JP7424578B2 - 撮像ユニット、質量分析装置、及び質量分析方法 - Google Patents
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Description
図1は、質量分析装置1の概略図である。図1に示されるように、質量分析装置1は、試料台2と、照射部3と、撮像ユニット4と、制御部5と、データ処理部6と、を備えている。質量分析装置1は、レーザ脱離イオン化(Laser Desorption/Ionization、LDI)法、表面支援レーザ脱離イオン化(SALDI:Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization)法、マトリックス支援レーザ脱離イオン化(MALDI:Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization)法、及び2次イオン質量分析(SIMS)法等の質量分析法に用いられる。また、質量分析装置1は、浜松ホトニクス社製のイオン化支援基板DIUTHAME(ジュテーム)を用いた質量分析法に用いられてもよい。
次に、図1及び図4を参照して、質量分析装置1を用いた試料Sの質量分析方法について説明する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、制御部5が、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像部43に撮像処理を実行させる例を示したが、この限りではない。図5は、シャッター機構432の制御の第1変形例を示す図である。図5の(a)は、基準点R1を示す図である。図5の(b)は、1回のイベントにおけるシャッター機構432の開閉のタイミングを示す図である。図5に示されるように、制御部5は、照射部3によるエネルギー線L1の1回の照射に対応する1回のイベント内で、複数の成分S1(成分S10,S20,S30,S40)のそれぞれに対応する蛍光L2が撮像部43に到達するタイミングでシャッター機構432の開閉を複数回行ってもよい。つまり、制御部5は、1回のイベントにおいて、複数の成分S1に対応する複数の蛍光L2を撮像部43に撮像させてもよい。これにより、1回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分S1に対応する蛍光L2の撮像を1回のイベントにおいて効率よく行うことができる。シャッター機構432の開閉の間隔を、例えば1μs、1.5μs又は500ns等の互いに異なる値に設定することができる。
図6は、シャッター機構432の制御の第2変形例を示す図である。図6の(a)は、基準点R1を示す図である。図6の(b)及び(c)のそれぞれは、第1イベント及び第2イベントのそれぞれにおけるシャッター機構432の開閉のタイミングを示す図である。図6の(d)は、特定成分に対応する蛍光L2を撮像するためのシャッター機構432の開閉のタイミングの目標値を示す図である。
図7は、撮像ユニットの第1変形例(撮像ユニット4A)を示す図である。撮像ユニット4Aは、光学リレーレンズ(接続部)45と、イメージインテンシファイア433を更に有している点で撮像ユニット4と相違している。撮像ユニット4Aでは、撮像部43は、固体撮像素子431とイメージインテンシファイア433と、を有している。固体撮像素子431は、イメージインテンシファイア433の後段に配置されている。つまり、固体撮像素子431は、イメージインテンシファイア433に対して蛍光体42とは反対側に配置されている。イメージインテンシファイア433は、シャッター機構434を有している。
図8は、撮像ユニットの第2変形例(撮像ユニット4B)を示す図である。撮像ユニット4Bは、光学リレーレンズ45の代わりにFOP(ファイバオプティカルプレート、接続部)46を有している点で撮像ユニット4Aと相違している。FOP46は、イメージインテンシファイア433と固体撮像素子431との間に配置されている。FOP46は、イメージインテンシファイア433及び固体撮像素子431を光学的に接続している。具体的には、撮像ユニット4Bは、FOP46を固体撮像素子431上にカップリングした構成を有する。FOP46は、例えば、幅が数μm程度の光ファイバーを数百万本束ねることによって形成された光学デバイスである。このような構成によれば、撮像ユニット4Bの構成(イメージインテンシファイア433と固体撮像素子431との接続部分の構成)をコンパクト化できると共に、接続部として光学レンズを用いる場合よりも光学調整が容易となり且つ光量を向上させることができる。
図9は、撮像ユニットの第3変形例(撮像ユニット4C)を示す図である。撮像ユニット4Cは、光学レンズ44の代わりにFOP(接続部)47を有している点、及び、蛍光体42の代わりに蛍光体42Cを有している点で撮像ユニット4と相違している。蛍光体42Cは、基板421を有していない点で蛍光体42と相違している。つまり、蛍光体42Cは、蛍光層422のみによって構成されている。FOP47は、蛍光体42Cと撮像部43との間に配置されている。蛍光体42Cは、FOP47における撮像部43とは反対側の一方の面47aに形成されている。蛍光体42Cは、例えば、板状(ブロック状)又は液体状のプラスチックシンチレータからなる蛍光材料をFOP47の一方の面47a上に塗布し乾燥させることによって形成することができる。或いは、蛍光体42Cは、例えば、ZnOからなる粉体の蛍光材料をFOP47の一方の面47a上に塗布することによって形成されてもよい。後者の場合の蛍光体42Cの厚さは、例えば2μm~8μm程度である。FOP47の他方の面(一方の面47aとは反対側の面)47bは、撮像部43に接続されている。FOP47は、蛍光体42C及び撮像部43を光学的に接続している。撮像ユニット4Cによれば、簡単な構成で蛍光体42C及び撮像部43を光学的に接続することができる。
図10は、撮像ユニットの第4変形例(撮像ユニット4D)を示す図である。撮像ユニット4Dは、光学レンズ44の代わりにFOP47を有している点、及び、蛍光体42の代わりに蛍光体42Cを有している点で撮像ユニット4Aと相違している。FOP47は、蛍光体42Cと撮像部43のイメージインテンシファイア433との間に配置されている。FOP47の他方の面47bは、イメージインテンシファイア433に接続されている。FOP47は、蛍光体42C及びイメージインテンシファイア433を光学的に接続している。
図11は、撮像ユニットの第5変形例(撮像ユニット4E)を示す図である。撮像ユニット4Eは、光学リレーレンズ45の代わりにFOP46を有している点で撮像ユニット4Dと相違している。
