特許 7626236 質量分析装置

(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】

(24)【登録日】2025-01-27

(45)【発行日】2025-02-04

(54)【発明の名称】質量分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/62 20210101AFI20250128BHJP

【ＦＩ】

G01N27/62 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023546704

(86)(22)【出願日】2021-09-13

(86)【国際出願番号】 JP2021033496

(87)【国際公開番号】W WO2023037536

(87)【国際公開日】2023-03-16

【審査請求日】2023-10-16

(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】110001069

【氏名又は名称】弁理士法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 真一

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０５３４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１００６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５１７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２５２８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／６２

Ｈ０１Ｊ ４９／００ － Ｈ０１Ｊ ４９／４８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定形状の分析範囲についての質量分析を、該分析範囲を試料上で所定の第１方向に移動させながら繰り返し実行する第１の測定動作と、前記分析範囲と同じ形状の分析範囲についての質量分析を、該分析範囲を前記試料上で前記第１方向と交差する第２方向に移動させながら繰り返し実行する第２の測定動作とを実行する測定部と、
前記試料上で前記測定部による前記第１の測定動作における一つの分析範囲と前記第２の測定動作における一つの分析範囲とが重なる部分において、該重なる部分の領域における質量分析データを、該重なる部分をそれぞれ含む二つの分析範囲、及び該二つの分析範囲にそれぞれ重なる他の分析範囲においてそれぞれ得られた質量分析データを用いて計算する又は推定する演算部と、
を備える質量分析装置。

【請求項2】

前記分析範囲は略矩形状の範囲であり、前記第１方向は該分析範囲の一方の辺が延伸する方向、前記第２方向は該分析範囲の他方の辺が延伸する方向である、請求項１に記載の質量分析装置。

【請求項3】

矩形状である前記分析範囲の一方の辺の長さは他方の辺の長さのｎ分の１（ｎは２以上の整数）であって、前記測定部は、前記第１の測定動作において質量分析される第１方向に並ぶｎ個の分析範囲の全体を略正方形状の範囲とし、その略正方形状の範囲に前記第２の測定動作において質量分析される第２方向に並ぶｎ個の分析範囲が重なるように、前記第１の測定動作及び前記第２の測定動作を実施する、請求項２に記載の質量分析装置。

【請求項4】

前記演算部は、分析範囲に対して得られた質量分析データを既知の値、前記第１の測定動作において質量分析される第１方向に並ぶ一つの分析範囲と前記第２の測定動作において質量分析される第２方向に並ぶ一つの分析範囲とが重なる領域に対する質量分析データを未知の値として、式の数よりも未知の数の方が多い連立方程式を立て、該連立方程式から近似解として未知の値を求める、請求項３に記載の質量分析装置。

【請求項5】

前記演算部は線形近似法により前記近似解を求める、請求項４に記載の質量分析装置。

【請求項6】

前記演算部は、前記第１の測定動作と前記第２の測定動作とにおける検出感度の差を補正する処理を行う、請求項１に記載の質量分析装置。

【請求項7】

前記測定部は、タッピングモード走査型プローブエレクトロスプレーイオン化法によるイオン源を有する質量分析装置である、請求項１に記載の質量分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、イメージング質量分析に好適な質量分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージング質量分析装置は、生体組織切片などの試料に存在する化合物の空間分布を可視化することが可能な装置である。特許文献１に開示されているイメージング質量分析装置では、イオン源としてマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization）法によるイオン源が用いられている。

【0003】

このイメージング質量分析装置では、試料上の２次元的な測定領域内を格子状に細かく区切った微小領域毎に、所定の質量電荷比（厳密には斜体字の「m/z」であるが、本明細書中では慣用的に「質量電荷比」又は単に「m/z」と記す）範囲に亘るマススペクトルデータが収集される。こうして得られたマススペクトルデータから、例えば特定の化合物に由来するイオンのm/z値における信号強度値を抽出し、試料上での各微小領域の２次元的な位置に応じて配置してヒートマップ様の画像を作成することで、その特定の化合物の分布状況を示すＭＳイメージング画像を得ることができる。

【0004】

質量分析の分野では、試料に含まれる成分をイオン化するために、様々なイオン化法が開発され実用に供されている。イメージング質量分析装置においても、上述したＭＡＬＤＩ法以外の様々なイオン化法を利用した装置が知られている。そうしたイオン化法の一つとして、非特許文献１、２等に記載の、タッピングモード走査型プローブエレクトロスプレーイオン化（ｔ－ＳＰＥＳＩ：Tapping mode Scanning Probe ElectroSpray Ionization）法（タッピング型走査プローブエレクトロスプレーイオン化法と呼ばれることもある）が知られている。

