JP2013105737A - Microscopic laser mass spectrometer - Google Patents
Microscopic laser mass spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013105737A JP2013105737A JP2011262912A JP2011262912A JP2013105737A JP 2013105737 A JP2013105737 A JP 2013105737A JP 2011262912 A JP2011262912 A JP 2011262912A JP 2011262912 A JP2011262912 A JP 2011262912A JP 2013105737 A JP2013105737 A JP 2013105737A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- mass spectrometer
- ion
- microscopic
- objective lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
本発明は試料を光学的に観察して、観察した特定の部位にレーザーを照射して生成したイオン粒子を質量分析する装置に関するもので、レーザー脱離イン化法（ＬＤＩ＝Ｌａｓｅｒ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）とかマトリックス支援レーザー脱離イオン化法（Ｍａｔｒｉｘ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）によるイオン源と観察手段とを備えた顕微質量分析装置や、質量分析顕微鏡に関する。The present invention relates to an apparatus for optically observing a sample and mass-analyzing ion particles generated by irradiating the observed specific part with a laser. Laser desorption / induction method (LDI = Laser Desorption / Ionization) The present invention relates to a microscopic mass spectrometer equipped with an ion source and observation means by a matrix assisted laser desorption ionization method (Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization) and a mass spectrometry microscope.
生体高分子は難揮発性であることが多く、気体分子としてイオン化することが困難であった。
１９８０年代以降になって高速原子衝撃イオン化法（ｆａｓｔ ａｔｏｍ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ；ＦＡＢ）、エレクトロスプレーイオン化法（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ＥＳＩ）
マトリックスアシステッドレーザー脱離イオン化（Ｍａｔｒｉｘ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ＭＡＬＤＩ）などのソフトイオン化が実用化され、近年になってタンパク質とか核酸などの生体高分子の解析に広く用いられてきたBiopolymers are often hardly volatile and difficult to ionize as gas molecules.
Since the 1980s, fast atom bombardment (FAB), electrospray ionization (ESI)
Soft ionization such as matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI) has been put into practical use and has been widely used in recent years for the analysis of biopolymers such as proteins and nucleic acids.
前項のいろいろのイオン化法の中で、マトリックスアシステッドレーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）は試料にレーザー光を照射し、レーザー光を吸収した物質の内部での電荷の移動を促進させてイオン化を行うものもので、レーザー光吸収し難い試料やタンパク質などレーザー光で損傷を受け易い試料を分析するのに利用される。予め試料に、レーザー光を吸収し易い物質をマトリックスとして、混合しておき、これにレーザーを照射して試料をイオン化するもので、分子量の大きい高化合物でもあまり開裂させることなく分析することが可能で、また、微量分析にも好適であることから、化学、物理学、生化学の分野から薬学、医学等のライフサイエンスの分野へ急速に広がってきている。特に生命科学の分野でプロテオーム、蛋白質、多糖質のなどの生体高分子の解析とかアミノ酸配列解析の手段として広く利用されている。 Among the various ionization methods described in the previous section, the matrix assisted laser desorption ionization method (MALDI) performs ionization by irradiating a sample with laser light and promoting the movement of charges inside the substance that has absorbed the laser light. It is used for analyzing samples that are difficult to absorb laser light and samples that are easily damaged by laser light, such as proteins. The sample is mixed in advance with a substance that easily absorbs laser light as a matrix, and the sample is ionized by irradiating it with a laser. Even high-molecular compounds with a large molecular weight can be analyzed without much cleavage. In addition, since it is suitable for microanalysis, it is rapidly expanding from the fields of chemistry, physics and biochemistry to the fields of life science such as pharmacy and medicine. In particular, in the field of life science, it is widely used as a means for analyzing biopolymers such as proteomes, proteins and polysaccharides, and for analyzing amino acid sequences.
ところで病変した病理組織や電子部品製剤なの分野でも変質部位は光学顕微鏡などで観察して、発見されることが多く、その部位を分析して、そこがどのような化合物からなっているかを解析するニーズが非常に高くなっている。励起光にレーザー光を使用した質量分析装置はレーザー光を微小に絞ることが出来るので微小部位の分析行うことが出来、また、観察装置も簡単に具備できるので、前項の要求を満足することが出来る。本発明書では顕微鏡の機能とＬＤＩやＭＡＬＤＩによるイオン源を備えた質量分析装置を総称して顕微ＭＡＬＤＩ−質量分析装置と記すこととする。 By the way, even in the field of lesioned pathological tissues and electronic component preparations, the altered site is often observed by observing with an optical microscope, etc., and the site is analyzed to analyze what compound it is composed of. Needs are very high. Mass spectrometers that use laser light as excitation light can narrow the laser light minutely, so it is possible to analyze minute parts, and an observation device can be easily provided, so that the requirements in the previous section can be satisfied. I can do it. In the present invention, mass spectrometers having a microscope function and an ion source based on LDI or MALDI are collectively referred to as a microscopic MALDI-mass spectrometer.
