特開 2022-127858 質量分析装置及び質量分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022127858

(43)【公開日】2022-09-01

(54)【発明の名称】質量分析装置及び質量分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20220825BHJP

   H01J 49/40 20060101ALI20220825BHJP

   H01J 49/00 20060101ALI20220825BHJP

   H01J 49/02 20060101ALI20220825BHJP

   H01J 49/06 20060101ALI20220825BHJP

   H01J 49/16 20060101ALI20220825BHJP

   H01J 49/14 20060101ALI20220825BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20220825BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 E

H01J49/40

H01J49/00 040

H01J49/02 500

H01J49/06 700

H01J49/00 950

H01J49/16 400

H01J49/14 700

G01N1/28 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021026072

(22)【出願日】2021-02-22

(71)【出願人】

【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】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100183081

【弁理士】

【氏名又は名称】岡▲崎▼ 大志

(72)【発明者】

【氏名】平尾 健

(72)【発明者】

【氏名】内藤 康秀

(72)【発明者】

【氏名】小杉 典正

【テーマコード（参考）】

2G041

2G052

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041DA03

2G041DA16

2G052AD12

2G052AD32

2G052AD42

2G052EB01

2G052EB02

2G052EC18

2G052FD07

2G052GA15

2G052GA24

2G052JA07

2G052JA09

(57)【要約】

【課題】質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる質量分析装置及び質量分析方法を提供する。
【解決手段】質量分析装置１は、試料台２と、試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１を照射し、エネルギー線Ｌ１が照射される領域における試料Ｓの位置情報を維持したまま試料Ｓの成分Ｓ１をイオン化する照射部３と、イオン化試料Ｓ２を、試料台２との電位差によって試料Ｓの表面から引き出す引出電極１１と、イオン化試料Ｓ２に応じた電子Ｅを放出するＭＣＰ４１と、ＭＣＰ４１により放出された電子Ｅに基づく画像を取得する撮像部４３と、照射部３、引出電極１１、及び撮像部４３の動作を制御する制御部５と、を備える。制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の照射後、検出対象成分に応じたタイミングで引出電極１１の電位を変化させると共に、検出対象成分に応じた期間に分析対象としての画像を撮像部４３に取得させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料が載置される試料台と、
前記試料に対してエネルギー線を照射し、前記エネルギー線が照射される領域における前記試料の位置情報を維持したまま前記試料の成分をイオン化する照射部と、
前記照射部によりイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料を、前記試料台との電位差によって前記試料の表面から引き出す第１電極と、
前記イオン化試料の飛行経路において前記第１電極よりも下流に配置され、前記イオン化試料に応じた電子を放出する電子放出部と、
前記電子放出部の後段に配置され、前記電子放出部により放出された電子に基づく画像を取得する撮像部と、
前記照射部、前記第１電極、及び前記撮像部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記照射部による前記エネルギー線の照射後、前記試料に含まれる一以上の成分のうちの所定の検出対象成分に応じたタイミングで前記第１電極の電位を変化させると共に、前記検出対象成分に応じた期間に分析対象としての前記画像を前記撮像部に取得させ、
前記制御部は、前記タイミングにおいて、前記検出対象成分に対応する前記イオン化試料が正イオンの場合には前記第１電極の電位を所定量上げ、前記検出対象成分に対応する前記イオン化試料が負イオンの場合には前記引出電極の電位を所定量下げる、質量分析装置。

【請求項2】

前記第１電極と前記電子放出部との間に配置され、前記第１電極との電位差によって、前記第１電極により引き出された前記イオン化試料を加速させる第２電極を更に備え、
前記検出対象成分に応じた前記タイミングは、前記検出対象成分に対応する前記イオン化試料が前記第１電極と前記第２電極との間に位置するタイミングである、請求項１に記載の質量分析装置。

【請求項3】

前記電子放出部と前記撮像部との間に配置され、前記電子放出部により放出された前記電子に応じた光を発する蛍光体を更に備え、
前記撮像部は、前記蛍光体からの前記光に基づく画像を取得する、請求項１又は２に記載の質量分析装置。

【請求項4】

前記蛍光体の蛍光材料は、ＧａＮ、ＺｎＯ又はプラスチックシンチレータである、請求項３に記載の質量分析装置。

【請求項5】

前記撮像部は、前記蛍光体からの前記光に基づく画像を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光に基づく画像を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたゲート機構を有し、
前記制御部は、前記検出対象成分に応じた前記期間に開状態となり前記期間以外の期間に閉状態となるように、前記ゲート機構の動作を制御する、請求項３又は４に記載の質量分析装置。

【請求項6】

前記撮像部は、前記ゲート機構を有するイメージインテンシファイアと、前記イメージインテンシファイアの後段に配置される固体撮像素子と、を有する、請求項５に記載の質量分析装置。

【請求項7】

前記エネルギー線は、レーザ光、電子ビーム又はイオンビームである、請求項１～６のいずれか一項に記載の質量分析装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に前記検出対象成分を変更しながら、複数のイベントを実行する、請求項１～７のいずれか一項に記載の質量分析装置。

【請求項9】

エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記エネルギー線が照射される領域における前記試料の位置情報を維持したまま前記試料の成分をイオン化する第１ステップと、
前記試料が載置される試料台と第１電極との電位差によって、前記照射部によりイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料を前記試料の表面から引き出す第２ステップと、
前記照射部による前記エネルギー線の照射後、前記試料に含まれる一以上の成分のうちの所定の検出対象成分に応じたタイミングで前記第１電極の電位を変化させる第３ステップと、
前記イオン化試料の飛行経路において前記第１電極よりも下流に配置された電子放出部に、前記イオン化試料に応じた電子を放出させる第４ステップと、
前記電子放出部の後段に配置された撮像部に、前記電子放出部により放出された電子に基づく画像を取得させる第５ステップと、を含み、
前記第３ステップにおいて、前記検出対象成分に対応する前記イオン化試料が正イオンの場合には前記第１電極の電位を所定量上げ、前記検出対象成分に対応する前記イオン化試料が負イオンの場合には前記引出電極の電位を所定量下げ、
前記第５ステップにおいて、前記検出対象成分に応じた期間に、分析対象としての前記画像を前記撮像部に取得させる、質量分析方法。

【請求項10】

前記第１ステップから前記第５ステップまでの処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に前記検出対象成分を変更しながら、複数の前記イベントを実行する、請求項９に記載の質量分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、質量分析装置及び質量分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージング質量分析を行う装置として、位置情報及び質量情報を同時に測定することが可能な投影型質量分析装置が知られている。特許文献１には、投影型質量分析装置において、同じ質量のイオンが検出装置に到達するタイミングをなるべく揃えて質量分解能（時間分解能）を向上させるために、引出電極の電位を検出対象のイオンの成分に応じて可変にする仕組みが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２５１１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような質量分析装置を用いた質量分析では、処理速度の向上及びデータ記憶領域の節約の観点から、１回の測定において分析対象として得られるデータ量をなるべく少なくすることが求められる。上記特許文献１に開示された仕組みには、上記観点において改善の余地がある。

【0005】

そこで、本開示の一側面は、質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる質量分析装置及び質量分析方法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】