【0005】

ｔ－ＳＰＥＳＩ法では、高電圧を印加することで電荷分離させた溶媒を、片持ち支持されたシリカキャピラリープローブ（以下、単にプローブという）の流路に流しながら、該プローブを振動させることで、試料とプロープ先端とを断続的に接触させる。すると、プローブ先端が試料に接触しているとき、両者の間に溶媒による液架橋が形成され、試料中の成分が溶媒に抽出される。そのあとプローブ先端が試料から離間すると、そのプローブ先端に付着している試料成分を含む溶媒が破断しつつ飛散し、エレクトロスプレーが生成される。生成された帯電液滴は、プローブ先端に近接して配置されたイオン導入管の入口に到達するまで、及びそのイオン導入管を通過する間に、乾燥され、試料成分由来の気相イオンが発生する。

【0006】

上述したｔ－ＳＰＥＳＩ法を利用したイメージング質量分析装置では、試料又はプローブの一方又は両方を、試料の測定面に平行な方向に２次元的に移動させることによって、その試料上の２次元領域内の各微小位置におけるマススペクトルデータを取得することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１１－１９１２２２号公報

【非特許文献】

【0008】

【文献】大塚、「生体システムの多彩な分子環境を捉える直接液体抽出イオン化法」、日本質量分析学会誌、Vol. 68、No. 5、2020年、pp.59-74

【文献】大塚、「キャピラリプローブとナノ体積液体を活用した走査型プローブエレクトロスプレーイオン化法の開発」、日本質量分析学会誌、Vol. 68、No. 1、2020年、pp.2-7

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ｔ－ＳＰＥＳＩ法を利用したイメージング質量分析装置（以下、特に断わらない限り、ｔ－ＳＰＥＳＩ法を利用したイメージング質量分析装置を単にイメージング質量分析装置という）では、プローブの振動周波数が一定であれば、プローブの走査方向（試料に対する相対的な移動方向）の空間分解能（ＭＳイメージング画像の解像度）は一般に、その走査速度に依存する。一方、その走査方向と直交する方向の空間分解能は一般に、プローブ先端の大きさに依存する。従って、プローブの走査方向における空間分解能はその走査速度を調整することによって変更が可能であり、走査速度を落とすことで空間分解能を高めることができる。

【0010】

これに対し、走査方向に直交する方向における空間分解能は物理的に決まっており、通常は、決まっている分解能以上に高くすることはできない。そのため、ＭＳイメージング画像の解像度を高めたい場合でも、その画像の縦方向又は横方向の一方向にしか解像度を高くすることができず、必ずしもユーザーの期待するような精緻なＭＳイメージング画像を表示することができないという問題がある。

【0011】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、プローブ先端の大きさの制約よりも高い解像度を有するＭＳイメージング画像を得ることができる質量分析装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置の一態様は、
所定形状の分析範囲についての質量分析を、該分析範囲を試料上で所定の第１方向に移動させながら繰り返し実行する第１の測定動作と、前記分析範囲と同じ形状の分析範囲についての質量分析を、該分析範囲を前記試料上で前記第１方向と交差する第２方向に移動させながら繰り返し実行する第２の測定動作とを実行する測定部と、
前記試料上で前記測定部による前記第１の測定動作における一つの分析範囲と前記第２の測定動作における一つの分析範囲とが重なる部分において、該重なる部分の領域における質量分析データを、該重なる部分をそれぞれ含む二つの分析範囲、及び該二つの分析範囲にそれぞれ重なる他の分析範囲においてそれぞれ得られた質量分析データを用いて計算する又は推定する演算部と、
を備える。

【0013】

上記質量分析データは、所定のm/z範囲に亘るマススペクトルデータであってもよいし、特定の１又は複数のm/z値における信号強度（イオン強度）データであってもよい。また、通常の質量分析によるデータ以外に、ＭＳ／ＭＳ分析やｎが３以上であるＭＳⁿ分析データも含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る上記態様の質量分析装置では、イオン源における種々の制約によって決まる分析範囲の大きさよりも小さい範囲（上記の重なる部分）に対する質量分析データが、複数の分析範囲に対する測定によって得られた質量分析データから算出される。これにより、本発明に係る上記態様の質量分析装置によれば、例えばｔ－ＳＰＥＳＩイオン源におけるプローブ先端のサイズに依存して決まる解像度よりも高い解像度のＭＳイメージング画像を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態であるイメージング質量分析装置の概略構成図。

【図2A】本実施形態のイメージング質量分析装置における試料上の測定領域についての測定手順の一例の説明図であり、１回目の一連の測定による分析範囲を示す図。

【図2B】本実施形態のイメージング質量分析装置における試料上の測定領域についての測定手順の一例の説明図であり、２回目の一連の測定による分析範囲を示す図。

【図3】本実施形態のイメージング質量分析装置における２回の測定が重なる部分についてのデータ処理の一例の概略説明図。

【図4】本実施形態のイメージング質量分析装置における２回の測定が重なる部分についてのデータ処理の他の例の概略説明図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明に係る質量分析装置の一実施形態であるイメージング質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。このイメージング質量分析装置は、ｔ－ＳＰＥＳＩイオン源を用いたイメージング質量分析装置である。

