イオンの抽出方法およびその装置
【課題】レーザーアブレーションにより生成した分子を構成する構成原子のイオンを、後段の分析や解析で良好な結果が得られるように抽出する。
【解決手段】分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出方法であって、逆電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンを減速した後に、順電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速することによりバックグラウンドイオンを除去して上記所定のイオンを抽出する。
【解決手段】分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出方法であって、逆電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンを減速した後に、順電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速することによりバックグラウンドイオンを除去して上記所定のイオンを抽出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンの抽出方法およびその装置に関し、さらに詳細には、例えば、質量分析などの分子の分析に用いて好適なイオンの抽出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物理・化学の分野や医学・生化学などのライフサイエンスの分野など幅広い分野において分子の分析に用いられている質量分析法の原理は、試料を様々な方法でイオン化して、イオン化により得られたイオンを質量／電荷に従って分離し、分離した各イオンの強度を測定するというものである。
【０００３】
こうした質量分析法において、イオンを抽出する手法としては、例えば、ナノ秒レーザーアブレーションと共鳴イオン化レーザーとを利用した方法が知られている。この方法は、試料にナノ秒レーザー光を照射し、ナノ秒レーザーアブレーションによって原子化した固体試料の蒸気が拡散してくるタイミングで、アブレーション雲に共鳴イオン化レーザーを照射して、特定の元素の中性原子をイオン化し、正電場で引き出すことによりイオンを抽出するというものである。
【０００４】
しかしながら、上記したイオンの抽出の手法によれば、波長を固定した共鳴イオン化レーザーにより元素を選択的にイオン化するため、１回のレーザー照射により全てがアブレーションされて吹き飛ばされる試料スポットに関しては、多種類の元素が同時に検出されるようになって定量することができないという問題点があった。
【０００５】
また、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などの微量元素分析法で通常用いられているイオンの抽出の手法は、イオンビーム照射やレーザーアブレーションにより生成されたイオンを順電場加速により一方向へ引き出すというものである。
【０００６】
しかしながら、上記したイオンの抽出の手法によれば、クラスターイオンが多く生成されることになり、従って、アブレーション領域へ順電場を与えてイオンを引き出すと、これらのクラスターイオンがバックグラウンドとなって微量元素分析を妨げる恐れがあるという問題点があった。
【０００７】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザーアブレーションにより生成した分子を構成する構成原子のイオンを、後段の分析や解析で良好な結果が得られるように抽出することを可能にしたイオンの抽出方法およびその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、イオンに対して逆電場と順電場とを順次に作用させることにより、逆電場でイオンを減速するとともに、当該減速したイオンの中から所望のイオンを順電場で加速するようにしたものである。
【００１０】
従って、本発明によれば、バックグラウンドイオンを除去して所望のイオンを抽出することができる。
【００１１】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出方法であって、逆電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンを減速した後に、順電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速することによりバックグラウンドイオンを除去して上記所定のイオンを抽出するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記プラズマに逆電場を作用させて上記プラズマを減速するとともに、上記プラズマに順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記プラズマを構成するイオンを加速するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と上記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、上記シース部に逆電場が作用して上記プラズマを減速するとともに、上記シース部に順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記シース部を構成するイオンのみを加速するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記アブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、上記クラスターイオンに逆電場を作用させて上記クラスターイオンを減速し、上記バックグラウンドイオンとして上記クラスターイオンを除去するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記超短パルスレーザー光は、フェムト秒レーザー光、ピコ秒レーザー光またはナノ秒レーザー光であるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出装置において、分析対象に超短パルスレーザー光を照射する超短パルスレーザー装置と、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンを減速する逆電場を生成する逆電場生成手段と、上記逆電場生成手段により生成された逆電場により減速されたイオンに対して作用させて上記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速する順電場を生成する順電場生成手段とを有するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項６に記載の発明において、上記逆電場生成手段は、上記分析対象に隣接して配置されるとともに第１の電圧が印加される第１の電極と、上記第１の電極から所定の第１の間隔を開けて配置されるとともに第２の電圧が印加される第２の電極とを有して構成され、上記順電場生成手段は、上記第２の電極と、上記第２の電極から所定の第２の間隔を開けて配置されるとともに第３の電圧が印加される第３の電極とを有して構成されるようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項６または７に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記逆電場生成手段は、上記プラズマに逆電場を作用させて上記プラズマを減速し、上記順電場生成手段は、上記プラズマに順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記プラズマを構成するイオンを加速するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項６または７に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と上記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、上記逆電場生成手段は、上記シース部に逆電場を作用させて上記プラズマを減速し、上記順電場生成手段は、上記シース部に順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記シース部を構成するイオンのみを加速するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項６または７に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、上記逆電場生成手段は、上記クラスターイオンに逆電場を作用させて上記クラスターイオンを減速するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、本発明のうち請求項６、７、８、９または１０のいずれか１項に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置は、フェムト秒レーザー光を照射するフェムト秒レーザー装置、ピコ秒レーザー光を照射するピコ秒レーザー装置またはナノ秒レーザー光を照射するナノ秒レーザー装置であるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項１２に記載の発明は、本発明のうち請求項６、７、８、９、１０または１１のいずれか１項に記載の発明において、上記逆電場の電位差は、０〜１０ｋＶであるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項１３に記載の発明は、本発明のうち請求項７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の電圧、上記第２の電圧および上記第３の電圧は、それぞれ５０ｋＶ以下であるようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項１４に記載の発明は、本発明のうち請求項７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の間隔は１〜２０ｍｍであり、上記第２の間隔は１〜３０ｍｍであり、上記第１の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、上記第２の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、上記第３の電圧は０Ｖであり、上記第１の電圧より上記第２の電圧が大きいようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項１５に記載の発明は、本発明のうち請求項１４に記載の発明において、上記第１の間隔は６ｍｍであり、上記第２の間隔は１２ｍｍであり、上記第１の電圧は＋４６００Ｖであり、上記第２の電圧は＋５０００Ｖであり、上記第３の電圧は０Ｖであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるイオンの抽出方法およびその装置は、レーザーアブレーションにより生成した分子を構成する構成原子のイオンを、後段の分析や解析で良好な結果が得られるように抽出することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２８】
図１には、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置の実施の形態の一例として、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を実施した分子の質量分析を行う分析装置の構成の一例を表す概念構成説明図が示されている。
【００２９】
この分析装置１０は、所定の真空度に設定可能な真空槽１２を備えている。そして、この真空槽１２内には、分析対象たる試料１００が配置されるイオン源部１４と、イオン源部１４の後段に配置された質量分析器１６とが設けられており、イオン源部１４ならびに質量分析器１６内は、真空槽１２により設定された真空度に維持されている。
【００３０】
さらに、分析装置１０は、超短パルスレーザー光を発生して試料１００へ照射する超短パルスレーザー装置１８を備えている。
【００３１】
ここで、分析装置１０において分析の対象となる試料１００としては、例えば、ＤＮＡ、蛋白質、アルブミン、ＲＮＡ、ＰＮＡ、脂質、糖などの各種の高分子、さらに、当該高分子に単数または複数の同位体元素で標識したもの、あるいは、生体組織切片、塗抹試料（血液、喀痰）、培養細胞などの生体試料など様々なものがある。つまり、試料１００としては、溶液試料や固体試料、あるいは、無機分子、有機分子、生体分子など、その形態や元素の種類に依存せずに各種物質を用いることができる。
【００３２】
そして、イオン源部１４には、上記したような試料１００が配設されるものであるが、より詳細には、表面に試料１００を添設した試料基板２０を固定的に支持するとともに所定の電圧Ｖ１が印加される第１の電極としての試料ホルダー２２と、試料ホルダー２２における試料基板２０が支持される側と所定の間隔Ｗ１を有して対面するように平行して配設されるとともに所定の電圧Ｖ２が印加されるイオンの引き出し口となる第２の電極としての第１メッシュ電極２４とが配設されている。
【００３３】
なお、イオン源部１４の後段の質量分析器１６内には、所定の電圧Ｖ３が印加される第３の電極としての第２メッシュ電極２６が、イオン源部１４の第１メッシュ電極２４と所定の間隔Ｗ２を有して対面するように平行して配設されている。
