップ 24の細孔 24 a内の液体試料にパルス状の赤外レーザ光を照射する。レーザ光によつて試料は瞬間的に加熱され，気化する。液体試料中の少なくとも水分は赤外光を吸収するので，レーザ光による加熱が効果的に行なわれる。また，ダィャモンドは赤外光を吸収しないので，いわば試料は細孔 24 a内に閉じ込められた状態で気化が達成される。

このようにして気化された正の（または負の）イオン分子もしくはィオン原子はオリフィス 1 1に印加された負電圧に引かれてその孔 1 1 aから質量分析装置 10内に導入される。

質量分析装置がクロマトグラフィーなどと接合されている場合には，液体試料をダイヤモンドチップ 24に連続的に供給し，連続発振の赤外レ一ザ光を照射すればよい。

ダイヤモンドに代えて，赤外光を吸収しにくいものとしてシリコン，ゲルマニウム等を用いることができる。キヤビラリ一そのものをシリコンゃゲルマニウムにより形成してもよい。

キヤビラリーを金属等の導電体により形成した場合には，導電線 26は不要であり，導電性キヤビラリーそのものに正または負の高電圧を印加すればよい。

第 2実施例

第 5図は上述したレーザスプレー法によるイオン化方法に大気圧ィォン化法を組み合わせたものである。第 5図においてハウジング 21の図示が省略されているが，ハウジングそのものを省略してもよいし（大気圧下にキヤピラリー 23 , ダイヤモンドチップ 2⁴ , コロナ放電電極 28を配置する），ハウジング 2 1を設けてその内部を大気圧としてもよいし，ハウジング 21内にコロナ放電ガス（大気を含む）を導入してもよい。

上記のように，ダイヤモンドチップ 24が質量分析装置 10のォリフィス 1 1の孔 1 1 aの外側近傍に位置するようにキヤピラリー 23が配置される。キヤビラリ一 23内には導電線を挿入しても挿入しなくてもよい。この実施例ではキヤビラリ一 23の先端部の近傍にコ口ナ放電電極 28が設けられる。

上述したように，ダイヤモンドチップ 24に焦点を絞つた赤外レーザ光を照射し，ダイヤモンドチップ 24の細孔 24 a内の水溶液試料を完全気化させる。この際，液体中に存在していたイオンがそのままイオンとして気化する場合もあるが，中性のままの分子，または正イオンと負イオンが再結合して中性化した中性分子も発生する。

赤外線レーザ光照射によってダイヤモンドチップ 24の先端から完全気化した試料ガスが噴出する。その噴出するダイャモンドチップ 24先端のごく近傍にコロナ放電電極 28を取り付ける。このコロナ放電電極 28に正または負の高電圧を印加してコロナ放電を生起させる。正電圧印加でコロナ放電を起こさせると，プロトン化された中性試料， [ M + H ] が主に生成する。負の高電圧を印加した場合には，中性試料分子が脱プロトン化した負イオン [ M— H ] ― が主に生成する。コロナ放電によって試料分子がダイヤモンドチップ 24の先端付近で濃縮された状態でイオン化されるので，中性分子のイオン化効率を高めることができ，したがつて，従来の大気圧イオン化法（試料分子がイオン化室全体に拡散した状態で試料ガスをイオン化させる方法）に比べて，桁違いの中性分子の検出効率が得られる。

従来は，液体試料中の中性分子の分析には，まず液体試料を超音波やネプライザ一で液滴にして，その後，器壁を加熱させて液体試料を気化させて，大気圧イオン化させていた。この実施例の方法によると，ィォン化室の器壁温度を上昇させて液体試料の気化を促進させる必要がないので，熱分解し易い生体試料でも分解させることなく，ソフトにイオン化させることができる。ダイヤモンドチップ 24への赤外レーザ照射では，ダイヤモンドチップ 24は加熱されず，またレーザ光エネルギーは，溶媒の水素結合の切断に費やされ，分子の振動励起にはつながらないので，試料分子の分解をほぼ完全に無視できるという利点をもつ。