【0017】

図１は、本実施形態のイメージング質量分析装置の概略構成図である。説明の便宜上、図１中に示すように、互いに直交するｘ、ｙ、ｚの３軸を空間内に定義している。ここでは、測定対象である試料Ｓの表面はｘ－ｙ平面に平行である。

【0018】

このイメージング質量分析装置は、チャンバーの内部に、それぞれ略区画された、イオン化室１、第１中間真空室２、第２中間真空室３、及び分析室４、を有する。イオン化室１の内部は略大気圧雰囲気であり、分析室４の内部は図示しない真空ポンプによる排気によって高真空雰囲気に維持される。また、第１中間真空室２及び第２中間真空室３もそれぞれ図示しない真空ポンプにより真空排気され、イオン化室１から、第１中間真空室２、第２中間真空室３、及び分析室４と順に、段階的に真空度が高くなる多段差動排気系となっている。

【0019】

イオン化室１には試料ステージ１４が配置されており、この試料ステージ１４は、ステージ駆動部１７によって、ｘ軸、ｙ軸の２軸方向に移動可能であるとともに、ｚ軸（鉛直軸）の周りに９０°回転自在である。生体組織切片などの試料Ｓは、試料ステージ１４上にセットされる。

【0020】

試料ステージ１４の上方には、プローブ保持部１３によって基部が片持ち支持されているプローブ１１が配置されている。プローブ１１は例えば非特許文献１、２等に記載されたシリカキャピラリープローブであり、可撓性を有する。プローブ１１の内部には、その基部から先端まで続く流路が形成されており、この流路には、図示しないシリンジポンプにより溶媒が供給される。また、その溶媒には、高電圧発生部１６で生成された高電圧がプローブ保持部１３の部分において印加される。また、プローブ１１には、ピエゾアクチュエーター等の励振部１２が取り付けられている。プローブ駆動部１５から励振部１２に駆動信号が供給されると、プローブ１１は図１中に両向きの矢印で示すように略上下方向に、所定の周波数で振り子状に振動する。

【0021】

イオン化室１内では、主として次のようにして試料Ｓ中の成分がイオン化される。プローブ１１が励振する際に該プローブ１１の先端が試料Ｓに断続的に接触するように、試料ステージ１４の高さは適宜調整される。その状態で、プローブ１１先端が試料Ｓの表面に接触すると、プローブ１１先端から流出した溶媒（電荷分離している溶媒）の液架橋がプローブ１１先端と試料Ｓとの間に形成される。試料Ｓに含まれる成分（化合物）はその溶媒に抽出され、プローブ１１が試料Ｓから離間すると、試料成分を含む溶媒が上方に飛散して微小な帯電液滴が形成される。この帯電液滴は周囲のガス分子に接触して微細化され、また該液滴中の溶媒は気化する。その過程で、帯電液滴から試料成分由来の気相イオンが生成される。

【0022】

イオン化室１と第１中間真空室２とは、所定温度に加熱される細径の脱溶媒管２１を通して連通している。イオン化室１で生成された試料成分由来のイオン及び該成分分子を含む微細な帯電液滴は、イオン化室１内の圧力（略大気圧）と第１中間真空室２内の圧力との差によって形成されるガス流と、脱溶媒管２１のイオン導入口に印加されている電圧により形成される電場の作用とにより、脱溶媒管２１中に引き込まれて第１中間真空室２に送られる。脱溶媒管２１中を通過する間にも帯電液滴からの溶媒の気化は促進され、試料成分由来のイオンの生成が促される。

【0023】

第１中間真空室２には多重極型のイオンガイド２２が配置されており、該イオンガイド２２により形成される電場によって、第１中間真空室２内に導入されたイオンはイオン光軸Ｃの近傍に収束され、スキマー２３の頂部の孔を通って第２中間真空室３に入射する。第２中間真空室３にも多重極型のイオンガイド３１が配置されており、該イオンガイド３１により形成される電場によって、イオンは収束されつつ第２中間真空室３から分析室４へと送られる。

