JP4895534B2 - 中赤外光−紫外光発生装置 - Google Patents
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Description
TOFMS(飛行時間型質量分析法)とは、正電位V0に置かれたサンプルスライド上で様々の大きさの正イオンが発生すると、接地されたグリッドにより引き出されて、エネルギー保存則により決まる速度Vを持って検出器まで飛行するが、どのイオンも同じ電位差V0が作用するので、質量電荷比m/zが小さいイオンほど短い時間で検出器に到達する現象を利用して、質量分析を行うものである。
この方法によると、生物の細胞膜を構成するタンパク質や病気の原因となるタンパク質など各種の不溶性タンパク質についてもイオン化して質量測定することができるので、病理研究などに大きく貢献することが期待できる。
特許文献1記載の波長可変赤外光レーザ発生装置はFELと比較すれば極めて小型で簡便に操作することができるが、紫外光と関係付けて照射タイミングを決めることは簡単でない。
たとえば、特許文献2には、母材を有機金属と接触させておいて、ここに紫外レーザ光と可視から赤外の範囲に波長があるレーザ光を同時に照射することにより金属を堆積させて回路パターンを形成する金属堆積方法が開示されている。
開示方法は、有機金属蒸気を紫外レーザ光で解離させて基板上に金属を堆積させながら、有機金属蒸気が顕著な熱解離を生じない範囲で十分に大きな強度の赤外あるいは可視レーザ光を基板に照射するもので、金属の尾基板への付着強度が大きくしかも堆積の厚みやパターンの制御性に優れた金属堆積が可能になる。
特許文献2には、赤外光や各種レーザ光を活用して色々な金属を堆積させることができることが記載されている。
Y. Naito et al., "Matrix-assisted laser desorption/ionization of protein samples containing a denaturant at high concentration using a mid-infrared free-electron laser(MIR-FEL)", International Journal of Mass Spectrometry 241 (2005) pp.49-56
また、特に、マトリックス支援脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI−TOFMS)において中赤外光と紫外光を一緒に照射することにより高分子、特に不溶性たんぱく質試料の質量分析を可能にする方法に利用できる簡便な中赤外光−紫外光発生装置を提供することである。
本発明の装置によれば、同じ出力源から供給される励起レーザを分岐して、一方の分岐レーザ光で赤外光を得、他方で紫外光を得て、一緒に対象物に照射することができるので、異なる波長の光を吸収して振動励起する異なる成分を含む対象物に対して有効な光学作用を生じさせることができる。
本発明の装置によれば、波長可変赤外光発生装置から得られる波長5〜14μmの中赤外範囲で選択した差周波光(DFG)と、波長1.064μmのNd:YAGレーザを同期させて一緒に対象物に照射することができるので、異なる波長の光を吸収して振動励起する異なる成分を含む対象物に対して有効な作用を生じさせることができる。
したがって、本発明の中赤外光−紫外光発生装置において、第3高調波以上の紫外光を取り出して波長可変中赤外光DFGと一緒に照射するようにすれば、不溶性たんぱく質などの高質量物質も容易に質量分析が可能になった新しいMALDI−TOFMSに利用することができる。
そこで、分岐Nd:YAGレーザ光の光路中、または中赤外光の光路中に遅延光路を設けて、光路長差を調整するようにしてもよい。光路長差を調整することにより、紫外光と中赤外光がそれぞれ対応する成分に作用するタイミングをずらして、総合的に良好な効果を得られるようにすることができる。
そこで、第2ダイクロイックミラーを光路中に抜き差しできる機構を設けて、光路から待避させると、緑色を呈する第2高調波も紫外光と一緒に光路に沿って出射するので、光路が人の目に見えるようになり、この緑色光を利用して光学素子の位置決めを楽に行うことができる。
差周波発生用非線形光学結晶から出射する光には、DFG光の他にNd:YAGレーザ光とCr:forsteriteレーザ光が含まれる。ブリュースター型Geフィルタは、Cr:forsteriteレーザの約80%を反射し、残った約20%とNd:YAGレーザをフィルタ内で吸収するので、出射位置にブリュースター型Geフィルタを配置することによって、DFG光のみ射出されるようになる。
波長可変赤外光発生装置から出射されるDFG光も人の目に見えないため、光学素子を配設するときに困難がある。可視光レーザをDFG光と同じ光路を通るようにすれば、人の目に見える光を介して位置調整をすることができるので、困難が解消される。
図1は本発明の中赤外光−紫外光発生装置の1実施例を表す構成図、図2は本実施例において、紫外光の光路を可視化する機構を説明する概念図、図3は本実施例において、中赤外光の光路を可視化する機構を説明する概念図である。
Cr:forsteriteレーザ部21に入射したパルスレーザはレンズで構成されたテレスコープにより所定のビーム径を持つように調整された後、ビームスプリッターで分割されてCr:forsteriteレーザ結晶24の両側面に入射して両サイド励起する。
Cr:forsteriteレーザは、1.15〜1.35μmの範囲で波長を選択することができ、シグナル光として差周波発生用非線形光学結晶3に供給される。
差周波発生用非線形光学結晶3から放射される差周波光は、基本的にポンプ光の波長変換作用によって発生するもので、差周波光のエネルギーはポンプ光のエネルギーに依存する。また、差周波光の周波数はポンプ光とシグナル光の周波数差であるから、シグナル光の周波数を変化させることにより調整することができる。