図12は、撮像ユニットの第6変形例(撮像ユニット4F)を示す図である。撮像ユニット4Fは、光学レンズ44の代わりにFOP(接続部)48を有している点で撮像ユニット4と相違している。FOP48は、蛍光体42と撮像部43との間に配置されている。FOP48は、蛍光体42及び撮像部43に接続されている。FOP48は、蛍光体42及び撮像部43を光学的に接続している。撮像ユニット4Eの構成は、蛍光層422をFOP48に直接形成することが困難な場合に有効である。具体的には、撮像ユニット4Eの構成を採用する場合には、まず、蛍光層422を基板421の表面に形成し、研磨によって基板421を薄化することで蛍光体42を形成することができる。続いて、蛍光体42をFOP48に張り付けることができる。
図13は、撮像ユニットの第7変形例(撮像ユニット4G)を示す図である。撮像ユニット4Gは、光学レンズ44の代わりにFOP48を有している点で撮像ユニット4Aと相違している。FOP48は、蛍光体42とイメージインテンシファイア433との間に配置されている。FOP48は、蛍光体42及びイメージインテンシファイア433に接続されている。FOP48は、蛍光体42及びイメージインテンシファイア433を光学的に接続している。
図14は、撮像ユニットの第8変形例(撮像ユニット4H)を示す図である。撮像ユニット4Hは、光学レンズ44の代わりにFOP48を有している点で撮像ユニット4Bと相違している。FOP48は、蛍光体42とイメージインテンシファイア433との間に配置されている。FOP48は、蛍光体42及びイメージインテンシファイア433に接続されている。FOP48は、蛍光体42及びイメージインテンシファイア433を光学的に接続している。
Claims (12)
- イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、前記イオン化試料に応じて電子を放出するマイクロチャンネルプレートと、前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置され、前記マイクロチャンネルプレートから放出された前記電子に応じて光を発する蛍光体と、前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備える撮像ユニットと、
前記試料が載置される試料台と、
前記試料に対してエネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する照射部と、
前記シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、
前記撮像部によって撮像された画像のデータを処理するデータ処理部と、を備え、
前記蛍光体の残光時間は、12ns以下であり、
前記制御部は、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
前記制御部は、
前記照射部による前記エネルギー線の1回の照射に対応する第1イベントにおいて、n個(nは2以上の整数)の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第1期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
前記第1イベントとは異なる第2イベントにおいて、前記n個の前記成分から特定成分を除いたn-1個の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第2期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
前記データ処理部は、前記第1イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像と前記第2イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像との差分に基づいて、前記特定成分に対応する画像を取得する、質量分析装置。 - 前記撮像部は、前記シャッター機構を有するイメージインテンシファイアと前記イメージインテンシファイアの後段に配置される固体撮像素子とを有する、請求項1に記載の質量分析装置。
- 前記蛍光体の蛍光材料は、GaN、ZnO又はプラスチックシンチレータである、請求項1又は2に記載の質量分析装置。
- 前記蛍光体と前記撮像部とを光学的に接続する接続部、を更に備え、
前記接続部は、レンズ又はファイバオプティカルプレートである、請求項1~3のいずれか一項に記載の質量分析装置。 - 前記接続部は、ファイバオプティカルプレートであり、
前記蛍光体は、前記ファイバオプティカルプレートにおける前記撮像部とは反対側の一方の面に形成され、
前記ファイバオプティカルプレートにおける前記一方の面とは反対側の他方の面は、前記撮像部に接続されている、請求項4に記載の質量分析装置。 - 前記制御部は、前記エネルギー線が照射された時点を基準とする前記シャッター機構の開閉のタイミング、前記試料台と前記マイクロチャンネルプレートとの距離、及び前記イオン化試料の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、前記成分毎のタイミングを設定する、請求項1~5のいずれか一項に記載の質量分析装置。
- イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、前記イオン化試料に応じて電子を放出するマイクロチャンネルプレートと、前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置され、前記マイクロチャンネルプレートから放出された前記電子に応じて光を発する蛍光体と、前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備える撮像ユニットと、
前記試料が載置される試料台と、
前記試料に対してエネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する照射部と、
前記シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
前記蛍光体の残光時間は、12ns以下であり、
前記制御部は、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
前記制御部は、前記照射部による前記エネルギー線の1回の照射に対応する1回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を前記撮像部に実行させ、
