特開 2024-173453 試料ホルダ

(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】P2024173453

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】試料ホルダ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20241205BHJP

   G01N 21/73 20060101ALI20241205BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 F

G01N21/73

G01N1/28 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091884

(22)【出願日】2023-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】593230855

【氏名又は名称】株式会社エス・テイ・ジャパン

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100137752

【弁理士】

【氏名又は名称】亀井 岳行

(72)【発明者】

【氏名】槇納 好岐

(72)【発明者】

【氏名】中川 孝郎

(72)【発明者】

【氏名】安田 憲生

(72)【発明者】

【氏名】森 雄治

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 一輝

【テーマコード（参考）】

2G041

2G043

2G052

【Ｆターム（参考）】

2G041CA01

2G041DA14

2G041EA03

2G041GA19

2G041GA23

2G041JA06

2G041JA16

2G043CA03

2G043DA06

2G043EA08

2G043GA07

2G043GB01

2G043GB16

2G043KA09

2G052AD26

2G052DA33

2G052GA15

2G052GA24

2G052JA09

(57)【要約】

【課題】液体状の試料をアブレーションして分析する場合に、従来の構成に比べて、分析精度を向上させること。
【解決手段】液体状の試料（Ｓ）が含侵されて保持されたシート状の保持材（１０６）に対してレーザー光（２２）が照射される側とは反対側に配置された板状の板材（１０１）と、板材（１０１）と保持材（１０６）とを間隔をあけて支持する支持材（１０２，１０４）と、を備えたことを特徴とする試料ホルダ（１１ａ）。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体状の試料が含侵されて保持されたシート状の保持材に対してレーザー光が照射される側とは反対側に配置された板状の板材と、
前記板材と前記保持材とを間隔をあけて支持する支持材と、
を備えたことを特徴とする試料ホルダ。

【請求項2】

前記保持材と前記板材との間に配置され、前記保持材と同一材料で構成された中間材であって、前記保持材との間に間隔をあけて配置され且つ前記支持材との間にも間隔をあけて配置された前記中間材、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の試料ホルダ。

【請求項3】

紙製の前記保持材と、
樹脂製の前記支持材と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の試料ホルダ。

【請求項4】

液体状の試料が含侵されて保持されたシート状の保持材に対してレーザー光が照射される側とは反対側を支持する板状の板材であって、前記保持材よりもアブレーションされにくいガラスの前記板材を備えたことを特徴とする試料ホルダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分析対象の試料を保持する試料ホルダに関し、特に、液体状の試料を保持する試料ホルダに関する。

【背景技術】

【0002】

試料に含まれる測定対象元素を高周波プラズマによって励起し放出される光、もしくはイオン化し、生成したイオン量を計測することで元素の定性、定量を行う技術として誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）方式の分析技術が知られている。ＩＣＰ方式の分析手法に関して、以下の特許文献１、非特許文献１，２に記載の技術が公知である。

【0003】

特許文献１（特開２００７－１１４０６３号公報）には、液体状のサンプル（溶媒にサンプルが溶かされたもの）を噴霧して霧状にし、高周波誘導結合プラズマ・質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ）に導入して、分析を行う技術が記載されている。
非特許文献１には、濾紙（filter paper）上にサンプルとしての血液を滴下して乾燥させることで、複数の乾燥した血液のスポットを有する濾紙に対して、レーザーアブレーションでエアロゾル化してＩＣＰ－ＭＳで分析する技術が記載されている。
非特許文献２には、液体状のサンプルをペーパー上に滴下し、乾燥させ、サンプルが滴下されたペーパーにもう１枚ペーパーを重ねて、２枚のペーパーに対してレーザーを照射して、サンプルが滴下されたペーパーを貫通させ且つ２枚目のペーパーの一部をアブレーションする技術が公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－１１４０６３号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】M. Aramendia、他5名、“Direct Analysis of dried blood spots by femtosecond-laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry. Feasibility of split-flow laser ablation for simultaneous trace element and isotopic analysis“、 J.Anal. At. Spectrom.,2015,30,296-309

【非特許文献2】Y. Makino、他４名、“Rapid and sensitive determination of leached platinum group elements in organic reaction solution of metal-catalyzed reactions by laser ablation-ICP-MS with spot-drying on paper“、 J.Anal. At. Spectrom.,2022,37,1787-1792