【００３４】
これら一対の第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６とは、それぞれ同一の構成を備えており、例えば、メッシュ穴径５００μｍのメッシュ電極を用いることができる。
【００３５】
即ち、この分析装置１０においては、イオン源部１４の第１メッシュ電極２４を間に挟み込むようにして、第１メッシュ電極２４の一方の面２４ａと所定の間隔Ｗ１を有して試料ホルダー２２が配置され、第１メッシュ電極２４の他方の面２４ｂと所定の間隔Ｗ２を有して第２メッシュ電極２６が配置されている。
【００３６】
そして、イオン源部１４内の第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の空間Ｅ１が、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを減速する逆電場となり、かつ、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の質量分析器１６内の空間Ｅ２が、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを加速する順電場となるように、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を所定の電圧に設定し、試料ホルダー２２ならびに一対の第１メッシュ電極２４および第２メッシュ電極２６にそれぞれ所定の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加されるように設計されている。
【００３７】
また、第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の間隔Ｗ１ならびに第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の間隔Ｗ２は、空間Ｅ１が逆電場となり空間Ｅ２が順電場となる範囲内でそれぞれ寸法設定されている。
【００３８】
なお、分析装置１０のその他の構成についてさらに詳細に説明すると、真空槽１２は、例えば、１０−８〜１０−６Ｔｏｒｒの真空度に設定可能なものであり、この実施の形態においては、１×１０−６Ｔｏｒｒの真空度に設定されているものとする。
【００３９】
また、イオン源部１４の後段に位置する質量分析器１６には、上記したように第２メッシュ電極２６が配設されている。この質量分析器１６としては、例えば、図１に示すようにリフレクター（Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１６ａやＭＣＰイオン検出器１６ｂを備えた反射型飛行時間質量分析器（ＴＯＦ質量分析器）を用いることができる。
【００４０】
また、超短パルスレーザー装置１８としては、フェムト秒レーザーなどのような、例えば、パルス時間幅が１フェムト秒以上１ピコ秒以下であり、尖頭値出力が１メガワット以上１０ギガワット以下である超短パルスレーザー光を照射可能なものを用いることができる。
【００４１】
より詳細には、こうした超短パルスレーザー装置１８は、例えば、チタンサファイアレーザーにより構成され、以下に示すようなパラメータを備えているものを用いることができる。即ち、
ピーク幅（パルス時間幅）：〜１２０ｆｓ（フェムト秒）
出力 ：５０〜４８０μＪ（マイクロジュール）
（尖頭値出力：０．５〜４ＧＷ（ギガワット））
波長 ：〜８００ｎｍ（ナノメートル）
繰り返し ：１ｋＨｚ（キロヘルツ）
そして、超短パルスレーザー装置１８から照射された超短パルスレーザー光は、大気中に配設されたフォーカスレンズ（図示せず。）やミラー（図示せず。）や非線形結晶（図示せず。）などの光学系を介して、試料１００上へ集光される。なお、超短パルスレーザー装置１８から出射された超短パルスレーザー光を集光するフォーカスレンズの焦点距離は、例えば、２５ｃｍに設定されている。
【００４２】
以上の構成において、上記した分析装置１０を用いて実際に質量分析を行った実験結果について説明する。
【００４３】
なお、この実験においては、超短パルスレーザー装置１８として、パルス幅は１２０フェムト秒、波長は８００ｎｍ、強度は６００μＪ／ｐｕｌｓｅのフェムト秒レーザー光を出射するフェムト秒レーザー装置を用いた。また、質量分析器１６については、図１に示す反射型飛行時間質量分析器を用いた。
【００４４】
一方、試料１００として、硝酸Ｅｕ溶液、１ｍｇ／ｍＬ、１０μＬ／４ｍｍφを用い、また、試料基板２０としてシリコンウェハーを用いており、この試料基板２０に試料１００を固定した。
【００４５】
なお、試料１００の調整は、次のようにして行った。即ち、上記した硝酸Ｅｕ溶液をスライドガラスの形状（７５×２５×１ｍｍ）のシリコンウェハーよりなる試料基板２０に滴下し、真空容器内で瞬間的に蒸発させて固相化する。
【００４６】
こうした方法により、均一、かつ、超短パルスレーザー装置１８から出射された超短パルスレーザー光の１ショットのスポット当たり１０１３程度のＥｕの濃度で、４ｍｍφの面積を覆う試料１００が１つ以上固定された試料基板２０を作ることができる。
【００４７】
上記のようにして作成した試料１００を、試料基板２０とともに、イオン源部１４内の試料ホルダー２２に装着し、真空槽１２内を真空に引いて、真空槽１２内の真空度を１×１０−６Ｔｏｒｒに設定する。
【００４８】
また、第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間隔Ｗ１を６ｍｍとし、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間隔Ｗ２を１２ｍｍとする。
【００４９】
さらに、イオン源１４内の試料ホルダー２２には電圧Ｖ１として＋４６００Ｖの電圧を印加し、イオン源１４内の第１メッシュ電極２４には電圧Ｖ２として＋５０００Ｖの電圧を印加し、質量分析器１６内の第２メッシュ電極２６には電圧Ｖ３として０Ｖを設定する。
【００５０】
上記のようにして電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を設定すると、第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の空間Ｅ１は、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを減速する逆電場となり、一方、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の空間Ｅ２は、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを加速する順電場となる。
【００５１】
そして、超短パルスレーザー装置１８から出射された超短パルスレーザー光を、フォーカスレンズや非線形結晶などの光学系により、イオン源部１４内の試料１００上に集光して、試料１００をアブレーションする。
【００５２】
この際に、超短パルスレーザー光として、パルス幅は１２０フェムト秒、波長は４００ｎｍ、強度は２００μＪ／ｐｕｌｓｅのフェムト秒レーザー光が出射されることになる。この実験においては、超短パルスレーザー装置１８から出射されるフェムト秒レーザー光を、試料１００に対して１ショット（１パルス）だけ照射した。
【００５３】
この実験においては、上記した試料１００への超短パルスレーザー光の照射により発生されてイオン源部１４から出たイオンの質量を、イオン源部１４の直後に接続された質量分析器１６によって飛行時間法で測定した。
【００５４】
ここで、図２には、試料１００に超短パルスレーザー装置１８から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合を模式的に示す説明図が示されている。
【００５５】
試料基板２０に固定されている試料１００にフェムト秒レーザー光が照射されると、試料基板２０の法線方向を中心に速い速度でイオンの塊であるプラズマ２００が飛び出してくる。
【００５６】
このプラズマ２００は、フェムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより発生される特有のプラズマであり、中心部２００ａと当該中心部２００ａの外周側に位置する周辺部たるシース部２００ｂとでは異なる性質を有するものである。
【００５７】
より詳細には、プラズマ２００は高密度中性プラズマとなっており、イオン密度が非常に高くなっている高密度領域たる中心部２００ａには外部電場が作用せず、中心部２００ａは外部電場がかからない領域となっている。一方、プラズマ２００の外周のシース部２００ｂは、イオン密度が低くなっていて外部電場が作用し、外部電場がかかる領域となっている。
【００５８】
また、プラズマ２００は外部電場に対して集団として運動するものであり、有効電荷は全体の正電荷の数％程度である。
【００５９】
試料１００にフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションすることにより、こうした特有のプラズマ２００が試料１００から飛び出すこととなるが、この際に、試料１００を固定した試料基板２０を支持する試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１は逆電場となっているので、この外部電場たる逆電場がプラズマ２００の外部電場のかかる領域であるシース部２００ｂに作用する。
【００６０】
即ち、空間Ｅ１には上記したように逆電場がかかっているので、プラズマ２００の中心部２００ａは高密度中性プラズマで外部電場のかからない領域であるものの、逆電場がプラズマ２００のシース部２００ｂに作用して、プラズマ２００全体が一つの塊として集団運動し、プラズマ２００は試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１に留まるようになる。つまり、プラズマ２００は、フェムト秒レーザー光の照射により試料１００から速い速度で飛び出すものの、そのシース部２００ｂが空間Ｅ１の逆電場の影響を受けるので、この逆電場によりプラズマ２００全体が減速して空間Ｅ１に押し留められるようになる。
【００６１】
上記のようにして、試料ホルダー２２に電圧Ｖ１を印加するとともに第１メッシュ電極２４に電圧Ｖ２を印加することにより空間Ｅ１に生起された適当な逆電場によって、プラズマ２００は試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１に押し留められることになるが、この際に、プラズマ２００の外周側に位置するシース部２００ｂ部分だけが第１メッシュ電極２４から空間Ｅ２側に出るように、プラズマ２００を押し留めてトラップする。
【００６２】
このようにすると、シース部２００ｂを構成するイオンのみが第１メッシュ電極２４のメッシュ穴を通り抜けて、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の順電場である空間Ｅ２で加速され、プラズマ２００から所定のイオンを引き出して抽出することができる。
【００６３】
つまり、上記した逆電場の作用により、プラズマ２００全体を減速して空間Ｅ１に押し留め、プラズマ２００の外部電場のかからない中心部２００ａを空間Ｅ１に閉じ込め、プラズマ２００の一部としてプラズマ２００の外部電場のかかるシース部２００ｂを構成するイオンのみを第１メッシュ電極２４から突出させて空間Ｅ２で加速して、当該加速したイオンをバックグラウンドイオンの影響を受けることなく質量分析器１６で測定することができる。
【００６４】
ここで、シース部２００ｂに含まれる運動エネルギーの低いクラスターイオンなどは空間Ｅ１から第１メッシュ電極２４を越えることはできず、試料１００の構成原子イオン（例えば、プラスイオンである。）のみが空間Ｅ１から第１メッシュ電極２４を越えて空間Ｅ２で加速されることになり、当該加速されたイオンをバックグラウンドイオンの影響を受けることなくイオン源部１４の後段に位置する質量分析器１６によって検出することができる。
【００６５】
次に、図３には、試料１００に超短パルスレーザー装置１８から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合において、図２に示したプラズマ２００が存在しない状態を模式的に示す説明図が示されている。
【００６６】
以下、この図３に示す状態を説明するが、上記したようにして試料基板２０に固定されている試料１００にフェムト秒レーザー光が照射されると、試料１００の分子はフェムト秒レーザーによるアブレーションにより原子化され、その原子化と同時にイオン化される。
【００６７】
こうして試料１００から飛び出してくる試料１００の構成原子のイオン（例えば、プラスイオンである。）３００は、数百ｅＶもの高いエネルギーを持って試料基板２０の法線方向を中心に飛び出してくるので、試料１００を支持する試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１が逆電場となっていても、それを打ち破って前方に進み、第１メッシュ電極２４を通過して順電場の空間Ｅ２で加速される。
【００６８】
一方、試料基板１００に固定されている試料１００にフェムト秒レーザー光を照射すると、フェムト秒レーザーの１パルス照射によるアブレーションでは試料１００（または試料基板２０）上の照射跡の深さは数十ｎｍに達するので、試料１００からのみならず、試料基板２０からも試料基板２０を構成する原子のイオンが飛び出すことがある。
【００６９】