従来の顕微ＭＡＬＤＩ−質量分析装置の構成の一例を図１、に示す。オペレータは試料 １ を観察して、変位部、欠陥部などの測定すべき部位を観察用ＣＣＤカメラ １１とＴＶモニター２３で特定し、その部位をレーザー光が照射していることを確認して、分析操作が出来ようになっている。An example of the configuration of a conventional microscopic MALDI-mass spectrometer is shown in FIG. The operator observes the
より大きい質量数を、高分解能で質量分析を行う場合、質量分析部１６に飛行時間質量分析装置（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ＝ＴＯＦ ＭＳ）を用いることが望ましい。
ＴＯＦＭＳでは加速されたイオンが一定距離を飛行する時間がそのイオンの質量に依存することを利用して分析を行う。イオンを一斉に試料プレートから出射させ、各イオンが所定長さの空間を飛行し、検出器に到達するまでの時間を測定する。Ｚ価に荷電されたイオンは試料プレートに一定の電圧Ｖより一定の加速電圧Ｖ（ｖｏｌｔ）の電場強度を受け、加速エネルギー（ＺｅＶ）が付与される。 飛行運空間は電場勾配のない一定の電場空間を保っているので、イオン粒子は等速運動をする。 イオン速度はｖ（ｍ／ｓｅｃ）は式（２）で示される。
ｍＶ２／２＝ｚｅＶ （１）
ｖ＝（２ｚｅＶ／ｍＵ）１／２ （２）
従って、イオンが飛行距離Ｌ飛行する時間ｔ（ｓｅｃ）は
ｔ＝Ｌ／ｖ （３）
であるので、式（２）、（３）から基本式である（４）式が導かれ。
ｍ／ｚ＝２ｅＶ（ｔ／Ｌ）２／Ｕ （４）
ＴＯＦ ＭＳでは加速電圧と飛行距離Ｌは一定であるので、
ｍ／ｚ＝Ｋｔ２ （５）
Ｋ＝２ｅＶ／ＵＬ２＝１．９２９ｘ１０８Ｖ／Ｌ２ （６）
ｅ：電子の電荷［ｅ＝１．６０２Ｘ１０−１９］
Ｕ：原子の質量単位（ａｔｏｍｉｃ ｍａｓｓ ｕｎｉｔ：ａｍｕ）
Ｕ＝１．６６０５Ｘ１０−２７
すなわち、イオン質慮（Ｍ／ｚ）は飛行時間（ｔ）の２乗に比例する。
Ｍ／ｚ＝ａｔ２＋ｂ （７）
従って実際の測定では（７）における係数ａ、ｂを既知の試料を用いてキャリブレーションにより求めておき未知試料の飛行時間（ｔ）を質量数に換算する。When performing mass analysis with a high resolution for a larger mass number, it is desirable to use a time-of-flight mass spectrometer (Time of Flight Mass Spectrometer = TOF MS) for the
In TOFMS, analysis is performed using the fact that the time that accelerated ions fly a certain distance depends on the mass of the ions. Ions are emitted from the sample plate all at once, and the time until each ion flies through a space of a predetermined length and reaches the detector is measured. The Z-charged ions receive an electric field strength of a constant acceleration voltage V (volt) from a constant voltage V on the sample plate, and acceleration energy (ZeV) is applied. Since the flight space maintains a constant electric field space without an electric field gradient, the ion particles move at a constant speed. The ion velocity v (m / sec) is expressed by equation (2).
mV 2/2 = zeV (1 )
v = (2zeV / mU) 1/2 (2)
Therefore, the time t (sec) for the ions to fly the flight distance L is t = L / v (3)
Therefore, the basic formula (4) is derived from the formulas (2) and (3).
m / z = 2 eV (t / L) 2 / U (4)
In TOF MS, the acceleration voltage and the flight distance L are constant.
m / z = Kt 2 (5)
K = 2 eV / UL 2 = 1.929 × 10 8 V / L 2 (6)
e: Charge of electrons [e = 1.602X10 −19 ]
U: atomic mass unit (amu)
U = 1.6605 × 10 −27
That is, the ion quality (M / z) is proportional to the square of the flight time (t).
M / z = at 2 + b (7)
Therefore, in actual measurement, the coefficients a and b in (7) are obtained by calibration using a known sample, and the flight time (t) of the unknown sample is converted into a mass number.
特に生体試料のタンパク質や糖類の分析の際には、イオン化したイオンを衝突誘起型開裂法（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅ Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ＝ＣＩＤ）などの方法で開裂させてフラグメントイオン（子供イオン）を生成し、そのフラグメントイオンを分析するＭＳ／ＭＳ分析が有効である。
このフラグメントイオンの生成には、イオントラップ装置の利用が極めて有効で、イオントラップを用いれば、単なるＭＳ／ＭＳばかりでなく、更に開裂を繰り返すＭＳ／ＭＳ／ＭＳ／ＭＳも可能となる。イオントラップはそれ自体が良質の質量分析機能を持つが、それだけでは高い質量分解能は得られない。従来例１，３装置は図４、図６に示すようにイオントラップ装置の後に飛行時間質量分析装置（ＴＯＦ／ＭＳ）を配置することで、高分解能で測定できるようになっている。最近のレーザー質量分析装置では通常に行われて方法である。In particular, when analyzing proteins and saccharides in biological samples, fragment ions (child ions) are generated by cleaving the ionized ions by a method such as collision-induced cleavage (CID). MS / MS analysis for analyzing the above is effective.
