特許 6908180 ＭＡＬＤＩイオン源

(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】6908180

(24)【登録日】2021年7月5日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】ＭＡＬＤＩイオン源

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/16 20060101AFI20210708BHJP

   G01N 27/62 20210101ALI20210708BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/16 400

   G01N27/62 G

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-509623(P2020-509623)

(86)(22)【出願日】2018年12月4日

(86)【国際出願番号】JP2018044582

(87)【国際公開番号】WO2019187353

(87)【国際公開日】20191003

【審査請求日】2020年9月9日

(31)【優先権主張番号】特願2018-59654(P2018-59654)

(32)【優先日】2018年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(72)【発明者】

【氏名】志知 秀治

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２４５４５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０７１８００５８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００７−１２７６５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ４９／１６

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源であって、
内部に試料が設置されるチャンバと、
前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記チャンバの外部に設けられ、前記レーザ光が照射された前記チャンバ内の試料からの光を受光するカメラと、
前記チャンバの外部に設けられ、前記チャンバ内に入射する前記レーザ光の光軸と、前記レーザ光が照射された試料から前記カメラに向かう光の光軸とを同軸上にする光学素子と、
前記光学素子と試料との間に設けられた第１レンズとを備え、
前記チャンバには、前記レーザ光及び当該レーザ光が照射された試料からの光が通過する開口が形成されており、
前記第１レンズは、前記開口を覆うようにして設けられた窓部材を構成しており、
前記第１レンズには、凸湾曲面及び平坦面が形成されており、前記凸湾曲面は前記第１レンズにおける外方側の面であり、前記平坦面は前記第１レンズにおける内方側の面であることを特徴とするＭＡＬＤＩイオン源。

【請求項2】

前記カメラは、試料からの光を受光する撮像素子と、前記撮像素子に入射する光が通過する少なくとも１つの第２レンズとを有し、
前記第１レンズと前記撮像素子との距離、又は、前記第１レンズと前記第２レンズとの距離を調整するための調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＡＬＤＩイオン源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源が利用されている。例えば、質量分析装置にＭＡＬＤＩイオン源を用いる場合には、試料に対してレーザ光が照射されて、試料がイオン化される。そして、イオン化された試料は、チャンバ内で質量電荷比に応じて時間的に分離され、イオン検出器により順次検出される（例えば、下記特許文献１参照）。

【0003】

図３は、従来のＭＡＬＤＩイオン源２００の構成例を示した概略図である。従来のＭＡＬＤＩイオン源２００は、チャンバ２０１と、レーザ光源２０２と、カメラ２０３とを備えている。レーザ光源２０２及びカメラ２０３のそれぞれは、チャンバ２０１と間隔を隔てて配置されている。

【0004】

チャンバ２０１の周壁には、窓板２０６，２０７が設けられている。チャンバ２０１では、窓板２０７が設けられる部分と異なる部分（異なる壁面）に、窓板２０６が設けられている。レーザ光源２０２は、窓板２０６と間隔を隔てて配置されている。レーザ光源２０２と窓板２０６との間には、レンズ２０８が設けられている。カメラ２０３は、窓板２０７と間隔を隔てて配置されている。カメラ２０３は、レンズ２０９と、レンズ２０９を収容する調整筒２１０とを備えている。
チャンバ２０１には、サンプルプレート２２０上に載置された試料、及び、ミラー２２１が収容されている。

【0005】

ＭＡＬＤＩイオン源では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光が、レンズ２０８を通過することによって集光される。また、そのレーザ光は、窓板２０６を通過してチャンバ２０１内に入り、ミラー２２１で反射されてサンプルプレート２２０上の試料に照射される。また、試料からの光は、窓板２０７を通過して、カメラ２０３で受光される。このとき、カメラ２０３のレンズ２０９の焦点距離は、調整筒２１０によって調整される。そして、カメラ２０３での撮像結果に基づいて、レーザ光の照射位置が調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−２９８６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記した従来のＭＡＬＤＩイオン源２００では、部品点数が多くなるという不具合や、各部品を配置するためのスペースが必要になるという不具合が生じる。そこで、図４に示すＭＡＬＤＩイオン源４００の構成にすることも考えられる。なお、図４のＭＡＬＤＩイオン源４００では、図３のＭＡＬＤＩイオン源２００と同一の部材については、同一の符号を付している。