ただし、こうして試料基板２０から飛び出してくる試料基板２０を構成する原子のイオンは、運動エネルギーが比較的低く、かつ、プラズマ２００中の原子や分子との衝突などによる生成過程でいくらか減速されクラスターイオン（例えば、プラスイオンである。）３０２となっている。このため、フェムト秒レーザーによるアブレーションで試料基板２０から飛び出したクラスターイオン３０２は、試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の逆電場により空間Ｅ１に留められ、第１メッシュ電極２４を通過することはない。
【００７０】
図２ならびに図３を用いて説明したように、イオン源部１４内において第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の空間Ｅ１に生起される逆電場は、空間Ｅ１にプラズマ２００を留めるとともに、空間Ｅ１にエネルギーの低いイオン（例えば、図３に示す試料基板２０のクラスターイオン３０２である。）を留めることができるものである。
【００７１】
そして、プラズマ２００が逆電場によって空間Ｅ１に留まるので、中心部２００ａが電場のかからない高密度中性プラズマで有効電荷が全体の正電荷の数％程度のプラズマ２００であっても、そのまま加速して質量分析ができないという事態を回避することができる。つまり、空間Ｅ１の逆電場には、弱い電荷で電場が本来かからないプラズマ２００を全体として押し留める効果がある（図２を参照する。）。
【００７２】
また、エネルギーの低いイオンが逆電場によって空間Ｅ１に留まるので、エネルギーの高いものだけを選択的に空間Ｅ２に引っ張ることができ、第１メッシュ電極２４を境界に分析したいものだけを取り出し、試料基板２０から飛び出したものなどはバックグラウンドとしてイオン単体でカットすることができる。
【００７３】
つまり、空間Ｅ１の逆電場には、電場のかかる範囲の中で、速度の速いものと遅いものとを弁別する効果がある（図３を参照する。）。
【００７４】
そして、図４には、上記したようにして試料１００にフェムト秒レーザー光を照射した際に質量分析器１６によって測定された試料１００の質量スペクトル（ＴＯＦスペクトル）が示されている。
【００７５】
図４に示す波形Ａが示すように、Ｅｕの同位体である１５１Ｅｕと１５３Ｅｕの２つのピークが検出され、試料基板２０たるシリコンウェハーに由来するバックグラウンドイオンたるＳｉクラスターのＳｉ４とＳｉ５のピークは検出されていない。つまり、波形Ａは、バックグラウンドイオンによるノイズが取り除かれており、試料１００の構成元素の検出が非常に容易である。
【００７６】
なお、波形Ａが取得された際には、ＬＩＦ（レーザー誘起蛍光）法により、イオンの集団であるプラズマが、イオン源部１４の第１メッシュ電極２４にかかるようにして第１メッシュ電極２４周辺に留まっているのが確認され、図２を用いて説明した状態に対応する結果が得られている。
【００７７】
次に、図５に示すＬＩＦ観測装置の構成説明図を参照しながら、上記におけるＬＩＦ測定の方法について説明する。なお、試料としては、基板の上に硝酸サマリウム溶液を塗布したものを用いた。
【００７８】
試料をフェムト秒レーザーアブレーションすると、このフェムト秒レーザーアブレーションにより試料からプラズマが飛び出してくる。
【００７９】
この際に、フェムト秒レーザー照射時を時間の原点として、ある一定時間だけ遅らせて誘起蛍光用の色素レーザー（パルスレーザー）を図５に示すように入射させる。この色素レーザーの形状は、円筒面レンズによりシート状（幅２ｃｍ、厚み１ｍｍ）に形成され、また、色素レーザーの波長は、基底状態にあるＳｍ＋（サマリウムの一価イオン）の誘起蛍光波長である。
【００８０】
そして、Ｓｍ＋の発光をイメージインテンシファイヤー付きＣＣＤカメラで撮影して、プラズマを形成するＳｍ＋の分布の断層写真を撮影する。
【００８１】
ここで、誘起蛍光用の色素レーザーを入れる時間を少しずつ変えていくと、Ｓｍ＋の分布の変化、即ち、どのような速さで試料から飛び出し、外部電場によりどのように減速され、どこに留まるかなどを測定することができる。
【００８２】
図６には、プラズマを減速させて閉じ込めた様子のＬＩＦ画像が示されている。なお、色素レーザーを入れた時間は、フェムト秒レーザーの照射後から１２２５ｎｓ経過後である。
【００８３】
この図６は、外部電場がなければ２００〜４００ｎｓで通過してしまうＳｍ＋が、逆電場により１２２５ｎｓ後もまだ留まっていることを示している。なお、逆電場の大きさは、０．６７ｋＶ／ｃｍで、これは上記した実施の形態に示す分析装置１０における逆電場（６ｍｍの間隔Ｗ１へ４００Ｖの電位差を与えている。）に相当する。
【００８４】
なお、図６中に示した第１メッシュ電極２４の位置は仮想であり、ＬＩＦ観測装置のこの位置へ実際に電極を入れたわけではない。
【００８５】
また、図４に示す波形Ｂは、上記した波形Ａがイオン源１４内の試料ホルダー２２に＋４６００Ｖの電圧を印加していたのに代えて、イオン源１４内の試料ホルダー２２に＋４７００Ｖの電圧を印加した場合に、質量分析器１６によって測定された試料１００の質量スペクトルである。また、図４に示す波形Ｃは、イオン源１４内の試料ホルダー２２に＋５０００Ｖの電圧を印加した場合、即ち、電場を全くかけずに空間Ｅ１が逆電場になっていない場合に、質量分析器１６によって測定された試料１００の質量スペクトルである。
【００８６】
即ち、波形Ａ、波形Ｂならびに波形Ｃは、いずれも第１メッシュ電極２４には＋５０００Ｖの電圧が印加されているものの、試料ホルダー２２に印加されている電圧が異なる場合の測定結果である。なお、波形Ａ、波形Ｂならびに波形Ｃを取得した際には、質量分析器１６の感度などの設定を固定したため、逆電場の各条件に対して質量分解能が異なることがわかる。
【００８７】
この図４に示す波形Ａ、波形Ｂならびに波形Ｃを比較すると、試料１００にフェムト秒レーザー光を１パルス照射する毎に第１メッシュ電極２４を通り抜けてくるイオン群のうち、１５１Ｅｕと１５３Ｅｕの２つのピークはいずれでも検出されるものの、Ｓｉ４とＳｉ５のピークは、波形Ａ、波形Ｂ、波形Ｃの順で大きくなっている。即ち、Ｓｉ４とＳｉ５のピークは、波形Ａが最も小さく、波形Ｃが最も大きくなっている。
【００８８】
つまり、試料基板２０たるシリコンウェハーに由来するＳｉクラスターのバックグラウンドは、逆電位の大きさによって変化し、逆電位が強くなるのに従って減少していることが観察された。波形Ｂや波形Ｃでは、色々な質量のものが重なり合ってしまい、ＴＯＦスペクトルが幅広くなってしまい、試料１００の構成元素の検出が困難なものとなっている。
【００８９】
上記したようにして、本発明によるイオンの抽出方法によれば、分析装置１０において試料１００をフェムト秒レーザーアブレーションにより原子イオン化して質量分析する場合に、アブレーション領域たる空間Ｅ１へ適切な逆電位を印加するようにしたため、クラスターイオンなどのバックグラウンドイオンを大幅にカットできる。このため、本発明によれば、アブレーション雲中で生成したクラスターイオンなどのバックグラウンドを取り除き、試料１００の構成原子イオンのみを抽出して、フェムト秒レーザーアブレーションにより試料表面を原子イオン化して微量元素分析を行う場合、測定質量範囲や検出感度が制限されることがなく、良好な分析結果を得ることができる。
【００９０】
また、本発明によるイオンの抽出方法によれば、上記「背景技術」の項に記載したナノ秒レーザーアブレーションと共鳴イオン化レーザーとを利用した手法に比べて、フェムト秒レーザー光の１回の照射でイオン化される原子を、元素によらず一様に引き出すことができるため、１スポットに含まれる多種類の元素を同時に質量分析することができる。
【００９１】
また、本発明によるイオンの抽出方法によれば、上記「背景技術」の項に記載した正電場加速によるイオン抽出法と比べて、アブレーションプラズマ中での原子や分子との衝突で減速したクラスターイオンなどのイオンを、逆電場によりカットすることができるため（図２ならびに図３を参照する。）、上記した実施の形態のようにクラスターイオンを生成しやすいシリコンウェハーを試料基板２０として試料１００がその上に塗布されていても、質量スペクトルのバックグラウンドは大きく軽減され（図４を参照する。）、微量元素分析が可能となる。
【００９２】
つまり、本発明によるイオンの抽出方法は、フェムト秒レーザー光のパルス照射によるアブレーションで、試料１００や試料基板２０から、構成元素の単原子・フラグメント・クラスターといった大量のイオンが噴出しても、試料の構成元素の検出・測定を容易にしかも高精度にすることができる。
【００９３】
なお、図７には、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を適用することができるプラズマ密度と電子温度ｅＶの例であり、その時のデバイ長との関係を示す図表である ここで、プラズマの半径をＰとし、第１メッシュ電極２４のメッシュ穴径をＭとし、デバイ長をＤとすると、Ｄ＜Ｍ＜Ｐのときには、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を用いた場合にのみイオンを引き出すことができる。また、Ｍ＜Ｄ＜ＰのときやＭ＜Ｐ＜Ｄのときなどにおいても、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を用いるイオンを引き出すことができる。
【００９４】
以上において説明した上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（９）に説明するように変形してもよい。
【００９５】
（１）上記した実施の形態においては、超短パルスレーザー光により分子をアブレーションする際には、分子に超短パルスレーザー光を１ショット（１パルス）照射するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、分子に超短パルスレーザー光を複数ショット（複数パルス）照射してもよく、分子への照射する超短パルスレーザー光のショット数（パルス数）は適宜に選択すればよい。
【００９６】
なお、超短パルスレーザーとは、パルス時間幅が１００ナノ秒以下であることが好ましく、特に、１フェムト秒以上１ピコ秒以下の通常はフェムト秒レーザーと称されるレーザーを用いるのが適当である。その尖頭値出力としては、１０メガワット以上が好ましく、特に、１ギガワット以上１０ギガワット以下が好ましい。
【００９７】
なお、本願発明者による実験によれば、例えば、パルス時間幅が１２０フェムト秒、尖頭値出力２ギガワットの場合には、極めて良好な結果を得ることができた。
【００９８】
また、上記したフェムト秒レーザーの他に、ピコ秒レーザーやナノ秒レーザーを用いることも可能である。
【００９９】
なお、ナノ秒レーザーとしては、例えば、パルス時間幅が１ナノ秒以上１００ナノ秒以下、尖頭値出力が１０メガワット以上１０ギガワット以下が好ましい。
【０１００】
また、超短パルスレーザー光の波長は特に限定されるものではなく、分析対象などに応じて適宜に任意の波長を選択すればよい。即ち、超短パルスレーザー光としては、例えば、Ｘ線から遠赤外線までの波長領域、好ましくは、１９０ｎｍ〜１１μｍの波長領域のものを用いることができる。
【０１０１】
ここで、Ｘ線から遠赤外線までの波長領域は、自由電子レーザーで出力可能な波長領域あり、かつ、レーザーアブレーションのできる波長領域である。また、１９０ｎｍ〜１１μｍの波長領域は、大気側からレーザー光を導入可能な波長（１９０ｎｍ以上）であり、かつ、市販のパルスレーザーの波長（１１μｍ以下）の波長領域である。
【０１０２】
（２）上記した実施の形態においては、質量分析器１６として反射型飛行時間質量分析器を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、四重極質量分析器やイオンサイクロトロン型フーリエ変換質量分析器などの各種の質量分析装置を使用可能なものである。
【０１０３】
また、上記した実施の形態においては、分子の分析方法として質量分析に関して説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、質量分析以外の分析に関して本発明を用いるようにしてもよい。
【０１０４】
（３）上記した実施の形態においては、試料１００が試料基板２０たるシリコンウェハーに固定されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、試料１００を支持する試料基板２０の材質は、半導体、あるいは、金属や絶縁体であってもよい。超短パルスレーザー光を用いたレーザーアブレーションでは、熱伝導度の高い基板が、より高いイオン検出効率を与えるものである。なお、試料基板２０としては固体を用いるものであり、この試料基板２０として用いる固体の熱伝導率は０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましい。また、試料１００の種類に応じては、試料基板２０を使用することに限定されないものである。
【０１０５】
（４）上記した実施の形態において、分子をアブレーションする短パルスレーザー光と分析の対象である分子とは、少なくともいずれか一方を移動させることにより、当該分子をアブレーションする短パルスレーザー光により当該分析の対象である分子を遺漏、重複なくアブレーションして分析を行うように構成してもよい。即ち、試料１００を移動する移動手段や、超短パルスレーザー光のターゲットへの照射位置を移動する移動手段を設けるようにすれば、ＤＮＡマイクロアレイへの応用において、特に有効である。
【０１０６】
また、上記した分析装置１０の構成も特に限定されるものではなく、例えば、試料１００を観察するための顕微鏡装置と、当該顕微鏡装置で観察した試料１００の像を解析するとともにその解析結果を表示する表示部を備えた画像解析装置とを配設するようにしてもよい。