大気圧下で生成したイオンは，オリフィス 1 1の孔 1 1 a を通して真空中にサンプリングされ，質量分析される。質量分析装置 10としては，オルソゴナル飛行時間型質量分析計，四重極質量分析計，磁場型質量分析計などが使用可能である。

第 6 a図はコロナ放電電極の他の例を示している。キヤビラリ一 23内に揷通した導電線（金属線，白金線） 26の先端をダイヤモンドチップ 24 の先端からわずかに（数 mm程度）外方に突出させ，この導電線 26の先端部をコロナ放電電極とする。導電線 26の先端は，放電プラズマを発生し易くするために鋭く研磨してもよ'い。

上述したように，水溶液試料などをキヤピラリー 23に流し，ダイヤモンドチップ 24から流出する液体試料にレーザ光を照射（赤外線レーザ： ΙΟ. β β m) して完全に気化させる。この状態で，キヤピラリー 23の中心に通した導電線 26に高電圧を印加（数百ないし数 kV) して，導電線 26の先端にコロナ放電を生起させる。このコロナ放電によって，プラズマ部にイオンが発生する。たとえば，水溶液試料では溶媒が水なので，水蒸気の放電で，プロトンの水和クラスターが多量に発生する。水蒸気プラズマで H⁺ (H₂0)„ クラスタ一イオン発生

H₂0 + e (electron)→H₂0⁺ + 2e (1) 電子イオン化（プラズマ内で生起） H₂0⁺ + H₂0→H₃0⁺ + 0H (2) プロトン移動反応

H₃0⁺ + nH₂0→H₃0⁺ (H₂0)„ (3) クラスタリング反応

H ₃0 ⁺や水和クラスターイオン H ₃0 ⁺ ( H _nは，試料中の分析目的成分 B とプロトン移動反応を起こして， H + Bを生成する。

H⁺ (H₂0) + B→H ⁺ B + nH₂0 (4)

この反応は，大気圧中で行われるので， H ⁺ ( H O ) „イオンと周囲のガス分子同士が極めて多数回の衝突を起こす。このため，分析目的成分 Bの濃度が極めて低くても，反応（4)が効率よく起こるので，十分な感度で成分 Bを検出することができる。上述の通り，この実施例の方法は，レーザ照射による液体試料の完全気化（レーザスプレー法）と大気圧イオン化法を組み合わせたものである。生体試料の場合，溶媒が水とすることが望ましい。水溶液試料の場合，レーザ光照射によって水蒸気が発生する。水蒸気は，放電プラズマが発生しにくいという性質を有する。この問題点は，雰囲気ガスとして希ガス（アルゴンガスなど）を混ぜることによって大幅に緩和させることができる。

第 6 b図に示すように，液体試料が流出するキヤビラリ一23の外側に，キヤピラリー 23の外周面との間に間隙（間隔）をあけて外筒 29を設け，キヤピラリー 23の外周面と外筒 29との間の間隙を通してアルゴンガスなどのアシストガスをキヤピラリー 23 (ダイヤモンドチップ 24) の先端付近に供給する。瞬時に気化された液体試料の溶媒蒸気とアルゴンガスを混合させることで，コロナ放電を容易に発生させ，また安定に放電プラズマを持続させることができる。