【0008】

図４に示すＭＡＬＤＩイオン源４００では、カメラ２０３と窓板２０７と間のスペースに、ダイクロイックミラー４０１が設けられている。また、ＭＡＬＤＩイオン源４００では、レーザ光源２０２は、ダイクロイックミラー４０１と間隔を隔てて配置されており、レンズ２０８は、ダイクロイックミラー４０１とレーザ光源２０２との間に配置されている。チャンバ２０１には、上記した窓板２０６及びミラー２２１が設けられていない。

【0009】

このＭＡＬＤＩイオン源４００では、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光は、レンズ２０８を通過することによって集光された後、ダイクロイックミラー４０１で反射され、窓板２０７を通過してチャンバ２０１内に入る。そして、チャンバ２０１内に入った光は、サンプルプレート２２０上の試料に照射される。また、試料からの光は、窓板２０７を通過して、カメラ２０３で受光される。

【0010】

このとき、上記した場合と同様に、調整筒２１０によってカメラ２０３のレンズ２０９の焦点距離が調整される。ここで、ＭＡＬＤＩイオン源４００の構成の場合には、カメラ２０３のレンズ２０９から試料までの距離Ｌ１（作動距離）が、図３に示すＭＡＬＤＩイオン源２００の構成の場合よりも長くなってしまう。そのため、カメラ２０３のレンズ２０９の焦点距離Ｌ２を長くする必要があり、カメラ２０３から試料までの領域で大きなスペースが必要となってしまう（図４における上下方向の寸法が大きくなってしまう）。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、部品点数を減らすことができ、かつ、小型化を実現できるＭＡＬＤＩイオン源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】

【0011】

（１）本発明に係るＭＡＬＤＩイオン源は、ＭＡＬＤＩにより試料をイオン化させるＭＡＬＤＩイオン源である。前記ＭＡＬＤＩイオン源は、チャンバと、レーザ光源と、カメラと、光学素子と、第１レンズとを備える。前記チャンバは、内部に試料が設置される。前記レーザ光源は、前記チャンバの外部に設けられ、レーザ光を出射する。前記カメラは、前記チャンバの外部に設けられ、前記レーザ光が照射された前記チャンバ内の試料からの光を受光する。前記光学素子は、前記チャンバの外部に設けられ、前記チャンバ内に入射する前記レーザ光の光軸と、前記レーザ光が照射された試料から前記カメラに向かう光の光軸とを同軸上にする。前記第１レンズは、前記光学素子と試料との間に設けられる。

【0012】

このような構成によれば、光学素子と試料との間に設けられた第１レンズを、レーザ光源からの光を集光するためのレンズとして用いることができるとともに、カメラ用のレンズとして用いることができる。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源における部品点数を減らすことができる。
また、レーザ光源と光学素子との間にレンズを設ける必要がないため、レーザ光源と光学素子との間の距離を短くすることができる。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源の小型化を実現できる。

【0013】

（２）また、前記チャンバには、前記レーザ光及び当該レーザ光が照射された試料からの光が通過する開口が形成されていてもよい。前記第１レンズは、前記開口に設けられた窓部材を構成していてもよい。

【0014】

このような構成によれば、ＭＡＬＤＩイオン源における部品点数をさらに減らすことができる。

【0015】

（３）また、前記第１レンズは、少なくとも一方の面に凸湾曲面を有してもよい。
このような構成によれば、第１レンズによってレーザ光源からの光を良好に集光できる。

【0016】

（４）また、前記カメラは、撮像素子と、少なくとも１つの第２レンズとを有してもよい。前記撮像素子は、試料からの光を受光する。前記第２レンズには、前記撮像素子に入射する光が通過する。前記ＭＡＬＤＩイオン源は、調整機構をさらに備えてもよい。前記調整機構は、前記第１レンズと前記撮像素子との距離、又は、前記第１レンズと前記第２レンズとの距離を調整する。