【０１０７】
（５）上記した実施の形態においては、間隔Ｗ１として６ｍｍを示し、間隔Ｗ２として１２ｍｍを示し、電圧Ｖ１として＋４６００Ｖを示し、電圧Ｖ２として＋５０００Ｖを示し、電圧Ｖ３として０Ｖを示し、逆電場をつくる電位差は−４００Ｖとしたが、これらの数値は単なる一例に過ぎないものであり、これらは、真空槽１２の大きさなどに応じて、例えば、上記の各電圧は５００ｋＶ以下に、また、上記の各間隔は１ｍ以下に設定することができ、より好ましくは、上記の各電圧は５０ｋＶ以下に、また、上記の各間隔は１０ｃｍ以下に設定することができる。
【０１０８】
即ち、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との電位差は、フェムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより発生されるプラズマ２００の中心部２００ａを第１メッシュ電極２４の試料１００側へ留まらせる程度でよく、レーザーアブレーションで生成したイオンの運動エネルギーに応じて電位差は、例えば、０〜１０ｋＶの範囲で適宜変更することができる。
【０１０９】
具体的には、例えば、間隔Ｗ１を１〜２０ｍｍに設定し、間隔Ｗ２を１〜３０ｍｍに設定し、電圧Ｖ１を０〜＋１０ｋＶに設定し、電圧Ｖ２を０〜＋１０ｋＶに設定し（ただし、電圧Ｖ１より電圧Ｖ２の電圧が大きいものとする。）、電圧Ｖ３を０Ｖに設定するようにしてもよい。
【０１１０】
なお、全ての電極において印加する電圧の大きさに制限はないが、放電・電圧リークを抑えることができ大気側から真空中への導入も比較的容易であるという点からは、上記したように５０ｋＶ以下であることが好ましく、イオン源部１４の後段に接続される質量分析器１６のようなイオンの分析装置などの装置運用条件に応じて適宜変更すればよい。
【０１１１】
（６）上記した実施の形態においては、その詳細な説明は省略したが、電圧は常時印加するようにしてもよいし、パルス的に印加するようにしてもよい。
【０１１２】
即ち、電極間に存在しているイオンに対して定電圧で電場を与えてもよいが、電場はパルス電圧で時間的に区切って発生させるようにしてもよい。
【０１１３】
（７）上記した実施の形態においては、第２の電極として第１メッシュ電極２４を用い、また、第３の電極として第２メッシュ電極２６を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第２の電極や第３電極としては、イオンが通過可能な開口を備えたものであるならばいずれの形状のものも用いることができる。
【０１１４】
（８）上記した実施の形態においては、第１の電極としての試料ホルダー２２と第２の電極として第１メッシュ電極２４とにより形成される逆電場の領域には他の電極を配置しておらず、また、第２の電極として第１メッシュ電極２４と第３の電極として第２メッシュ電極２６とにより形成される順電場の領域には他の電極を配置していない。しかしながら、図８に示すように、第１の電極と第２の電極との間に第４の電極を配置して、逆電場の領域に多段的に電位勾配を設けるようにしてもよいし、同様に、第２の電極と第３の電極との間に第５の電極を配置して、逆電場の領域に多段的に電位勾配を設けるようにしてもよい。
【０１１５】
また、第１の電極と第２の電極との間に配置する電極の数は図８に示すように１個に限られるものではなく、第１の電極と第２の電極との間に電極を複数個配置するようにして、電位勾配を多段的に形成するようにしてもよい。同様に、第２の電極と第３の電極との間に配置する電極の数は図８に示すように１個に限られるものではなく、第２の電極と第３の電極との間に電極を複数個配置するようにして、電位勾配を多段的に形成するようにしてもよい。
【０１１６】
上記のように逆電場の領域に多段的に電位勾配を設けると、プラズマを変形させたり電荷と運動エネルギーに制限をかけ、電極通過時にフィルターをかけるという作用効果があり、また、上記のように順電場の領域に多段的に電位勾配を設けると、電圧をパルスで印加することにより選択的にイオンを加速でき、また、質量分解能を向上させるという作用効果がある。
【０１１７】
なお、第１の電極と第２の電極との間と第２の電極と第３の電極との間とのいずれか一方にのみ他の電極を配置するようにしてもよいし、第１の電極と第２の電極との間と第２の電極と第３の電極との間との双方に他の電極を配置する際には、双方の間で配置する他の電極の数は異なってもよい。
【０１１８】
（９）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（８）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、一般的な微量元素分析にとどまらず、医学や生化学などのライフサイエンスの分野における生体組織の分析に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】図１は、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置の実施の形態の一例として、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を実施した分子の質量分析を行う分析装置の構成の一例を示す概念構成説明図である。
【図２】図２は、試料に超短パルスレーザー装置から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、試料に超短パルスレーザー装置から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合において、図２に示したプラズマが存在しない状態を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、本願発明者による実験結果を示すグラフであり、試料にフェムト秒レーザー光を照射した際に質量分析器によって測定された試料の質量スペクトル（ＴＯＦスペクトル）を示す。
【図５】図５は、ＬＩＦ観測装置の構成説明図である。
【図６】図６は、プラズマを減速させて閉じ込めた様子のＬＩＦ画像である。
【図７】図７は、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を適用することができるプラズマ密度と電子温度ｅＶの例であり、その時のデバイ長との関係を示す図表である。
【図８】図８は、逆電場の領域と順電場の領域とに電位勾配を設けた例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０ 分析装置
１２ 真空槽
１４ イオン源部
１６ 質量分析器
１８ 超短パルスレーザー装置
２０ 試料基板
２２ 試料ホルダー
２４ 第１メッシュ電極
２６ 第２メッシュ電極
１００ 試料
２００ プラズマ
３００ 試料の構成原子イオン
３０２ クラスターイオン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンの抽出方法およびその装置に関し、さらに詳細には、例えば、質量分析などの分子の分析に用いて好適なイオンの抽出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、物理・化学の分野や医学・生化学などのライフサイエンスの分野など幅広い分野において分子の分析に用いられている質量分析法の原理は、試料を様々な方法でイオン化して、イオン化により得られたイオンを質量／電荷に従って分離し、分離した各イオンの強度を測定するというものである。
【０００３】
こうした質量分析法において、イオンを抽出する手法としては、例えば、ナノ秒レーザーアブレーションと共鳴イオン化レーザーとを利用した方法が知られている。この方法は、試料にナノ秒レーザー光を照射し、ナノ秒レーザーアブレーションによって原子化した固体試料の蒸気が拡散してくるタイミングで、アブレーション雲に共鳴イオン化レーザーを照射して、特定の元素の中性原子をイオン化し、正電場で引き出すことによりイオンを抽出するというものである。
【０００４】
しかしながら、上記したイオンの抽出の手法によれば、波長を固定した共鳴イオン化レーザーにより元素を選択的にイオン化するため、１回のレーザー照射により全てがアブレーションされて吹き飛ばされる試料スポットに関しては、多種類の元素が同時に検出されるようになって定量することができないという問題点があった。
【０００５】
また、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などの微量元素分析法で通常用いられているイオンの抽出の手法は、イオンビーム照射やレーザーアブレーションにより生成されたイオンを順電場加速により一方向へ引き出すというものである。
【０００６】
しかしながら、上記したイオンの抽出の手法によれば、クラスターイオンが多く生成されることになり、従って、アブレーション領域へ順電場を与えてイオンを引き出すと、これらのクラスターイオンがバックグラウンドとなって微量元素分析を妨げる恐れがあるという問題点があった。
【０００７】
なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザーアブレーションにより生成した分子を構成する構成原子のイオンを、後段の分析や解析で良好な結果が得られるように抽出することを可能にしたイオンの抽出方法およびその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、イオンに対して逆電場と順電場とを順次に作用させることにより、逆電場でイオンを減速するとともに、当該減速したイオンの中から所望のイオンを順電場で加速するようにしたものである。
【００１０】
従って、本発明によれば、バックグラウンドイオンを除去して所望のイオンを抽出することができる。
【００１１】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出方法であって、逆電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンを減速した後に、順電場をかけて上記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速することによりバックグラウンドイオンを除去して上記所定のイオンを抽出するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記プラズマに逆電場を作用させて上記プラズマを減速するとともに、上記プラズマに順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記プラズマを構成するイオンを加速するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と上記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、上記シース部に逆電場が作用して上記プラズマを減速するとともに、上記シース部に順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記シース部を構成するイオンのみを加速するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記アブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、上記クラスターイオンに逆電場を作用させて上記クラスターイオンを減速し、上記バックグラウンドイオンとして上記クラスターイオンを除去するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記超短パルスレーザー光は、フェムト秒レーザー光、ピコ秒レーザー光またはナノ秒レーザー光であるようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出装置において、分析対象に超短パルスレーザー光を照射する超短パルスレーザー装置と、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンを減速する逆電場を生成する逆電場生成手段と、上記逆電場生成手段により生成された逆電場により減速されたイオンに対して作用させて上記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速する順電場を生成する順電場生成手段とを有するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項６に記載の発明において、上記逆電場生成手段は、上記分析対象に隣接して配置されるとともに第１の電圧が印加される第１の電極と、上記第１の電極から所定の第１の間隔を開けて配置されるとともに第２の電圧が印加される第２の電極とを有して構成され、上記順電場生成手段は、上記第２の電極と、上記第２の電極から所定の第２の間隔を開けて配置されるとともに第３の電圧が印加される第３の電極とを有して構成されるようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項６または７に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記逆電場生成手段は、上記プラズマに逆電場を作用させて上記プラズマを減速し、上記順電場生成手段は、上記プラズマに順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記プラズマを構成するイオンを加速するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項６または７に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、上記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と上記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、上記逆電場生成手段は、上記シース部に逆電場を作用させて上記プラズマを減速し、上記順電場生成手段は、上記シース部に順電場を作用させて上記所定のイオンとして上記シース部を構成するイオンのみを加速するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項６または７に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置による上記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、上記逆電場生成手段は、上記クラスターイオンに逆電場を作用させて上記クラスターイオンを減速するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、本発明のうち請求項６、７、８、９または１０のいずれか１項に記載の発明において、上記超短パルスレーザー装置は、フェムト秒レーザー光を照射するフェムト秒レーザー装置、ピコ秒レーザー光を照射するピコ秒レーザー装置またはナノ秒レーザー光を照射するナノ秒レーザー装置であるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項１２に記載の発明は、本発明のうち請求項６、７、８、９、１０または１１のいずれか１項に記載の発明において、上記逆電場の電位差は、０〜１０ｋＶであるようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項１３に記載の発明は、本発明のうち請求項７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の電圧、上記第２の電圧および上記第３の電圧は、それぞれ５０ｋＶ以下であるようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項１４に記載の発明は、本発明のうち請求項７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の間隔は１〜２０ｍｍであり、上記第２の間隔は１〜３０ｍｍであり、上記第１の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、上記第２の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、上記第３の電圧は０Ｖであり、上記第１の電圧より上記第２の電圧が大きいようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項１５に記載の発明は、本発明のうち請求項１４に記載の発明において、上記第１の間隔は６ｍｍであり、上記第２の間隔は１２ｍｍであり、上記第１の電圧は＋４６００Ｖであり、上記第２の電圧は＋５０００Ｖであり、上記第３の電圧は０Ｖであるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるイオンの抽出方法およびその装置は、レーザーアブレーションにより生成した分子を構成する構成原子のイオンを、後段の分析や解析で良好な結果が得られるように抽出することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２８】
図１には、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置の実施の形態の一例として、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を実施した分子の質量分析を行う分析装置の構成の一例を表す概念構成説明図が示されている。
【００２９】
この分析装置１０は、所定の真空度に設定可能な真空槽１２を備えている。そして、この真空槽１２内には、分析対象たる試料１００が配置されるイオン源部１４と、イオン源部１４の後段に配置された質量分析器１６とが設けられており、イオン源部１４ならびに質量分析器１６内は、真空槽１２により設定された真空度に維持されている。
【００３０】
さらに、分析装置１０は、超短パルスレーザー光を発生して試料１００へ照射する超短パルスレーザー装置１８を備えている。
【００３１】
ここで、分析装置１０において分析の対象となる試料１００としては、例えば、ＤＮＡ、蛋白質、アルブミン、ＲＮＡ、ＰＮＡ、脂質、糖などの各種の高分子、さらに、当該高分子に単数または複数の同位体元素で標識したもの、あるいは、生体組織切片、塗抹試料（血液、喀痰）、培養細胞などの生体試料など様々なものがある。つまり、試料１００としては、溶液試料や固体試料、あるいは、無機分子、有機分子、生体分子など、その形態や元素の種類に依存せずに各種物質を用いることができる。
【００３２】
そして、イオン源部１４には、上記したような試料１００が配設されるものであるが、より詳細には、表面に試料１００を添設した試料基板２０を固定的に支持するとともに所定の電圧Ｖ１が印加される第１の電極としての試料ホルダー２２と、試料ホルダー２２における試料基板２０が支持される側と所定の間隔Ｗ１を有して対面するように平行して配設されるとともに所定の電圧Ｖ２が印加されるイオンの引き出し口となる第２の電極としての第１メッシュ電極２４とが配設されている。
【００３３】
なお、イオン源部１４の後段の質量分析器１６内には、所定の電圧Ｖ３が印加される第３の電極としての第２メッシュ電極２６が、イオン源部１４の第１メッシュ電極２４と所定の間隔Ｗ２を有して対面するように平行して配設されている。
【００３４】
これら一対の第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６とは、それぞれ同一の構成を備えており、例えば、メッシュ穴径５００μｍのメッシュ電極を用いることができる。
【００３５】
即ち、この分析装置１０においては、イオン源部１４の第１メッシュ電極２４を間に挟み込むようにして、第１メッシュ電極２４の一方の面２４ａと所定の間隔Ｗ１を有して試料ホルダー２２が配置され、第１メッシュ電極２４の他方の面２４ｂと所定の間隔Ｗ２を有して第２メッシュ電極２６が配置されている。
【００３６】
そして、イオン源部１４内の第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の空間Ｅ１が、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを減速する逆電場となり、かつ、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の質量分析器１６内の空間Ｅ２が、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを加速する順電場となるように、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を所定の電圧に設定し、試料ホルダー２２ならびに一対の第１メッシュ電極２４および第２メッシュ電極２６にそれぞれ所定の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加されるように設計されている。
【００３７】
また、第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の間隔Ｗ１ならびに第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の間隔Ｗ２は、空間Ｅ１が逆電場となり空間Ｅ２が順電場となる範囲内でそれぞれ寸法設定されている。
【００３８】
なお、分析装置１０のその他の構成についてさらに詳細に説明すると、真空槽１２は、例えば、１０−８〜１０−６Ｔｏｒｒの真空度に設定可能なものであり、この実施の形態においては、１×１０−６Ｔｏｒｒの真空度に設定されているものとする。
【００３９】
また、イオン源部１４の後段に位置する質量分析器１６には、上記したように第２メッシュ電極２６が配設されている。この質量分析器１６としては、例えば、図１に示すようにリフレクター（Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１６ａやＭＣＰイオン検出器１６ｂを備えた反射型飛行時間質量分析器（ＴＯＦ質量分析器）を用いることができる。
【００４０】
また、超短パルスレーザー装置１８としては、フェムト秒レーザーなどのような、例えば、パルス時間幅が１フェムト秒以上１ピコ秒以下であり、尖頭値出力が１メガワット以上１０ギガワット以下である超短パルスレーザー光を照射可能なものを用いることができる。
【００４１】
より詳細には、こうした超短パルスレーザー装置１８は、例えば、チタンサファイアレーザーにより構成され、以下に示すようなパラメータを備えているものを用いることができる。即ち、
ピーク幅（パルス時間幅）：〜１２０ｆｓ（フェムト秒）
出力 ：５０〜４８０μＪ（マイクロジュール）
（尖頭値出力：０．５〜４ＧＷ（ギガワット））
波長 ：〜８００ｎｍ（ナノメートル）
繰り返し ：１ｋＨｚ（キロヘルツ）
そして、超短パルスレーザー装置１８から照射された超短パルスレーザー光は、大気中に配設されたフォーカスレンズ（図示せず。）やミラー（図示せず。）や非線形結晶（図示せず。）などの光学系を介して、試料１００上へ集光される。なお、超短パルスレーザー装置１８から出射された超短パルスレーザー光を集光するフォーカスレンズの焦点距離は、例えば、２５ｃｍに設定されている。
【００４２】
以上の構成において、上記した分析装置１０を用いて実際に質量分析を行った実験結果について説明する。
【００４３】
なお、この実験においては、超短パルスレーザー装置１８として、パルス幅は１２０フェムト秒、波長は８００ｎｍ、強度は６００μＪ／ｐｕｌｓｅのフェムト秒レーザー光を出射するフェムト秒レーザー装置を用いた。また、質量分析器１６については、図１に示す反射型飛行時間質量分析器を用いた。
【００４４】
一方、試料１００として、硝酸Ｅｕ溶液、１ｍｇ／ｍＬ、１０μＬ／４ｍｍφを用い、また、試料基板２０としてシリコンウェハーを用いており、この試料基板２０に試料１００を固定した。
【００４５】
なお、試料１００の調整は、次のようにして行った。即ち、上記した硝酸Ｅｕ溶液をスライドガラスの形状（７５×２５×１ｍｍ）のシリコンウェハーよりなる試料基板２０に滴下し、真空容器内で瞬間的に蒸発させて固相化する。
【００４６】
こうした方法により、均一、かつ、超短パルスレーザー装置１８から出射された超短パルスレーザー光の１ショットのスポット当たり１０１３程度のＥｕの濃度で、４ｍｍφの面積を覆う試料１００が１つ以上固定された試料基板２０を作ることができる。
【００４７】
上記のようにして作成した試料１００を、試料基板２０とともに、イオン源部１４内の試料ホルダー２２に装着し、真空槽１２内を真空に引いて、真空槽１２内の真空度を１×１０−６Ｔｏｒｒに設定する。
【００４８】
また、第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間隔Ｗ１を６ｍｍとし、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間隔Ｗ２を１２ｍｍとする。
【００４９】
さらに、イオン源１４内の試料ホルダー２２には電圧Ｖ１として＋４６００Ｖの電圧を印加し、イオン源１４内の第１メッシュ電極２４には電圧Ｖ２として＋５０００Ｖの電圧を印加し、質量分析器１６内の第２メッシュ電極２６には電圧Ｖ３として０Ｖを設定する。
【００５０】
上記のようにして電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を設定すると、第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の空間Ｅ１は、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを減速する逆電場となり、一方、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の空間Ｅ２は、超短パルスレーザー光による試料１００のアブレーションにより試料１００から飛び出したイオンの進行方向に対してイオンを加速する順電場となる。
【００５１】
そして、超短パルスレーザー装置１８から出射された超短パルスレーザー光を、フォーカスレンズや非線形結晶などの光学系により、イオン源部１４内の試料１００上に集光して、試料１００をアブレーションする。
【００５２】
この際に、超短パルスレーザー光として、パルス幅は１２０フェムト秒、波長は４００ｎｍ、強度は２００μＪ／ｐｕｌｓｅのフェムト秒レーザー光が出射されることになる。この実験においては、超短パルスレーザー装置１８から出射されるフェムト秒レーザー光を、試料１００に対して１ショット（１パルス）だけ照射した。
【００５３】
この実験においては、上記した試料１００への超短パルスレーザー光の照射により発生されてイオン源部１４から出たイオンの質量を、イオン源部１４の直後に接続された質量分析器１６によって飛行時間法で測定した。
【００５４】