The use of an ion trap device is extremely effective for generating fragment ions. If an ion trap is used, not only mere MS / MS but also MS / MS / MS / MS in which cleavage is repeated is possible. Although the ion trap itself has a high-quality mass analysis function, high mass resolution cannot be obtained by itself. As shown in FIGS. 4 and 6, the conventional examples 1 and 3 can measure with high resolution by placing a time-of-flight mass spectrometer (TOF / MS) after the ion trap device. This is a method that is usually performed in recent laser mass spectrometers.
ところで、従来例１装置の顕微ＭＡＬＤ質量分析装置図４はレーザー光３３を試料の斜め前方の装置の窓の外においたレンズ１９を用いて試料１に集光して照射している。レーザー光３３の集光径（スポット径）は集光レンズ１９の焦点距離（ｆ）とレーザー光３３の発散角度（θ）およびレーザー強度などに依存する。一般にレーザー光の発散角度はサブミリラジアン（ｓｕｂ ｍｒａｄ）からミリラジアン（ｍｒａｄ）である。図３から試料１とレンズ１９の間隔は正確に推定することは出来ないが、窓の外から照射していることからレンズの焦点距離は１００ｃｍ（１０００，０００μｍ）以上あると推定できるので、レーザーの発散角は通常１ｍｒａｄ（１／１０００ｒａｄ）程度であるので、この従来例１（図４）のレーザースポット径（Ｌ）は次式（８）から１０００μｍ以上と推定される。
Ｌ＝ｆＸθ＝１０００，０００μｍＸ（１／１０００（ｒａｄ）≒１０００μｍ （８）
しかし、実際の装置はレーザー光の発散角度の小さいレーザー光源が使用するなどの工夫がなされていると思われるので、もう少し小さいと予想している。一般に光学顕微鏡では１μｍ程度のものまで、識別できる。また、細胞の大きさは１〜１０μｍであるので、レーザースポット径も同程度大きさは必要である。実施例１の装置のレーザースポット径は大きすぎる問題がある。By the way, the microscopic MALD mass spectrometer of the conventional example 1 apparatus FIG. 4 condenses and irradiates the
L = fXθ = 1,000,000 μmX (1/1000 (rad) ≈1000 μm (8)
However, the actual device is expected to be a little smaller because it seems to have been devised such as using a laser light source with a small divergence angle of the laser light. In general, even an optical microscope of about 1 μm can be identified. Further, since the size of the cell is 1 to 10 μm, the laser spot diameter should be the same size. There is a problem that the laser spot diameter of the apparatus of Example 1 is too large.
極最近であるが、独立行政法人科学技術振興機構のパンフレット産学イノベーション加速事業先端計測分析技術機器開発成果集２０１０の１６ページに顕微質量分析の記載がある。そのページに記載された装置を図６に示した。Although it is very recent, there is a description of micro-mass spectrometry on
従来例３装置（図６）はイオン化室３４内に顕微鏡観察装置２６とレーザー集光レンズ１９は異なった場所に配置してある。レーザー集光レンズ１９は、顕微鏡２６と同じ様に試料と対向して配置した配置であり、顕微鏡用の短焦点の対物レンズを用いることが可能でレーザースポットを小さく絞る事が出来ると思われるが、集光レンズ１９と試料１との間にイオン輸送管３があり、短焦点のレンズを用いることが出来ない。
またこの装置は、顕微鏡で観察した後、ステージを集光レンズの下に移動して測定をする。観察光学と分析光学が別個で、観察した部位を正確に分析しているか否を、レーザー集光レンズで確認出来ないとの問題がある。特に１〜２μｍ程度の部位の測定では観察位置と分析位置が大きく離れると、少しの温度違いで位置ずれを起こし、観察した部位を正確にレーザースポット真下の位置に移動できない問題がある。そしてこの実施例３装置（図６）はイオン輸送管３と試料プレートは対向して配置してあり、試料プレートには電圧をかけてイオンをイオン輸送管口３に集まるようにしてあるが、イオン光学的は配慮にお欠け、イオンはレーザー光により生成したイオンの大部分は、イオン輸送管口以外の場所に向かって飛行するので、イオンの質量分析部への高い取り込みは期待できなく、極微量の成分分析には問題である。In the conventional example 3 device (FIG. 6), the
Moreover, after observing with a microscope, this apparatus moves a stage under a condensing lens and measures. There is a problem that the observation optics and the analysis optics are separate, and it is impossible to confirm with the laser condenser lens whether or not the observed site is accurately analyzed. In particular, in the measurement of a site of about 1 to 2 μm, if the observation position and the analysis position are far apart, there is a problem that the position shifts due to a slight temperature difference and the observed site cannot be accurately moved to a position directly below the laser spot. In this Example 3 apparatus (FIG. 6), the
前項記載のイオン輸送管は大気圧質量分析装置で使用され、イオンの透過率が上げるため、加熱して使用されることは良く知られている事実である。 It is a well-known fact that the ion transport tube described in the previous section is used in an atmospheric pressure mass spectrometer and is used by heating because the ion permeability increases.