この方法では，水分子よりも大きなプロトン親和力の分子であれば，それらをすベて高感度で検出することができる。生体関連分子は，通常水分子に比べて大きなプロトン親和力を有することが多いので，この方法は生体試料の分析に極めて有用である。また，この方法を液体クロマトグラフィー（L C ) と組み合わせることによって（L Cから出力される液体試料をキヤビラリ一 23に供給する），混合成分をあらかじめ L C で分離させて，各成分を個別に検出することが可能となる。一般の L C の検出器（紫外吸収検出器など）では，分子の同定が困難である。これに比べて，上記のイオン化法を用いる質量分析法では，分子 Bが B H + として質量分析されるので，分析目的成分の分子量が求められる。また，大気圧イオン源からイオンを真空側に取り出して，衝突誘起解離を起こさせることで，分子の構造情報をあわせて得ることもできる。上記のイオン化法は，赤外レーザ光照射で，溶液試料を瞬時に気化させ，この気体試料をダイヤモンドチップの中心に収束（つまり発散させることなく濃縮させた状態で）させた状態で，その中心にコロナ放電を起こさせるものである。これによつて，まず反応イオン， H₃0⁺ (H O) „ (溶媒が水の場合）を生成する。この反応イオン H ₃0 ⁺ (H₂0) „は，大気圧下において周囲の気体分子と多数回の衝突を繰り返す。一度でも分析目的成分分子と衝突すれば，プロトン移動反応（4)が必ず起こるので，多数回の衝突を経た後，最終的に反応イオン H ₃0 + ( H O) _nのプロトン（H+) の大部分は，分析目的成分分子 Bに移り，分子 Bをイオン化（プロトン化）して，分子 Bに電荷が移る（プロトン化した B分子，すなわち H + B の生成）。この過程は，イオン—分子反応 (プロトン移動反応）を利用して，分子 Bをイオンの形（H + B ) として濃縮する過程とみなすことができる。このイオン化法では， ppbレべルの分析を容易に行うことができる（濃縮効率が 10の 9乗に相当： 10⁹ 分の 1の成分をイオン化できる。反応イオンは周囲の分子と少なくとも 10⁹回以上の衝突を行う）。

試料にプロトン親和力の異なる分子が複数種類混合している場合，ィオン一分子反応（プロトン移動反応）が逐次的に起こり，各成分の定量分析が困難になるというケースがあり得る。しかしながら， L Cと組み合わせることにより，混合試料であっても，液体クロマトグラフィーによってあらかじめ分離されてから，ダイヤモンドチップに流出するので，ダイヤモンドチップ先端で，複数種の試料が混在する可能性は考えなくてもよい。

第 5図においてはレーザ光はキヤピラリー 2³の軸方向に垂直にダイヤモンドチップ 24に投射されており，第 6 a図および第 6 b図においてはレーザ光はキヤビラリー 23の軸方向にダイヤモンドチップ 24内に投射されている。レーザ光の投射方向は上記のいずれであってもよレ、。第 6 a 図に L Aで示すように，レーザ光をキヤビラリー 23の軸方向に垂直に投射してもよい。

第 3実施例

第 7図は質量分析装置のイオン導入口付近に取付けられた第 3実施例のイオン化装置の全体的構成を示すものである。

質量分析装置 40のィオン導入口の部分には，やや大きな開口 41 aがあけられたスキマー 41が取付けられている。開口 41 aがィオン導入口である。質量分析装置 40内は真空に保たれる。

質量分析装置 40の器壁に，スキマー 41を囲んでこれを覆うようにィォン化装置 50のハウジング 51が気密に取付けられている。ハウジング 51とスキマー 41によって囲まれた空間がイオン化空間 52である。イオン化空間 52内は排気装置（ポンプ）（図示略）により，高真空（たとえば 10一⁶ 〜10— ⁷ Torr程度）に保たれる。

ハウジング 51内のィオン化空間 52には試料台 53が設けられ，ハウジング 51の外に配置された極低温冷凍機 54の腕により支持されている。この冷凍機 54はたとえば 10 K程度に冷却する能力を持つ。また，ハウジング 51内にはイオンをスキマー 41の開口 41 aに導くダリッド 55が設けられている。

基板 60はたとえば第 8図に示すように，シリコン基板を微細加工することにより，その表面に多数の試料保持用凹所 62が形成されている。この凹所 62は基板 60と一体成形された筒状の突起（壁） 61により囲まれている。この凹所 62内にイオン化すべき試料 Aが収められ，かつ保持されている。