ここで、図２には、試料１００に超短パルスレーザー装置１８から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合を模式的に示す説明図が示されている。
【００５５】
試料基板２０に固定されている試料１００にフェムト秒レーザー光が照射されると、試料基板２０の法線方向を中心に速い速度でイオンの塊であるプラズマ２００が飛び出してくる。
【００５６】
このプラズマ２００は、フェムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより発生される特有のプラズマであり、中心部２００ａと当該中心部２００ａの外周側に位置する周辺部たるシース部２００ｂとでは異なる性質を有するものである。
【００５７】
より詳細には、プラズマ２００は高密度中性プラズマとなっており、イオン密度が非常に高くなっている高密度領域たる中心部２００ａには外部電場が作用せず、中心部２００ａは外部電場がかからない領域となっている。一方、プラズマ２００の外周のシース部２００ｂは、イオン密度が低くなっていて外部電場が作用し、外部電場がかかる領域となっている。
【００５８】
また、プラズマ２００は外部電場に対して集団として運動するものであり、有効電荷は全体の正電荷の数％程度である。
【００５９】
試料１００にフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションすることにより、こうした特有のプラズマ２００が試料１００から飛び出すこととなるが、この際に、試料１００を固定した試料基板２０を支持する試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１は逆電場となっているので、この外部電場たる逆電場がプラズマ２００の外部電場のかかる領域であるシース部２００ｂに作用する。
【００６０】
即ち、空間Ｅ１には上記したように逆電場がかかっているので、プラズマ２００の中心部２００ａは高密度中性プラズマで外部電場のかからない領域であるものの、逆電場がプラズマ２００のシース部２００ｂに作用して、プラズマ２００全体が一つの塊として集団運動し、プラズマ２００は試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１に留まるようになる。つまり、プラズマ２００は、フェムト秒レーザー光の照射により試料１００から速い速度で飛び出すものの、そのシース部２００ｂが空間Ｅ１の逆電場の影響を受けるので、この逆電場によりプラズマ２００全体が減速して空間Ｅ１に押し留められるようになる。
【００６１】
上記のようにして、試料ホルダー２２に電圧Ｖ１を印加するとともに第１メッシュ電極２４に電圧Ｖ２を印加することにより空間Ｅ１に生起された適当な逆電場によって、プラズマ２００は試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１に押し留められることになるが、この際に、プラズマ２００の外周側に位置するシース部２００ｂ部分だけが第１メッシュ電極２４から空間Ｅ２側に出るように、プラズマ２００を押し留めてトラップする。
【００６２】
このようにすると、シース部２００ｂを構成するイオンのみが第１メッシュ電極２４のメッシュ穴を通り抜けて、第１メッシュ電極２４と第２メッシュ電極２６との間の順電場である空間Ｅ２で加速され、プラズマ２００から所定のイオンを引き出して抽出することができる。
【００６３】
つまり、上記した逆電場の作用により、プラズマ２００全体を減速して空間Ｅ１に押し留め、プラズマ２００の外部電場のかからない中心部２００ａを空間Ｅ１に閉じ込め、プラズマ２００の一部としてプラズマ２００の外部電場のかかるシース部２００ｂを構成するイオンのみを第１メッシュ電極２４から突出させて空間Ｅ２で加速して、当該加速したイオンをバックグラウンドイオンの影響を受けることなく質量分析器１６で測定することができる。
【００６４】
ここで、シース部２００ｂに含まれる運動エネルギーの低いクラスターイオンなどは空間Ｅ１から第１メッシュ電極２４を越えることはできず、試料１００の構成原子イオン（例えば、プラスイオンである。）のみが空間Ｅ１から第１メッシュ電極２４を越えて空間Ｅ２で加速されることになり、当該加速されたイオンをバックグラウンドイオンの影響を受けることなくイオン源部１４の後段に位置する質量分析器１６によって検出することができる。
【００６５】
次に、図３には、試料１００に超短パルスレーザー装置１８から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合において、図２に示したプラズマ２００が存在しない状態を模式的に示す説明図が示されている。
【００６６】
以下、この図３に示す状態を説明するが、上記したようにして試料基板２０に固定されている試料１００にフェムト秒レーザー光が照射されると、試料１００の分子はフェムト秒レーザーによるアブレーションにより原子化され、その原子化と同時にイオン化される。
【００６７】
こうして試料１００から飛び出してくる試料１００の構成原子のイオン（例えば、プラスイオンである。）３００は、数百ｅＶもの高いエネルギーを持って試料基板２０の法線方向を中心に飛び出してくるので、試料１００を支持する試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の空間Ｅ１が逆電場となっていても、それを打ち破って前方に進み、第１メッシュ電極２４を通過して順電場の空間Ｅ２で加速される。
【００６８】
一方、試料基板１００に固定されている試料１００にフェムト秒レーザー光を照射すると、フェムト秒レーザーの１パルス照射によるアブレーションでは試料１００（または試料基板２０）上の照射跡の深さは数十ｎｍに達するので、試料１００からのみならず、試料基板２０からも試料基板２０を構成する原子のイオンが飛び出すことがある。
【００６９】
ただし、こうして試料基板２０から飛び出してくる試料基板２０を構成する原子のイオンは、運動エネルギーが比較的低く、かつ、プラズマ２００中の原子や分子との衝突などによる生成過程でいくらか減速されクラスターイオン（例えば、プラスイオンである。）３０２となっている。このため、フェムト秒レーザーによるアブレーションで試料基板２０から飛び出したクラスターイオン３０２は、試料ホルダー２２と第１メッシュ電極２４との間の逆電場により空間Ｅ１に留められ、第１メッシュ電極２４を通過することはない。
【００７０】
図２ならびに図３を用いて説明したように、イオン源部１４内において第１メッシュ電極２４と試料ホルダー２２との間の空間Ｅ１に生起される逆電場は、空間Ｅ１にプラズマ２００を留めるとともに、空間Ｅ１にエネルギーの低いイオン（例えば、図３に示す試料基板２０のクラスターイオン３０２である。）を留めることができるものである。
【００７１】
そして、プラズマ２００が逆電場によって空間Ｅ１に留まるので、中心部２００ａが電場のかからない高密度中性プラズマで有効電荷が全体の正電荷の数％程度のプラズマ２００であっても、そのまま加速して質量分析ができないという事態を回避することができる。つまり、空間Ｅ１の逆電場には、弱い電荷で電場が本来かからないプラズマ２００を全体として押し留める効果がある（図２を参照する。）。
【００７２】
また、エネルギーの低いイオンが逆電場によって空間Ｅ１に留まるので、エネルギーの高いものだけを選択的に空間Ｅ２に引っ張ることができ、第１メッシュ電極２４を境界に分析したいものだけを取り出し、試料基板２０から飛び出したものなどはバックグラウンドとしてイオン単体でカットすることができる。
【００７３】
つまり、空間Ｅ１の逆電場には、電場のかかる範囲の中で、速度の速いものと遅いものとを弁別する効果がある（図３を参照する。）。
【００７４】
そして、図４には、上記したようにして試料１００にフェムト秒レーザー光を照射した際に質量分析器１６によって測定された試料１００の質量スペクトル（ＴＯＦスペクトル）が示されている。
【００７５】
図４に示す波形Ａが示すように、Ｅｕの同位体である１５１Ｅｕと１５３Ｅｕの２つのピークが検出され、試料基板２０たるシリコンウェハーに由来するバックグラウンドイオンたるＳｉクラスターのＳｉ４とＳｉ５のピークは検出されていない。つまり、波形Ａは、バックグラウンドイオンによるノイズが取り除かれており、試料１００の構成元素の検出が非常に容易である。
【００７６】
なお、波形Ａが取得された際には、ＬＩＦ（レーザー誘起蛍光）法により、イオンの集団であるプラズマが、イオン源部１４の第１メッシュ電極２４にかかるようにして第１メッシュ電極２４周辺に留まっているのが確認され、図２を用いて説明した状態に対応する結果が得られている。
【００７７】
次に、図５に示すＬＩＦ観測装置の構成説明図を参照しながら、上記におけるＬＩＦ測定の方法について説明する。なお、試料としては、基板の上に硝酸サマリウム溶液を塗布したものを用いた。
【００７８】
試料をフェムト秒レーザーアブレーションすると、このフェムト秒レーザーアブレーションにより試料からプラズマが飛び出してくる。
【００７９】
この際に、フェムト秒レーザー照射時を時間の原点として、ある一定時間だけ遅らせて誘起蛍光用の色素レーザー（パルスレーザー）を図５に示すように入射させる。この色素レーザーの形状は、円筒面レンズによりシート状（幅２ｃｍ、厚み１ｍｍ）に形成され、また、色素レーザーの波長は、基底状態にあるＳｍ＋（サマリウムの一価イオン）の誘起蛍光波長である。
【００８０】
そして、Ｓｍ＋の発光をイメージインテンシファイヤー付きＣＣＤカメラで撮影して、プラズマを形成するＳｍ＋の分布の断層写真を撮影する。
【００８１】
ここで、誘起蛍光用の色素レーザーを入れる時間を少しずつ変えていくと、Ｓｍ＋の分布の変化、即ち、どのような速さで試料から飛び出し、外部電場によりどのように減速され、どこに留まるかなどを測定することができる。
【００８２】
図６には、プラズマを減速させて閉じ込めた様子のＬＩＦ画像が示されている。なお、色素レーザーを入れた時間は、フェムト秒レーザーの照射後から１２２５ｎｓ経過後である。
【００８３】
この図６は、外部電場がなければ２００〜４００ｎｓで通過してしまうＳｍ＋が、逆電場により１２２５ｎｓ後もまだ留まっていることを示している。なお、逆電場の大きさは、０．６７ｋＶ／ｃｍで、これは上記した実施の形態に示す分析装置１０における逆電場（６ｍｍの間隔Ｗ１へ４００Ｖの電位差を与えている。）に相当する。
【００８４】
なお、図６中に示した第１メッシュ電極２４の位置は仮想であり、ＬＩＦ観測装置のこの位置へ実際に電極を入れたわけではない。
【００８５】
また、図４に示す波形Ｂは、上記した波形Ａがイオン源１４内の試料ホルダー２２に＋４６００Ｖの電圧を印加していたのに代えて、イオン源１４内の試料ホルダー２２に＋４７００Ｖの電圧を印加した場合に、質量分析器１６によって測定された試料１００の質量スペクトルである。また、図４に示す波形Ｃは、イオン源１４内の試料ホルダー２２に＋５０００Ｖの電圧を印加した場合、即ち、電場を全くかけずに空間Ｅ１が逆電場になっていない場合に、質量分析器１６によって測定された試料１００の質量スペクトルである。
【００８６】
即ち、波形Ａ、波形Ｂならびに波形Ｃは、いずれも第１メッシュ電極２４には＋５０００Ｖの電圧が印加されているものの、試料ホルダー２２に印加されている電圧が異なる場合の測定結果である。なお、波形Ａ、波形Ｂならびに波形Ｃを取得した際には、質量分析器１６の感度などの設定を固定したため、逆電場の各条件に対して質量分解能が異なることがわかる。
【００８７】
この図４に示す波形Ａ、波形Ｂならびに波形Ｃを比較すると、試料１００にフェムト秒レーザー光を１パルス照射する毎に第１メッシュ電極２４を通り抜けてくるイオン群のうち、１５１Ｅｕと１５３Ｅｕの２つのピークはいずれでも検出されるものの、Ｓｉ４とＳｉ５のピークは、波形Ａ、波形Ｂ、波形Ｃの順で大きくなっている。即ち、Ｓｉ４とＳｉ５のピークは、波形Ａが最も小さく、波形Ｃが最も大きくなっている。
【００８８】
つまり、試料基板２０たるシリコンウェハーに由来するＳｉクラスターのバックグラウンドは、逆電位の大きさによって変化し、逆電位が強くなるのに従って減少していることが観察された。波形Ｂや波形Ｃでは、色々な質量のものが重なり合ってしまい、ＴＯＦスペクトルが幅広くなってしまい、試料１００の構成元素の検出が困難なものとなっている。
【００８９】
上記したようにして、本発明によるイオンの抽出方法によれば、分析装置１０において試料１００をフェムト秒レーザーアブレーションにより原子イオン化して質量分析する場合に、アブレーション領域たる空間Ｅ１へ適切な逆電位を印加するようにしたため、クラスターイオンなどのバックグラウンドイオンを大幅にカットできる。このため、本発明によれば、アブレーション雲中で生成したクラスターイオンなどのバックグラウンドを取り除き、試料１００の構成原子イオンのみを抽出して、フェムト秒レーザーアブレーションにより試料表面を原子イオン化して微量元素分析を行う場合、測定質量範囲や検出感度が制限されることがなく、良好な分析結果を得ることができる。
【００９０】
また、本発明によるイオンの抽出方法によれば、上記「背景技術」の項に記載したナノ秒レーザーアブレーションと共鳴イオン化レーザーとを利用した手法に比べて、フェムト秒レーザー光の１回の照射でイオン化される原子を、元素によらず一様に引き出すことができるため、１スポットに含まれる多種類の元素を同時に質量分析することができる。
【００９１】
また、本発明によるイオンの抽出方法によれば、上記「背景技術」の項に記載した正電場加速によるイオン抽出法と比べて、アブレーションプラズマ中での原子や分子との衝突で減速したクラスターイオンなどのイオンを、逆電場によりカットすることができるため（図２ならびに図３を参照する。）、上記した実施の形態のようにクラスターイオンを生成しやすいシリコンウェハーを試料基板２０として試料１００がその上に塗布されていても、質量スペクトルのバックグラウンドは大きく軽減され（図４を参照する。）、微量元素分析が可能となる。