図６と同じ様にレーザー集光レンズの，真下に試料を配置した従来例４としては特許３６４３９１７（特開０９−３０４３４３）に記載の方法がある。この従来４ではレーザー集光１９と観察を同じ対物レンズ１９でおこなっており、レーザースポットが光学顕微鏡の観察し視野内に出来るように光学系を調整しておけばレーザースポットを見ながら試料１を観察可能で、分析部位をＸＹＺステージで微調して移動することで容易に分析したい部位の分析が可能である。またレーザー光１９により生成したイオン粒子は対物レンズ３５のセンターに配置したアインツエルイオンレンズ３４により８０％以上の収率で集めることが出来るので、高感度で分析できる。しかし、このイオンレンズ内蔵対物レンズは高真空室に設置されているので、生体組織や、生体内の細胞など高真空下に入れる破壊する恐れがある試料では問題がある。独立行政法人科学技術振興機構のパンフレット産学イノベーション加速事業先端計測分析技術機器開発成果集２０１０のページ１６記載の顕微質量分析装置や特開２００７−６６５３３公報記載の顕微質量分析装置の試料室は高真空度の分析装置室とは微孔径の再管である金属キャピラリー管からなるイオン輸送管で真空的に隔離してあり、試料室は大気圧に近い真空度となっている。In the same manner as in FIG. 6, there is a method described in Japanese Patent No. 3643917 (Japanese Patent Laid-Open No. 09-304343) as Conventional Example 4 in which a sample is arranged directly below a laser condenser lens. In this conventional 4, the same focusing
顕微質量分析装置は試料を観察し、測定部位を特定し、その部位にレーザー光を照射して顕微レーザー質量分析を行なうもので、 レーザー光を微小に絞り、分析部位の周囲を出来るだけレーザー光が照射しないようにして、目的成分の情報だけを得るような顕微レーザー質量分析装置の発明に解決すべき課題は次の４である。
１）レーザースポット径小さくし、分析の空間分解能をちいさくする。
２）質量分析部への生成イオン粒子の透過率を上げ分析感度を上げる
３）試料室の真空度を大気圧程度し、生体組織細胞にも対応できる様にする。
４）レーザースポットを直接観察し、分析部位を特定出来るようにする。A micro mass spectrometer is a device that observes a sample, specifies a measurement site, and irradiates the site with laser light to perform micro laser mass spectrometry. The laser beam is finely focused and the laser beam around the analysis site is as much as possible. The following four problems should be solved in the invention of the microscopic laser mass spectrometer that does not irradiate and obtains only information on the target component.
1) Reduce the laser spot diameter to reduce the spatial resolution of the analysis.
2) Increase the permeability of the generated ion particles to the mass spectrometer and increase the analysis sensitivity. 3) Set the vacuum level of the sample chamber to about atmospheric pressure so that it can be applied to living tissue cells.
4) Directly observe the laser spot so that the analysis site can be specified.
前項の（１）のレーザースポットを小さくする手段はレーザー集光レンズとレーザー光源の問題点の解決ためである。
集光レンズを試料に対して斜めに入射角度が大きくなる様に配置するとレーザースポットは光軸方向に広がり長円形に広となる。
従って、レーザーを小さくするにはレーザー光の試料への入射角度を小さくしたが良く、そのためには試料の真上から照射させる必要がる。集光レンズの焦点距離ｆとレーザー光の広がり角度に（発散角度（θ）にスポット径は異存するので、焦点距離の小さい短焦点のレンズを用いたが良い。
また、発散角度θを小さくするにはレーザー光線を拡大レンズで拡大した後、集光レンズで集光することでより小さいスポット径が得られることはよく知られており、実際に利用されている。以上のようにレーザーの拡大光学系の利用、短焦点集光レンズの利用と集光レンズを試料真上に配置するなどの解決手段が考えられた。The means (1) for reducing the laser spot in the previous item is to solve the problems of the laser condenser lens and the laser light source.
When the condensing lens is arranged obliquely with respect to the sample so that the incident angle becomes large, the laser spot spreads in the optical axis direction and becomes an oval.
Therefore, in order to reduce the laser, it is preferable to reduce the incident angle of the laser beam to the sample, and for this purpose, it is necessary to irradiate from directly above the sample. Since the spot diameter is different between the focal length f of the condensing lens and the spread angle of the laser light (divergence angle (θ)), it is preferable to use a short focal length lens having a small focal length.