【0024】

分析室４には、イオンをm/zに応じて分離する質量分離器４１、及びイオン検出器４２が配置されている。質量分離器４１の方式は特に限定されないが、例えば四重極マスフィルター、飛行時間型質量分離器、イオントラップなどを用いることができる。質量分離器４１が四重極マスフィルターである場合、例えば四重極マスフィルターは、通過するイオンのm/zが所定のm/z範囲に亘って順次変化するように駆動される。四重極マスフィルターを通過したイオンはイオン検出器４２に到達し、イオン検出器４２は到達したイオンの数に応じたイオン強度信号を出力する。なお、質量分離器４１は、衝突誘起解離などによりイオンを解離させるコリジョンセルやイオントラップを利用してプロダクトイオンを生成し、該プロダクトイオンを質量分析する構成であってもよい。

【0025】

イオン検出器４２の出力信号を受けるデータ処理部５は、機能ブロックとして、データ格納部５１、演算処理部５２、ＭＳイメージング画像作成部５３などを含む。
制御部６は、高電圧発生部１６、プローブ駆動部１５、ステージ駆動部１７、及び電圧生成部７などをそれぞれ制御することにより、イメージング質量分析を実行するものである。この制御部６には、ユーザーインターフェイスとしての入力部８及び表示部９が接続されている。

【0026】

なお、制御部６及びデータ処理部５は、ハードウェアによって構成することも可能であるが、通常、その実体は、パーソナルコンピューター等の汎用コンピューターである。そして、そのコンピューターにインストールされた専用の制御及び処理ソフトウェアを該コンピューターで実行することによって、上述した制御部６及びデータ処理部５における各機能ブロックの機能が達成されるようにすることができる。

【0027】

本実施形態のイメージング質量分析装置における特徴的な分析動作の一例を、図２～図４を参照して説明する。図２～図４はいずれも、試料Ｓの上面（ｘ－ｙ面に平行な面）を上から見た状態の図である。

【0028】

まず、本実施形態のイメージング質量分析装置においてＭＳイメージングデータを収集するための測定時の動作を、図２Ａ及び図２Ｂにより説明する。

【0029】

本実施形態のイメージング質量分析装置では、例えばユーザーにより予め指定された試料上の所定の測定領域内における、多数の微小領域についてのマススペクトルデータをそれぞれ取得する必要がある。いま一例として、試料Ｓ上の測定領域１００は図２Ａ及び図２Ｂに示すように上面視で矩形状であるものとする。一般的な走査型（いわゆる投影型ではない）のイメージング質量分析装置では、測定領域１００内の多数の微小領域についてそれぞれ質量分析を順番に行うことによって、全ての微小領域に対するマススペクトルデータを取得する。それに対し、このイメージング質量分析装置では、次のように一つの測定領域１００に対する測定（質量分析の繰り返し）を２回実行する。
図２Ａは、１回目の測定の際における各質量分析の分析範囲１０１Ａを示す図であり、図２Ｂは２回目の測定の際における各質量分析の分析範囲１０１Ｂを示す図である。

【0030】

上述したように、ｔ－ＳＰＥＳＩイオン源を用いた質量分析装置では、プローブ１１を所定の周波数（通常はプローブ１１自体の共振周波数に近い周波数）で振動させつつ、上面視でプローブ１１の延伸方向（図１ではｘ軸方向）と同じ方向に直線状に試料Ｓ（又はプローブ１１自体）を移動させることで、その移動方向に沿って所定の分析範囲の質量分析が繰り返し実施される。試料Ｓの移動速度つまりは走査速度を速くすると、プローブ１１の先端が試料Ｓに接している時間中のその走査方向の移動距離が長くなるので、分析範囲１０１Ａは走査方向に広くなる。逆に、試料Ｓの移動速度を遅くすると、プローブ１１の先端が試料Ｓに接している時間中のその走査方向の移動距離が短くなるので、分析範囲１０１Ａは走査方向に狭くなる。一方、試料Ｓ上で走査方向に直交する方向の分析範囲１０１Ａの大きさは、プローブ１１先端のサイズによって決まる。

【0031】

即ち、所定のm/z範囲に亘るマススペクトルデータが得られる試料Ｓ上の最小単位である分析範囲１０１Ａの大きさに関し、走査方向に直交する方向（ｙ軸方向）の大きさは構造的に決まっており、走査方向（ｘ軸方向）の大きさはその走査速度に応じて可変である。そこで、図２Ａ、図２Ｂに示した例では、分析範囲１０１Ａ、１０１Ｂの走査方向の大きさがそれに直交する方向の１／３程度になるように走査速度を調整する。ここでは、プローブ１１先端の大きさに依存して決まる分析範囲１０１Ａ、１０１Ｂの１辺の長さをＬ、励振周波数及び走査速度に依存して決まる他方の辺の長さをＬ／３とする。

