JP4674875B2

JP4674875B2 - Mass spectrometry method

Info

Publication number: JP4674875B2
Application number: JP2008501574A
Authority: JP
Inventors: 潔小河; 光利瀬藤
Original assignee: Shimadzu Corp; Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Current assignee: Shimadzu Corp; Inter University Research Institute Corp National Institute of Natural Sciences
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: WO2007097023A1; JPWO2007097023A1

Description

本発明は、レーザー光を試料に照射してイオン化を行うイオン源を備える質量分析装置を用いた質量分析方法に関する。
The present invention relates to a mass spectrometry method using a mass spectrometer provided with an ion source that performs ionization by irradiating a sample with a laser beam.

生化学、医療、ゲノム創薬などの分野においては、生体組織や細胞内のタンパク質などの固体状の試料を顕微観察しながらその観察部分の組織成分の構造解析を行いたいという要求が高い。こうした要求に応えるものとして、顕微鏡と質量分析装置との機能を兼ね備えた、いわゆる顕微質量分析装置の開発が進められている。顕微質量分析装置は、試料を顕微鏡で拡大観察しながら、微小径のレーザーを２次元的に走査するように試料に照射し、その試料に分布する生体分子をイオン化し、発生したイオンの質量を分析して２次元物質分布画像として表示するものである（非特許文献１など参照）。 In fields such as biochemistry, medicine, and genomic drug discovery, there is a high demand for structural analysis of tissue components in the observation portion while microscopically observing solid samples such as biological tissues and intracellular proteins. In response to such demands, development of so-called microscopic mass spectrometers that combine the functions of a microscope and a mass spectrometer has been underway. The micromass spectrometer irradiates a sample so as to scan a two-dimensional laser with a small diameter while observing the sample with a microscope, ionizes biomolecules distributed in the sample, and calculates the mass of the generated ions. It is analyzed and displayed as a two-dimensional substance distribution image (see Non-Patent Document 1, etc.).

こうした質量分析装置では分析を行うために試料を何らかの方法でイオン化する必要があるが、試料が生体試料であることを考えると、イオン化時の試料に与えるダメージを極力小さくすることが望ましい。また、分析対象のイオンが開裂しないような、いわゆるソフトなイオン化を行う必要がある。そうした点から、イオン化法としては、マトリクス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）や２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）の利用が考えられるが、一般にＳＩＭＳでは高い空間分解能が得られるもののイオン化可能な質量（厳密には質量電荷比m/z）たかだか１０００程度であり、プロテオミクスなど分子量が大きな生体試料を対象とする分析では利用しにくい。
In such a mass spectrometer, it is necessary to ionize the sample by some method in order to perform analysis, but considering that the sample is a biological sample, it is desirable to minimize damage to the sample during ionization. Moreover, it is necessary to perform so-called soft ionization so that ions to be analyzed are not cleaved. From this point of view, the use of matrix-assisted laser desorption / ionization (MALDI) or secondary ion mass spectrometry (SIMS) can be considered as ionization methods. The amount (strictly speaking, the mass-to-charge ratio m / z) is at most about 1000, and is difficult to use in analysis of biological samples having a large molecular weight such as proteomics.

一方、ＭＡＬＤＩは、レーザー光を吸収しにくい試料やタンパク質などレーザー光で損傷を受けやすい試料を分析するために、レーザー光を吸収し易く対象物質をイオン化させ易い物質をマトリクスとして試料に予め混合しておき、これにレーザー光を照射することで試料をイオン化するものである。しかしながら、ＭＡＬＤＩを用いて顕微質量分析を行う場合には次のような問題がある。 On the other hand, in order to analyze a sample that is difficult to absorb laser light or a sample that is easily damaged by laser light, such as protein, MALDI premixes substances that easily absorb laser light and easily ionize the target substance as a matrix. The sample is ionized by irradiating it with laser light. However, when microscopic mass spectrometry is performed using MALDI, there are the following problems.