【００９２】
つまり、本発明によるイオンの抽出方法は、フェムト秒レーザー光のパルス照射によるアブレーションで、試料１００や試料基板２０から、構成元素の単原子・フラグメント・クラスターといった大量のイオンが噴出しても、試料の構成元素の検出・測定を容易にしかも高精度にすることができる。
【００９３】
なお、図７には、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を適用することができるプラズマ密度と電子温度ｅＶの例であり、その時のデバイ長との関係を示す図表である ここで、プラズマの半径をＰとし、第１メッシュ電極２４のメッシュ穴径をＭとし、デバイ長をＤとすると、Ｄ＜Ｍ＜Ｐのときには、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を用いた場合にのみイオンを引き出すことができる。また、Ｍ＜Ｄ＜ＰのときやＭ＜Ｐ＜Ｄのときなどにおいても、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を用いるイオンを引き出すことができる。
【００９４】
以上において説明した上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（９）に説明するように変形してもよい。
【００９５】
（１）上記した実施の形態においては、超短パルスレーザー光により分子をアブレーションする際には、分子に超短パルスレーザー光を１ショット（１パルス）照射するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、分子に超短パルスレーザー光を複数ショット（複数パルス）照射してもよく、分子への照射する超短パルスレーザー光のショット数（パルス数）は適宜に選択すればよい。
【００９６】
なお、超短パルスレーザーとは、パルス時間幅が１００ナノ秒以下であることが好ましく、特に、１フェムト秒以上１ピコ秒以下の通常はフェムト秒レーザーと称されるレーザーを用いるのが適当である。その尖頭値出力としては、１０メガワット以上が好ましく、特に、１ギガワット以上１０ギガワット以下が好ましい。
【００９７】
なお、本願発明者による実験によれば、例えば、パルス時間幅が１２０フェムト秒、尖頭値出力２ギガワットの場合には、極めて良好な結果を得ることができた。
【００９８】
また、上記したフェムト秒レーザーの他に、ピコ秒レーザーやナノ秒レーザーを用いることも可能である。
【００９９】
なお、ナノ秒レーザーとしては、例えば、パルス時間幅が１ナノ秒以上１００ナノ秒以下、尖頭値出力が１０メガワット以上１０ギガワット以下が好ましい。
【０１００】
また、超短パルスレーザー光の波長は特に限定されるものではなく、分析対象などに応じて適宜に任意の波長を選択すればよい。即ち、超短パルスレーザー光としては、例えば、Ｘ線から遠赤外線までの波長領域、好ましくは、１９０ｎｍ〜１１μｍの波長領域のものを用いることができる。
【０１０１】
ここで、Ｘ線から遠赤外線までの波長領域は、自由電子レーザーで出力可能な波長領域あり、かつ、レーザーアブレーションのできる波長領域である。また、１９０ｎｍ〜１１μｍの波長領域は、大気側からレーザー光を導入可能な波長（１９０ｎｍ以上）であり、かつ、市販のパルスレーザーの波長（１１μｍ以下）の波長領域である。
【０１０２】
（２）上記した実施の形態においては、質量分析器１６として反射型飛行時間質量分析器を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、四重極質量分析器やイオンサイクロトロン型フーリエ変換質量分析器などの各種の質量分析装置を使用可能なものである。
【０１０３】
また、上記した実施の形態においては、分子の分析方法として質量分析に関して説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、質量分析以外の分析に関して本発明を用いるようにしてもよい。
【０１０４】
（３）上記した実施の形態においては、試料１００が試料基板２０たるシリコンウェハーに固定されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、試料１００を支持する試料基板２０の材質は、半導体、あるいは、金属や絶縁体であってもよい。超短パルスレーザー光を用いたレーザーアブレーションでは、熱伝導度の高い基板が、より高いイオン検出効率を与えるものである。なお、試料基板２０としては固体を用いるものであり、この試料基板２０として用いる固体の熱伝導率は０．１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましい。また、試料１００の種類に応じては、試料基板２０を使用することに限定されないものである。
【０１０５】
（４）上記した実施の形態において、分子をアブレーションする短パルスレーザー光と分析の対象である分子とは、少なくともいずれか一方を移動させることにより、当該分子をアブレーションする短パルスレーザー光により当該分析の対象である分子を遺漏、重複なくアブレーションして分析を行うように構成してもよい。即ち、試料１００を移動する移動手段や、超短パルスレーザー光のターゲットへの照射位置を移動する移動手段を設けるようにすれば、ＤＮＡマイクロアレイへの応用において、特に有効である。
【０１０６】
また、上記した分析装置１０の構成も特に限定されるものではなく、例えば、試料１００を観察するための顕微鏡装置と、当該顕微鏡装置で観察した試料１００の像を解析するとともにその解析結果を表示する表示部を備えた画像解析装置とを配設するようにしてもよい。
【０１０７】
（５）上記した実施の形態においては、間隔Ｗ１として６ｍｍを示し、間隔Ｗ２として１２ｍｍを示し、電圧Ｖ１として＋４６００Ｖを示し、電圧Ｖ２として＋５０００Ｖを示し、電圧Ｖ３として０Ｖを示し、逆電場をつくる電位差は−４００Ｖとしたが、これらの数値は単なる一例に過ぎないものであり、これらは、真空槽１２の大きさなどに応じて、例えば、上記の各電圧は５００ｋＶ以下に、また、上記の各間隔は１ｍ以下に設定することができ、より好ましくは、上記の各電圧は５０ｋＶ以下に、また、上記の各間隔は１０ｃｍ以下に設定することができる。
【０１０８】
即ち、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との電位差は、フェムト秒レーザー光などの超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより発生されるプラズマ２００の中心部２００ａを第１メッシュ電極２４の試料１００側へ留まらせる程度でよく、レーザーアブレーションで生成したイオンの運動エネルギーに応じて電位差は、例えば、０〜１０ｋＶの範囲で適宜変更することができる。
【０１０９】
具体的には、例えば、間隔Ｗ１を１〜２０ｍｍに設定し、間隔Ｗ２を１〜３０ｍｍに設定し、電圧Ｖ１を０〜＋１０ｋＶに設定し、電圧Ｖ２を０〜＋１０ｋＶに設定し（ただし、電圧Ｖ１より電圧Ｖ２の電圧が大きいものとする。）、電圧Ｖ３を０Ｖに設定するようにしてもよい。
【０１１０】
なお、全ての電極において印加する電圧の大きさに制限はないが、放電・電圧リークを抑えることができ大気側から真空中への導入も比較的容易であるという点からは、上記したように５０ｋＶ以下であることが好ましく、イオン源部１４の後段に接続される質量分析器１６のようなイオンの分析装置などの装置運用条件に応じて適宜変更すればよい。
【０１１１】
（６）上記した実施の形態においては、その詳細な説明は省略したが、電圧は常時印加するようにしてもよいし、パルス的に印加するようにしてもよい。
【０１１２】
即ち、電極間に存在しているイオンに対して定電圧で電場を与えてもよいが、電場はパルス電圧で時間的に区切って発生させるようにしてもよい。
【０１１３】
（７）上記した実施の形態においては、第２の電極として第１メッシュ電極２４を用い、また、第３の電極として第２メッシュ電極２６を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第２の電極や第３電極としては、イオンが通過可能な開口を備えたものであるならばいずれの形状のものも用いることができる。
【０１１４】
（８）上記した実施の形態においては、第１の電極としての試料ホルダー２２と第２の電極として第１メッシュ電極２４とにより形成される逆電場の領域には他の電極を配置しておらず、また、第２の電極として第１メッシュ電極２４と第３の電極として第２メッシュ電極２６とにより形成される順電場の領域には他の電極を配置していない。しかしながら、図８に示すように、第１の電極と第２の電極との間に第４の電極を配置して、逆電場の領域に多段的に電位勾配を設けるようにしてもよいし、同様に、第２の電極と第３の電極との間に第５の電極を配置して、逆電場の領域に多段的に電位勾配を設けるようにしてもよい。
【０１１５】
また、第１の電極と第２の電極との間に配置する電極の数は図８に示すように１個に限られるものではなく、第１の電極と第２の電極との間に電極を複数個配置するようにして、電位勾配を多段的に形成するようにしてもよい。同様に、第２の電極と第３の電極との間に配置する電極の数は図８に示すように１個に限られるものではなく、第２の電極と第３の電極との間に電極を複数個配置するようにして、電位勾配を多段的に形成するようにしてもよい。
【０１１６】
上記のように逆電場の領域に多段的に電位勾配を設けると、プラズマを変形させたり電荷と運動エネルギーに制限をかけ、電極通過時にフィルターをかけるという作用効果があり、また、上記のように順電場の領域に多段的に電位勾配を設けると、電圧をパルスで印加することにより選択的にイオンを加速でき、また、質量分解能を向上させるという作用効果がある。
【０１１７】
なお、第１の電極と第２の電極との間と第２の電極と第３の電極との間とのいずれか一方にのみ他の電極を配置するようにしてもよいし、第１の電極と第２の電極との間と第２の電極と第３の電極との間との双方に他の電極を配置する際には、双方の間で配置する他の電極の数は異なってもよい。
【０１１８】
（９）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（８）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、一般的な微量元素分析にとどまらず、医学や生化学などのライフサイエンスの分野における生体組織の分析に利用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】図１は、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置の実施の形態の一例として、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を実施した分子の質量分析を行う分析装置の構成の一例を示す概念構成説明図である。
【図２】図２は、試料に超短パルスレーザー装置から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、試料に超短パルスレーザー装置から出射されたフェムト秒レーザー光を照射してアブレーションした場合において、図２に示したプラズマが存在しない状態を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、本願発明者による実験結果を示すグラフであり、試料にフェムト秒レーザー光を照射した際に質量分析器によって測定された試料の質量スペクトル（ＴＯＦスペクトル）を示す。
【図５】図５は、ＬＩＦ観測装置の構成説明図である。
【図６】図６は、プラズマを減速させて閉じ込めた様子のＬＩＦ画像である。
【図７】図７は、本発明によるイオンの抽出方法およびその装置を適用することができるプラズマ密度と電子温度ｅＶの例であり、その時のデバイ長との関係を示す図表である。
【図８】図８は、逆電場の領域と順電場の領域とに電位勾配を設けた例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０ 分析装置
１２ 真空槽
１４ イオン源部
１６ 質量分析器
１８ 超短パルスレーザー装置
２０ 試料基板
２２ 試料ホルダー
２４ 第１メッシュ電極
２６ 第２メッシュ電極
１００ 試料
２００ プラズマ
３００ 試料の構成原子イオン
３０２ クラスターイオン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出方法であって、
逆電場をかけて前記アブレーションにより得られたイオンを減速した後に、順電場をかけて前記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速することによりバックグラウンドイオンを除去して前記所定のイオンを抽出する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンの抽出方法において、
前記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記プラズマに逆電場を作用させて前記プラズマを減速するとともに、前記プラズマに順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記プラズマを構成するイオンを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイオンの抽出方法において、
