特許 6061298 試料分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6061298

(24)【登録日】2016年12月22日

(45)【発行日】2017年1月18日

(54)【発明の名称】試料分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20060101AFI20170106BHJP

   H01J 49/10 20060101ALI20170106BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/62 F

   G01N27/62 G

   H01J49/10

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-108908(P2013-108908)

(22)【出願日】2013年5月23日

(65)【公開番号】特開2014-228431(P2014-228431A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2016年4月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】504300181

【氏名又は名称】国立大学法人浜松医科大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124291

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】瀬藤 光利

(72)【発明者】

【氏名】佐々部 順

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏典

(72)【発明者】

【氏名】山下 豊

(72)【発明者】

【氏名】林 雅宏

【審査官】 伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１１６１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６８６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０２８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１２３５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２６８３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３９７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９８４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２８０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５４４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／００５０６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３０１７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３９０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１３４３０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

Ｈ０１Ｊ ４９／１０

Ｈ０１Ｊ ４９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を脱離・イオン化する脱離・イオン化用レーザと、
吸引手段に接続され、前記脱離・イオン化用レーザによって前記試料から生じた蒸気を吸引するプローブと、
前記プローブによって吸引された前記蒸気に含まれる分子をポストイオン化するポストイオン化用レーザと、
前記ポストイオン化用レーザによってポストイオン化された前記蒸気の質量スペクトルに基づいて前記試料を分析する質量分析器と、を備え、
前記プローブは、中空光ファイバによって構成され、
前記脱離・イオン化用レーザからの出射光と、前記ポストイオン化用レーザからの出射光とが前記中空光ファイバに導光されることを特徴とする試料分析装置。

【請求項2】

前記プローブの先端側には、前記脱離・イオン化用レーザからの出射光を前記試料に向けて集光すると共に前記蒸気を通す貫通孔が形成された集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項１記載の試料分析装置。

【請求項3】

前記プローブは、中空のガラス管の内面に金属層と透明誘電体層とを形成してなる中空光ファイバによって構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の試料分析装置。

【請求項4】

前記プローブは、中空の金属管に金属層を形成してなる中空光ファイバによって構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の試料分析装置。

【請求項5】

前記プローブは、中空のガラス管の内面に金属層と透明誘電体層とを形成してなる中空光ファイバによって構成された基端部分と、中空の金属管に金属層を形成してなる中空光ファイバによって構成された先端部分とを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の試料分析装置。

【請求項6】

前記プローブの先端の向きを示すガイド用レーザを更に備え、
前記ガイド用レーザからの出射光が前記中空光ファイバに導光されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の試料分析装置。

【請求項7】

前記吸引手段は、
前記プローブの基端に接続される真空セルと、
前記真空セルに接続され、前記蒸気を前記質量分析器に送るポンプと、を備え、
前記ポストイオン化用レーザからの出射光が、前記真空セルから前記ポンプまでの前記蒸気の流路にも導光されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の試料分析装置。

【請求項8】

前記真空セル内又は前記ポンプ内に、前記ポストイオン化用レーザからの出射光を前記蒸気の流れに略直交する向きで繰り返し反射させる共振器が配置されていることを特徴とする請求項７記載の試料分析装置。

【請求項9】

前記プローブから前記質量分析器に至る前記蒸気の流路の少なくとも一部を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の試料分析装置。