一般に、マトリクスは液体状態で滴下或いは噴射されることで試料上に塗布され、試料上の分析対象対象物質を取り込む。そして、乾燥されると分析対象物質を含んだ結晶粒が形成される。このとき効率良くイオンを発生させるためのマトリクスの結晶粒のサイズは一般に５０μｍ程度以上である。分析対象物質はこのマトリクスの結晶粒の中に分散しているため、イオン化のためのレーザー光の照射径を小さくしても、このマトリクスの結晶粒径よりも高い空間分解能を得ることはできない。例えば人間の細胞内のタンパク質の分布を調べたいような場合、細胞の大きさは小さいものでは２０〜３０μｍ程度であるため、数μｍ程度の空間分解能が得られないと十分な結果を得ることができない。これに対し、ＭＡＬＤＩにおいてマトリクスの結晶粒を小さくしてゆくことも技術的には可能であるが、そうするとイオン化効率が極端に低下し、有効な質量分析を行うことができなくなる。このため、ＭＡＬＤＩを利用して顕微質量分析装置を実現しても、その用途はかなり限られたものとなる。In general, the matrix is applied onto a sample by being dropped or sprayed in a liquid state, and takes up the substance to be analyzed on the sample. When dried, crystal grains containing the substance to be analyzed are formed. At this time, the size of the crystal grains of the matrix for efficiently generating ions is generally about 50 μm or more. Since the analyte is dispersed in the crystal grains of the matrix, be smaller irradiation diameter of the laser beam for ionization, it is impossible to obtain a high spatial resolution than the crystal grain size of the matrix. For example, when it is desired to examine the distribution of proteins in human cells, if the cell size is small, it is about 20 to 30 μm, and sufficient results cannot be obtained unless a spatial resolution of about several μm is obtained. . On the other hand, it is technically possible to reduce the crystal grains of the matrix in MALDI, but if so, the ionization efficiency is extremely lowered and effective mass spectrometry cannot be performed. For this reason, even if a microscopic mass spectrometer is realized using MALDI, its application is considerably limited.

米国特許第6288390号明細書US Pat. No. 6,288,390 内藤康秀、「生体試料を対象にした質量顕微鏡」、 J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., Vol. 53, No. 3, 2005, pp.125-132.Yasuhide Naito, “Mass Microscope for Biological Samples”, J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., Vol. 53, No. 3, 2005, pp.125-132. 荒川、ほか２名、「ソフトレーザー脱離イオン化質量分析法（ＬＤＩ−ＭＳ）の最近の進歩」、J. Mass. Spectrom. Soc. Jpn.、Vol.52、No.1、2004, pp.33-38Arakawa and two others, “Recent Advances in Soft Laser Desorption / Ionization Mass Spectrometry (LDI-MS)”, J. Mass. Spectrom. Soc. Jpn., Vol.52, No.1, 2004, pp.33 -38 森谷、ほか２名、「レーザー脱離イオン化におけるアモルファスカーボン基板の有用性」、日本分析化学会第５４年会講演要旨集、平成１７年８月３１日、pp.149Moriya, et al., “Utility of amorphous carbon substrates in laser desorption ionization”, Abstracts of the 54th Annual Meeting of the Analytical Society of Japan, August 31, 2005, pp.149 清野、ほか４名「ナノドット構造体をイオン化基板に利用した新規ソフトレーザー脱離イオン化−質量分析法の開発」、第５３回質量分析総合討論会講演予稿集、平成１７年５月１日、pp.272-273Kiyono and 4 others "Development of a novel soft laser desorption ionization-mass spectrometry using nanodot structures as an ionization substrate", Proceedings of the 53rd General Meeting of Mass Spectrometry, May 1, 2005, pp .272-273

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、高い空間分解能で以て試料の２次元物質分布測定を行うことができる質量分析方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a mass spectrometry method capable of measuring a two-dimensional material distribution of a sample with high spatial resolution. is there.

ＭＡＬＤＩは、上記マトリクスの結晶粒のサイズの問題とは別に、マトリクスがバックグランドノイズとなるため、検出信号のＳ／Ｎ比を高くするのが難しいという問題を有しており、これを解消するためにマトリクスを利用しないレーザー脱離イオン化法が提案されている。例えば、特許文献１には多孔質シリコン（ポーラスシリコン）を基板としたＤＩＯＳ（Desorption/ionization on silicon）と呼ばれるイオン化法が開発されている。この方法は、基板表面のナノレベルの微細な凹凸構造がイオン化に寄与していると考えられている。さらに、同様の凹凸構造を利用したレーザー脱離イオン化法として、多孔質シリコンの代わりに、アモルファスカーボン、Ｓｉ／Ｇｅドットプレートなどを利用する方法も提案されている（例えば非特許文献２〜４など参照）。 MALDI has the problem that it is difficult to increase the S / N ratio of the detection signal because the matrix becomes background noise apart from the problem of the crystal grain size of the matrix. Therefore, a laser desorption ionization method that does not use a matrix has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses an ionization method called DIOS (Desorption / ionization on silicon) using porous silicon as a substrate. In this method, it is considered that a nano-scale fine uneven structure on the substrate surface contributes to ionization. Further, as a laser desorption / ionization method using the same uneven structure, a method using amorphous carbon, Si / Ge dot plate or the like instead of porous silicon has been proposed (for example, Non-Patent Documents 2 to 4). reference).