【0006】

本開示の一側面に係る質量分析装置は、試料が載置される試料台と、試料に対してエネルギー線を照射し、エネルギー線が照射される領域における試料の位置情報を維持したまま試料の成分をイオン化する照射部と、照射部によりイオン化された試料の成分であるイオン化試料を、試料台との電位差によって試料の表面から引き出す第１電極と、イオン化試料の飛行経路において第１電極よりも下流に配置され、イオン化試料に応じた電子を放出する電子放出部と、電子放出部の後段に配置され、電子放出部により放出された電子に基づく画像を取得する撮像部と、照射部、第１電極、及び撮像部の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、照射部によるエネルギー線の照射後、試料に含まれる一以上の成分のうちの所定の検出対象成分に応じたタイミングで第１電極の電位を変化させると共に、検出対象成分に応じた期間に分析対象としての画像を撮像部に取得させ、制御部は、上記タイミングにおいて、検出対象成分に対応するイオン化試料が正イオンの場合には第１電極の電位を所定量上げ、検出対象成分に対応するイオン化試料が負イオンの場合には引出電極の電位を所定量下げる。

【0007】

上記質量分析装置によれば、試料に対するエネルギー線の照射後、検出対象成分に応じたタイミングで第１電極の電位を変化させることで、検出対象成分の質量分解能を向上させることができる。さらに、検出対象成分に応じた期間に分析対象としての画像を取得することにより、１回の撮像において分析対象として取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。以上により、質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる。

【0008】

上記質量分析装置は、第１電極と電子放出部との間に配置され、第１電極との電位差によって、第１電極により引き出されたイオン化試料を加速させる第２電極を更に備えてもよく、検出対象成分に応じたタイミングは、検出対象成分に対応するイオン化試料が第１電極と第２電極との間に位置するタイミングであってもよい。上記構成によれば、検出対象成分の質量分解能を確実に向上させることができる。

【0009】

上記質量分析装置は、電子放出部と撮像部との間に配置され、電子放出部により放出された電子に応じた光を発する蛍光体を更に備えてもよく、撮像部は、蛍光体からの光に基づく画像を取得してもよい。上記構成によれば、光を検出するセンサ等を撮像部として用いることが可能となる。

【0010】

蛍光体の蛍光材料は、ＧａＮ、ＺｎＯ又はプラスチックシンチレータであってもよい。上記構成によれば、蛍光材料の残光時間を短くすることができる。そのため、一の成分が撮像部に到達するタイミングと他の成分が撮像部に到達するタイミングとの間隔が短い場合においても、蛍光体は、一の成分に対応する残光の影響を受けずに、他の成分に対応する光を発することができる。これにより、各成分に対応する光を精度良く発することができ、質量分析の精度を向上させることができる。

【0011】

撮像部は、蛍光体からの光に基づく画像を撮像する開状態と蛍光体からの光に基づく画像を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたゲート機構を有してもよく、制御部は、検出対象成分に応じた期間に開状態となり当該期間以外の期間に閉状態となるように、ゲート機構の動作を制御してもよい。上記構成によれば、ゲート機構の開閉動作によって、検出対象成分に応じた期間のみ撮像処理を行うことで、１回の撮像において取得及び保存される情報量を的確に抑制することができる。

【0012】

撮像部は、ゲート機構を有するイメージインテンシファイアと、イメージインテンシファイアの後段に配置される固体撮像素子と、を有してもよい。上記構成によれば、イメージインテンシファイアによって蛍光体からの光を増幅させて、固体撮像素子に撮像させることができる。そのため、蛍光体からの光がごく微弱である場合においても、当該光を撮像することができる。また、一般に、イメージインテンシファイアのゲート機構の切替速度は、機械式のゲート機構よりも速い。そのため、イメージインテンシファイアのゲート機構を用いることにより、一の成分が撮像部に到達するタイミングと他の成分が撮像部に到達するタイミングとの間隔が短い場合においても、それぞれの成分に対応する画像を好適に分離して撮像することができる。

【0013】

エネルギー線は、レーザ光、電子ビーム又はイオンビームであってもよい。上記構成によれば、必要に応じて適切なエネルギー線の種類を選択することができる。

【0014】

制御部は、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に検出対象成分を変更しながら、複数のイベントを実行してもよい。上記構成によれば、１回のイベントにおける情報量を抑制しつつ、複数の成分のそれぞれに対応する画像の取得（イメージング質量分析）を行うことができる。

【0015】

本開示の他の側面に係る質量分析方法は、エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対してエネルギー線を照射することで、前記エネルギー線が照射される領域における試料の位置情報を維持したまま試料の成分をイオン化する第１ステップと、試料が載置される試料台と第１電極との電位差によって、照射部によりイオン化された試料の成分であるイオン化試料を試料の表面から引き出す第２ステップと、照射部によるエネルギー線の照射後、試料に含まれる一以上の成分のうちの所定の検出対象成分に応じたタイミングで第１電極の電位を変化させる第３ステップと、イオン化試料の飛行経路において第１電極よりも下流に配置された電子放出部に、イオン化試料に応じた電子を放出させる第４ステップと、電子放出部の後段に配置された撮像部に、電子放出部により放出された電子に基づく画像を取得させる第５ステップと、を含み、第３ステップにおいて、検出対象成分に対応するイオン化試料が正イオンの場合には第１電極の電位を所定量上げ、検出対象成分に対応するイオン化試料が負イオンの場合には引出電極の電位を所定量下げ、第５ステップにおいて、検出対象成分に応じた期間に、分析対象としての画像を撮像部に取得させる。

【0016】

上記質量分析方法によれば、試料に対するエネルギー線の照射後、検出対象成分に応じたタイミングで第１電極の電位を変化させることで、検出対象成分の質量分解能を向上させることができる。さらに、検出対象成分に応じた期間に分析対象としての画像を取得することにより、１回の撮像において分析対象として取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。以上により、質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる。

【0017】

上記質量分析方法は、第１ステップから第５ステップまでの処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に検出対象成分を変更しながら、複数のイベントを実行してもよい。上記構成によれば、１回のイベントにおける情報量を抑制しつつ、複数の成分のそれぞれに対応する画像の取得（イメージング質量分析）を行うことができる。

【発明の効果】

【0018】

本開示の一側面によれば、質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる質量分析装置及び質量分析方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、一実施形態の質量分析装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、引き出し後差動加速の説明図である。

【図3】図３は、ゲート機構の開閉制御を示す図である。

【図4】図４は、引出電極及びゲート機構の制御の組み合わせの例を示す図である。

【図5】図５は、実施例に係るゲート機構の開閉制御及び引出電極の電位制御のパターンを示す図である。

【図6】図６は、実施例に係る複数のイベント動作を示す図である。

【図7】図７は、撮像ユニットの第１変形例を示す図である。

【図8】図８は、撮像ユニットの第１変形例におけるゲート機構の開閉制御を示す図である。

【図9】図９は、撮像ユニットの第２変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0021】

［質量分析装置］
図１に示されるように、質量分析装置１は、試料台２と、照射部３と、撮像ユニット４と、制御部５と、データ処理部６と、引出電極１１（第１電極）と、グランド（ＧＮＤ）電極１２（第２電極）と、を備えている。質量分析装置１は、レーザ脱離イオン化（Laser Desorption/Ionization、ＬＤＩ）法、表面支援レーザ脱離イオン化（ＳＡＬＤＩ：Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization）法、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）法、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法等の質量分析法に用いられる。また、質量分析装置１は、浜松ホトニクス社製のイオン化支援基板ＤＩＵＴＨＡＭＥ(ジュテーム)を用いた質量分析法に用いられてもよい。

【0022】

試料台２には、試料Ｓが載置される。試料Ｓを支持する支持基板（例えば上述したイオン化支援基板）が用いられる場合には、試料台２には、試料Ｓと共に上記支持基板が載置される。試料台２は、例えば、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、透明導電膜の表面が載置面となっている。試料台２には、電圧が印加される。なお、試料台２は、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）であればよい。試料Ｓは、例えば生体試料である。照射部３は、試料台２における試料Ｓが載置される面側に配置されている。