【0032】

１回目の測定として、制御部６は、試料Ｓをｘ軸方向に移動させながらプローブ１１を振動させて質量分析を繰り返すように各部を制御する。これにより、図２Ａに示すように、測定領域１００のＸ方向（このときにはｘ軸方向に一致している）の１行に並ぶｎ個の分析範囲１０１Ａについてそれぞれ質量分析が実行される。プローブ１１の先端が測定領域１００の境界（図２Ａでは右端）にまで達したら、試料Ｓをｙ軸方向にＬに相当する距離だけ移動させるとともに、プローブ１１先端が測定領域１００の左端に来るように試料Ｓを移動させる。そして、測定領域１００の左端から再び試料Ｓをｘ軸方向に移動させながら、プローブ１１を振動させて質量分析を繰り返す。この動作を、分析範囲１０１Ａが測定領域１００全体をカバーするまで繰り返す。即ち、プローブ１１の先端が試料Ｓに対してＸ方向にラスタースキャンするように試料Ｓは移動される。

【0033】

上記１回目の測定が終了すると、制御部６は、試料Ｓをｚ軸の周りに９０°回転させるようにステージ駆動部１７により試料ステージ１４を回転させる。この状態において１回目の測定時と同様に、プローブ１１を振動させつつ試料Ｓをｘ軸方向に移動させると、その走査方向は図２Ｂに示すように測定領域１００のＹ方向となる。１回目の測定時と同様に、ｘ軸方向に試料Ｓを移動させながら質量分析を繰り返し、プローブ１１の先端が測定領域１００の境界（図２Ｂでは下端）にまで達したら、試料Ｓをｙ軸方向にＬに相当する距離だけ移動させる。そして、測定領域１００の上端から再び試料Ｓをｘ軸方向に移動させながら、プローブ１１を振動させて質量分析を繰り返す。この動作を、分析範囲１０１Ｂが測定領域１００全体をカバーするまで繰り返す。これが２回目の測定である。

【0034】

上記１回目の測定と２回目の測定とによって、測定領域１００の全体は概ね２回測定される。なお、図２Ａ及び図２Ｂでは、試料Ｓ上の測定領域１００全体において矩形状の分析範囲１０１Ａ（又は１０１Ｂ）が敷き詰められた状態となっているが、実際には、プローブ１１先端が試料Ｓから離間してエレクトロスプレーによるイオン化が行われている間にも試料Ｓは移動するため、分析範囲１０１Ａ（又は１０１Ｂ）は走査方向（ｘ軸方向）に完全に敷き詰められるわけではなく、一つの分析範囲１０１Ａ（又は１０１Ｂ）と走査方向に隣接する分析範囲１０１Ａ（又は１０１Ｂ）との間には実質的に分析が実施されていない隙間が形成され得る。

【0035】

一つの分析範囲１０１Ａ又は１０１Ｂの大きさは概ねＬ×（Ｌ／３）である。従って、例えば図２Ａに示す測定領域１００中の左上部には、図３に示すように、１回目の測定の際の３個の分析範囲１０１Ａと２回目の測定の際の３個の分析範囲１０１Ｂとが重なり合った、大きさがＬ×Ｌである略正方形状の範囲が存在する。ここでは、このような測定領域１００内のＸ方向に並ぶ３個の分析範囲１０１ＡとＹ方向に並ぶ３個の分析範囲１０１Ｂが含まれる範囲を解析範囲１０２という。

【0036】

図３に示すように、一つの解析範囲１０２は、見かけ上、縦横の一辺の長さがＬ／３である９個の正方形状の微小領域１０３に区分されている。仮に、この微小領域１０３毎にマススペクトルデータが求まれば、１回目の測定又は２回目の測定による分析範囲１０１Ａ（又は１０１Ｂ）毎に得られたマススペクトルデータに比べて空間分解能（解像度）は３倍である。しかしながら、実際の測定で得られるのは、各分析範囲１０１Ａ及び１０１Ｂに対するマススペクトルデータである。そこで、本実施形態のイメージング質量分析装置では、一つの解析範囲１０２において得られている、該解析範囲１０２に包含される、Ｘ方向に並ぶ３個の分析範囲１０１Ａ、及びＹ方向に並ぶ３個の分析範囲１０１Ｂの合計６個の分析範囲に対するマススペクトルデータから、該解析範囲１０２に包含される９個の微小領域１０３に対するマススペクトルデータを計算によって求める。