上記のようなナノレベルの凹凸構造を利用したレーザー脱離イオン化法は、もともとマトリクス分子由来の妨害がマススペクトルに現れることを回避するために考え出されたものである。これに対し本願発明者は、上記のようなナノレベルの凹凸構造を利用することで、マトリクス結晶粒のように空間分解能の制約が実質的になくなる（少なくとも現在目標としている１μｍ以上程度の空間分解能においては）ことに着目し、本発明を得るに至った。 The laser desorption ionization method using the nano level uneven structure as described above was originally conceived in order to avoid interference from matrix molecules from appearing in the mass spectrum. On the other hand, the present inventor uses the nano-level uneven structure as described above to substantially eliminate restrictions on spatial resolution as in the case of matrix crystal grains (at least the current target spatial resolution of about 1 μm or more). In particular, the present invention has been obtained.

即ち、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方法は、
a)ナノレベルの微細な凹凸面を有する基板と、
b)レーザー光源と、該レーザー光源により出射されたレーザー光を５０μｍ以下の径に集光可能な集光光学系と、を含み、前記基板上の試料に対し前記集光したレーザー光を照射するレーザー照射手段と、
c)前記レーザー照射により前記試料から発生したイオンを質量分離して検出する質量分析手段と、
を備える質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
分析対象である試料を前記基板の微細凹凸面に転写により付着させ、その付着された試料に対して前記レーザー照射手段より集光したレーザ光を照射し、発生したイオンを前記質量分析手段により分析することを特徴としている。
That is, the mass spectrometry method according to the present invention made to solve the above problems is
a substrate having a fine uneven surface of a) Na Noreberu,
b) including a laser light source and a condensing optical system capable of condensing the laser light emitted from the laser light source to a diameter of 50 μm or less, and irradiating the sampled laser light on the sample on the substrate Laser irradiation means;
c) mass spectrometry means for mass-separating and detecting ions generated from the sample by the laser irradiation;
A mass spectrometry method using a mass analyzer Ru provided with,
The sample to be analyzed is attached to the fine uneven surface of the substrate by transfer, and the attached sample is irradiated with the laser light collected from the laser irradiation means, and the generated ions are analyzed by the mass analysis means. It is characterized in that.

ここで、「ナノレベルの微細な凹凸面」は、例えば多孔質シリコン、シリコンナノワイヤ、カーボンナノチューブ、金属ナノ粒子（ナノドットとも呼ばれる）、アモルファスカーボンなどを利用して形成されたものである。また、ナノレベルの窪み（細孔）の内部を適宜に化学修飾した構造としてもよい。いずれにしても、ここではマトリクスを用いずに、その表面に薄く付着された試料をレーザー光のエネルギーによりイオン化する。また、このレーザー光は試料上での照射径が５０μｍ以下になるように集光光学系により調整される。実際には、分析対象の試料が細胞であるような場合には、レーザー光の照射径を１０μｍ以下に、例えば数μｍ程度まで絞ることが望ましい。 Here, the “nano-level fine uneven surface” is formed using, for example, porous silicon, silicon nanowires, carbon nanotubes, metal nanoparticles (also referred to as nanodots), amorphous carbon, or the like. Moreover, it is good also as a structure which chemically modified the inside of the hollow (pore) of a nano level suitably. In any case, here, the sample thinly attached to the surface is ionized by the energy of laser light without using a matrix. The laser beam is adjusted by a condensing optical system so that the irradiation diameter on the sample is 50 μm or less. Actually, when the sample to be analyzed is a cell, it is desirable to reduce the irradiation diameter of the laser light to 10 μm or less, for example, about several μm.

本発明に係る質量分析方法では、基板の凹凸面上に付着された試料に微小径のレーザー光が当たると、基板の凹凸面がレーザー光を吸収し、その凹凸面と試料との相互作用により試料分子をイオン化させる。イオン化の範囲はレーザー光が当たった範囲のみ（或いはそのレーザー光の熱による影響を受ける周囲のごく近傍の範囲）であるから、非常に小さい面積である。したがって、この質量分析方法によれば、１回の質量分析できわめて微小な範囲の質量分析を実行することができ、その微小範囲に存在する物質を調べることができる。
In the mass spectrometric method according to the present invention, when a laser beam having a small diameter hits a sample attached on the uneven surface of the substrate, the uneven surface of the substrate absorbs the laser light, and the interaction between the uneven surface and the sample causes Sample molecules are ionized. Since the range of ionization is only the range irradiated with the laser beam (or the range in the immediate vicinity affected by the heat of the laser beam), it is a very small area. Therefore, according to this mass spectrometry method , it is possible to execute a mass analysis in a very minute range by one mass analysis, and to examine substances existing in the minute range.