【0023】

照射部３は、試料Ｓのうち所定の面積を有する所定範囲に対してエネルギー線Ｌ１を一括に照射する。本実施形態では、照射部３は、上記所定範囲を含む大きさのスポット径を有するフラットビームであるエネルギー線Ｌ１を試料Ｓに対して照射する。なお、エネルギー線Ｌ１のスポット径の大きさは、測定対象の試料Ｓの全体を含む大きさであってもよいし、試料Ｓの一部のみを含む大きさであってもよい。後者の場合には、エネルギー線Ｌ１の照射領域（試料Ｓ上においてエネルギー線Ｌ１が照射される領域）を移動させながらエネルギー線Ｌ１を試料Ｓに対して複数回照射することにより、試料Ｓ全体の画像を得ることができる。エネルギー線Ｌ１が照射されると、上記所定範囲内における試料Ｓの複数の成分Ｓ１が一括でイオン化される。

【0024】

照射部３は、エネルギー線Ｌ１が照射される領域における試料Ｓの位置情報を維持したまま複数の成分Ｓ１をイオン化する。すなわち、試料Ｓの成分Ｓ１は、エネルギー線Ｌ１の照射によってイオン化される。その結果、イオン化された試料Ｓの成分Ｓ１であるイオン化試料Ｓ２が発生する。なお、試料台２は、試料台２の両端部（両脇）を金属等で挟むことによって固定されてもよい。この場合、照射部３は、試料台２における試料Ｓが載置される面とは反対側（裏面側）に配置されてもよい。すなわち、照射部３は、試料台２の裏面側から試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１を照射してもよい。

【0025】

本実施形態では、質量分析装置１は、投影型質量分析装置として構成されている。例えば、走査型質量分析装置では、１回のエネルギー線の照射毎に、エネルギー線のスポット径に対応する大きさの１ピクセルの信号が取得される。すなわち、走査型質量分析装置では、得られる画像の解像度はエネルギー線Ｌ１のスポット径に依存する。これに対して、投影型の質量分析装置１では、１回のエネルギー線Ｌ１の照射毎に、エネルギー線Ｌ１のスポット径に対応する画像（複数のピクセル）の信号が取得される。すなわち、投影型質量分析装置では、得られる画像の解像度はエネルギー線Ｌ１のスポット径に依存しない。したがって、質量分析装置１によれば、走査型質量分析装置よりも高い解像度（空間分解能）の画像を得ることができる。

【0026】

エネルギー線Ｌ１は、例えばレーザ光である。エネルギー線Ｌ１は、例えばＮ２レーザ又はＹＡＧレーザ等である。エネルギー線Ｌ１の強度分布（軸線に垂直な断面における強度分布）は、略均一である。エネルギー線Ｌ１のスポット径は、例えば１００μｍ～３００μｍ程度である。エネルギー線Ｌ１は、電子ビーム又はイオンビームであってもよい。照射部３は、エネルギー線Ｌ１をパルス的に照射する。照射部３は、イベント毎にエネルギー線Ｌ１を照射する。照射部３は、１回のイベントにおいてエネルギー線Ｌ１を１回照射する。つまり、エネルギー線Ｌ１の１回の照射が、１イベントに対応している。

【0027】

引出電極１１は、試料台２における試料Ｓが載置される側の面と対向する位置に配置されている。すなわち、引出電極１１は、試料台２から撮像ユニット４までのイオン化試料Ｓ２の飛行経路上に配置されている。引出電極１１は、例えば、板状電極であり、イオン化試料Ｓ２を通過させるための通過孔１１ａを有している。ここで、上述した試料台２は、引出電極１１に対向する板状の電極として機能する。

【0028】

イオン化試料Ｓ２が正イオンである場合、照射部３によってエネルギー線Ｌ１が照射される時点において、引出電極１１の電位は、試料台２の電位よりも低くなるように設定される。これにより、イオン化試料Ｓ２が試料Ｓの表面から引出電極１１側へと引き出される。このように、引出電極１１は、イオン化試料Ｓ２を、引出電極１１と試料台２との電位差によって試料Ｓの表面から引き出す。なお、イオン化試料Ｓ２が負イオンである場合、照射部３によってエネルギー線Ｌ１が照射される時点において、引出電極１１の電位は、試料台２の電位よりも高くなるように設定される。これにより、イオン化試料Ｓ２が試料Ｓの表面から引出電極１１側へと引き出される。以下では、イオン化試料Ｓ２が正イオンであることを前提として説明を行う。イオン化試料Ｓ２が負イオンである場合には、電極間の電位の高低及び引出電極の電位を変化させる方向は、以下の説明とは逆となる。

【0029】

グランド電極１２は、イオン化試料Ｓ２の飛行経路において、引出電極１１よりも下流に配置されている。具体的には、グランド電極１２は、引出電極１１と撮像ユニット４が有するマイクロチャンネルプレート（Micro-Channel Plate、以下、「ＭＣＰ」という）４１（電子放出部）との間に配置されている。グランド電極１２は、例えば、板状電極であり、イオン化試料Ｓ２を通過させるための通過孔１２ａを有している。グランド電極１２は、グランド電極１２と引出電極１１との電位差によって、引出電極１１により引き出されたイオン化試料Ｓ２を加速させる。具体的には、グランド電極１２の電位が引出電極１１の電位よりも低く設定されることにより、イオン化試料Ｓ２が引出電極１１側からグランド電極１２側へと加速する。グランド電極１２の電位は、例えば０Ｖに設定される。

【0030】

撮像ユニット４は、ＭＣＰ４１と、蛍光体４２と、撮像部４３と、光学レンズ（接続部）４４と、を有している。ＭＣＰ４１は、イオン化試料Ｓ２の飛行経路において引出電極１１及びグランド電極１２よりも下流に配置されている。なお、図１では、イオン化試料Ｓ２の飛行経路は試料台２からＭＣＰ４１に向かう略直線状であり、ＭＣＰ４１は試料台２に対向する位置に配置されている。ただし、イオン化試料Ｓ２の飛行経路は、このような略直線状の経路に限られない。すなわち、ＭＣＰ４１は、必ずしも試料台２に対向する位置に配置されるとは限らない。例えば、イオン化試料Ｓ２を試料台２からＭＣＰ４１まで導く方式として、イオン化試料Ｓ２の軌道を３回曲げて飛行させるトリフト（ＴＲＩＦＴ：triple focusing time-of-flight）、イオン化試料Ｓ２をＶ字状に飛行させるリフレクトロン、イオン化試料Ｓ２を８の字状に飛行させるマルタム（ＭＵＬＴＵＭ）等が利用される場合には、ＭＣＰ４１は、試料台２とは対向しない。試料台２から撮像部４３（電子又は光の検出面）までの経路の長さは、例えば８０ｃｍ程度である。

【0031】

上述した試料台２、引出電極１１、及びグランド電極１２によって加速されたイオン化試料Ｓ２は、ＭＣＰ４１に向かって飛行し、ＭＣＰ４１に衝突する。複数のイオン化試料Ｓ２は、位置情報を維持したまま飛行し、質量差によって生じた時間差情報を持った状態でＭＣＰ４１に衝突する。つまり、イオン化試料Ｓ２は、その種類毎に、質量差に応じた異なるタイミングでＭＣＰ４１に到達する。