前記制御部は、複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記特定成分を変更しながら、前記撮像部に前記撮像処理を実行させる、質量分析装置。 - イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、前記イオン化試料に応じて電子を放出するマイクロチャンネルプレートと、前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置され、前記マイクロチャンネルプレートから放出された前記電子に応じて光を発する蛍光体と、前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備える撮像ユニットと、
前記試料が載置される試料台と、
前記試料に対してエネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する照射部と、
前記シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
前記蛍光体の残光時間は、12ns以下であり、
前記制御部は、前記照射部による前記エネルギー線の1回の照射に対応する1回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を前記撮像部に実行させ、
前記制御部は、複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記撮像処理を前記撮像部に実行させる、質量分析装置。 - エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する第1工程と、
前記エネルギー線の照射によってイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、前記イオン化試料に応じて電子を放出する第2工程と、
前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、前記電子に応じて光を発する第3工程と、
前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、前記光を撮像する第4工程と、
前記撮像部によって撮像された画像のデータを処理する第5工程と、を含み、
前記第4工程においては、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
前記蛍光体の残光時間は、12ns以下であり、
前記第4工程において、
前記照射部による前記エネルギー線の1回の照射に対応する第1イベントにおいて、n個(nは2以上の整数)の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第1期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
前記第1イベントとは異なる第2イベントにおいて、前記n個の前記成分から特定成分を除いたn-1個の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第2期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
前記第5工程において、前記第1イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像と前記第2イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像との差分に基づいて、前記特定成分に対応する画像を取得する、質量分析方法。 - 前記第4工程において、前記エネルギー線が照射された時点を基準とする前記シャッター機構の開閉のタイミング、前記試料が載置される試料台と前記マイクロチャンネルプレートとの距離、及び前記イオン化試料の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、前記成分毎のタイミングを設定する、請求項9に記載の質量分析方法。
- エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する第1工程と、
前記エネルギー線の照射によってイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、前記イオン化試料に応じて電子を放出する第2工程と、
前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、前記電子に応じて光を発する第3工程と、
前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、前記光を撮像する第4工程と、を含み、
前記第4工程においては、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
前記蛍光体の残光時間は、12ns以下であり、
前記第4工程において、
前記照射部による前記エネルギー線の1回の照射に対応する1回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を実行し、
複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記特定成分を変更しながら、前記撮像処理を実行する、質量分析方法。 - エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する第1工程と、
前記エネルギー線の照射によってイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、前記イオン化試料に応じて電子を放出する第2工程と、
前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、前記電子に応じて光を発する第3工程と、
前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、前記光を撮像する第4工程と、を含み、
前記第4工程においては、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
前記蛍光体の残光時間は、12ns以下であり、
前記第4工程において、
前記照射部による前記エネルギー線の1回の照射に対応する1回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を前記撮像部に実行させ、
複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記撮像処理を前記撮像部に実行させる、質量分析方法。
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