【請求項10】

前記プローブの先端側から基端側に向かって電位勾配が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の試料分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体組織等の試料を分析する試料分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の分野の技術として、例えば特許文献１に記載の試料分析装置がある。この従来の試料分析装置は、例えば手術中の病理学的組織の同定を目的とする装置である。この装置は、例えば電気メスやレーザメスで患部を切開したときに生じるイオンを含む組織の蒸気を、流体ポンプに接続されたポリエチレンテフロンチューブで吸引し、質量分析装置のキャピラリ入口まで搬送する。質量分析装置は、組織の蒸気についての質量スペクトルに基づいて組織の同定をリアルタイムで行っており、例えば外科手術中にリン脂質の質量スペクトルのデータからガン細胞と正常な細胞との同定を１秒程度で実施することにより、切除すべき部位の判断の指標が迅速に提供される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１０／１３６８８７号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気メス或いはレーザメスによって幹部の組織を蒸発させた場合、組織のイオン化効率は低く、殆どは中性分子である。そこで、上述した従来の試料分析装置では、チューブで吸引した組織の蒸気をベンチュリ・ジェットポンプの出口で更にイオン化（ポストイオン化）を行っている。ポストイオン化の方法には、例えばエレクトロンスプレーイオン化法や、化学イオン化法などが挙げられるが、これらの手法を用いた場合でもイオン化されにくい分子の同定は困難な場合がある。また、エレクトロンスプレーイオン化法では、多価イオンの発生が問題となることもある。

【0005】

ポストイオン化には、光イオン化法もある。光イオン化法は、例えば二次イオン質量分析などに用いられており、中性分子のプルームに対して近赤外のフェムト秒パルスレーザを高い光強度で入射させることで中性分子を多光子イオン化させる。しかしながら、光イオン化法においても、高い光強度を得るためにレーザ光をレンズで集光してプルームに入射させるため、レーザ光と中性分子のプルームとの相互作用領域及び相互作用時間の確保が難しく、結果的にイオン化効率の向上が難しいという課題があった。

【0006】

また、上述した従来の試料分析装置では、電気メスやレーザメスを用いているので、外科手術のように患部の上方に十分なスペースが存在する場合には問題がないが、耳の奥などの狭い患部を対象とする場合には分析を行うことが困難である。

【0007】

さらに、上述した従来の試料分析装置では、メモリー効果も問題となる。メモリー効果とは、質量分析器に接続されるチューブやベンチュリ・ジェットポンプの内部に試料の分子が吸着し、次の分析を行う際の質量スペクトルに干渉が生じてしまう現象である。メモリー効果は、分析対象のイオンが多数存在する場合には問題が生じにくいが、極微量でイオン化されにくい分子を分析対象とする場合には、その影響を極力排除する必要がある。

【0008】

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、試料のイオン化効率を向上できると共にメモリー効果を低減でき、かつ狭い空間での分析を可能とする試料分析装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題の解決のため、本発明に係る試料分析装置は、試料を脱離・イオン化する脱離・イオン化用レーザと、吸引手段に接続され、脱離・イオン化用レーザによって試料から生じた蒸気を吸引するプローブと、プローブによって吸引された蒸気に含まれる分子をポストイオン化するポストイオン化用レーザと、ポストイオン化用レーザによってポストイオン化された蒸気の質量スペクトルに基づいて試料を分析する質量分析器と、を備え、プローブは、中空光ファイバによって構成され、脱離・イオン化用レーザからの出射光と、ポストイオン化用レーザからの出射光とが中空光ファイバに導光されることを特徴としている。

【0010】

この試料分析装置では、プローブが中空光ファイバによって構成され、脱離・イオン化用レーザからの出射光と、ポストイオン化用レーザからの出射光とが中空光ファイバに導光されるようになっている。これにより、中空光ファイバ内を吸引されていく試料の蒸気とポストイオン化用レーザの出射光との相互作用領域及び相互作用時間を十分に確保できるので、試料のイオン化効率を向上できる。また、比較的高い光強度を有する脱離・イオン化用レーザからの出射光及びポストイオン化用レーザからの出射光のそれぞれが中空光ファイバに導光するので、中空光ファイバに吸着した分子の脱離が促進され、メモリー効果の低減が図られる。さらに、プローブとして中空光ファイバを用いることで、電気メスやレーザメスといったハンドピースが不要となると共にプローブの可撓性も確保され、狭い空間での分析が可能となる。

【0011】

プローブの先端側には、脱離・イオン化用レーザからの出射光を試料に向けて集光すると共に蒸気を通す貫通孔が形成された集光レンズが配置されていることが好ましい。これにより、試料の細部の分析を好適に実施できる。また、集光レンズに貫通孔を形成することで、試料から生じる蒸気の吸引が阻害されることも回避できる。