また本発明に係る質量分析方法に用いられる装置は、
d)前記レーザー照射手段による前記試料上のレーザー照射位置を２次元的に走査するための走査手段と、
e)該走査手段によりレーザー照射位置を移動させる毎にレーザー光を照射するべく前記レーザー照射手段を制御する制御手段と、
f)前記２次元的な走査に伴って前記質量分析手段により得られる検出信号に基づいて、２次元的な物質分布画像を作成するデータ処理手段と、
を備える構成とすることができる。
The equipment used in the mass spectrometry method according to the present invention,
d) scanning means for two-dimensionally scanning the laser irradiation position on the sample by the laser irradiation means;
e) control means for controlling the laser irradiation means to irradiate laser light each time the laser irradiation position is moved by the scanning means;
f) data processing means for creating a two-dimensional substance distribution image based on a detection signal obtained by the mass analyzing means in association with the two-dimensional scanning;
It can be set as the structure provided with.

この構成では、試料上でレーザー照射位置が２次元的に走査され、その走査毎に微小範囲の質量分析情報を得ることができる。前述のように微小範囲は非常に小さいため、走査のステップ幅を小さくして密に質量分析を実行することで、高い空間分解能で以て２次元物質分布画像を得ることができる。 In this configuration, the laser irradiation position is scanned two-dimensionally on the sample, and mass analysis information in a minute range can be obtained for each scanning. As described above, since the minute range is very small, a two-dimensional material distribution image can be obtained with high spatial resolution by performing a mass analysis closely with a small step width of scanning.

なお、レーザー光の照射位置を試料上で走査するにはレーザー照射手段と基板との相対位置関係を変化させればよいが、一般的には、前記走査手段は、基板をその基板の延展方向に移動させる移動手段とするのがよい。これによれば、精密な光学素子を移動させる必要がなく、構成が簡単になる。 In order to scan the irradiation position of the laser beam on the sample, the relative positional relationship between the laser irradiation means and the substrate may be changed. In general, the scanning means is configured such that the substrate extends in the extending direction of the substrate. It is preferable to use a moving means for moving to. This eliminates the need to move a precise optical element and simplifies the configuration.

また、本発明に係る質量分析方法に用いられる装置は、さらに、前記基板上の試料を拡大観察可能な顕微手段と、該顕微手段で得られた２次元観察画像を表示する表示手段と、該表示手段に表示されている２次元観察画像上で質量分析位置又はその範囲を設定するための設定手段と、を備える構成とするのがよい。
The apparatus used in the mass spectrometric method according to the present invention further includes a microscopic means capable of magnifying and observing the sample on the substrate, a display means for displaying a two-dimensional observation image obtained by the microscopic means, It is preferable to include a setting unit for setting a mass analysis position or a range thereof on a two-dimensional observation image displayed on the display unit.

この構成によれば、分析者はまず試料の２次元観察画像を表示手段の画面上で確認し、例えば色などの形態に特徴を有する部分に絞って質量分析を行う範囲を設定することができる。それによって、分析者が本当に見たい部分の２次元物質分布を得ることができ、測定に要する時間も節約することができる。 According to this configuration, the analyst can first confirm the two-dimensional observation image of the sample on the screen of the display means, and can set a range for performing mass analysis by focusing on a portion having a feature such as color. . Thereby, it is possible to obtain the two-dimensional material distribution of the part that the analyst really wants to see, and to save the time required for the measurement.

以上のように本発明に係る質量分析方法では、試料調製にマトリクスを使用せず且つレーザー照射径を絞ったので、試料上の非常に小さな範囲の質量分析を実行することができる。また、これを２次元物質分布の測定に用いることにより、従来のＭＡＬＤＩでは実現できなかった、高い空間分解能での２次元物質分布を得ることができる。これにより、生体細胞の中の特定微小部位の分析なども可能となり、特に生命科学の分野において有用な情報を収集することができる。さらに、マトリクスを使用しないことで、検出信号のＳ／Ｎ比や感度が向上し、目的物質の検出の精度を高めることもできる。
As described above, in the mass spectrometric method according to the present invention, the matrix is not used for sample preparation and the laser irradiation diameter is narrowed down, so that mass analysis of a very small range on the sample can be performed. In addition, by using this for measurement of a two-dimensional material distribution, a two-dimensional material distribution with high spatial resolution, which could not be realized by conventional MALDI, can be obtained. This makes it possible to analyze a specific minute site in a living cell, and can collect useful information particularly in the field of life science. Furthermore, by not using a matrix, the S / N ratio and sensitivity of the detection signal can be improved, and the accuracy of detection of the target substance can be increased.