In order to reduce the divergence angle θ, it is well known that a smaller spot diameter can be obtained by converging a laser beam with a condensing lens after enlarging the laser beam with a magnifying lens. As described above, solutions such as the use of a laser expansion optical system, the use of a short focus condenser lens, and the arrangement of the condenser lens directly above the sample have been considered.
レーザーで生成したイオン粒子の質量分析部への透過率を上げるには従来例図４はイオン輸送管と試料プレートの間の電場構成に問題があり、試料プレートとイオン輸送管口とを対向して平行になるように配置し、電場が試料プレートと平行に形成されるようにする。イオンは電場に直交して飛行するので、試料とイオン輸送管とで出来る電位を１０００ｖ以上と大きくしておき、その間隔も狭くしておくとイオン粒子は図８の示したように飛び出した瞬間に真上にイオン輸送管口にひきつけられる様に飛行する。レーザースポットはイオン輸送管の真下になるように配置し、イオン輸送管が試料プレートの真上くるように配置し、その間隔も１０ｍｍ以下と狭く配置することにした。In order to increase the transmittance of the ion particles generated by the laser to the mass spectrometer, the conventional example in FIG. 4 has a problem in the electric field configuration between the ion transport tube and the sample plate, and the sample plate and the ion transport tube port face each other. So that the electric field is formed parallel to the sample plate. Since ions fly perpendicular to the electric field, the potential generated between the sample and the ion transport tube is increased to 1000 V or more, and when the interval is reduced, the moment when the ion particles jump out as shown in FIG. Fly so that it is attracted to the ion transport tube port. The laser spot was arranged so as to be directly under the ion transport tube, and the ion transport tube was arranged so as to be directly above the sample plate, and the interval was also narrowly set to 10 mm or less.
５）前項の（３）の試料室の真空度を大気圧程度にし、生体組織細胞の高真空に対応できない試料の破壞を防止ｃした。
この問題の解決には本発明は特開０９−３０４３４３公報記載のイオンレンズ内蔵対物レンズ使用の質量分析装置の改善を図った。
この対物レンズのイオンレンズは２重のパイプ管と導電膜をコートした合成石英製円板から構成されている。円板には中央にΦ２ｍｍの孔と内径がΦ２ｍｍのパイプがあるが、このパイプ内径では、真空排気コンダクタンスは小さく高真空の質量分析部から試料室を隔離でなく大きい真空コンダクタンスのある小さい孔径の細管であるイオン輸送管に変更して問題を解決することにした。5) The degree of vacuum in the sample chamber of (3) in the previous section was set to about atmospheric pressure to prevent breakage of the sample that could not cope with the high vacuum of living tissue cells.
In order to solve this problem, the present invention aims to improve the mass spectrometer using an ion lens built-in objective described in JP-A-09-304343.
The ion lens of this objective lens is composed of a double pipe tube and a synthetic quartz disk coated with a conductive film. The disc has a hole with a diameter of Φ2 mm and a pipe with an inner diameter of Φ2 mm, but with this pipe inner diameter, the evacuation conductance is small and the sample chamber is not isolated from the high-vacuum mass analyzer, but a small hole diameter with a large vacuum conductance is provided. We decided to solve the problem by changing to an ion transport tube which is a thin tube.
前項の（４）レーザースポットを直接観察し、分析部位を特定出来るようにすることの解決にはもともと、独立行政法人科学技術振興機構のパンフレット産学イノベーション加速事業先端計測分析技術機器開発成果集２０１０のページ１６に或る従来例装置は顕微鏡とレーザー集光レンズが異なった位置に配置されていることに問題がある。これらの機能を一つのレンズで行うことで解決することにした。The solution of (4) Direct observation of laser spot and identification of the analysis site in the previous paragraph was originally based on the pamphlet of the National Institute of Science and Technology for the promotion of advanced research and analysis technology equipment collections for advanced research, analysis, and innovation projects. The conventional device on
上記解決するための手段は加熱手段があるイオン輸送管を短焦点の対物レンズのセンターに配置し、この対物レンズを質量分析部と試料室の真空隔壁に用いることを特徴とする質量分析装置により達成できる。A means for solving the above is a mass spectrometer characterized in that an ion transport tube having a heating means is arranged at the center of a short-focus objective lens, and the objective lens is used for a vacuum partition of a mass analyzer and a sample chamber. Can be achieved.
このイオン輸送管を過熱する手段であるイオン輸送管は金属キャピラリー管が用いられるので、金属キャピラリー管に直接通電して加熱する方法図 と金属キャピラリー管を細い絶縁碍子管に挿入して、絶縁碍子管に導電膜をコートするとか導電性の金属細管を被せる図３−１、３−２とか細い電熱線を巻く図３−３ など金属コート薄膜、金属管、電熱線に通電して加熱する方法を考案した。Since a metal capillary tube is used as the ion transport tube, which is a means for overheating the ion transport tube, a method for heating by directly energizing the metal capillary tube and inserting the metal capillary tube into a thin insulator tube, Fig. 3-1 and Fig. 3-3 in which a conductive film is coated on a tube or a conductive metal thin tube is covered Fig. 3-3 Method of heating by energizing a metal coated thin film, metal tube, or heating wire Devised.