【0012】

また、プローブは、中空のガラス管の内面に金属層と透明誘電体層とを形成してなる中空光ファイバによって構成されていることが好ましい。この場合、プローブの可撓性を十分に確保できる。

【0013】

また、プローブは、中空の金属管に金属層を形成してなる中空光ファイバによって構成されていることが好ましい。この場合、プローブの耐熱性を十分に確保でき、加熱による吸着分子の脱離によってメモリー効果の低減を図ることが可能となる。

【0014】

また、プローブは、中空のガラス管の内面に金属層と透明誘電体層とを形成してなる中空光ファイバによって構成された基端部分と、中空の金属管に金属層を形成してなる中空光ファイバによって構成された先端部分とを備えていることが好ましい。この場合、プローブの耐熱性及び可撓性の双方を確保できる。プローブの先端部分は、基端部分に比べて分子の吸着が生じ易い。したがって、プローブの先端部分に中空の金属管に金属層を形成してなる中空光ファイバを適用することで、メモリー効果の低減を十分に実現できる。

【0015】

また、プローブの先端の向きを示すガイド用レーザを更に備え、ガイド用レーザからの出射光が中空光ファイバに導光されることが好ましい。これにより、試料に対する脱離・イオン化用レーザの照射位置を視認することが可能となり、分析の作業性を向上できる。

【0016】

また、吸引手段は、プローブの基端に接続される真空セルと、真空セルに接続され、蒸気を前記質量分析器に送るポンプと、を備え、ポストイオン化用レーザからの出射光が、真空セルからポンプまでの蒸気の流路にも導光されることが好ましい。この場合、試料の蒸気とポストイオン化用レーザの出射光との相互作用領域及び相互作用時間を更に増大させることができ、試料のイオン化効率を一層向上できる。

【0017】

また、真空セル内又はポンプ内に、ポストイオン化用レーザからの出射光を蒸気の流れに略直交する向きで繰り返し反射させる共振器が配置されていることが好ましい。この場合、試料の蒸気とポストイオン化用レーザの出射光との相互作用領域及び相互作用時間を更に増大させることができ、試料のイオン化効率を一層向上できる。

【0018】

また、プローブから質量分析器に至る蒸気の流路の少なくとも一部を加熱する加熱手段を更に備えたことが好ましい。これにより、加熱による吸着分子の脱離によってメモリー効果を一層低減できる。

【0019】

また、プローブの先端側から基端側に向かって電位勾配が形成されていることが好ましい。これにより、プローブ内を流れるイオンの収集効率を高めることが可能となる。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係る試料分析装置によれば、試料のイオン化効率を向上できると共にメモリー効果を低減でき、かつ狭い空間での分析が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係る試料分析装置を示す概略図である。

【図2】図１に示した試料分析装置に用いられるプローブを示す斜視図である。

【図3】プローブの基端部分の断面図である。

【図4】プローブの先端部分の断面図である。

【図5】プローブの先端側の構成を示す図である。

【図6】図１に示した試料分析装置の動作を示す図であり、（ａ）は脱離・イオン化用レーザの照射のタイミングを示し、（ｂ）は試料近傍の中性分子密度を示す。

【図7】図６の後続の動作を示す図であり、（ａ）は、プローブの基端側における中性分子密度を示し、（ｂ）はポストイオン化用レーザの照射のタイミングを示し、（ｃ）はＣＷ光を用いる場合のポストイオン化用レーザの照射のタイミングを示す。

【図8】試料分析装置への加熱手段の取付形態を示す概略図である。

【図9】試料分析装置への電位勾配の形成形態を示す概略図である。

【図10】図９に示した試料分析装置に用いられるプローブの断面図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係る試料分析装置を示す概略図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係る試料分析装置を示す概略図である。

【図13】図１２に示した試料分析装置の動作を示す図であり、（ａ）は、プローブの基端側における中性分子密度を示し、（ｂ）はポストイオン化用レーザの照射のタイミングを示す。