本発明で用いられる質量分析装置の一実施例による顕微質量分析装置の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a microscopic mass spectrometer according to an embodiment of a mass spectrometer used in the present invention. 本実施例の顕微質量分析装置で使用される試料プレートの一例を示す図。The figure which shows an example of the sample plate used with the micro mass spectrometer of a present Example. 本実施例の顕微質量分析装置における２次元観察画像の一例を示す図。The figure which shows an example of the two-dimensional observation image in the micro mass spectrometer of a present Example.

以下、本発明で用いられる質量分析装置の一実施例による顕微質量分析装置について説明する。図１はこの顕微質量分析装置の全体構成図である。
Hereinafter, a micro mass spectrometer according to an embodiment of a mass spectrometer used in the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the microscopic mass spectrometer.

図示しない真空ポンプにより真空排気される真空チャンバ１０の内部には、試料ステージ１３、イオン輸送光学系１６、質量分析器１７、検出器１８等が配設され、真空チャンバ１０の外側には、レーザー照射部２０、レーザー集光光学系２２、ＣＣＤカメラ２３、観察用光学系２４などが配置されている。イオン輸送光学系１６は例えば、静電レンズや多極型の高周波イオンガイド、或いはそれらの組み合わせなどが用いられる。質量分析器１７は例えば四重極型質量分析器や飛行時間型質量分析器、イオントラップ型質量分析器、磁場セクター型質量分析器などが用いられる。 A sample stage 13, an ion transport optical system 16, a mass analyzer 17, a detector 18, and the like are disposed inside a vacuum chamber 10 that is evacuated by a vacuum pump (not shown), and a laser is disposed outside the vacuum chamber 10. An irradiation unit 20, a laser condensing optical system 22, a CCD camera 23, an observation optical system 24, and the like are arranged. For example, an electrostatic lens, a multipolar high-frequency ion guide, or a combination thereof is used as the ion transport optical system 16. For example, a quadrupole mass analyzer, a time-of-flight mass analyzer, an ion trap mass analyzer, a magnetic sector sector mass analyzer, or the like is used as the mass analyzer 17.

分析対象である試料１５は試料プレート１４の上面に薄く付着されており、試料プレート１４は試料ステージ１３上に載置されている。この試料ステージ１３は、互いに直交するｘ軸、ｙ軸の二軸方向、つまりは試料１５が延展する２次元面内で、ステージ駆動部３２により移動可能である。具体的には、ステージ駆動部３２はｘ軸、ｙ軸方向に試料ステージ１３を駆動するステッピングモータを含み、走査制御部３１が各ステッピングモータにそれぞれ制御パルスを送ることで試料ステージ１３は高い精度で移動する。 The sample 15 to be analyzed is thinly attached to the upper surface of the sample plate 14, and the sample plate 14 is placed on the sample stage 13. The sample stage 13 can be moved by a stage driving unit 32 in two axial directions of x axis and y axis orthogonal to each other, that is, in a two-dimensional plane in which the sample 15 extends. Specifically, the stage drive unit 32 includes a stepping motor that drives the sample stage 13 in the x-axis and y-axis directions, and the sample control unit 31 sends a control pulse to each stepping motor so that the sample stage 13 has high accuracy. Move with.

レーザー照射部２０から出射されたイオン化用のレーザー光２１はレーザー集光光学系２２により絞られ、真空チャンバ１０の側面に設けられた照射用窓１１を通して試料１５に向けて照射される。レーザー集光光学系２２はレーザー光を数μｍ程度以下の照射径に絞ることが可能となっている。このレーザー光の照射位置は固定されているから、ステージ駆動部３２により試料ステージ１３がｘ−ｙ面内で移動されると、試料１５上でレーザー光２１が当たる位置、つまり試料１５上で質量分析の実行対象となる微小測定領域１５ａは移動する。これにより、試料１５上で質量分析が実行される位置の走査が行われる。 The laser beam 21 for ionization emitted from the laser irradiation unit 20 is focused by the laser condensing optical system 22 and irradiated toward the sample 15 through the irradiation window 11 provided on the side surface of the vacuum chamber 10. The laser focusing optical system 22 can narrow the laser beam to an irradiation diameter of about several μm or less. Since the irradiation position of the laser beam is fixed, when the sample stage 13 is moved in the xy plane by the stage driving unit 32, the position where the laser beam 21 hits on the sample 15, that is, the mass on the sample 15. The minute measurement region 15a to be analyzed is moved. Thereby, the position where mass analysis is performed on the sample 15 is scanned.