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

（従来技術の問題点）
特許文献１に記載の技術では、噴霧器（ネブライザ）で噴霧を行う場合、ビーカー等の容器から噴霧器が吸い上げる形となるため、ビーカーに収容される液体サンプルの量がある程度必要になる。したがって、微量の液体サンプルの分析が困難であるという問題がある。また、噴霧器から噴霧を行う場合、粘度が高い液体では噴霧ができないため、粘度が低い液体サンプルでないと使用できない問題もある。さらに、溶媒中に溶けず分散した状態の粒子の場合も噴霧が困難である問題がある。さらに、有機溶媒を使用した場合は、揮発して成分が析出することもあり、噴霧が困難である問題がある。

【0007】

非特許文献１，２に記載の技術では、濾紙に液体試料を滴下するため、特許文献１のようにネブライザを使用する場合に比べて、必要なサンプルの量は少なくて済み、粘度や粒子、揮発等の問題にも対応可能である。ここで、非特許文献１の技術では、変形したり撓みやすい紙（濾紙）にそのままレーザー光を照射することは困難であり、プラスチックで構成された板材の上に置かれた状態、いわば、底板が下敷きされた状態でレーザーアブレーションが行われることが一般的である。しかしながら、この構成では、サンプルが紙と共にアブレーションされるだけでなく、プラスチック製の板材の表面の一部もレーザーでアブレーションされる場合がある。板材がアブレーションされると分析結果に不純物として検出されてしまう悪影響がある。また、紙へ滴下した液体が不均一に広がる可能性があるため、滴下した液体は全量アブレーションして分析する必要があり、試料が滴下されたペーパーは試料の滴下部分を貫通させるようにアブレーションする必要がある。
非特許文献２では、乾燥と２枚目のペーパーを重ねる前処理が必要になり手間が増える。手間が増えると、操作ミスやコンタミ（不純物）の恐れがあり、分析精度が低下する恐れがあった。また、非特許文献２では、乾燥が不十分であると、２枚目に液体が染み込み、全量の分析ができなくなる恐れもある。

【0008】

本発明は、液体状の試料をアブレーションして分析する場合に、従来の構成に比べて、分析精度を向上させることを技術的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の試料ホルダは、
液体状の試料が含侵されて保持されたシート状の保持材に対してレーザー光が照射される側とは反対側に配置された板状の板材と、
前記板材と前記保持材とを間隔をあけて支持する支持材と、
を備えたことを特徴とする。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の試料ホルダにおいて、
前記保持材と前記板材との間に配置され、前記保持材と同一材料で構成された中間材であって、前記保持材との間に間隔をあけて配置され且つ前記支持材との間にも間隔をあけて配置された前記中間材、
を備えたことを特徴とする。

【0011】

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の試料ホルダにおいて、
紙製の前記保持材と、
樹脂製の前記支持材と、
を備えたことを特徴とする。

【0012】

前記技術的課題を解決するために、請求項４に記載の発明の試料ホルダは、
液体状の試料が含侵されて保持されたシート状の保持材に対してレーザー光が照射される側とは反対側を支持する板状の板材であって、前記保持材よりもアブレーションされにくいガラスの前記板材
を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１，４に記載の発明によれば、液体状の試料をアブレーションして分析する場合に、従来の構成に比べて、分析精度を向上させることができる。
請求項２に記載の発明によれば、中間材を有しない場合に比べて、板材がアブレーションされることがさらに抑制される。
請求項３に記載の発明によれば、紙製の保持材で液体状の試料を保持できると共に、樹脂製の支持材を使用して低コスト化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は本発明の実施例１の分析装置の全体説明図である。

【図2】図２は実施例１の試料ホルダの説明図であり、図２Ａは平面図、図２Ｂは図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線断面図である。

【図3】図３は図２Ａの試料ホルダの分解図である。

【図4】図４は実施例１の変形例の説明図である。

【図5】図５は実施例２の試料ホルダの説明図であり、図５Ａは平面図、図５Ｂは図５ＡのＶＢ－ＶＢ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

【実施例0016】

図１は本発明の実施例１の分析装置の全体説明図である。
図１において、実施例１の分析装置１は、分析部の一例としての質量分析計２を有する。実施例１の質量分析計２は、誘導結合プラズマ方式の質量分析計（ＩＣＰ－ＭＳ：Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometer）で構成されている。なお、分析部は、ＩＣＰ－ＭＳに限定されず、例えば、誘導結合プラズマ方式の発光分析計（ＩＣＰ－ＯＥＳ：Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectroscopy）やマイクロ波誘導結合プラズマ（ＭＩＰ）を使用することも可能である。なお、ＩＣＰ－ＭＳやＩＣＰ－ＯＥＳは、従来公知のものを使用可能であり、例えば、特開２０１３－１３０４９２号公報等に記載されており、公知であるため、詳細な説明は省略する。