【図14】図１２に示した試料分析装置の変形例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら、本発明に係る試料分析装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

【0023】

図１は、本発明の第１実施形態に係る試料分析装置を示す概略図である。
同図に示す試料分析装置１は、例えば細胞などを含む生体組織といった試料Ｓの同定を質量スペクトルに基づいて実施する装置として構成されている。例えば本装置によって患者の痰を分析し、痰に含まれる細菌を同定することで、適切な抗生剤の選定を迅速に行うことが可能となる。また、本装置を内視鏡等と組み合わせることで、患部の視覚的なモニタリングに加え、患部の組織を構成する分子情報を診断に生かすことも想定される。

【0024】

かかる試料分析装置１は、図１に示すように、プローブ２と、脱離・イオン化用レーザ３と、ガイド用レーザ４と、ポストイオン化用レーザ５と、真空セル６と、ベンチュリ・ジェットポンプ７と、質量分析器８とを備えて構成されている。

【0025】

プローブ２は、例えば中空光ファイバからなる。プローブ２の先端側は、試料Ｓに向けて遊端となっている。一方、プローブ２の基端側は、真空セル６を介してベンチュリ・ジェットポンプ７に接続されており、プローブ２内は真空排気された状態となっている。また、図２に示すように、プローブ２の基端部分２ａは、石英ガラス製の中空光ファイバ１１によって形成され、プローブ２の先端部分２ｂは、金属製の中空光ファイバ１２によって形成されている。中空光ファイバ１１の先端側と中空光ファイバ１２の基端側とは、コネクタ１３によって着脱自在に接続されている。

【0026】

中空光ファイバ１１は、図３に示すように、中空の石英ガラス管１４を有している。石英ガラス管１４の内面には、金属層１５と透明誘電体層１６とが形成されている。金属層１５は、例えば銀によって形成され、透明誘電体層１６は、例えば環状オレフィンポリマー等によって形成されている。これらの金属層１５及び透明誘電体層１６により、例えば波長が２μｍ以上の赤外レーザに対し、中空光ファイバ１１の内面での反射率が最大となるように設計がなされている。また、石英ガラス管１４の直径は、例えば２００μｍ〜１０ｍｍとなっており、内径は、例えば１００μｍ〜８ｍｍとなっている。これらの径は、プローブ２の可撓性を考慮して適宜選択される。

【0027】

一方、中空光ファイバ１２は、図４に示すように、中空の金属管１７を有している。金属管１７の内面には、鏡面研磨が施されており、金属層１８が形成されている。金属管１７の材料としては、例えばステンレス、アルミ、鉄などが用いられる。金属層１８は、例えば銀やアルミによって形成されている。このような中空光ファイバ１２は、中空光ファイバ１１に比べて可撓性が乏しい反面、耐熱性に優れている。具体的には、中空光ファイバ１１では、透明誘電体層１６の加熱限界である１５０℃程度までの加熱が可能であり、中空光ファイバ１２では、金属の融点未満となる５００℃程度までの加熱が可能である。これらの中空光ファイバ１１，１２では、プローブ２内に分子が吸着した場合であっても、加熱によって分子を脱離させることができ、メモリー効果の低減が図られる（加熱手段については後述する）。

【0028】

なお、プローブ２は、中空光ファイバ１１のみで構成してもよく、中空光ファイバ１２のみで構成してもよい。中空光ファイバ１１のみで構成する場合、プローブ２の可撓性をより高めることができる。一方、中空光ファイバ１２のみで構成する場合、プローブ２の耐熱性を更に向上できる。また、赤外レーザのみでなく、紫外エキシマレーザなどの短波長レーザの導光が可能となる。紫外レーザを用いる場合、金属層１８上に酸化チタンからなる金属層を更に形成することも好適である。この場合、紫外光の照射によって酸化チタンが活性化し、分子の脱離を促進できる。