【0037】

いま、まず図３に示す例を考える前に、より簡単である、図４に示すように、一つの解析範囲１０２が２×２の４個の微小領域１０３に区切られ得る場合を考える。この場合、４個の微小領域Ｐ11、Ｐ12、Ｐ21、Ｐ22に対するマススペクトルデータが未知の値であり、既知の値は、Ｘ方向に並ぶ２個の分析範囲１０１Ａ（Ｘ1、Ｘ2）、及びＹ方向に並ぶ２個の分析範囲１０１Ｂ（Ｙ1、Ｙ2）におけるマススペクトルデータである。１個の分析範囲１０１Ａ、１０１Ｂに対するマススペクトルデータにおける或るm/z値の信号強度は、その分析範囲１０１Ａ、１０１Ｂに含まれる複数の微小領域１０３に対するマススペクトルデータにおけるそのm/z値の信号強度の和となる筈である。従って、次の四つの式を含む連立方程式が成り立つ。
＜Ｐ11＞＋＜Ｐ12＞＝＜Ｘ1＞
＜Ｐ21＞＋＜Ｐ22＞＝＜Ｘ2＞
＜Ｐ11＞＋＜Ｐ21＞＝＜Ｙ1＞
＜Ｐ12＞＋＜Ｐ22＞＝＜Ｙ2＞
但し、ここで＜＊＞は、分析範囲１０１Ａ、１０１Ｂ又は微小領域１０３において得られた各m/z値の信号強度であり、加算記号＋はm/z値毎の加算を示す。

【0038】

即ち、図４の例では、未知数と式の数とが同じであるから、この場合、演算処理部５２は、上記連立方程式を解くことで、四つの未知数＜Ｐ11＞、＜Ｐ12＞、＜Ｐ21＞、＜Ｐ22＞についての正確な値を求め得る。空間分解能の向上は元の空間分解能の２倍であり、一つの測定領域１００を２回測定したことによって２倍の空間分解能の向上の効果が得られる。空間分解能の向上の効果は必ずしも高くないが、プローブ１１先端のサイズを小さくすることなく、空間分解能を向上させることができるという点で十分なメリットがある。

【0039】

次に、図３に示したように、一つの解析範囲１０２が３×３の９個の微小領域１０３に区切られている場合を考える。この場合、９個の微小領域Ｐ11、Ｐ12、Ｐ13、Ｐ21、Ｐ22、Ｐ23、Ｐ31、Ｐ32、Ｐ33に対するマススペクトルデータが未知の値であり、既知の値は、Ｘ方向に並ぶ３個の分析範囲１０１Ａ（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）及びＹ方向に並ぶ３個の分析範囲１０１Ｂ（Ｙ1、Ｙ2、Ｙ3）に対するマススペクトルデータである。従って、次の六つの方程式が成り立つ。
＜Ｐ11＞＋＜Ｐ12＞＋＜Ｐ13＞＝＜Ｘ1＞
＜Ｐ21＞＋＜Ｐ22＞＋＜Ｐ23＞＝＜Ｘ2＞
＜Ｐ31＞＋＜Ｐ32＞＋＜Ｐ33＞＝＜Ｘ3＞
＜Ｐ11＞＋＜Ｐ21＞＋＜Ｐ31＞＝＜Ｙ1＞
＜Ｐ12＞＋＜Ｐ22＞＋＜Ｐ32＞＝＜Ｙ2＞
＜Ｐ13＞＋＜Ｐ23＞＋＜Ｐ33＞＝＜Ｙ3＞

【0040】

この場合、式の数よりも未知数が多いため、上述したように連立方程式を解いて正しい解を求めることはできない。そこで、演算処理部５２は、例えば部分最小二乗法（Partial Least Squares）などの周知の重回帰分析の手法を用いることで、近似的な解を求める。回帰としては、単純な線形回帰モデルを用いることができる。ここで使用される部分最小二乗法などの解法は、一般的な数値解析ソフトウェアに搭載されており、よく知られているので詳しい説明を省く。この場合、空間分解能の向上は元の空間分解能の３倍である。

【0041】

上述したように、測定領域１００に含まれる各微小領域１０３におけるマススペクトルデータは、m/z値毎の信号強度値について上述したような連立方程式を解く演算又は重回帰分析による近似値の演算を行うことで求めることができる。そうして算出されたデータは、測定領域１００内における各微小領域１０３の位置を示す情報（座標情報）に対応付けてデータ格納部に保存される。

【0042】

ユーザーが入力部８において観察したいm/z値を指定したうえで画像表示の指示を行うと、これを受けてＭＳイメージング画像作成部５３は、指定された微小領域毎の指定されたm/z値における信号強度値をデータ格納部５１から読み出す。そして、その信号強度値を２次元的に配置し、例えば所定のカラースケールに従って信号強度値を色に変換することでＭＳイメージング画像を作成する。そして、この画像を表示部９の画面上に表示する。測定時の空間分解能よりも高い空間分解能を持つＭＳイメージング画像を表示することができる。