一方、ＣＣＤカメラ２３は真空チャンバ１０の側面に設けられた観察用窓１２及び観察用光学系２４を介して試料プレート１４上の所定の範囲を撮像し、ここで得られた画像信号は画像処理部３５に送られて２次元観察画像が構成される。中央制御部３０は本装置の全体的な動作の制御を司るものであり、具体的には、走査制御部３１を介してステージ駆動部３２による移動量や移動方向を制御し、照射制御部３３を介してレーザー照射部２０でのレーザー光２１の出射／停止やレーザー光強度などを制御する。また、図１では繁雑さを避けるために信号線の記載を省略しているが、中央制御部３０はイオン輸送光学系１６、質量分析器１７、検出器１８などの動作も制御する。 On the other hand, the CCD camera 23 images a predetermined range on the sample plate 14 through the observation window 12 and the observation optical system 24 provided on the side surface of the vacuum chamber 10, and the image signal obtained here is subjected to image processing. A two-dimensional observation image is constructed by being sent to the unit 35. The central control unit 30 controls the overall operation of the apparatus. Specifically, the central control unit 30 controls the movement amount and movement direction of the stage driving unit 32 via the scanning control unit 31, and the irradiation control unit 33. The emission / stop of the laser beam 21 at the laser irradiation unit 20 and the intensity of the laser beam are controlled. In FIG. 1, signal lines are not shown to avoid complexity, but the central control unit 30 also controls operations of the ion transport optical system 16, the mass analyzer 17, the detector 18, and the like.

検出器１８による検出信号、つまりイオン強度信号は質量分析データ処理部３４に入力され、ここで適宜のデータ処理が実行されて、例えば或る質量を持つ物質に着目した２次元物質分布画像が作成される。また、中央制御部３０には分析者の操作により空間分解能や測定対象領域などの分析条件を設定するための操作部３６が接続され、さらに試料１５の２次元観察画像や２次元物質分布画像などを表示するための表示部３７も接続されている。
Detection signal by the detector 18, i.e. ionic strength signals are input to the mass spectrometry data processing unit 34, where it appropriate data processing is performed, a two-dimensional material distribution image focused on materials with for example one Mass Created. The central control unit 30 is connected to an operation unit 36 for setting analysis conditions such as a spatial resolution and a measurement target region by an analyst's operation, and further, a two-dimensional observation image, a two-dimensional substance distribution image, and the like of the sample 15. A display unit 37 for displaying is also connected.

図２（ａ）は試料プレート１４の斜視図である。試料プレート１４は多孔質シリコン（ポーラスシリコン）を材料とする板状部材であり、少なくともその上面はナノレベルの細孔を多数有する微細凹凸構造面１４ａとなっている。分析対象の試料１５はこの微細凹凸構造面１４ａの上に付着される。その付着方法は試料の種類にもよるが、ここでは生体組織や細胞などである試料に対し、従来から行われている転写により微細凹凸構造面１４ａ上に付着させる（図２（ｂ）参照）。
FIG. 2A is a perspective view of the sample plate 14. The sample plate 14 is a plate-like member made of porous silicon (porous silicon), and at least the upper surface thereof is a fine concavo-convex structure surface 14a having many nano-level pores. The sample 15 to be analyzed is attached on the fine concavo-convex structure surface 14a. Its method of deposition depends on the kind of the sample, wherein to the sample which is like living tissues and cells by transcription is conventional Ru deposited on the fine unevenness surface 14a (refer to FIG. 2 (b) ).

なお、試料プレート１４として多孔質シリコンを用いる以外に、同様のナノレベルの凹凸が形成されている材料を利用することができる。例えば、多孔質シリコンの代わりに、シリコンナノワイヤ、アモルファスカーボン、金属ナノ粒子、などを用いることができる。また、多孔質シリコンは酸化などにより表面劣化が起こり易いことが知られており、そうした劣化を防止するために表面を修飾する試みが行われているが、多孔質シリコンに限らず、上記のような各種微細凹凸構造に表面修飾を施したものでもよい。いずれの場合でも、マトリクスを用いずに試料を表面に付着させ、それにレーザー光を照射することで試料の含有物質をイオン化することができる。 In addition to using porous silicon as the sample plate 14, a material having similar nano-level irregularities can be used. For example, instead of porous silicon, silicon nanowires, amorphous carbon, metal nanoparticles, or the like can be used. In addition, it is known that porous silicon is prone to surface degradation due to oxidation and the like, and attempts have been made to modify the surface in order to prevent such degradation. Various fine concavo-convex structures obtained by surface modification may be used. In any case, the sample-containing material can be ionized by attaching the sample to the surface without using a matrix and irradiating it with laser light.