【0032】

ＭＣＰ４１は、イオン化試料Ｓ２に応じた電子Ｅ（光電子）を放出する。具体的には、ＭＣＰ４１は、試料台２に対向する入力面４１ａと、入力面４１ａとは反対側の出力面４１ｂと、を有している。ＭＣＰ４１は、入力面４１ａへのイオン（荷電粒子）の入射に応じて、出力面４１ｂから電子Ｅを出力する。すなわち、ＭＣＰ４１は、イオンの空間分布を電子の空間分布（電子像）に変換する。

【0033】

ＭＣＰ４１は、例えば、内径が数μｍ～数十μｍのガラスキャピラリ（チャンネル）を複数束ねた板状構造を有している。ＭＣＰ４１のそれぞれのチャンネルは、独立した２次電子増倍器として機能する。すなわち、ＭＣＰ４１では、チャンネルの表面に達したイオンが２次電子に変換され、当該２次電子がチャンネル内で衝突を繰り返しながら電子増倍される。イオン衝突から２次電子が取り出されるまでの時間は、数ナノ秒以下である。なお、撮像ユニット４は、複数段のＭＣＰ４１を有していてもよい。

【0034】

蛍光体４２は、ＭＣＰ４１の後段に配置されている。つまり、蛍光体４２は、ＭＣＰ４１に対して試料台２とは反対側において、ＭＣＰ４１と撮像部４３との間に配置されている。蛍光体４２は、ＭＣＰ４１に対向する入力面４２ａと、入力面４２ａとは反対側の出力面４２ｂと、を有している。入力面４２ａは、電子検出面として機能する。

【0035】

蛍光体４２は、基板４２１と、蛍光層４２２と、を有している。蛍光体４２は、蛍光層４２２がＭＣＰ４１に対向するように配置されている。上述した入力面４２ａは、蛍光層４２２のＭＣＰ４１側の面であり、出力面４２ｂは、基板４２１のＭＣＰ４１側とは反対側の面である。基板４２１の材料は、例えば透明なガラス等である。基板４２１の材料は、例えばサファイアである。蛍光層４２２は、基板４２１の出力面４２ｂとは反対側の面に塗布されている。蛍光層４２２は、電子が衝突すると蛍光を発する蛍光材料からなる。蛍光層４２２の蛍光材料は、例えばＧａＮである。蛍光層４２２の蛍光材料は、例えばＺｎＯ又はプラスチックシンチレータであってもよい。

【0036】

蛍光層４２２は、ＭＣＰ４１から放出された電子Ｅに応じた蛍光Ｌ２を発する。蛍光層４２２は、電子Ｅの衝突による蛍光Ｌ２を蛍光パターン（光学画像）に変換する。蛍光材料は、電子励起が無くなった後も発光しており徐々に弱くなっていく残光特性を有している。蛍光層４２２の残光時間は、例えば１２ｎｓ以下である。蛍光層４２２の残光時間は、例えば３ｎｓ程度である。つまり、蛍光体４２は、いわゆる高速蛍光体である。質量分析装置１では、ＭＣＰ４１及び蛍光層４２２が、放電しない範囲で近接しており、それぞれに高電圧が印加されている。質量分析装置１では、イオン及び電子をそれぞれＭＣＰ４１及び蛍光層４２２に高速で衝突させることで、信号増幅率（ゲイン）及び位置情報の両立を図っている。

【0037】

蛍光層４２２の蛍光材料がＧａＮ又はＺｎＯである場合には、蛍光層４２２は、例えば、蛍光材料を基板４２１（例えばサファイア基板）上にエピタキシャル成長させることによって形成することができる。この場合、蛍光層４２２の厚さは、例えば１μｍ～５μｍ程度である。或いは、蛍光層４２２は、例えば、ＺｎＯからなる粉体の蛍光材料を基板４２１（例えばサファイア基板）上に塗布することによって形成されてもよい。この場合、蛍光層４２２の厚さは、例えば２μｍ～８μｍ程度である。

【0038】

撮像部４３は、蛍光体４２の後段に配置されている。つまり、撮像部４３は、蛍光体４２に対してＭＣＰ４１とは反対側に配置されている。撮像部４３は、固体撮像素子４３１を有している。固体撮像素子４３１は、ＭＣＰ４１から放出された電子Ｅに基づく画像を取得（撮像）する。本実施形態では、電子Ｅは蛍光体４２によって蛍光Ｌ２に変換されるため、固体撮像素子４３１は、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２に基づく画像を取得（撮像）する。固体撮像素子４３１は、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。固体撮像素子４３１は、例えばＣＣＤイメージセンサ、高速イメージセンサ等であってもよい。

【0039】

固体撮像素子４３１は、ゲート機構４３２を有している。ゲート機構４３２は、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２に基づく画像を撮像する開状態と、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２に基づく画像を撮像しない閉状態と、を切替可能に構成されている。ゲート機構４３２の開状態の最小期間（すなわち、閉状態から開状態にしてから再度閉状態にするまでの最小間隔）は、蛍光層４２２の残光時間と同程度である。ゲート機構４３２の開状態の最小期間は、例えば３ｎｓ程度である。ゲート機構４３２の開閉のタイミングは、可変とされている。

【0040】

光学レンズ４４は、蛍光体４２と撮像部４３との間に配置されている。光学レンズ４４は、蛍光体４２と撮像部４３とを光学的に接続している。光学レンズ４４は、撮像部４３に接続されている。光学レンズ４４は、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２を撮像部４３に導く。

【0041】

制御部５は、照射部３、引出電極１１、及び撮像部４３の動作を制御する。制御部５は、エネルギー線Ｌ１をパルス的に照射するように照射部３を制御する。また、制御部５は、引出電極１１の電位を制御する。すなわち、制御部５は、引出電極１１に印加する電圧の大きさを制御する。また、制御部５は、ゲート機構４３２の開閉動作を制御する。また、制御部５は、撮像処理を実行するように撮像部４３を制御する。制御部５は、例えば、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ等）、及びメモリ（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）等を備えるコンピュータ装置である。

【0042】

データ処理部６は、撮像部４３によって撮像された画像のデータを処理する。データ処理部６は、例えば、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ等）、及びメモリ（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）等を備えるコンピュータ装置である。図１の例では、制御部５とデータ処理部６とを分けて記載しているが、制御部５とデータ処理部６とは同じコンピュータ装置によって構成されてもよい。

【0043】

制御部５による制御の詳細について説明する。エネルギー線Ｌ１の照射によって生成されたイオン化試料Ｓ２の初期速度及び飛び出し方向にはばらつきがある。このため、同一の質量を有する複数のイオン化試料Ｓ２間において、撮像部４３に到達する到達時刻にはばらつきがある。言い換えれば、同一の質量を有するイオン化試料Ｓ２群が撮像部４３に到達するまでの飛行時間には、一定のばらつき（時間幅）がある。質量分析の精度を高めるためには、このような時間幅をなるべく小さくすることで、質量分解能（時間分解能）を向上させることが求められる。すなわち、同一の質量を有するイオン化試料Ｓ２群が撮像部４３に到達するタイミングをなるべく近づけることが求められる。そこで、制御部５は、試料Ｓに含まれる一以上の成分Ｓ１のうちの所定の検出対象成分の質量分解能を向上させるために、引き出し後差動加速（ＰＥＤＡ：Post Extraction Differential Acceleration）を実行する。