試料を観察したと同じ対物レンズでレーザー光を照射するので、観察視野内にレーザースポットを形成することが可能で、観察した特定部位に直接レーザー光をして分析が出来るようになる。イオン輸送管口は試料プレートと対向して導電膜をコートした合成石英製のイオン引き出し電極円板より少し図６ のように突きだして配置するので試料プレートとイオン輸送管と出来きる電場は図６ 様になり、イオン粒子は電場に対して直交して飛行して、イオン輸送管口に収束する。イオン輸送管を過熱することで、イオン粒子の通過抵抗を小さく出来、高質量数のものまで高いスループットで通過するので、高い感度で測定を可能とする顕微レーザー質量分析装置を提供できる。Since laser light is irradiated with the same objective lens as the sample is observed, a laser spot can be formed in the observation field, and analysis can be performed by directly applying laser light to the observed specific part. The ion transport tube port is arranged so as to protrude slightly from the synthetic quartz ion extraction electrode disk coated with a conductive film facing the sample plate, as shown in FIG. 6, so that the electric field generated between the sample plate and the ion transport tube is as shown in FIG. Thus, the ion particles fly perpendicular to the electric field and converge at the ion transport port. By superheating the ion transport tube, the passage resistance of ion particles can be reduced, and even a high mass number can be passed with a high throughput, so that it is possible to provide a microscopic laser mass spectrometer that enables measurement with high sensitivity.
本発明の一実施である顕微ＭＡＬＤＩ質量分析装置を図１に示す。紫外線レーザー光源２２ーと紫外線レーザー光３２を拡大して穴あき全反射ミラー７を介してイオン輸送管内蔵対物レンズ２に入射させる。レーザー光学系１４にからの レーザー光３２イオン輸送管内蔵対物レンズ２の焦点の位置に配置した試料１に集光する。レーザー光を集光する位置はＣＣＤカメラ１３で受けた映像をＴＶモニターカメラ２３の画面を見ながらＸＹＺステージ １０を操作して決定する。 A micro MALDI mass spectrometer which is one embodiment of the present invention is shown in FIG. The ultraviolet laser light source 22-and the
２，５−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ（ＤＨＢ Ｍｗ２２４．０７）、α―ｃｙａｎｏ―４−ｈｙｄｒｏｘｙ ｃｉｎｎａｍｉｃ ａｃｉｄ（ＣＣＡ Ｍｗ１８９．０４）、Ｓｉｎａｐｉｎｉｃ ａｃｉｄ （ＳＡ Ｍｗ２２４．０７）などのマトリックス試薬の飽和溶液を塗布した試料１はレーザー光線を受けイオン粒子２０を発生する。発生したイオン粒子２０はイオン輸送管２を通過して質量分析部９で分析される。 Saturated solutions of matrix reagents such as 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB Mw224.07), α-cyano-4-hydroxy cynic acid (CCA Mw189.04), and sinapinic acid (SA Mw224.07) were applied.
図１の質量分析室９と試料室８の間に配置したイオン輸送管２は真空排気の良質のコンダクタンスとなり、質量分析部９をターボ真空排気ポンプなどで排気することで試料室８を低真空に保った状態で質量分析部９を超高真空にすることができる。この真空の良質のコンダクタンスとなるイオン輸送管は次のような３種類である。 The
図３−１はイオン輸送部となる金属キャピラリー管４そのものに通電して過熱するほう方法である。内径Φ０．０５〜０．５ｍｍの微細空孔有する外径Φ１．５ｍｍで長さ２００ｍｍの金属キャピラー管４の両端部と中央に金属電線を図３−１のように固定し、キャピラー管端部からの電気配線と中央部からでた金属電線との間に加熱用の電源３０を配置した。熱電対２９で、イオン輸送管である金属キャピラリー管４の温度を熱電対２９で計測して、過熱用電源３０の通電量をコントロールして、所定の温度にイオン輸送管３を加熱した。金属キャピー管４であるイオン輸送管３は対物レンズなどの光学素子を保護するために、断熱保護管３１を被せて制作したのが実施例１の直接イオン輸送管過熱型のイオン輸送管３である。FIG. 3A shows a method in which the metal capillary tube 4 itself serving as an ion transport portion is energized and heated. A metal electric wire is fixed to both ends and the center of a metal capillar tube 4 having an outer diameter of φ1.5 mm and a length of 200 mm having fine pores with an inner diameter of φ0.05 to 0.5 mm as shown in FIG. A