本実施例の顕微質量分析装置を用いた、質量が既知である目的物質の２次元物質分布画像の取得のための動作を次に説明する。
The imaging mass spectrometer of the present embodiment is used will now be described an operation for acquiring two-dimensional material distribution image of the target substance mass is known.

まず分析者（オペレータ）は試料１５上のどの箇所を分析するのかを決める。そのために、ＣＣＤカメラ２３により真空チャンバ１０の側面に設けられた観察用窓１２及び観察用光学系２４を介して試料１５の２次元観察画像を取得し、画像処理部３５で画像を再現して表示部３７の画面上に表示させる。いま、例えば図３に示すような２次元観察画像４０が得られたものとする。分析者はその中で質量分析を行う範囲を決めて操作部３６により分析範囲枠４１を設定することにより分析範囲を指示する。そして、目的物質の質量を設定した上で分析開始を指示する。
First, an analyst (operator) determines which part on the sample 15 is to be analyzed. Therefore, a two-dimensional observation image of the sample 15 is acquired by the CCD camera 23 through the observation window 12 and the observation optical system 24 provided on the side surface of the vacuum chamber 10, and the image processing unit 35 reproduces the image. It is displayed on the screen of the display unit 37. Assume that a two-dimensional observation image 40 as shown in FIG. 3 is obtained, for example. The analyst designates the analysis range by determining the range in which mass analysis is performed and setting the analysis range frame 41 by the operation unit 36. Then, to indicate the analysis start in terms of setting the mass of the target substance.

分析が開始されると、レーザー照射部２０から出射したレーザー光２１がレーザー集光光学系２２で集光され、真空チャンバ１０の側面に設けられた照射用窓１１を通して試料１５上に数μｍ程度の照射径で以て照射される。試料１５上のレーザー光が当たった範囲（微小測定領域１５ａ）では、レーザー光と微細な微細凹凸構造面１４ａと試料１５との相互作用により、試料１５に含まれる分子がイオン化され、主として試料１５表面に略直交する方向つまり真上に放出される（図２（ｃ）参照）。このときには、ＭＡＬＤＩと同様に比較的ソフトなイオン化が行われるため、大きな質量のイオンも開裂を生じずに飛び出す。 When the analysis is started, the laser beam 21 emitted from the laser irradiation unit 20 is collected by the laser focusing optical system 22 and is about several μm on the sample 15 through the irradiation window 11 provided on the side surface of the vacuum chamber 10. Irradiation is performed with an irradiation diameter of. In a range (micro measurement region 15a) on which the laser beam is irradiated on the sample 15, molecules contained in the sample 15 are ionized by the interaction between the laser beam, the fine fine concavo-convex structure surface 14a, and the sample 15, and the sample 15 is mainly used. It is emitted in a direction substantially perpendicular to the surface, that is, directly above (see FIG. 2C). At this time, as with MALDI, relatively soft ionization is performed, so that ions having a large mass jump out without causing cleavage.

こうして発生したイオンはイオン輸送光学系１６で収束されて質量分析器１７に導入され、質量分析器１７により目的物質の質量を持つイオンのみが分離されて検出器１８に到達する。検出器１８は到達したイオンの個数に応じた電流を検出信号として出力する。データ処理部３４はこの検出信号を受け取って、試料１５上のレーザー照射位置（微小測定領域１５ａ）に対応する目的物質の強度を求める。ここではＭＡＬＤＩと異なりマトリクスによる妨害がないので、比較的低い質量の場合でも高いＳ／Ｎ比、及び高い感度で目的物質を検出することができる。 Ions thus produced are introduced into the mass analyzer 17 is converged by an ion transport optical system 16, the mass analyzer 17 only ions having a mass of the target substance to reach the detector 18 are separated. The detector 18 outputs a current corresponding to the number of reached ions as a detection signal. The data processing unit 34 receives this detection signal and obtains the intensity of the target substance corresponding to the laser irradiation position (micro measurement region 15a) on the sample 15. Since there is no interference by the matrix unlike MALDI here, it is possible to detect a target substance with a relatively low mass if even higher S / N ratio, and high sensitivity.