【0029】

脱離・イオン化用レーザ３は、試料を脱離・イオン化するレーザである。脱離・イオン化用レーザ３としては、例えば試料Ｓの組織内の水分での吸収率を考慮して、波長２μｍ以上の赤外レーザが用いられる。このような赤外レーザとしては、例えばＨｏ−ＹＡＧレーザ（波長２．１ｎｍ）、Ｅｒ−ＹＡＧレーザ（波長２．９４μｍ）、ＣＯレーザ（波長５．２μｍ）、ＣＯ_２レーザ（波長１０．６μｍ）、赤外波長可変ＯＰＯレーザなどが挙げられる。

【0030】

また、試料Ｓの種類によっては、パルス幅が１００ｆｓ程度と狭く、かつピーク強度の高いチタンサファイアレーザ（波長８００ｎｍ）を用いることが好適である。また、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザ（波長３０８ｎｍ）といった紫外エキシマレーザや、ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）、窒素レーザ（波長３３７ｎｍ）などを用いることもできる。レーザは、主としてパルスレーザであるが、ＣＷレーザを用いてもよい。

【0031】

脱離・イオン化用レーザ３からの出射光３ａは、図１に示すように、集光レンズ２１によって集光され、窓２２から真空セル６内に入射してプローブ２の基端側に導光される。プローブ２に導光された出射光３ａは、中空光ファイバ１１，１２内を全反射しながら伝搬し、プローブ２の先端から試料Ｓに向けて出射する。

【0032】

出射光３ａが試料Ｓに照射されると、試料Ｓの組織内の水分にレーザ光が吸収され、熱が発生すると共に組織表面がアブレーションされる。これにより、組織を構成する分子（中性分子）と僅かのイオンとが蒸気となって組織の表面から放射状に脱離する。試料Ｓで発生した蒸気は、ベンチュリ・ジェットポンプ７の作用によってプローブ２で吸引され、プローブ２から真空セル６を通って質量分析器８に搬送される。脱離・イオン化用レーザ３による脱離時のイオン化効率は、試料Ｓの組成や脱離・イオン化用レーザ３のレーザ波長といった条件に依存する。

【0033】

なお、図５に示すように、プローブ２の先端側には、集光レンズ２３が配置されている。集光レンズ２３により、プローブ２の先端から出射した出射光３ａは、試料Ｓの表面にて例えば直径１００μｍ程度に集光される。これにより、試料Ｓの局所的な脱離を行うことが可能となり、分析の空間分解能の向上が図られる。また、集光レンズ２３の略中央部分には、例えば断面円形の貫通孔２３ａが形成されている。したがって、試料Ｓで発生した蒸気は、貫通孔２３ａを通ってプローブ２で吸引される。

【0034】

ガイド用レーザ４は、プローブ２の先端の向きを示すレーザである。ガイド用レーザ４には、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）などの可視光レーザが用いられる。ガイド用レーザ４からの出射光４ａは、ダイクロイックミラー２４によって真空セル６の窓２２に向けて反射されると共に、集光レンズ２１によって集光され、脱離・イオン化用レーザ３の出射光３ａと略同光路で真空セル６内を通ってプローブ２の基端側に導光される。プローブ２に導光された出射光４ａは、中空光ファイバ１１，１２内を全反射しながら伝搬し、プローブ２の先端から試料Ｓに向けて出射する。これにより、出射光４ａが出射光３ａと略同位置で試料Ｓに照射され、分析位置を目視にて容易に確認できる。

【0035】

ポストイオン化用レーザ５は、脱離によって生じた蒸気に含まれる中性分子をポストイオン化するレーザである。ポストイオン化用レーザ５としては、多光子イオン化を行う場合には、チタンサファイアレーザ（波長８００ｎｍ）や、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）といったレーザをナノ秒からフェムト秒のパルス幅で用いることが好ましい。一方、一光子イオン化を行う場合には、Ｆ_２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）や、ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）をＸｅガスが入ったガスチャンバ内に集光して発生させる高次高調波（波長１１８ｎｍ）をナノ秒からフェムト秒のパルス幅で用いることが好ましい。また、ポストイオン化用レーザ５の繰り返し周波数は、脱離・イオン化用レーザ３の繰り返し周波数に一致させることが好ましい。脱離・イオン化用レーザ３及びポストイオン化用レーザ５の繰り返し周波数は、測定時間を短縮する観点から数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚが理想的であるが、質量分析器８の信号処理系の能力に応じて適宜決定される。