図３−１実施例はイオン輸送管先端部３に高い電圧を印加してイオンを試料から引き出して使う時は、イオン輸送管である金属キャピラー管も高電圧に印加されており、高電圧を印加した状態で加熱用に電気を加える必要があり、低電圧の加熱用電源を高い電圧の下で用いることは絶縁処理とかいろいろ問題が生じる恐れがあるので、加熱部とイオン輸送管である金属キャピラー管４との間を絶縁管６で電気的に分離することとした。イオン輸送管である金キャピラー管４を絶縁管６で絶縁し、その上の加熱金属管７あるいは加熱電熱線５で加熱することとした。図３−２イオン輸送管である金属キャピラリー管３にセラミック碍子管６を被せその碍子管７に加熱用金属パイプ７を被せて、被せた金属パイプの両端と中央から通電して加熱する方法で図３−３は過熱用金属パイプの代わりにタングステン細線かニクロム細線などの加熱電線５を巻き加熱方法である。そして、実施例１（図３−１）と同じ用に加熱金属パイプまたは加熱電線５を覆うように断熱保護管３１被せてイオン輸送管実施例図３−２、図３−２を制作した。 In the embodiment of FIG. 3-1, when a high voltage is applied to the
図３に示したように合成石英製ネサ導電膜をコートした引き出し電極円板１１のセンターに開いた孔から２ｍｍつき出でるように取り付けた。 As shown in FIG. 3, the
引き出し電極円板１１からイオン輸送管３の先端部を突き出すことにより引き出し電極円板１１と試料プレート間に出来る電場はイオン輸送管の先端部で電場は図８に示したように試料プレート側に突き出されるような形となる。レーザー光線により試料上で生成したイオンは電場に直交するように飛行するので、試料１付近では真上におしだされる。引き出し電極と試料間の電位差が大きいと角度を持って斜めに飛び出したイオンも引き出し電極板ひきつけられるように真上に飛行する。イオン輸送管近くではそこに出来た電場によりイオン輸送管の先端部に収束するようにイオンは行きつけられる。イオン輸送管の孔径よりレーザースポットは小さいので、そこで発生したイオンの大部分がイオン輸送管の孔内に入射することになる。イオン輸送管口の孔の位置から離れた位置で発生したイオンはそこに出来る電場はイオン輸送管に影響されないので図７ に示したように引き出し電極と試料プレートの間では平行な電場が出来るので、イオンはイオン輸送管には入射しない。
従って、レーザースポットはイオン輸送管の孔の真下になるように調性する必要がある。By projecting the tip of the
Therefore, it is necessary to adjust the laser spot so that it is directly below the hole of the ion transport tube.
イオン輸送管、イオン輸送管内蔵対物レンズ、レーザー光源、試料ＸＹＺステージ、試料プレート、レーザー照射光源 観察用ＣＣＤカメラを取り付けて組み立てた顕微ＭＡＬＤＩ質量分析装置図１、図２を用いて生体組織試料を測定した結果良好な質量スペクトルが得られタンパク脂質など解析が可能であった。Ion transport tube, objective lens with built-in ion transport tube, laser light source, sample XYZ stage, sample plate, laser irradiation light source Microscopic MALDI mass spectrometer assembled with a CCD camera for observation. As a result of measurement, a good mass spectrum was obtained, and analysis of protein lipids was possible.
本発明により、大気圧化で、生体試料を観察し、測定部位を特定した、微細に絞った試料サンプリングマイクロレーザービームで質量分析を可能とする試料イオン化室の提供を可能とする。生体組織中に異常タンパク、脂質、薬効成分出来る様になり、病気に原因解析、治療法の探索、薬剤の開発などに有用な機器となる。また、あらゆる産業分野における製造プロセスで発生する異物、汚染物の解明に有効に機能するので、医薬品だけでなく、食品、電子機器、自動車部品などの製造プロセスの安定化に繋がり、品質や歩留まりの向上に役に立つ技術となる。According to the present invention, it is possible to provide a sample ionization chamber capable of performing mass analysis with a finely sampled microsampling beam that observes a biological sample and identifies a measurement site at atmospheric pressure. Abnormal proteins, lipids, and medicinal components can be produced in living tissues, making them useful devices for analyzing causes of diseases, searching for treatments, and developing drugs. In addition, it effectively functions to elucidate foreign substances and contaminants generated in manufacturing processes in all industrial fields, leading to the stabilization of manufacturing processes for not only pharmaceuticals but also foods, electronic devices, automobile parts, etc., and quality and yield. It will be a useful technology for improvement.