高調波発生器5は、KTP、BBO,その他の非線形光学結晶51,53とダイクロイックミラー52,54を用いて構成されたもので、非線形光学結晶で入射光の高調波を生成し、ダイクロイックミラーで目的の高調波を選択して出力する。
高調波発生器5は、第1非線形光学結晶51と第1ダイクロイックミラー52と第2非線形光学結晶53と第2ダイクロイックミラー54を直列に配置して構成されている。
第1ダイクロイックミラー52は、波長1064nmの光を反射して光路外に放出し、波長532nmの第2高調波光を透過する。第2ダイクロイックミラーは、第2高調波光を反射して光路外に放出し、波長266nmの第4高調波光を透過する。
紫外光の光路は人の目に見えないため、光学素子の位置決めには大変な苦労がある。
非線形光学結晶31から出射する光には、DFG光の他にNd:YAGレーザ光とCr:forsteriteレーザ光が含まれる。
ブリュースター型Geフィルタ32は、入射するCr:forsteriteレーザの約80%を反射し、残った約20%とNd:YAGレーザをフィルタ内で吸収するので、出射位置にブリュースター型Geフィルタを配置することによって、DFG光のみ射出されるようになる。
波長可変赤外光発生装置から出射されるDFG光も人の目に見えないため、光学素子を配設するときに困難があるが、可視光レーザをDFG光と同じ光路を通るようにすれば、可視光に基づいて容易に光学素子の位置調整をすることができる。
紫外光は、MALDIのサンプルを混入するマトリックスの吸収特性に合わせられていて、被測定対象物に照射するとマトリックスに吸収されて電子励起によりマトリックスが急速気化するときに、サンプルを随伴して放散させると共にイオン化する。
また中赤外光は、サンプルを溶解する溶剤の吸収特性に適合させてあって、被測定対象物に照射すると溶剤に吸収され振動励起してサンプルである高質量高分子の単離に寄与する。このように、紫外光と中赤外光は作用する相手が異なるので、相互のタイミングにより分析効率が異なる可能性が高い。
紫外光と中赤外光の光路長差を調整することにより、紫外光と中赤外光がそれぞれ対応する成分に作用するタイミングをずらして、総合的に良好な質量分析を行えるようにする。
なお、遅延光路は、中赤外光の光路中に設けてもよい。また、紫外光の光路と中赤外光の光路の両方に設ければ、調整範囲が拡大してより自由なタイミング選択が可能になる。
なお、実施例の中赤外光−紫外光発生装置は、発明を実施するための最良の形態としての例示であって、課題を解決するための手段をこれに制約するものではないことは言うまでもない。
2 Cr:forsteriteレーザ装置
21 Cr:forsteriteレーザ部
22 励起用Nd:YAGレーザ装置
23 パルス発生装置
24 Cr:forsteriteレーザ結晶
25 分光プリズム
26 反射鏡
27 出力鏡
3 差周波発生用非線形光学結晶
31 非線形光学結晶
32 Geフィルター
4 ビームスプリッター
5 高調波発生器
51 第1非線形光学結晶
52 第1ダイクロイックミラー
53 第2非線形光学結晶
54 第2ダイクロイックミラー
6 遅延光路
7 可視光レーザ装置
Claims (7)
- 紫外光と中赤外光を被検物に照射して質量分析を行う質量分析装置に適用可能な中赤外光−紫外光発生装置であって、
励起レーザ光を出力する励起レーザ装置と、
該励起レーザ光の光路中に配備された分岐器と、
該分岐器で分岐された第1の分岐レーザ光を励起光源として中赤外光を得る赤外レーザ発生装置と、
高調波発生器を備えて前記分岐器で分岐された第2の分岐レーザ光の高調波から紫外光を得る紫外レーザ発生装置と、
前記中赤外光と前記紫外光の少なくとも一方の光路中に設けられ、前記中赤外光と前記紫外光の光路長差を変化させることにより前記被検物に対する前記中赤外光及び前記紫外光の照射タイミングを調整する遅延光路とを備える、
中赤外光−紫外光発生装置。 - 前記励起レーザ装置がNd:YAGレーザ光を出力するNd:YAGレーザ発生装置であり、前記赤外レーザ発生装置が、Cr:forsteriteレーザと非線形光学結晶を備えて、前記Nd:YAGレーザ光と前記Cr:forsteriteレーザから出力された波長可変レーザ光を前記非線形光学結晶に入射して混合し差周波発生により中赤外光を得るものであり、さらに前記紫外レーザ発生装置が、前記第2分岐レーザ光の光路中に備えた高調波発生器で前記第2分岐レーザ光の高調波を紫外光として出力するものであることを特徴とする請求項1記載の中赤外光−紫外光発生装置。
- 前記高調波発生器が非線形光学素子を利用して入射光の高調波光を発生することを特徴とする請求項1または2記載の中赤外光−紫外光発生装置。
- 前記高調波発生器は、直列に配置された、第1の非線形光学素子と、第1のダイクロイックミラーと、第2の非線形光学素子と、該第2の非線形光学素子から入射する光のうち可視光を反射しかつ紫外光を透過する第2のダイクロイックミラーとを含み、
さらに、前記第2ダイクロイックミラーを光路から待避させることにより前記可視光及び前記紫外光を出力する機構を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の中赤外光−紫外光発生装置。 - 前記非線形光学結晶の出力位置にブリュースター型Geフィルタを配置したことを特徴とする請求項2および請求項2を引用する請求項3と4のうちのいずれか1項に記載の中赤外光−紫外光発生装置。
- 前記波長可変赤外レーザ発生装置に可視光レーザ装置を備えて、該可視光レーザ装置から出力される可視光レーザを前記ブリュースター型Geフィルタの出力側で反射させ、該可視光レーザが前記波長可変レーザ光と同じ光路を通るように配設したことを特徴とする請求項5記載の中赤外光−紫外光発生装置。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の中赤外光−紫外光発生装置により発生する中赤外光と紫外光を被検物に照射して質量分析することを特徴とするマトリックス支援脱離イオン化飛行時間型質量分析装置。
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