【0017】

このような構成によれば、第１レンズと撮像素子との距離、又は、第１レンズと第２レンズとの距離を調整機構により調整することで、試料からの光を撮像素子で精度よく撮像できる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、光学素子と試料との間に設けられた第１レンズを、レーザ光源からの光を集光するためのレンズとして用いることができるとともに、カメラ用のレンズとして用いることができる。そのため、ＭＡＬＤＩイオン源における部品点数を減らすことができる。また、レーザ光源と光学素子との間にレンズを設ける必要がないため、レーザ光源と光学素子との間の距離を短くすることができる。そのため、ＭＡＬＤＩイオン源の小型化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るＭＡＬＤＩイオン源を用いた質量分析装置の構成を示した概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るＭＡＬＤＩイオン源の構成例を示した概略図である。

【図3】従来のＭＡＬＤＩイオン源の構成例を示した概略図である。

【図4】図３のＭＡＬＤＩイオン源の構成を一部変更したＭＡＬＤＩイオン源を示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

１．質量分析装置の構成
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＡＬＤＩイオン源１を用いた質量分析装置１０の構成を示した概略図である。質量分析装置１０は、例えば、生体試料等の混合物試料からペプチドを始めとする高分子化合物を同定する際に使用可能である。質量分析装置１０は、例えば、マトリックス支援レーザ脱離イオン化イオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＭＡＬＤＩ−ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）である。
質量分析装置１０は、例えば、ＭＡＬＤＩイオン源１、イオントラップ１２及びＴＯＦＭＳ（飛行時間型質量分析計）１３及び本体１００を備えている。

【0021】

本体１００は、中空状に形成されている。本体１００内に、ＭＡＬＤＩイオン源１、イオントラップ１２及びＴＯＦＭＳ１３などが設けられている。本体１００内には、例えば、第１チャンバ１０１及び第２チャンバ１０２が形成されている。この例では、第１チャンバ１０１は、ＭＡＬＤＩイオン源１を収容する空間を形成している。一方、第２チャンバ１０２は、イオントラップ１２及びＴＯＦＭＳ１３を収容する空間を形成している。

【0022】

第１チャンバ１０１及び第２チャンバ１０２は、開口１０３を介して互いに連通している。すなわち、第１チャンバ１０１と第２チャンバ１０２とは、区画壁１０４を介して区画されており、当該区画壁１０４に形成された開口１０３を介して互いに連通している。
第1チャンバ１０１内及び第２チャンバ１０２内は、図示しない真空ポンプなどにより真空状態となる。

【0023】

ＭＡＬＤＩイオン源１は、試料をイオン化し、得られたイオンをイオントラップ１２に供給する。試料は、例えば、サンプルプレート１１１上に濃縮された状態で準備され、分析の際にサンプルプレート１１１ごとＭＡＬＤＩイオン源１にセットされる。
イオントラップ１２は、例えば、三次元四重極型である。
ＴＯＦＭＳ１３には、飛行空間１３１が形成されている。また、ＴＯＦＭＳ１３には、イオン検出器１３２が設けられている。

【0024】

質量分析装置１０を使用する際には、まず、ＭＡＬＤＩイオン源１において、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザ脱離イオン化法）を用いて試料にレーザが照射される。これにより、試料がマトリックスとともに真空中で気化され、試料とマトリックスとの間のプロトンの授受によって試料がイオン化される。

【0025】

そして、ＭＡＬＤＩイオン源１で得られたイオンがイオントラップ１２で捕捉される。イオントラップ１２では、捕捉したイオンの一部を選択的にイオントラップ１２内に残し、ＣＩＤ（衝突誘起解離）により開裂させる。このようにして開裂されたイオンは、イオントラップ１２からＴＯＦＭＳ１３に供給される。