走査制御部３１は試料１５上に設定された分析範囲の中で、レーザー光２１が照射される微小測定領域１５ａが順次移動するようにステージ駆動部３２を制御し、試料ステージ１３をステップ状に移動させる。そして、試料ステージ１３が微小距離移動して停止する毎に、上述したようにレーザー光２１をパルス的に照射して、その微小測定領域１５ａに対応する目的物質の強度を求める。このようにして、初めに設定された分析範囲の全体に亘って質量分析を行い、これに基づいて２次元物質分布画像を作成して表示部３７の画面上に表示する。 The scanning control unit 31 controls the stage driving unit 32 so that the minute measurement region 15a irradiated with the laser beam 21 sequentially moves within the analysis range set on the sample 15, and the sample stage 13 is stepped. Move. Each time the sample stage 13 moves and stops by a minute distance, the laser beam 21 is irradiated in a pulse manner as described above to obtain the intensity of the target substance corresponding to the minute measurement region 15a. In this way, mass analysis is performed over the entire analysis range that was initially set, and based on this, a two-dimensional substance distribution image is created and displayed on the screen of the display unit 37.

詳細な２次元物質画像を作成したい場合には、上記走査のステップ幅をレーザー照射径と同じか、これよりも小さく設定しておく。これにより、試料１５上の分析範囲内を殆ど漏れなく走査し、高い空間分解能で以て２次元物質分布を得ることができる。 When it is desired to create a detailed two-dimensional material image, the scanning step width is set equal to or smaller than the laser irradiation diameter. Thereby, the analysis range on the sample 15 can be scanned almost without omission, and a two-dimensional material distribution can be obtained with high spatial resolution.

なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更、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当然である。 The above-described embodiment is an example of the present invention, and it is a matter of course that changes, modifications, and additions within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application.

Claims

a)ナノレベルの微細な凹凸面を有する基板と、
b)レーザー光源と、該レーザー光源により出射されたレーザー光を５０μｍ以下の径に集光可能な集光光学系と、を含み、前記基板上の試料に対し前記集光したレーザー光を照射するレーザー照射手段と、
c)前記レーザー照射により前記試料から発生したイオンを質量分離して検出する質量分析手段と、
を備える質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
分析対象である試料を前記基板の微細凹凸面に転写により付着させ、その付着された試料に対して前記レーザー照射手段より集光したレーザ光を照射し、発生したイオンを前記質量分析手段により分析することを特徴とする質量分析方法。 a substrate having a fine uneven surface of a) Na Noreberu,
b) including a laser light source and a condensing optical system capable of condensing the laser light emitted from the laser light source to a diameter of 50 μm or less, and irradiating the sampled laser light on the sample on the substrate Laser irradiation means;
c) mass spectrometry means for mass-separating and detecting ions generated from the sample by the laser irradiation;
A mass spectrometry method using a mass analyzer Ru provided with,
The sample to be analyzed is attached to the fine uneven surface of the substrate by transfer, and the attached sample is irradiated with the laser light collected from the laser irradiation means, and the generated ions are analyzed by the mass analysis means. A mass spectrometric method characterized by:

前記質量分析装置は、
d)前記レーザー照射手段による前記試料上のレーザー照射位置を２次元的に走査するための走査手段と、
e)該走査手段によりレーザー照射位置を移動させる毎にレーザー光を照射するべく前記レーザー照射手段を制御する制御手段と、
f)前記２次元的な走査に伴って前記質量分析手段により得られる検出信号に基づいて、２次元的な物質分布画像を作成するデータ処理手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の質量分析方法。 The mass spectrometer is
d) scanning means for two-dimensionally scanning the laser irradiation position on the sample by the laser irradiation means;
e) control means for controlling the laser irradiation means to irradiate laser light each time the laser irradiation position is moved by the scanning means;
f) data processing means for creating a two-dimensional substance distribution image based on a detection signal obtained by the mass analyzing means in association with the two-dimensional scanning;
The mass spectrometry method according to claim 1, further comprising :

前記走査手段は、前記基板をその基板の延展方向に移動させる移動手段であることを特徴とする請求項２に記載の質量分析方法。3. The mass spectrometric method according to claim 2, wherein the scanning unit is a moving unit that moves the substrate in the extending direction of the substrate.

前記集光光学系によるレーザー光の集光径を１０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析方法。The mass spectrometric method according to claim 1, wherein a condensing diameter of laser light by the condensing optical system is 10 μm or less.

前記質量分析装置は、前記基板上の試料を拡大観察可能な顕微手段と、該顕微手段で得られた２次元観察画像を表示する表示手段と、該表示手段に表示されている２次元観察画像上で質量分析位置又はその範囲を設定するための設定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析方法。 The mass spectrometer includes a microscope unit capable of magnifying and observing a sample on the substrate, a display unit displaying a two-dimensional observation image obtained by the microscope unit, and a two-dimensional observation image displayed on the display unit The mass spectrometry method according to any one of claims 1 to 4, further comprising setting means for setting a mass analysis position or a range thereof.