【0044】

より具体的には、制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の照射後、検出対象成分（すなわち、特定の質量を有するイオン化試料Ｓ２）に応じたタイミングで、引出電極１１の電位を変化させる。図２は、上記制御（ＰＥＤＡ）を模式的に示す図である。図２に示されるグラフにおいて、横軸はイオン化試料Ｓ２の位置を示し、縦軸は各電極（試料台２、引出電極１１、及びグランド電極１２）に印加される電位を示している。図２に模式的に示される２つのイオン化試料２１，２２は、互いに同一の質量を有するイオン（同一の成分Ｓ１に対応するイオン）である。

【0045】

制御部５は、検出対象成分に対応するイオン化試料２１，２２が引出電極１１とグランド電極１２との間に位置するタイミングで、引出電極１１の電位を所定量上げる。すなわち、制御部５は、引出電極１１の電位を、図２の（Ａ）に示される状態から図２の（Ｂ）に示される状態へと変化させる。これにより、初期速度の大きいイオン化試料２１（すなわち、グランド電極１２に近い位置を飛行中のイオン）よりも、初期速度の小さいイオン化試料２２（すなわち、グランド電極１２から遠い位置を飛行中のイオン）に対して、より大きい加速エネルギーが与えられる。図２の（Ｂ）に示される各イオン化試料２１，２２の高さ位置の変化量が、各イオン化試料２１，２２に与えられる加速エネルギーに相当する。これにより、イオン化試料２１，２２間の初期速度の差に起因する飛行時間の差を吸収することができる。すなわち、イオン化試料２１，２２が撮像部４３に到達するタイミングを近づけることができ、イオン化試料２１，２２に対応する成分Ｓ１の質量分解能を向上させることができる。

【0046】

ここで、検出対象成分に対応するイオン化試料Ｓ２が引出電極１１とグランド電極１２との間に位置するタイミングは、実験又はシミュレーション等によって事前に決定され得る。或いは、上記タイミングは、検出対象成分のイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）、イオンの加速電圧（すなわち、試料台２、引出電極１１、及びグランド電極１２に設定される電位）、並びに、試料台２から引出電極１１及びグランド電極１２までの距離等の各種パラメータに基づく所定の計算を実行することによって決定されてもよい。上記タイミングは、例えば、エネルギー線Ｌ１の照射時点から数μ秒後である。

【0047】

また、制御部５は、検出対象成分に応じた期間に分析対象としての画像を撮像部４３に取得させる。ここで、検出対象成分に応じた期間とは、検出対象成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングを含む一部の期間である。例えば、制御部５は、検出対象成分に応じた特定の期間に開状態となり、当該特定期間以外の期間に閉状態となるように、ゲート機構４３２の動作を制御する。

【0048】

図３を参照して、ゲート機構４３２の開閉制御について説明する。ここでは、固体撮像素子４３１が、筐体４３１ａと、光電面４３１ｂと、ＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃと、を有する場合を例として説明する。光電面４３１ｂは、筐体４３１ａにおける蛍光Ｌ２の入射面（すなわち、光学レンズ４４に対向する面）に設けられている。ＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃは、真空にされた筐体４３１ａ内において、光電面４３１ｂと対向する位置に設けられている。光電面４３１ｂは、光電面４３１ｂに入射した蛍光Ｌ２に応じた電子Ｅ１（光電子）を、筐体４３１ａ内のＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃへと放出する。ＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃは、電子Ｅ１を検出する。図３の構成例では、ゲート機構４３２は、光電面４３１ｂとＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃとによって実現される。具体的には、ゲート機構４３２の開閉制御は、光電面４３１ｂの電位とＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃの電位との大小関係を制御することによって実現される。

【0049】

図３の（Ａ）は閉状態を示している。制御部５は、光電面４３１ｂの電位をＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃの電位よりも大きくすることにより、光電面４３１ｂから放出された電子Ｅ１がＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃへと向かわないように制御する。これにより、閉状態が実現される。

【0050】

図３の（Ｂ）は開状態を示している。制御部５は、光電面４３１ｂの電位をＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃの電位よりも小さくすることにより、光電面４３１ｂから放出された電子Ｅ１がＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃへと向かうように制御する。これにより、開状態が実現される。

【0051】

ここで、検出対象成分に応じた期間（本実施形態では、ゲート機構４３２を開状態にする期間）は、上述した引出電極１１の電位を変化させるタイミングと同様に、実験又はシミュレーション等によって事前に決定され得る。或いは、上記期間は、検出対象成分のイオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）、イオンの加速電圧（すなわち、試料台２、引出電極１１、及びグランド電極１２に設定される電位）、並びに、試料台２から引出電極１１及びグランド電極１２までの距離等の各種パラメータに基づく所定の計算を実行することによって決定されてもよい。

【0052】

次に、図４を参照して、引出電極１１及びゲート機構４３２の制御の組み合わせの例について説明する。図４の（Ａ）～（Ｃ）の各々において、上側のグラフは、引出電極１１の電位を示している。上側のグラフにおいて、横軸は照射部３によりエネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射された時点を基準（原点）とした時間を示し、縦軸は引出電極１１の電位を示している。また、下側のグラフは、試料Ｓに含まれる３つの成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０（すなわち、それぞれ異なる質量を有する成分）に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達することによって検出されるイオン信号強度を示している。下側のグラフにおいて、横軸は照射部３によりエネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射された時点を基準（原点）とした時間を示し、縦軸はイオン信号強度を示している。

【0053】

図４の（Ａ）は、試料Ｓに含まれる３つの成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０のうち飛行時間が最も短い（すなわち、撮像部４３への到達時刻が最も早い）成分Ｓ１０が検出対象成分に設定された場合の制御例を示している。この例では、上側のグラフに示されるように、制御部５は、成分Ｓ１０に応じたタイミングｔ１で引出電極１１の電位を所定量上げる。タイミングｔ１は、成分Ｓ１０に対応するイオン化試料Ｓ２が引出電極１１とグランド電極１２との間に位置する任意のタイミングである。これにより、下側のグラフに示されるように、成分Ｓ１０に対応するイオン化試料Ｓ２が撮像部４３に到達する時間幅を、上記の引出電極１１の電位の制御を行わない場合（例えば、図４の（Ｂ）、（Ｃ）の場合）と比較して小さくすることができる。すなわち、成分Ｓ１０の質量分解能を向上させることができる。

【0054】

また、制御部５は、成分Ｓ１０に応じた期間ｐ１に開状態となり、当該期間ｐ１以外の期間に閉状態となるように、ゲート機構４３２の動作を制御する。下側のグラフにおける一点鎖線は、ゲート機構４３２の閉状態（一点鎖線が低い位置にある状態）と開状態（一点鎖線が高い位置にある状態）とを表している。このように、照射部３によりエネルギー線Ｌ１が照射されてからの全期間を分析対象とするのではなく、成分Ｓ１０に応じた期間ｐ１のみを分析対象とすることで、１回の撮像において取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。期間ｐ１は、例えば、成分Ｓ１０に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像することが可能な期間である。なお、「成分Ｓ１０に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する」とは、成分Ｓ１０に対応する蛍光Ｌ２以外の蛍光が全く撮像されない場合だけでなく、成分Ｓ１０と共に測定上無視できる程度の他の成分に対応する蛍光（ノイズ）が撮像される場合も含む。