【0026】

ＴＯＦＭＳ１３では、飛行空間１３１を飛行したイオンがイオン検出器１３２により検出される。具体的には、飛行空間１３１に形成された電場により加速されたイオンが、当該飛行空間１３１を飛行する間に質量電荷比に応じて時間的に分離され、イオン検出器１３２により順次検出される。これにより、質量電荷比とイオン検出器１３２における検出強度との関係がスペクトルとして測定され、質量分析が実現される。

【0027】

２．ＭＡＬＤＩイオン源の構成
図２は、ＭＡＬＤＩイオン源１の構成例を示した概略図である。
ＭＡＬＤＩイオン源１は、レーザ光源２と、チャンバ３と、カメラ４とを備えている。レーザ光源２及びカメラ４のそれぞれは、チャンバ３と間隔を隔てて配置されている。
チャンバ３は、箱状に形成されている。チャンバ３は、壁部３１と段差部３２とを備えている。

【0028】

壁部３１は、チャンバ３の周壁として形成されている。
段差部３２は、チャンバ３の壁部３１の一部分から内方に向かって（中心側に向かって）窪んでいる。すなわち、段差部３２は、壁部３１に設けられる凹部である。段差部３２には、開口３２１が形成されている。段差部３２には、開口３２１を覆うようにして、レンズ６が設けられている。具体的には、段差部３２の外縁部には、Ｏリング５が設けられている。そして、段差部３２との間でＯリング５を挟むようにしてレンズ６が配置されている。なお、チャンバ３内は、図示しない真空ポンプにより、適宜真空状態に保たれてもよい。

【0029】

レンズ６には、凸湾曲面６１及び平坦面６２が形成されている。凸湾曲面６１は、レンズ６における外方側の面（チャンバ３の外方側を向く面）である。凸湾曲面６１は、外方側に向かって膨らむように湾曲している。平坦面６２は、レンズ６における内方側の面（チャンバ３の内方側を向く面）である。平坦面６２は、Ｏリング５に当接している。レンズ６は、開口３２１を閉塞する窓部材を構成している。また、レンズ６は、後述するように、レーザ光源２からのレーザ光を集光するためのレンズとして機能するとともに、カメラ４用のレンズとしても機能する。レンズ６が、第１レンズの一例を構成している。

【0030】

チャンバ３内には、サンプルプレート１１１上に載置された試料が収容されている。サンプルプレート１１１（サンプルプレート１１１上に載置された試料）は、開口３２１に対向している。

【0031】

カメラ４は、レンズ６と間隔を隔てて配置されている。カメラ４は、撮像部４１と、ＣＣＤ４２と、調整筒４３と、レンズ４４とを備えている。
撮像部４１は、中空状に形成されている。
ＣＣＤ４２は、撮像部４１内に収容されている。ＣＣＤ４２が、撮像素子の一例を構成している。

【0032】

調整筒４３は、筒状に形成されており、撮像部４１からチャンバ３側に向かって延びている。調整筒４３は、軸線方向の寸法を調整できるように構成されている。調整筒４３が、調整機構の一例を構成している。

【0033】

レンズ４４は、調整筒４３内に収容されている。レンズ４４は、両側の表面が凸状に形成される両凸レンズである。レンズ４４が、第２レンズの一例を構成している。
ＣＣＣ４２、レンズ４４、レンズ６、開口３２１及びサンプルプレート１１１（サンプルプレート１１１上の試料）は、同一の直線上に配置されている。

【0034】

カメラ４とレンズ６との間のスペースには、ミラー７が設けられている。また、レーザ光源２は、ミラー７と対向している。レンズ６は、ミラー７とサンプルプレート１１１上の試料との間に配置されている。ミラー７は、例えば、ダイクロイックミラーである。ミラー７がダイクロイックミラーである場合には、ミラー７は、特定波長の光のみを反射し、その他の波長の光を透過する。なお、ミラー７は、ハーフミラーであってもよいし、偏光ミラーであってもよい。ミラー７が、光学素子の一例を構成している。