【0017】

質量分析計２には、接続部の一例としての接続チューブ３の下流端が接続されている。接続チューブ３の上流端には、合流ジョイント４が接続されている。合流ジョイント４には、付加ガス供給部の一例としての付加ガスチューブ６の下流端が接続されている。実施例１では、付加ガスチューブ６には、付加ガス（メイクアップガス）の一例としてのアルゴン（Ａｒ）ガスが供給される。なお、実施例１では、アルゴンガスは、一例として、０．５～１．２Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給される。

【0018】

合流ジョイント４には、セル接続部の一例としてセル接続チューブ７の下流端が接続されている。セル接続チューブ７の上流端には、セル１１が接続されている。セル１１は、内部に試料Ｓを保持する試料ホルダ１１ａが収容可能に構成されている。

【0019】

セル１１には、搬送ガス供給部の一例としての搬送ガスチューブ１２が接続されている。実施例１では、搬送ガスチューブ１２には、搬送ガス（キャリアガス）の一例としてのヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給される。なお、実施例１では、キャリアガスは、一例として、０．２ ～ １Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で供給される。

【0020】

また、セル１１の上方には、レーザーアブレーション部の一例としてのレーザーアブレーション装置２１が配置されている。レーザーアブレーション装置２１は、レーザー光２２を、図示しない光学系で反射して、目的の照射位置にレーザー光２２の照射位置を調整する。そして、レーザーアブレーション装置２１は、セル１１の試料Ｓにレーザー光２２を照射し、試料Ｓをアブレーションする。
実施例１の分析装置１は、情報処理装置の一例としてのコンピュータ装置３１を有する。コンピュータ装置３１は、コンピュータ本体３２と、表示部の一例としてのディスプレイ３３と、入力部の一例としてのキーボード３４およびマウス３５を有する。コンピュータ本体３２は、レーザーアブレーション装置２１の駆動を制御する信号を出力すると共に、質量分析計２から検出結果を受信して、ディスプレイ３３に表示可能である。

【0021】

図２は実施例１の試料ホルダの説明図であり、図２Ａは平面図、図２Ｂは図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線断面図である。
図３は図２Ａの試料ホルダの分解図である。
図２、図３において、実施例１の試料ホルダ１１ａは、板材の一例としての底板１０１を有する。底板１０１の上側には、支持材の一例として、底板１０１の外周に沿った枠状の第１のフレーム１０２が配置されている。第１のフレーム１０２の中央部には、レーザー光２２が通過可能な開口１０２ａが形成されている。
第１のフレーム１０２の上側には、シート状の中間材の一例としての中間シート１０３が支持されている。中間シート１０３は、第１のフレーム１０２により底板１０１との間に隙間、間隔を空けて配置されている。
中間シート１０３の上側には、支持材の一例として、第１のフレーム１０２と同様に構成された第２のフレーム１０４が支持されている。
第２のフレーム１０４の上側には、シート状の保持材の一例としての保持シート１０６が支持されている。保持シート１０６は、第２のフレーム１０４により中間シート１０３との間に隙間、間隔を空けて配置されている。
保持シート１０６の上側には、板材の一例としての上カバー１０７が支持されている。上カバー１０７の中央部にはレーザー光２２が通過可能な開口１０７ａが形成されている。

【0022】

保持シート１０６には、血液等の液体状の試料（サンプル）Ｓがピペット等で予め定められた所定量、滴下されたものが含侵されている。なお、実施例１では、試料Ｓを含浸後に乾燥させて溶媒を除去し元素を濃縮することが可能である。また、実施例１の保持シート１０６において、試料Ｓは１箇所だけでなく、試料Ｓどうしで間隔を空けて複数箇所に含侵させることが可能である。
保持シート１０６は、レーザー光２２の照射時に試料Ｓと共にアブレーションされる材料で構成されており、一例として、紙で構成されている。紙製の保持シート１０６としては、濾紙等の試料Ｓを保持可能な材料を使用可能であるが、特に、組成が既知の純セルロース製の液体クロマトグラフィー用のペーパーを好適に利用可能である。他にも、保持シート１０６としては、液体を保持でき、金属を含まない材料を使用可能であり、例えば、吸水性のポリマーも使用可能である。保持シートの材料としては、測定対象の試料Ｓに含まれる元素に応じて、適切な組成のものを選択可能である。なお、実施例１では、底板１０１や第１のフレーム１０２、第２のフレーム１０４、上カバー１０７は、一例として、低コストなプラスチック製（樹脂製）である。底板１０１等は強度が十分で分析で使用可能な任意のプラスチックを採用可能である。