１・・・試料プレート（試料）
２・・・イオン輸送管内蔵対物レンズ
３・・・イオン輸送管
４・・・超微細金属管（イオン輸送金属キャピラリー）
５・・・微細電熱線
６・・・絶縁碍子管
７・・・加熱金属パイプ
８・・・イオン化室
７・・・孔開き全反射ミラー
８・・・排気用フランジ（ロータリーポンプ用）
９・・・質量分析装置
１０・・・ＸＹＺ試料ステージ
１１・・・引き出し電極円板
１２・・・観察用ＴＶモニターカメラ
１３・・・データ処理部
１４・・・レーザー光照射、観察光学系
１５・・・四重極イオントラップ装置
１６・・・飛行時間質量分析装置
１７・・・リフレクトロン
１８・・・ＭＣＰ（マルチチャンネルイオン検出器）
１９・・ 集光レンズ
２０・・・イオン
２１・・・イオンガイド
２２・・・レーザー光源
２３・・・ＴＶモニター
２４・・・計測制御コンピュータ
２５・・・レーザースキャニング（レーザー走査機構）
２６・・・顕微鏡
２７・・・ターボポンプ（ＴＭＰ）
２８・・・イオン光軸
２９・・・熱伝対（温度計測端子）
３０・・・ヒーター電源
３１・・・断熱保護管
３２・・・レーザー光
３３・・・レーザー光拡大レンズ
３４・・・アインツエルイオンレンズ」
３５・・・アインツエルイオンレンズ内蔵対物レンズ1 ... Sample plate (sample)
2 ... Objective lens with built-in
5 ...
DESCRIPTION OF
19 .... Condensing
26 ...
28 ... Ion
30 ...
35 ... Objective lens with built-in Einzel ion lens
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011262912A JP2013105737A (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Microscopic laser mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011262912A JP2013105737A (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Microscopic laser mass spectrometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013105737A true JP2013105737A (en) | 2013-05-30 |
Family
ID=48625114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011262912A Pending JP2013105737A (en) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Microscopic laser mass spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013105737A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103940898A (en) * | 2014-05-09 | 2014-07-23 | 清华大学 | Microscopic mass spectrum imaging platform device and imaging method thereof |
| WO2017104053A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | 株式会社島津製作所 | Ion analyzing apparatus |
| JP2019530868A (en) * | 2016-10-07 | 2019-10-24 | ユストゥス−リービッヒ−ユニベルシタット ギーセン | Apparatus for mass spectral analysis and three-dimensional imaging of the surface of a sample |
| JP7448277B1 (en) | 2023-04-21 | 2024-03-12 | 浙江迪譜診断技術有限公司 | Time-of-flight mass spectrometer |
| CN117706102A (en) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 遂宁市中心医院 | Optical detection device and detection method for tumor rehabilitation |
-
2011
- 2011-11-14 JP JP2011262912A patent/JP2013105737A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103940898A (en) * | 2014-05-09 | 2014-07-23 | 清华大学 | Microscopic mass spectrum imaging platform device and imaging method thereof |
| WO2017104053A1 (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | 株式会社島津製作所 | Ion analyzing apparatus |
| JPWO2017104053A1 (en) * | 2015-12-17 | 2018-08-02 | 株式会社島津製作所 | Ion analyzer |
| CN108475615A (en) * | 2015-12-17 | 2018-08-31 | 株式会社岛津制作所 | Ion analysis device |
| US10991565B2 (en) | 2015-12-17 | 2021-04-27 | Shimadzu Corporation | Ion analyzer |
| JP2019530868A (en) * | 2016-10-07 | 2019-10-24 | ユストゥス−リービッヒ−ユニベルシタット ギーセン | Apparatus for mass spectral analysis and three-dimensional imaging of the surface of a sample |
| JP7448277B1 (en) | 2023-04-21 | 2024-03-12 | 浙江迪譜診断技術有限公司 | Time-of-flight mass spectrometer |
| CN117706102A (en) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 遂宁市中心医院 | Optical detection device and detection method for tumor rehabilitation |
| CN117706102B (en) * | 2024-02-05 | 2024-04-12 | 遂宁市中心医院 | Optical detection device and detection method for tumor rehabilitation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7855357B2 (en) | Apparatus and method for ion calibrant introduction | |
| CA2333031C (en) | Atmospheric pressure matrix assisted laser desorption | |
| US7649170B2 (en) | Dual-polarity mass spectrometer | |
| JP6091504B2 (en) | MALDI imaging and ion source | |
| JP4766549B2 (en) | Laser irradiation mass spectrometer | |
| JP2009539115A (en) | Flexible open tube collection system for use in surface ionization technology | |
| WO2007061738A2 (en) | Maldi/ldi source | |
| EP1476892B1 (en) | Apparatus and method for ion production enhancement | |
| EP1500124B1 (en) | Mass spectrometer | |
| JP2007165116A (en) | Mass spectrometer | |
| JP2013105737A (en) | Microscopic laser mass spectrometer | |
| JP5504969B2 (en) | Mass spectrometer | |
| JP2005510842A (en) | Method and apparatus for improved laser desorption ionization tandem mass spectrometry | |
| JP4444938B2 (en) | Liquid Chromatograph / Laser Desorption / Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometer | |
| JP2018036100A (en) | MALDI mass spectrometer and matrix observation device | |
| US10971349B2 (en) | Ion analyzer | |
| Miltenberger | Secondary ion emission in MeV-SIMS | |
| Rohrbacher et al. | Multiple-ion-beam time-of-flight mass spectrometer | |
| JP2011034900A (en) | Mass spectrometer | |
| Kim | Off-line MALDI mass spectrometry of bioaerosols |