【0035】

ＭＡＬＤＩイオン源１では、レーザ光源２から出射されたレーザ光のうち特定波長の光は、ミラー７で反射された後、レンズ６（開口３２１）を通過してチャンバ３内に入る。このとき、レーザ光は、レンズ６を通過することで、集光される。そして、レンズ６を通過したレーザ光は、サンプルプレート１１１上の試料に照射される。

【0036】

また、試料からの光は、レンズ６（開口３２１）を通過して、カメラ４で受光される。具体的には、試料からの光は、レンズ６及びミラー７を通過し、調整筒４３内に入る。そして、調整筒４３内に入った光は、レンズ４４を通過した後、ＣＣＤ４２で受光される。このとき、カメラ４のレンズ４４の焦点距離は、調整筒４３によって調整される。そして、ＣＣＤ４２からの信号に基づいて、レーザ光の照射位置が調整される。レンズ４４の焦点距離の調整は、手動で行われてもよいし、自動で行われてもよい。

【0037】

このように、ＭＡＬＤＩイオン源１では、レーザ光源２からチャンバ３内に入射するレーザ光の光軸と、レーザ光が照射された試料からカメラ４に向かう光の光軸とが同軸上に位置する。また、レンズ６は、レーザ光源２からのレーザ光を集光するためのレンズとして機能するとともに、カメラ４用のレンズとしても機能する。

【0038】

３．作用効果
（１）本実施形態によれば、図２に示すように、ＭＡＬＤＩイオン源１は、レーザ光源２と、チャンバ３と、カメラ４と、レンズ６と、ミラー７とを備えている。レンズ６は、ミラー７と、サンプルプレート１１１上の試料との間に設けられている。ＭＡＬＤＩイオン源１では、レーザ光源２からチャンバ３内に入射するレーザ光の光軸と、レーザ光が照射された試料からカメラ４に向かう光の光軸とが同軸上に位置する。また、ＭＡＬＤＩイオン源１において、レンズ６は、レーザ光源２からの光を集光するためのレンズとして用いられるとともに、カメラ４用のレンズとしても用いられる。

【0039】

そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１における部品点数を減らすことができる。
また、レーザ光源２とミラー７との間にレンズを設ける必要がないため、レーザ光源２とミラー７との間の距離を短くすることができる。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１の小型化を実現できる。

【0040】

（２）また、本実施形態によれば、図２に示すように、レンズ６は、チャンバ３の開口３２１に設けられた窓部材を構成している。
そのため、ＭＡＬＤＩイオン源１における部品点数をさらに減らすことができる。

【0041】

（３）また、本実施形態によれば、図２に示すように、レンズ６における外方側の面は、凸湾曲面６１として形成されている。
そのため、レンズ６によって、レーザ光源２からの光を良好に集光できる。

【0042】

（４）また、本実施形態によれば、図２に示すように、カメラ４は、ＣＣＤ４２と、調整筒４３と、レンズ４４とを備えている。レンズ４４とレンズ６との距離は、調整筒４３により調整される。
そのため、試料からの光をＣＣＤ４２で精度よく撮像できる。

【0043】

４．変形例
以上の実施形態では、レンズ６は、外方側の面が凸湾曲面６１として形成されるとして説明した。しかし、レンズ６は、少なくとも一方の面に凸湾曲面が形成される構成であればよい。例えば、レンズ６は、内方側の面に凸湾曲面が形成される構成でもよく、両側の面に凸湾曲面が形成される構成でもよい。

【0044】

また、以上の実施形態では、１つのレンズ４４が調整筒４３内に収容されるとして説明した。しかし、調整筒４３内に複数のレンズ４４が収容されてもよい。

【0045】

また、以上の実施形態では、カメラ４では、調整筒４３によりレンズ４４の位置が調整されるとして説明した。しかし、カメラ４において、レンズ４４が固定され、ＣＣＤ４２の位置（光軸方向の位置）が調整される機構を用いることも可能である。

【符号の説明】

【0046】

１ ＭＡＬＤＩイオン源
２ レーザ光源
３ チャンバ
４ カメラ
６ レンズ
７ ミラー
４２ ＣＣＤ
４３ 調整筒
４４ レンズ
６１ 凸湾曲面
３２１ 開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】