【0036】

ポストイオン化用レーザ５からの出射光５ａは、集光レンズ２５によって集光されると共に、ダイクロイックミラー２６によって真空セル６の窓２２に向けて反射され、窓２２から真空セル６内に入射してプローブ２の基端側に導光される。出射光５ａは、プローブ２内の蒸気、或いはプローブ２の基端側の出口近傍の蒸気と相互作用し、蒸気内の中性分子のイオン化を促進する。プローブ２の長さを１ｍとした場合、出射光５ａが中空光ファイバ１１，１２内を伝搬する時間は約３．３ｎｓとなり、出射光５ａと脱離によって生じた蒸気との相互作用時間を十分に確保できる。

【0037】

脱離・イオン化用レーザ３とポストイオン化用レーザ５との同期について、図６及び図７を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、時刻ｔ_０において、脱離・イオン化用レーザ３の出射光３ａが試料Ｓの表面に照射されると、図６（ｂ）に示すように、試料Ｓの表面にて、時間幅ｔ_１（例えば数十μｓ）にわたって蒸気が発生する。

【0038】

この蒸気がプローブ２で吸引されると、プローブ２の基端側の出口では、図７（ａ）に示すように、時間幅ｔ_１よりも長い時間幅ｔ_２（例えば数十μｓ〜数百μｓ）にわたって蒸気が存在する。したがって、図７（ｂ）に示すように、プローブ２の基端側の出口で蒸気内の中性分子の密度が最大となる時刻ｔ_３に合わせてポストイオン化用レーザ５の照射を行うことで、ポストイオン化を効率良く実施できる。

【0039】

なお、ポストイオン化用レーザ５としては、上述したパルスレーザ以外にも、重水素ランプ、Ａｒエキシマランプ（波長１２６ｎｍ）、Ｋｒエキシマランプ（波長１４７ｎｍ）、といったＶＵＶ光のＣＷ光源を用いることもできる。この場合、脱離・イオン化用レーザ３との同期を取らなくても、出射光５ａと蒸気との相互作用を生じさせることができる（図７（ｃ）参照）。

【0040】

真空セル６は、例えば中空の直方体状をなしており、脱離・イオン化用レーザ３の出射光３ａ、ガイド用レーザ４の出射光４ａ、及びポストイオン化用レーザ５の出射光５ａを入射させる窓２２を有している。また、窓２２の対面には、プローブ２の基端側が接続され、窓２２が設けられた面と直交する面には、ベンチュリ・ジェットポンプ７に通じる流路２７が設けられている。

【0041】

ベンチュリ・ジェットポンプ７は、真空排気を行うポンプであり、窒素又は空気をノズル２８から５気圧程度で流すことで、真空セル６内及び中空光ファイバ１１，１２内を真空排気している。これにより、プローブ２に吸引された蒸気は、中空光ファイバ１１，１２を通って真空セル６内に至り、質量分析器８に送られる。質量分析器８は、送られた蒸気の質量スペクトルに基づいて組織の同定をリアルタイムで実施する。

【0042】

以上説明したように、試料分析装置１では、プローブ２が中空光ファイバ１１，１２によって構成され、脱離・イオン化用レーザ３からの出射光３ａと、ポストイオン化用レーザ５からの出射光５ａとが中空光ファイバ１１，１２に導光されるようになっている。これにより、中空光ファイバ１１，１２内を吸引されていく試料Ｓの蒸気とポストイオン化用レーザ５の出射光５ａとの相互作用領域及び相互作用時間を十分に確保できるので、試料Ｓのイオン化効率を向上できる。