【0023】

また、実施例１では、中間シート１０３は、保持シート１０６と同一の材料で構成されている。このように構成することで、保持された試料Ｓと中間シート１０３の一部までアブレーションすることで、試料Ｓの全量アブレーションと、底材等からの異材料の混入を抑制できる。
なお、保持シート１０６と中間シート１０３との隙間や、中間シート１０３と底板１０１との隙間について、隙間の大きさは、設計や仕様に応じて変更可能であるが、数十μｍ程度に設定可能である。保持シート１０６と中間シート１０３との隙間と、中間シート１０３と底板１０１との隙間は、実施例１では、同一に設定されているが、隙間の大きさが異なる構成とすることも可能である。

【0024】

図４は実施例１の変形例の説明図である。
また、実施例１では、第１のフレーム１０２や第２のフレーム１０４が独立した部材の構成の場合を例示したが、これに限定されない。第１のフレーム１０２と底板１０１とを一体的に形成することも可能である。他にも、図４の試料ホルダ１１ａ′に示すように、底板１０１や第１のフレーム１０２、第２のフレーム１０４、上カバー１０７を一体的に構成し、中間シート１０３や保持シート１０６を出し入れ可能な開口１０８，１０９を有する構成とすることも可能である。

【0025】

（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の分析装置１では、レーザー光２２が保持シート１０６の試料Ｓに照射されて、試料Ｓがアブレーションされ、エアロゾル化する。そして、エアロゾル化された試料Ｓは、質量分析計２に送られてイオン化されて分析される。
実施例１の分析装置１では、保持シート１０６に照射されるレーザー光２２は焦点の位置が保持シート１０６の高さにあわされるが、個体差や設置誤差、振動、外乱等で保持シート１０６から微小にずれる可能性がある。試料を保持する濾紙がプラスチック製の板材で支持された従来構成では、この焦点位置のずれで板材がアブレーションされて分析結果に悪影響を及ぼすことがある。これに対して、実施例１では、保持シート１０６が底板１０１に対して隙間を空けて配置されている。したがって、レーザー光２２の焦点位置のズレがあっても底板１０１がアブレーションされることが低減されている。したがって、底板１０１がアブレーションされる場合に比べて、試料Ｓの分析の精度が向上する。

【0026】

また、実施例１では、保持シート１０６と底板１０１との間に中間シート１０３が配置されており、保持シート１０６からレーザー光２２の焦点位置がずれても、底板１０１より前に中間シート１０３までしかアブレーションされない。ここで、中間シート１０３は、試料Ｓと共にアブレーションされる保持シート１０６と同一の材料であるため、検出結果に底材などに含まれる元素が検出されることはない。したがって、試料Ｓの分析時の異物混入による精度の低下が抑制される。

【0027】

なお、非特許文献１のような試料ホルダ１１ａに底板１０１を設けない構成も考えられるが、底板１０１を設けない構成では、レーザーの焦点位置に保持シート１０６を設置し、試料ホルダ１１ａの下側が大きく開放された状態となる。したがって、レーザー光２２でアブレーションされる際に、エアロゾルが、レーザー光２２が照射される側（上側）だけでなく、反対側（下側）の開放空間に拡散されやすくなる。したがって、セル１１からエアロゾルが送り出されるまでの時間が長くなりやすく、質量分析計２に送られるエアロゾルの体積当たりの量（濃度）も低下しやすくなる。したがって、試料Ｓの分析に時間がかかりやすくなると共に、分析時の試料Ｓの強度が低くなって精度が低下しやすい。これに対して、実施例１では試料ホルダ１１ａに底板１０１が設けられており、レーザー光２２が照射される側の反対側が閉塞された状態となっている。したがって、底板１０１がない場合に比べて、エアロゾルが拡散されにくく、レーザーアブレーション後にエアロゾルが送り出されるまでの時間が短縮されると共に、エアロゾルの濃度低下も抑制される。したがって、分析時間の短縮と、分析時の強度上昇が可能である。特に、実施例１では、底板１０１と保持シート１０６との間に中間シート１０３が配置されており、中間シート１０３が配置されない場合に比べて、保持シート１０６の下側の空間の容積がさらに小さくなっている。したがって、エアロゾルの拡散がさらに抑制され、分析時間のさらなる短縮や強度上昇が期待される。