【0055】

図４の（Ｂ）は、飛行時間が成分Ｓ１０の次に短い成分Ｓ２０が検出対象成分に設定された場合の制御例を示している。この例では、上側のグラフに示されるように、制御部５は、成分Ｓ２０に応じたタイミングｔ２で引出電極１１の電位を所定量上げる。タイミングｔ２は、タイミングｔ１よりも遅いタイミングであり、成分Ｓ２０に対応するイオン化試料Ｓ２が引出電極１１とグランド電極１２との間に位置する任意のタイミングである。これにより、下側のグラフに示されるように、成分Ｓ２０に対応するイオン化試料Ｓ２が撮像部４３に到達する時間幅を、上記の引出電極１１の電位の制御を行わない場合（例えば、図４の（Ａ）、（Ｃ）の場合）と比較して小さくすることができる。また、制御部５は、成分Ｓ２０に応じた期間ｐ２に開状態となり、当該期間ｐ２以外の期間に閉状態となるように、ゲート機構４３２の動作を制御する。以上の制御によれば、成分Ｓ２０について、図４の（Ａ）を用いて説明した成分Ｓ１０についての効果と同様の効果が奏される。

【0056】

図４の（Ｃ）は、飛行時間が最も長い成分Ｓ３０が検出対象成分に設定された場合の制御例を示している。この例では、上側のグラフに示されるように、制御部５は、成分Ｓ３０に応じたタイミングｔ３で引出電極１１の電位を所定量上げる。タイミングｔ３は、タイミングｔ２よりも遅いタイミングであり、成分Ｓ３０に対応するイオン化試料Ｓ２が引出電極１１とグランド電極１２との間に位置する任意のタイミングである。これにより、下側のグラフに示されるように、成分Ｓ３０に対応するイオン化試料Ｓ２が撮像部４３に到達する時間幅を、上記の引出電極１１の電位の制御を行わない場合（例えば、図４の（Ａ）、（Ｂ）の場合）と比較して小さくすることができる。また、制御部５は、成分Ｓ３０に応じた期間ｐ３に開状態となり、当該期間ｐ３以外の期間に閉状態となるように、ゲート機構４３２の動作を制御する。以上の制御によれば、成分Ｓ３０について、図４の（Ａ）を用いて説明した成分Ｓ１０についての効果と同様の効果が奏される。

【0057】

制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に検出対象成分を変更しながら、複数のイベントを実行してもよい。図５は、そのような実施例に係るゲート機構４３２の開閉制御及び引出電極１１の電位制御のパターンを示す図である。図６は、実施例に係る複数のイベント動作を示す図である。図５及び図６に示される実施例では、質量分析装置１は、上述した成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０のうち２種類の成分Ｓ１０，Ｓ２０を交互に検出対象として、質量分析を行う。

【0058】

図５に示されるように、制御部５は、ゲート機構４３２の制御パターンを予め記憶しておく。ゲート機構４３２の制御パターンとは、例えば、エネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射された時点を基準としてゲート機構４３２を開状態にする期間を定めたパターンである。この実施例では、制御部５は、ゲート機構４３２の制御パターンとして、成分Ｓ１０に対応する第１ゲートパターンと、成分Ｓ２０に対応する第２ゲートパターンと、を予め記憶しておく。第１ゲートパターンは、成分Ｓ１０に応じた期間ｐ１にゲート機構４３２を開状態にし、期間ｐ１以外の期間にゲート機構４３２を閉状態にすることを定めたパターンである。第２ゲートパターンは、成分Ｓ２０に応じた期間ｐ２にゲート機構４３２を開状態にし、期間ｐ２以外の期間にゲート機構４３２を閉状態にすることを定めたパターンである。

【0059】

また、制御部５は、引出電極１１の電位制御パターンを予め記憶しておく。引出電極１１の電位制御パターンとは、例えば、エネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射された時点を基準として引出電極１１の電位を所定量上げるタイミングを定めたパターンである。この実施例では、制御部５は、引出電極１１の電位制御パターンとして、成分Ｓ１０に対応する第１電位パターンと、成分Ｓ２０に対応する第２電位パターンと、を予め記憶しておく。第１電位パターンは、成分Ｓ１０に応じたタイミングｔ１で引出電極１１の電位を所定量上げることを定めたパターンである。第２電位パターンは、成分Ｓ２０に応じたタイミングｔ２で引出電極１１の電位を所定量上げることを定めたパターンである。

【0060】

上述したようなゲート機構４３２の開閉動作は、例えば、ファンクションジェネレータにより生成された電圧信号に基づいて開閉を切り替える（すなわち、図３に示したように、光電面４３１ｂとＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃとの間の電位の高低の関係を切り替える）ことによって実現され得る。また、図６に示されるように、この実施例では、制御部５は、エネルギー線Ｌ１の照射をトリガとして、Ｈ（high）信号を出力する期間とＬ（low）信号を出力する期間とが切り替わるように構成されたカウンタを有する。制御部５は、照射部３にエネルギー線Ｌ１をパルス的に照射させると共に、カウンタに当該エネルギー線Ｌ１の照射をカウントさせることにより、エネルギー線Ｌ１の照射が行われる毎に、カウンタからの出力を「Ｈ→Ｌ」又は「Ｌ→Ｈ」に切り替える。また、制御部５は、カウンタからの出力に応じて、第１ゲートパターン及び第２ゲートパターンを切り替える。例えば、制御部５は、カウンタからの出力がＨ信号に切り替わった時点を基準として、第１ゲートパターンでゲート機構４３２を動作させ、カウンタからの出力がＬ信号に切り替わった時点を基準として、第２ゲートパターンでゲート機構４３２を動作させる。また、制御部５は、カウンタからの出力に応じて、第１電位パターン及び第２電位パターンを切り替える。例えば、制御部５は、カウンタからの出力がＨ信号に切り替わった時点を基準として、第１電位パターンで引出電極１１の電位を制御し、カウンタからの出力がＬ信号に切り替わった時点を基準として、第１電位パターンで引出電極１１の電位を制御する。

【0061】

図６は、４つのイベントＥＶ１～ＥＶ４を連続的に実施する場合を示している。図６に示されるように、上記制御によれば、カウンタ出力がＨ信号である１回目及び３回目のイベントＥＶ１，ＥＶ３において、成分Ｓ１０に応じたタイミングｔ１で引出電極１１の電位が上げられ、成分Ｓ１０に応じた期間ｐ１にゲート機構４３２が開状態とされる。すなわち、イベントＥＶ１，ＥＶ３において、成分Ｓ１０に適したイメージング質量分析が実現される。より具体的には、イベントＥＶ１，ＥＶ３において、成分Ｓ１０の質量分解能を向上させることができると共に、成分Ｓ１０の分析に必要なデータ（期間ｐ１に対応するデータ）のみを取得することで、１回の撮像において取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。同様に、イベントＥＶ２，ＥＶ４において、成分Ｓ２０に適したイメージング質量分析が実現される。より具体的には、イベントＥＶ２，ＥＶ４において、成分Ｓ２０の質量分解能を向上させることができると共に、成分Ｓ２０の分析に必要なデータ（期間ｐ２に対応するデータ）のみを取得することで、１回の撮像において取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。

【0062】

データ処理部６は、撮像部４３によって撮像された複数の画像を重ねる処理を行う。例えば、データ処理部６は、上述したイベントＥＶ１，ＥＶ２において撮像された各画像を重ねて一の画像を生成してもよい。これにより、当該一の画像において各成分Ｓ１０，Ｓ２０に対応する画像を観察することが可能となる。すなわち、各成分Ｓ１０，Ｓ２０の位置を１枚の画像で確認することが可能となる。また、撮像部４３は、同一の成分について撮像された複数の画像を重ねる（積算する）ことで、当該成分についての明瞭な画像を生成してもよい。例えば、成分Ｓ１０のみを分析（観察）したい場合、データ処理部６は、イベントＥＶ１で撮像された画像とイベントＥＶ３で撮像された画像とを重ねることで、成分Ｓ１０に関する明瞭な画像を得ることができる。同様に、データ処理部６は、イベントＥＶ２で撮像された画像とイベントＥＶ４で撮像された画像とを重ねることで、成分Ｓ２０に関する明瞭な画像を得ることができる。