試料はたとえば生体試料（D N A ,. タンパク質分子など）であり，水, S F のような低分子量の無機マトリタスに混ぜられている。基板としては，第 8図に示す形状のものに限らず，たとえばポーラスシリコンでもよい。ポーラスシリコンは無数のナノサイズの穴を有し，それらの穴の周囲に鋭利な突起が形成されている。ポーラスシリコン表面に水溶液試料などを塗布し，これを凍結し，その後レーザ照射を行う。また，塗布した試料の上層に水および S F ₆ 薄膜を真空蒸着してレーザ照射を行ってもよい（この状態も，試料がマトリクスに混ぜられているという表現に含まれるものとする）。

このようにして，マトリクスに混ぜられた試料を保持した基板 60がィオン化空間 52内の試料台 53に取付けられる。基板 60には正または負の高電圧が印加される。そして，ハウジング 51の外部に配置した赤外レーザ光源装置 56から赤外レーザ光をハウジング 51内の基板 60上の試料に斜めに照射する。水を含む低分子無機マトリクスは高い効率で赤外光を吸収して，表面近傍に衝撃波を発生させる。発生した衝撃波は基板 60に向う。この過程で，マトリクスおよび試料が急速加熱され，試料が脱離し，突起 61またはポーラスシリコンの突起に印加された高電場のために効率よく気相の正または負イオンを発生する。これらのイオンは基盤 60の面に垂直な方向に向かいスキマ一 41の開口 41 aから飛行時間型質量分析装置 40内に導かれる。

マトリクスは低分子量の無機材料からなるものであるから，これらが飛散し，イオン化して質量分析装置 40内に導入されても大きな雑音成分にはならない。

水を含むマトリクスは赤外光を吸収するので，試料は急速に加熱される。生体試料もまた水分を含み赤外光を吸収するので効率よく加熱される。

上記実施例では，試料を凍結しているので，その乾燥を防ぐことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 液体試料を導入したキヤビラリ一の先端にレーザ光を照射して試料をイオン化するレーザスプレー法において，

少なくともキヤビラリ一の先端部を，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成することを特徴とするイオン化方法。

2 . レーザ光が赤外光であり，レーザ光を吸収しにくい物質がダイヤモンド，シリコン，ゲルマニウムのうちのいずれかである，請求の範囲第 1項に記載のィオン化方法。

3 . 絶縁性キヤビラリ一の先端に，キヤビラリ一の細孔に連通する細孔があけられたダイヤモンドチップを取付ける，請求の範囲第 1項または第 2項に記載のイオン化方法。

4 . 少なくともキヤビラリ一の先端部を，質量分析装置のイオン導入口付近において，真空中に配置する，請求の範囲第 1項から第 3項のいずれか一項に記載のィオン化方法。

5 . 少なくともキヤビラリ一の先端部を，質量分析装置のイオン導入口付近において，大気圧中に配置する，請求の範囲第 1項から第 3項のいずれか一項に記載のイオン化方法。

6 . キヤピラリーを導電体で形成し，キヤビラリ一に高電圧を印加することにより，キヤビラリ一先端近傍に電場を形成する，請求の範囲第 1 項に記載のィオン化方法。

7 . キヤピラリーを絶縁体で形成し，キヤピラリー内に導電線を配置し，この導電線に高電圧を印加する，請求の範囲第 1項に記載のイオン化方法。

8 . 少なくともキヤビラリ一の先端部をコロナ放電ガス中に配置し，キャビラリ一の先端部の近傍にコロナ放電電極を設け，このコロナ放電電極に正または負の高電圧を印加してコロナ放電を生起させる，請求の範囲第 1項から第 3項のいずれか一項に記載のイオン化方法。

9 . キヤピラリーを絶縁体で形成し，キヤピラリー内に導電線を配置し，この導電線の先端をキヤビラリ一の先端部から外方にわずかに突出させてコロナ放電電極とする，請求の範囲第 8項に記載のイオン化方法。