【0028】

また、実施例１の試料ホルダ１１ａでは、保持シート１０６と中間シート１０３との間に隙間が確保されており、保持シート１０６や中間シート１０３が接触しない構成となっている。したがって、保持シート１０６の試料Ｓが中間シート１０３に浸み込むことが抑制され、非特許文献２に記載の技術のような２枚目への浸み込みによる試料が全量分析できなくなる恐れはなくなる。
なお、保持シート１０６や中間シート１０３が撓んでも接触しないように、第２のフレーム１０４は、保持シート１０６と中間シート１０３との間を仕切る網状の構成とすることも可能である。この時、網の穴の部分に、試料Ｓが滴下されるようにすることで、試料Ｓのアブレーション時に第２のフレーム１０４の網の部分にレーザー光２２が照射されることを抑制可能である。すなわち、いわゆる網の目はそれほど密である必要はない。また、網の穴の部分に試料Ｓを滴下する場合、網が試料Ｓを滴下する位置の目印にもなり、作業者の作業性の向上にも資する。

【実施例0029】

次に本発明の実施例２の説明をするが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この実施例２は下記の点で、前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成される。

【0030】

図５は実施例２の試料ホルダの説明図であり、図５Ａは平面図、図５Ｂは図５ＡのＶＢ－ＶＢ線断面図である。
図５において、実施例２の試料ホルダ１１ａ″は、板状の部材の一例としての底板２０１の上面に、保持材の一例としての保持シート２０２が直接支持されている（貼り付けられている）。実施例２では、底板２０１は、紙製の保持シート２０２や従来のプラスチックに比べてレーザー光でアブレーションされにくい材料の一例としてのガラスで構成されており、特に、ソーダガラス（「青板ガラス」、「ソーダ石灰ガラス」と呼ばれることもある）や合成石英ガラスが好適に使用可能である。

【0031】

（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２の試料ホルダ１１ａ″では、実施例１と同様に、保持シート２０２の試料Ｓがアブレーションされる際に底板２０１がアブレーションされることが低減されており、試料Ｓの分析の精度が向上する。

【0032】

（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）～（Ｈ05）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、底板１０１やフレーム１０２，１０４や上カバー１０７として低コストのプラスチックを例示したが、これに限定されない。費用面で問題がなければ、金属製やガラス製等、任意の材料を採用可能である。

【0033】

（Ｈ02）前記実施例において、例示した具体的な数値や形状については、設計や仕様等に応じて任意に変更可能である。例えば、中間シート１０３は１枚（１層）のみ有する構成を例示したが、これに限定されず、２枚（２層）以上とすることも可能である。また、中間シート１０３を設けず、例えば、保持シート１０６と底板１０１、第１のフレーム１０２、上カバー１０７の構成とすることも可能である。

【0034】

（Ｈ03）前記実施例において、レーザー光２２の光源としてはフェムト秒レーザーを使用することが望ましいが、測定対象物等によっては、フェムト秒レーザー以外のレーザー、例えば、ナノ秒レーザー等を使用することも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、キャリアガスとしてＨｅガスを使用することが好ましいが、これに限定されない。分析対象の試料の種類や要求される精度等に応じて、例えば、水素ガスやネオンガス、アルゴンガス等に変更可能である。

【0035】

（Ｈ05）前記実施例において、単位時間あたりに放出される微粒子（エアロゾル）の数を所定の量以上となるように、高速で多点に照射する構成を例示したがこれに限定されない。例えば、ビームスプリッタでレーザー光を分岐させたり、回折光学素子を使用してレーザー光の干渉縞を生成して、ほぼ同時に多点に照射する構成とすることも可能である。他にも、例えば、高速多点照射が可能な別の例としては、回転多面鏡（ポリゴンミラー）を使用することも可能である。また、同時多点照射が可能な別の例としてはＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を使用することも可能である。ＬＣＯＳは、レーザー光を液晶などの素子で変調し、その波面形状を自由に制御する空間位相変調器を有し、レーザー光を２つ以上に分岐することで試料表面に対し、複数の位置にレーザーを照射させる光学系である。