【0063】

以上説明した質量分析装置１によれば、試料Ｓに対するエネルギー線Ｌ１の照射後、検出対象成分に応じたタイミング（例えば、図４に示されるような各成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０に応じたタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３）で引出電極１１の電位を変化させることで、検出対象成分の質量分解能を向上させることができる。さらに、検出対象成分に応じた期間（例えば、図４に示されるような各成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０に応じた期間ｐ１，ｐ２，ｐ３）に分析対象としての画像を取得することにより、１回の撮像において分析対象として取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。以上により、質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる。

【0064】

質量分析装置１は、引出電極１１とＭＣＰ４１との間に配置され、引出電極１１との電位差によって、引出電極１１により引き出されたイオン化試料Ｓ２を加速させるグランド電極１２を備えている。また、検出対象成分に応じたタイミングは、検出対象成分に対応するイオン化試料Ｓ２が引出電極１１とグランド電極１２との間に位置するタイミングであってもよい。上記構成によれば、検出対象成分の質量分解能を確実に向上させることができる。

【0065】

質量分析装置１は、ＭＣＰ４１と撮像部４３との間に配置され、ＭＣＰ４１により放出された電子Ｅに応じた蛍光Ｌ２（光）を発する蛍光体４２を備えている。また、撮像部４３は、蛍光体４２からの光に基づく画像を取得してもよい。上記構成によれば、光を検出するセンサ等を撮像部４３として用いることが可能となる。

【0066】

蛍光体４２の蛍光材料は、ＧａＮ、ＺｎＯ又はプラスチックシンチレータであってもよい。上記構成によれば、蛍光材料の残光時間を短くすることができる。そのため、一の成分（例えば、図４の成分Ｓ１０）が撮像部４３に到達するタイミングと他の成分（例えば、図４の成分Ｓ２０）が撮像部４３に到達するタイミングとの間隔が短い場合においても、蛍光体４２は、一の成分に対応する残光の影響を受けずに、他の成分に対応する光を発することができる。これにより、各成分に対応する光を精度良く発することができ、質量分析の精度を向上させることができる。

【0067】

撮像部４３は、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２に基づく画像を撮像する開状態と蛍光体４２からの蛍光Ｌ２に基づく画像を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたゲート機構４３２を有している。また、制御部５は、検出対象成分に応じた期間（例えば、図４に示されるような各成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０に応じた期間ｐ１，ｐ２，ｐ３）に開状態となり期間以外の期間に閉状態となるように、ゲート機構４３２の動作を制御してもよい。本実施形態では、図３を用いて説明した通り、制御部５は、光電面４３１ｂとＣＭＯＳイメージセンサ４３１ｃとの電位の大小関係を切り替えることにより、上記のゲート機構４３２の動作を制御する。上記構成によれば、ゲート機構４３２の開閉動作によって、検出対象成分に応じた期間のみ撮像処理を行うことで、１回の撮像において取得及び保存される情報量を的確に抑制することができる。

【0068】

エネルギー線Ｌ１は、レーザ光、電子ビーム又はイオンビームであってもよい。上記構成によれば、必要に応じて適切なエネルギー線の種類を選択することができる。

【0069】

制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に検出対象成分を変更しながら、複数のイベント（例えば、図６に示されるイベントＥＶ１～ＥＶ４）を実行してもよい。上記構成によれば、１回のイベントにおける情報量を抑制しつつ、複数の成分のそれぞれに対応する画像の取得（イメージング質量分析）を行うことができる。図６の例では、１回目及び３回目のイベントＥＶ１，ＥＶ３において成分Ｓ１０に対応する画像が取得され、２回目及び４回目のイベントＥＶ２，ＥＶ４において成分Ｓ２０に対応する画像が取得される。

【0070】

［質量分析方法］
次に、質量分析装置１を用いた質量分析方法について説明する。まず、図１に示されるように、試料Ｓを試料台２に載置する。続いて、照射部３によって、試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１を照射する（第１ステップ）。これにより、エネルギー線Ｌ１の照射領域における試料Ｓの位置情報を維持したまま複数の成分Ｓ１をイオン化する。その結果、イオン化された試料Ｓの成分Ｓ１であるイオン化試料Ｓ２が発生する。

【0071】

続いて、試料台２と引出電極１１との電位差によって、イオン化試料Ｓ２を試料Ｓの表面から引き出す（第２ステップ）。続いて、図４に示されるように、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の照射後、試料Ｓに含まれる一以上の成分Ｓ１のうちの所定の検出対象成分（ここでは一例として、成分Ｓ１０）に応じたタイミングｔ１で引出電極１１の電位を変化させる（第３ステップ）。ここで、制御部５は、検出対象成分に対応するイオン化試料Ｓ２が正イオンの場合には引出電極１１の電位を所定量上げ、検出対象成分に対応するイオン化試料Ｓ２が負イオンの場合には引出電極１１の電位を所定量下げる。これにより、検出対象成分に係るイオン化試料Ｓ２群が撮像部４３に到達するタイミングのばらつきを低減し、検出対象成分の質量分解能を向上させることができる。

【0072】

続いて、イオン化試料Ｓ２の飛行経路において引出電極１１よりも下流に配置されたＭＣＰ４１に、イオン化試料Ｓ２に応じた電子Ｅを放出させる（第４ステップ）。続いて、ＭＣ４１の後段に配置された撮像部４３に、ＭＣＰ４１により放出された電子Ｅ１に基づく画像（本実施形態では、蛍光体４２によって電子Ｅ１から変換された蛍光Ｌ２に基づく画像）を取得させる（第５ステップ）。ここで、制御部５は、検出対象成分（ここでは一例として、成分Ｓ１０）に応じた期間ｐ１に、分析対象としての画像を撮像部４３に取得させる。本実施形態では、制御部５は、期間ｐ１にのみゲート機構４３２を開状態とすることにより、期間ｐ１に対応する画像のみを撮像部４３に取得させる。

【0073】

以上述べた質量分析装置１による質量分析方法によれば、試料Ｓに対するエネルギー線Ｌ１の照射後、検出対象成分に応じたタイミングで引出電極１１の電位を変化させることで、検出対象成分の質量分解能を向上させることができる。さらに、検出対象成分に応じた期間に分析対象としての画像を取得することにより、１回の撮像において分析対象として取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。以上により、質量分解能の向上を図りつつ処理速度の向上を図ることができる。

【0074】

また、図６を用いて説明したように、質量分析装置１は、上述した第１ステップから第５ステップまでの処理単位を１イベントとした場合に、１イベント毎に検出対象成分を変更しながら（図６の例では、検出対象成分を成分Ｓ１０，Ｓ２０間で交互に変更しながら）、複数のイベントＥＶ１～ＥＶ４を実行してもよい。上記構成によれば、１回のイベントにおける情報量を抑制しつつ、複数の成分のそれぞれに対応する画像の取得（イメージング質量分析）を行うことができる。

【0075】

[変形例]
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限られない。各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

【0076】

上記実施形態では、２種類の成分Ｓ１０，Ｓ２０の分析（イベント）を交互に繰り返す実施例を例示したが、制御部５は、３種類以上の成分に対応する制御パターン（ゲート機構の開閉制御及び引出電極の電位制御のパターン）を予め記憶しておき、各成分に応じた制御パターンをイベント毎に切り替えることによって複数のイベントを実行してもよい。