10. キヤビラリ一の先端部を大気圧中に配置する，請求の範囲第 8項または第 9項に記載のイオン化方法。

1 1 . キヤビラリ一の先端部付近にアシストガスを供給する，請求の範囲第 8項から第 10項のいずれか一項に記載のィオン化方法。

12. キヤビラリーの外側にキヤビラリーの外周面との間に間隙をあけて外筒を設け，キヤビラリ一の外周面と外筒との間を通してアシストガスをキヤビラリーの先端部付近に導入する，請求の範囲第 1 1項に記載のィオン化方法。

13. パルス状レーザ光を照射する，請求の範囲第 1項から第 12項のいずれか一項に記載のイオン化方法。

14. 液体試料をキヤピラリー内に連続的に流し，連続発振のレーザ光を照射する，請求の範囲第 1項から第 12項のいずか一項に記載のィオン化方法。

15. キヤビラリ一の先端にレーザ光をキヤビラリ一のほぼ軸方向に向つて照射する，請求の範囲第 1項から第 14項のいずれか一項に記載のィォン化方法。

16. キヤビラリーの先端にレーザ光をキヤピラリーの軸方向にほぼ垂直な方向から照射する，請求の範囲第 1項から第 14項のいずれか一項に記載のィォン化方法。

17. 液体試料を導入するキヤビラリ一の先端にレーザ光を照射して試料をイオン化するレーザスプレー装置において，少なくともキヤビラリ一の先端部が，使用するレーザ光を吸収しにくい物質で形成されていることを特徴とするイオン化装置。

18. キヤビラリ一が絶縁性材料で形成され，キヤビラリ一の細孔に連通する細孔があけられたダイヤモンドチップがキヤビラリ一の先端に取付けられ，キヤビラリ一の細孔内に，高電圧が印加される導電線が配置されている，

請求の範囲第 17項に記載のイオン化装置。

19. キヤビラリ一の先端部付近にコロナ放電電極が設けられている，請求の範囲第 17項または第 18項に記载のィオン化装置。

20. 導電線の先端がキヤピラリー内にあり，キヤビラリ一先端部の近くまでのびている，請求の範囲第 18項に記載のイオン化装置。

21 . 導電線の先端部がキヤビラリー先端のダイヤモンドチップから外方にわずかに突出している，請求の範囲第 18項に記載のィオン化装置。

22. 質量分析装置のイオン導入口の外側に，ハウジングにより，イオン導入口を通して質量分析装置と連通するイオン化空間を形成し，

イオン化空間内に，液体試料を導入するキヤビラリ一の少なくとも先端部を配置し，

キヤビラリ一の先端にレーザ光を照射するレーザ装置をイオン化空間の外部に配置し，

少なくともキヤビラリ一の先端部を，使用するレ一ザ光を吸収しにくい物質で形成する，

イオン化装置。 -

23. マトリクスと混ぜて保持された試料に，レーザ光を照射して試料をィオン化する M A L D I法において，

水を含む低分子量の無機マトリタスを用い，

周囲の少なくとも一部に突起が形成された基板の窪み内に，無機マトリクスと混ぜた試料を保持し，

赤外レーザ光を試料に照射する，

イオン化方法。

24. 基板の窪み内に保持された試料の周囲に電場を形成する，請求の範囲第 23項に記載のィオン化方法。

25 . 導電性基板に高電圧を印加して電場を形成する，請求の範囲第 24項に記載のィオン化方法。

26. 基板がポーラスシリコンである，請求の範囲第 23項から第 25項のいずれか一項に記載のイオン化方法。

27 . 基板を冷却する，請求の範囲第 23項から第 25項のいずれか一項に記載のィォン化方法。

28 . 質量分析装置のイオン導入口の外側に，ハウジングにより，イオン導入口を通して質量分析装置と連通する真空に保たれるイオン化空間を形成し，

周囲の少なくとも一部に突起が形成された窪みを持つ基板を上記ィォン化空間内に配置し，

イオン化空間の外部に，上記基板の窪みに保持された無機マトリクスと混ぜられた試料に赤外レーザ光を照射するレーザ装置を配置した，イオン化装置。

29 . 上記基板を冷却する冷却装置を備えた，請求の範囲第 28項に記載のィオン化装置。