【0043】

もちろん、さらに空間分解能を上げるように上記実施形態のイメージング質量分析装置を変形することができる。具体的には、略正方形状である一つの解析範囲１０２が４×４の１６個の微小領域１０３に区切られるように、１回目及び２回目の測定を実行する。その場合には、未知の値の数が１６、既知の値の数が８であり、八つの方程式が成り立つ。このように、未知の値の数が既知の値の数と乖離するほど、重回帰分析による近似の精度が低下する（つまり誤差が大きくなる）から、ＭＳイメージング画像の空間分解能は向上するものの各微小領域の信号強度の精度は低下し、目的成分の分布の正確性は下がる。従って、原理的には一つの解析範囲１０２をさらに細かく区切ることが可能であるものの、実用的には、一つの解析範囲１０２を３×３の９個、又は４×４の１６個の微小領域１０３に区切る程度とすることが好ましい。

【0044】

また、上記説明では、１回目の測定において得られたマススペクトルデータと同じ測定領域１００に対して２回目の測定において得られたマススペクトルデータとを実質的に平等に扱ったが、試料Ｓの種類等にも依存するが、多くの場合、１回目の測定時に試料Ｓ表面に存在する成分の多くは抽出されてしまうため、２回目の測定時に試料Ｓ表面に残存している成分の量は１回目の測定時に比べてかなり減少する。そのため、２回目の測定時には１回目の測定時に比べて全体的に信号強度が低下することが避けられない。そこで、上述したように連立方程式を立ててそれを解くことで又は重回帰分析を利用することで解を導出する際に、２回目の測定時の信号強度の低下を補正する処理を行うとよい。

【0045】

具体的には、例えば連立方程式を立てる際に、２回目の測定において収集された信号強度値には１以上の適宜の値である補正係数を乗じる処理を行うようにすることができる。この補正係数は例えば実験的に決めておくことができる。
これにより、同じ測定領域１００内の同じ部位を２回測定する際に２回目の測定時における感度が下がった場合であっても、その影響を軽減して各微小領域におけるマススペクトルデータの算出精度を高めることができる。

【0046】

また、上記実施形態のイメージング質量分析装置は、ｔ－ＳＰＥＳＩイオン源を用いていたが、イオン源はこれに限るものではなく、上述したように、矩形状又はそれ以外の所定形状の分析範囲が試料上で一方向に並ぶように繰り返し質量分析が可能である方式のイオン源を用いることができる。例えば脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ：Desorption Electrospray Ionization）法などを用いることができる。

【0047】

また、原理的には、同じ測定領域に対する第１の測定の走査方向と第２の測定の走査方向とは互いに直交していなくてもよいし、また、一つの分析範囲の平面形状は矩形状でなくてもよい。但し、そうした場合には微小領域毎のマススペクトルデータの演算が複雑になるため、実用的には、上記例のように、一つの分析範囲の平面形状を矩形状とし、第１の測定の走査方向と第２の測定の走査方向とを互いに直交させるようにするのがよい。

【0048】

また、上記実施形態や変形例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

【0049】

［種々の態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。

【0050】

（第１項）本発明に係る質量分析装置の一態様は、
所定形状の分析範囲についての質量分析を、該分析範囲を試料上で所定の第１方向に移動させながら繰り返し実行する第１の測定動作と、前記分析範囲と同じ形状の分析範囲についての質量分析を、該分析範囲を前記試料上で前記第１方向と交差する第２方向に移動させながら繰り返し実行する第２の測定動作と、を実行する測定部と、
前記試料上で前記測定部による前記第１の測定動作における一つの分析範囲と前記第２の測定動作における一つの分析範囲とが重なる部分において、該重なる部分の領域における質量分析データを、該重なる部分をそれぞれ含む二つの分析範囲、及び該二つの分析範囲にそれぞれ重なる他の分析範囲においてそれぞれ得られた質量分析データを用いて計算する又は推定する演算部と、
を備える。

【0051】

第１項に記載の質量分析装置において、所定形状とは特にその形状は限定されないものの、典型的には略矩形状であるものとすることができる。また、第１方向と第２方向が交差する際の角度も特に限定されないものの、典型的には９０°つまり第１方向と第２方向とは直交するものとすることができる。所定形状が略矩形状であって、第１方向と第２方向とが直交する場合、第１方向は略矩形状の分析範囲の一方の辺に沿った方向で、第２方向は該分析範囲の他方の辺に沿った方向とすることができる。

【0052】

第１項に記載の質量分析装置において、第１の測定動作における質量分析の対象である一つの分析範囲と第２の測定動作における質量分析の対象である一つの分析範囲とは少なくとも或る部分において重なる。その重なる部分の面積はその部分を含む二つの分析範囲のいずれよりも小さい。演算部は、この重なる部分の領域におけるマススペクトルデータを、該重なる部分をそれぞれ含む二つの分析範囲、及び該二つの分析範囲にそれぞれ重なる他の分析範囲においてそれぞれ得られたマススペクトルデータを用いて求める。これにより、第１項に記載の質量分析装置によれば、例えばｔ－ＳＰＥＳＩイオン源におけるプローブ先端のサイズに依存して決まる解像度よりも高い解像度のＭＳイメージング画像を取得することができる。