【0077】

また、複数のイベントの実行制御に関する上記実施例では、カウンタを用いるアナログ回路による制御を例示したが、イベント毎に制御パターン（ゲート機構の開閉制御及び引出電極の電位制御のパターン）を切り替える処理は、マイコン制御、ＰＣ制御等によって行われてもよい。

【0078】

また、撮像ユニット４の構成は、上述した実施形態に限られない。以下、撮像ユニット４の変形例について説明する。

【0079】

（撮像ユニットの第１変形例）
図７は、撮像ユニットの第１変形例（撮像ユニット４Ａ）を示す図である。撮像ユニット４Ａは、光学リレーレンズ（接続部）４５と、イメージインテンシファイア４３３を更に有している点で撮像ユニット４と相違している。撮像ユニット４Ａでは、撮像部４３は、固体撮像素子４３１とイメージインテンシファイア４３３と、を有している。固体撮像素子４３１は、イメージインテンシファイア４３３の後段に配置されている。つまり、固体撮像素子４３１は、イメージインテンシファイア４３３に対して蛍光体４２とは反対側に配置されている。イメージインテンシファイア４３３は、ゲート機構４３４を有している。光学リレーレンズ４５は、イメージインテンシファイア４３３と固体撮像素子４３１との間に配置されている。光学リレーレンズ４５は、イメージインテンシファイア４３３及び固体撮像素子４３１を光学的に接続している。

【0080】

図８に示されるように、一例として、イメージインテンシファイア４３３は、筐体４３３ａと、光電面４３３ｂと、ＭＣＰ４３３ｃと、蛍光面４３３ｄと、を有する。光電面４３３ｂは、筐体４３３ａにおける蛍光Ｌ２の入射面（すなわち、光学レンズ４４に対向する面）に設けられている。ＭＣＰ４３３ｃは真空にされた筐体４３１ａ内に、光電面４３３ｂと対向する位置に設けられている。蛍光面４３３ｄは、筐体４３３ａにおける光電面４３３ｂが設けられる側とは反対側の面（すなわち、光学リレーレンズ４５に対向する面）に設けられている。光電面４３３ｂは、光電面４３３ｂに入射した蛍光Ｌ２に応じた電子Ｅ２（光電子）を筐体４３３ａ内のＭＣＰ４３３ｃへと放出する。ＭＣＰ４３３ｃは、当該電子Ｅ２を増倍させる。蛍光面４３３ｄは、ＭＣＰ４３３ｃにより増倍された電子Ｅ３を蛍光Ｌ３に変換し、当該蛍光Ｌ３を固体撮像素子４３１側に出射する。イメージインテンシファイア４３３のゲート機構４３４は、光電面４３３ｂとＭＣＰ４３３ｃとによって実現される。具体的には、ゲート機構４３４の開閉制御は、光電面４３３ｂの電位とＭＣＰ４３３ｃの電位との大小関係を制御することによって実現される。

【0081】

図８の（Ａ）は閉状態を示している。制御部５は、光電面４３３ｂの電位をＭＣＰ４３３ｃの電位よりも大きくすることにより、光電面４３３ｂから放出された電子Ｅ２がＭＣＰ４３３ｃへと向かわないように制御する。一例として、制御部５は、ＭＣＰ４３３ｃの電位を０Ｖに設定し、光電面４３３ｂの電位を３０Ｖに設定する。これにより、閉状態が実現される。

【0082】

図８の（Ｂ）は開状態を示している。制御部５は、光電面４３３ｂの電位をＭＣＰ４３３ｃの電位よりも小さくすることにより、光電面４３３ｂから放出された電子Ｅ２がＭＣＰ４３３ｃへと向かうように制御する。一例として、制御部５は、ＭＣＰ４３３ｃの電位を０Ｖに設定し、光電面４３３ｂの電位を－２００Ｖに設定する。これにより、開状態が実現される。

【0083】

撮像ユニット４Ａにおいては、固体撮像素子４３１が有するゲート機構４３２の代わりにイメージインテンシファイア４３３が有するゲート機構４３４によって、図３に示したような開閉制御を行ってもよい。撮像ユニット４Ａによれば、イメージインテンシファイア４３３によって蛍光体４２からの蛍光Ｌ２を増幅させて、固体撮像素子４３１に撮像させることができる。そのため、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２がごく微弱である場合においても、当該蛍光Ｌ２を撮像することができる。また、一般に、イメージインテンシファイア４３３のゲート機構４３４の切替速度は、機械式のゲート機構よりも速い。そのため、イメージインテンシファイア４３３のゲート機構４３４を用いることにより、一の成分（例えば、図４に示される成分Ｓ１０）が撮像部４３に到達するタイミングと他の成分（例えば、図４に示される成分Ｓ２０）が撮像部４３に到達するタイミングとの間隔が短い場合においても、それぞれの成分に対応する像を好適に分離して撮像することができる。

【0084】

（撮像ユニットの第２変形例）
図９は、撮像ユニットの第２変形例（撮像ユニット４Ｂ）を示す図である。撮像ユニット４Ｂは、蛍光体４２、光学レンズ４４、及び固体撮像素子４３１の代わりに、撮像部４３としての電子センサ４３５を有している点で撮像ユニット４と相違している。電子センサ４３５は、電子のエネルギーを検出する機能を有する検出器である。撮像ユニット４Ｂでは、ＭＣＰ４１により放出された電子Ｅを、電子センサ４３５によって直接検出することができるため、蛍光体４２を省略することができる。この場合、制御部５は、電子センサ４３５によって取得される画像のうち、検出対象成分に応じた期間（例えば、図４に示されるような各成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０に応じた期間ｐ１，ｐ２，ｐ３）に取得された画像に関するデータを分析対象として取得及び保存すればよい。これにより、１回の撮像において分析対象として取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。

【0085】

（撮像ユニットのその他の変形例）
また、撮像ユニット４において、固体撮像素子４３１は、ゲート機構４３２を備えないカメラ（例えば、イベント駆動カメラ、高速度ビデオカメラ等）であってもよい。この場合、制御部５は、固体撮像素子４３１によって取得される画像のうち、検出対象成分に応じた期間（例えば、図４に示されるような各成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０に応じた期間ｐ１，ｐ２，ｐ３）に取得された画像に関するデータを分析対象として取得及び保存すればよい。これにより、１回の撮像において分析対象として取得及び保存される情報量（データ量）を低減できる。

【0086】

また、撮像ユニット４及び撮像ユニット４Ａにおいて、光学レンズ４４の代わりにＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）が用いられてもよい。この場合、ＦＯＰは、蛍光体４２の基板４２１の出力面４２ｂに直接的に接続されてもよい。同様に、撮像ユニット４Ａにおいて、光学リレーレンズ４５の代わりにＦＯＰが用いられてもよい。

【0087】

上述した一の実施形態又は変形例における一部の構成は、他の実施形態または変形例における構成に任意に適用することができる。

【符号の説明】

【0088】

１…質量分析装置、２…試料台、３…照射部、５…制御部、１１…引出電極（第１電極）、４２…蛍光体、４３…撮像部、４３１…固体撮像素子、４３２，４３４…ゲート機構、４３３…イメージインテンシファイア、Ｅ，Ｅ１…電子、ＥＶ１，ＥＶ２，ＥＶ３，ＥＶ４…イベント、Ｌ１…エネルギー線、Ｌ２，Ｌ３…蛍光（光）、ｐ１，ｐ２，ｐ３…期間、Ｓ…試料、Ｓ１，Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０…成分、Ｓ２…イオン化試料、ｔ１，ｔ２，ｔ３…タイミング。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】