【0043】

また、比較的高い光強度を有する脱離・イオン化用レーザ３からの出射光３ａ及びポストイオン化用レーザ５からの出射光５ａのそれぞれが中空光ファイバ１１，１２に導光するので、中空光ファイバ１１，１２に吸着した分子の脱離が促進され、メモリー効果の低減が図られる。さらに、プローブ２として中空光ファイバ１１，１２を用いることで、電気メスやレーザメスといったハンドピースが不要となると共にプローブ２の可撓性も確保され、狭い空間での分析が可能となる。

【0044】

また、試料分析装置１では、プローブ２の基端部分２ａが、中空の石英ガラス管１４の内面に金属層１５と透明誘電体層１６とを形成してなる中空光ファイバ１１によって構成され、プローブ２の先端部分２ｂが、中空の金属管１７に金属層１８を形成してなる中空光ファイバ１２によって構成されている。このような構成により、プローブ２の耐熱性及び可撓性の双方を確保できる。

【0045】

プローブ２の先端部分２ｂは、基端部分２ａに比べて分子の吸着が生じ易い。したがって、プローブ２の先端部分２ｂに耐熱性の高い中空光ファイバ１２を適用することで、メモリー効果の低減を十分に実現できる。また、先端部分２ｂがコネクタ１３によって着脱自在となっており、分子の吸着が進行した先端部分２ｂを容易に交換できる。なお、プローブ２に分子の吸着が生じた場合には、ベンチュリ・ジェットポンプ７において、質量分析器８側の出口を閉鎖し、プローブ２内に空気又は窒素を流通させることも好適である。

【0046】

加熱によるメモリー効果の低減を行う場合には、例えば図８に示すように、プローブ２、真空セル６、流路２７、及びベンチュリ・ジェットポンプ７の外面に熱線（加熱手段）３１を巻き付けることが好ましい。ガラス製の中空光ファイバ１１については耐熱性の観点から１５０℃程度までの加熱となるが、金属製の中空光ファイバ１２、真空セル６、流路２７、及びベンチュリ・ジェットポンプ７については３００℃以上に加熱することが可能である。したがって、内面に吸着した分子の脱離を促進でき、メモリー効果をより確実に低減できる。なお、熱線３１は、必ずしもプローブ２、真空セル６、流路２７、及びベンチュリ・ジェットポンプ７の全てに設ける必要はなく、これらの少なくとも一つに設けることで、メモリー効果の低減が期待できる。

【0047】

また、試料分析装置１において、プローブ２の先端側から基端側に向かって電位勾配を形成することが好ましい。この場合、例えば図９に示すように、プローブ２を複数区間に分割し、これらの区間を絶縁部３２によって電気的に絶縁する。そして、金属層１５，１８等に電位を印加し、絶縁部３２に電位勾配を与えることで、試料Ｓで発生したイオン及びプローブ２内のイオンに対して、質量分析器８側に向かう静電引力を与えることができる。これにより、イオンの収集効率を高めることが可能となる。

【0048】

プローブ２の電気的な絶縁にあたっては、例えば図１０に示すように、プローブ２の分割部分３３，３３同士を絶縁リング３４で接続する構成を採ることができる。また、真空セル６とベンチュリ・ジェットポンプ７との間、及びベンチュリ・ジェットポンプ７と質量分析器８との間についても同様に電気的に絶縁を行ってもよい。この場合、メモリー効果の更なる低減が図られる。
［第２実施形態］

【0049】

本発明の第２実施形態について説明する。図１１は、本発明の第２実施形態に係る試料分析装置を示す概略図である。同図に示すように、第２実施形態に係る試料分析装置４１は、ポストイオン化用レーザ５からの出射光５ａが、真空セル６内及び真空セル６からベンチュリ・ジェットポンプ７までの蒸気の流路２７にも導光されている点で上記実施形態と異なっている。

【0050】

より具体的には、試料分析装置４１では、ポストイオン化用レーザ５の光学系にハーフミラー４２及び全反射ミラー４３が更に配置され、ハーフミラー４２で分岐した出射光５ａが、集光レンズ４４で集光されつつ流路２７と対面する窓４５から真空セル６に入射する。真空セル６内に入射した出射光５ａは、プローブ２の基端側の出口近傍を通り、流路２７内に導光される。