【0053】

（第２項）第１項に記載の質量分析装置において、前記分析範囲は略矩形状の範囲であり、前記第１方向は該分析範囲の一方の辺が延伸する方向、前記第２方向は該分析範囲の他方の辺が延伸する方向であるものとすることができる。

【0054】

（第３項）第２項に記載の質量分析装置では、矩形状である前記分析範囲の一方の辺の長さは他方の辺の長さのｎ分の１（ｎは２以上の整数）であって、前記測定部は、前記第１の測定動作において質量分析される第１方向に並ぶｎ個の分析範囲の全体を略正方形状の範囲とし、その略正方形状の範囲に前記第２の測定動作において質量分析される第２方向に並ぶｎ個の分析範囲が重なるように、前記第１の測定動作及び前記第２の測定動作を実施するものとすることができる。

【0055】

第２項及び第３項に記載の質量分析装置によれば、第１の測定動作において質量分析される第１方向に並ぶｎ個の分析範囲全体を一つの解析範囲として、解析範囲毎に、各分析範囲に対して取得された質量分析データを既知の値、第１方向に並ぶｎ個の分析範囲のうちの一つと第２方向に並ぶｎ個の分析範囲のうちの一つとが重なる部分における質量分析データを未知の値とした、複数の式から成る連立方程式を容易に立てることができる。それによって、演算部における質量分析データを用いた演算が簡単になり、目的とする微小領域毎の質量分析データを迅速に求めることができる。

【0056】

（第４項）第３項に記載の質量分析装置において、前記演算部は、分析範囲に対して得られた質量分析データを既知の値、前記第１の測定動作において質量分析される第１方向に並ぶ一つの分析範囲と前記第２の測定動作において質量分析される第２方向に並ぶ一つの分析範囲とが重なる領域に対する質量分析データを未知の値として、式の数よりも未知の数の方が多い連立方程式を立て、該連立方程式から近似解として未知の値を求めるものとすることができる。

【0057】

（第５項）第４項に記載の質量分析装置において、前記演算部は、線形近似法により前記近似解を求めるものとすることができる。

【0058】

第３項に記載の質量分析装置では、ｎの値が大きいほど空間分解能が向上する。但し、ｎの値には計算上の制約がある。例えばｎ＝２では、連立方程式の式の数が４、未知の値の数は４であるので、連立方程式を解いて真値（推定値ではない）を得ることができる。一方、ｎが３以上の場合には、連立方程式の式の数よりも未知の値の数の方が多くなるため、そのまま連立方程式を解くことができない。それに対し、第４項又は第５項に記載の質量分析装置では、連立方程式から近似解を求めることで未知の値を算出するので、真値ではないものの、真値に比較的近い値を得ることができ、それによって概ね正確な化合物の２次元分布画像を作成することができる。

【0059】

（第６項）第１項～第５項のいずれか１項に記載の質量分析装置において、前記演算部は、前記第１の測定動作と前記第２の測定動作とにおける検出感度の差を補正する処理を行うものとすることができる。

【0060】

イオン化の手法に関係なく、試料上の同じ部位を複数回質量分析すると、目的とする試料成分の量が減り、検出感度が低下する。これに対し、第６項に記載の質量分析装置によれば、同じ部位に対して２回目の質量分析によって得られたデータが補正されるため、検出感度の低下の影響を軽減し、複数の分析範囲が重なっている部分の質量分析データをより精度良く算出することができる。

【0061】

（第７項）第１項～第６項のいずれか１項に記載の質量分析装置において、前記測定部は、タッピングモード走査型プローブエレクトロスプレーイオン化（ｔ－ＳＰＥＳＩ）法によるイオン源を有する質量分析装置であるものとすることができる。

【0062】

ｔ－ＳＰＥＳＩ法によるイオン源では、プローブと試料との間の相対的な移動速度（走査速度）を調整することで、その移動方向における分析範囲の大きさを調整することができる。また、分析範囲の形状を略矩形状にすることも可能である。こうしたことから、ｔ－ＳＰＥＳＩ法によるイオン源を有する質量分析装置は、本発明に好適な質量分析装置の一つである。

【符号の説明】

【0063】

１…イオン化室
１１…プローブ
１２…励振部
１３…プローブ保持部
１４…試料ステージ
１５…プローブ駆動部
１６…高電圧発生部
１７…ステージ駆動部
２、３…中間真空室
２１…脱溶媒管
２２、３１…イオンガイド
２３…スキマー
４…分析室
４１…質量分離器
４２…イオン検出器
５…データ処理部
５１…データ格納部
５２…演算処理部
５３…ＭＳイメージング画像作成部
６…制御部
７…電圧生成部
８…入力部
９…表示部
Ｃ…イオン光軸

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】