【0051】

このような構成により、試料Ｓの蒸気とポストイオン化用レーザ５の出射光５ａとをプローブ２の基端側の出口から流路２７に至る経路にわたって相互作用させることが可能となり、相互作用領域及び相互作用時間を更に増大させることができる。したがって、試料Ｓのイオン化効率を一層向上できる。
［第３実施形態］

【0052】

本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本発明の第３実施形態に係る試料分析装置を示す概略図である。同図に示すように、第３実施形態に係る試料分析装置５１は、真空セル６内に、ポストイオン化用レーザ５からの出射光５ａを繰り返し反射させる共振器５２が配置されている点で、上記実施形態と異なっている。

【0053】

より具体的には、試料分析装置５１では、第２実施形態と同様に、ポストイオン化用レーザ５の光学系にハーフミラー４２及び全反射ミラー４３が更に配置され、ハーフミラー４２で分岐した出射光５ａが、集光レンズ４４で集光されつつ流路２７と対面する窓４５から真空セル６に入射する。また、真空セル６内には、例えばポストイオン化用レーザ５の波長における反射率が９９．９９％以上の一組のミラーからなる共振器５２が窓４５の位置に対応して配置され、この共振器５２によって出射光５ａが蒸気の流れに略直交する向きで繰り返し反射するようになっている。この試料分析装置５１では、例えば図１３に示すように、プローブ１２の基端側の出口で蒸気内に中性分子が放出され始める時刻ｔ_４に合わせてポストイオン化用レーザ５の照射を行う。

【0054】

このような構成により、中性分子が真空セル６内に存在している時間ｔ_２の全体にわたって共振器５２内にポストイオン化用レーザ５からの出射光５ａを存在させることができる。したがって、試料Ｓの蒸気とポストイオン化用レーザ５の出射光５ａとを真空セル６内でより確実に相互作用させることが可能となり、相互作用領域及び相互作用時間を更に増大させることができるので、試料Ｓのイオン化効率を一層向上できる。

【0055】

なお、共振器５２は、真空セル６内に配置する場合に限られず、例えば図１４に示す試料分析装置６１のように、ベンチュリ・ジェットポンプ７内に配置してもよい。図１４の例では、ベンチュリ・ジェットポンプ７において質量分析器８の手前に真空セル６２が配置され、ハーフミラー４２で分岐した出射光５ａが、集光レンズ４４で集光されつつ窓６３から真空セル６２に入射する。そして、真空セル６２内には、窓６３の位置に対応して共振器５２が配置され、この共振器５２によって出射光５ａが蒸気の流れに略直交する向きで繰り返し反射するようになっている。

【0056】

このような構成においても、試料Ｓの蒸気とポストイオン化用レーザ５の出射光５ａとを真空セル６内でより確実に相互作用させることが可能となり、相互作用領域及び相互作用時間を更に増大させることができる。したがって、試料Ｓのイオン化効率を一層向上できる。

【0057】

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ベンチュリ・ジェットポンプ７を介して真空セル６と質量分析器８とを接続しているが、質量分析器８が排気ポンプを備える場合には、ベンチュリ・ジェットポンプ７を省略し、真空セル６と質量分析器８とを直接接続してもよい。この場合、装置の更なる小型化が図られる。

【符号の説明】

【0058】

１，４１，５１，６１…試料分析装置、２…プローブ、２ａ…基端部分、２ｂ…先端部分、３…脱離・イオン化レーザ、３ａ…出射光、４…ガイド用レーザ、４ａ…出射光、５…ポストイオン化レーザ、５ａ…出射光、６…真空セル、７…ベンチュリ・ジェットポンプ（吸引手段）、８…質量分析器、１１，１２…中空光ファイバ、１４…石英ガラス管、１５…金属層、１６…透明誘電体層、１７…金属管、１８…金属層、２３…集光レンズ、２３ａ…貫通孔、２７…流路、３１…熱線（加熱手段）、５２…共振器、Ｓ…試料。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】