前記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と前記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、
前記シース部に逆電場が作用して前記プラズマを減速するとともに、前記シース部に順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記シース部を構成するイオンのみを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンの抽出方法において、
前記アブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、
前記クラスターイオンに逆電場を作用させて前記クラスターイオンを減速し、前記バックグラウンドイオンとして前記クラスターイオンを除去する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載のイオンの抽出方法において、
前記超短パルスレーザー光は、フェムト秒レーザー光、ピコ秒レーザー光またはナノ秒レーザー光である
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項６】
分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出装置において、
分析対象に超短パルスレーザー光を照射する超短パルスレーザー装置と、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンを減速する逆電場を生成する逆電場生成手段と、
前記逆電場生成手段により生成された逆電場により減速されたイオンに対して作用させて前記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速する順電場を生成する順電場生成手段と
を有することを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項７】
請求項６に記載のイオンの抽出装置において、
前記逆電場生成手段は、前記分析対象に隣接して配置されるとともに第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電極から所定の第１の間隔を開けて配置されるとともに第２の電圧が印加される第２の電極とを有して構成され、
前記順電場生成手段は、前記第２の電極と、前記第２の電極から所定の第２の間隔を開けて配置されるとともに第３の電圧が印加される第３の電極とを有して構成された
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記逆電場生成手段は、前記プラズマに逆電場を作用させて前記プラズマを減速し、
前記順電場生成手段は、前記プラズマに順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記プラズマを構成するイオンを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と前記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、
前記逆電場生成手段は、前記シース部に逆電場を作用させて前記プラズマを減速し、
前記順電場生成手段は、前記シース部に順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記シース部を構成するイオンのみを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１０】
請求項６または７に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、
前記逆電場生成手段は、前記クラスターイオンに逆電場を作用させて前記クラスターイオンを減速する
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１１】
請求項６、７、８、９または１０のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置は、フェムト秒レーザー光を照射するフェムト秒レーザー装置、ピコ秒レーザー光を照射するピコ秒レーザー装置またはナノ秒レーザー光を照射するナノ秒レーザー装置である
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１２】
請求項６、７、８、９、１０または１１のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記逆電場の電位差は、０〜１０ｋＶである
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１３】
請求項７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記第１の電圧、前記第２の電圧および前記第３の電圧は、それぞれ５０ｋＶ以下である
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１４】
請求項７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記第１の間隔は１〜２０ｍｍであり、
前記第２の間隔は１〜３０ｍｍであり、
前記第１の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、
前記第２の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、
前記第３の電圧は０Ｖであり、
前記第１の電圧より前記第２の電圧が大きい
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のイオンの抽出装置において、
前記第１の間隔は６ｍｍであり、
前記第２の間隔は１２ｍｍであり、
前記第１の電圧は＋４６００Ｖであり、
前記第２の電圧は＋５０００Ｖであり、
前記第３の電圧は０Ｖである
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１】
分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出方法であって、
逆電場をかけて前記アブレーションにより得られたイオンを減速した後に、順電場をかけて前記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速することによりバックグラウンドイオンを除去して前記所定のイオンを抽出する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンの抽出方法において、
前記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記プラズマに逆電場を作用させて前記プラズマを減速するとともに、前記プラズマに順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記プラズマを構成するイオンを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイオンの抽出方法において、
前記アブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と前記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、
前記シース部に逆電場が作用して前記プラズマを減速するとともに、前記シース部に順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記シース部を構成するイオンのみを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンの抽出方法において、
前記アブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、
前記クラスターイオンに逆電場を作用させて前記クラスターイオンを減速し、前記バックグラウンドイオンとして前記クラスターイオンを除去する
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載のイオンの抽出方法において、
前記超短パルスレーザー光は、フェムト秒レーザー光、ピコ秒レーザー光またはナノ秒レーザー光である
ことを特徴とするイオンの抽出方法。
【請求項６】
分析対象に超短パルスレーザー光を照射して該分析対象をアブレーションすることにより、該分析対象を構成原子に原子化し、該原子化した構成原子をイオン化し、該イオン化した構成原子のイオンを抽出するイオンの抽出装置において、
分析対象に超短パルスレーザー光を照射する超短パルスレーザー装置と、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンを減速する逆電場を生成する逆電場生成手段と、
前記逆電場生成手段により生成された逆電場により減速されたイオンに対して作用させて前記アブレーションにより得られたイオンから所定のイオンを加速する順電場を生成する順電場生成手段と
を有することを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項７】
請求項６に記載のイオンの抽出装置において、
前記逆電場生成手段は、前記分析対象に隣接して配置されるとともに第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電極から所定の第１の間隔を開けて配置されるとともに第２の電圧が印加される第２の電極とを有して構成され、
前記順電場生成手段は、前記第２の電極と、前記第２の電極から所定の第２の間隔を開けて配置されるとともに第３の電圧が印加される第３の電極とを有して構成された
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記逆電場生成手段は、前記プラズマに逆電場を作用させて前記プラズマを減速し、
前記順電場生成手段は、前記プラズマに順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記プラズマを構成するイオンを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、プラズマを構成しており、
前記プラズマは、外部電場のかからない高密度領域たる中心部と前記中心部の外周に位置する外部電場のかかる領域たるシース部とよりなり、
前記逆電場生成手段は、前記シース部に逆電場を作用させて前記プラズマを減速し、
前記順電場生成手段は、前記シース部に順電場を作用させて前記所定のイオンとして前記シース部を構成するイオンのみを加速する
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１０】
請求項６または７に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置による前記分析対象への超短パルスレーザー光の照射によるアブレーションにより得られたイオンは、クラスターイオンを含み、
前記逆電場生成手段は、前記クラスターイオンに逆電場を作用させて前記クラスターイオンを減速する
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１１】
請求項６、７、８、９または１０のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記超短パルスレーザー装置は、フェムト秒レーザー光を照射するフェムト秒レーザー装置、ピコ秒レーザー光を照射するピコ秒レーザー装置またはナノ秒レーザー光を照射するナノ秒レーザー装置である
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１２】
請求項６、７、８、９、１０または１１のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記逆電場の電位差は、０〜１０ｋＶである
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１３】
請求項７、８、９、１０、１１または１２のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記第１の電圧、前記第２の電圧および前記第３の電圧は、それぞれ５０ｋＶ以下である
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１４】
請求項７、８、９、１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載のイオンの抽出装置において、
前記第１の間隔は１〜２０ｍｍであり、
前記第２の間隔は１〜３０ｍｍであり、
前記第１の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、
前記第２の電圧は０〜＋１０ｋＶであり、
前記第３の電圧は０Ｖであり、
前記第１の電圧より前記第２の電圧が大きい
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のイオンの抽出装置において、
前記第１の間隔は６ｍｍであり、
前記第２の間隔は１２ｍｍであり、
前記第１の電圧は＋４６００Ｖであり、
前記第２の電圧は＋５０００Ｖであり、
前記第３の電圧は０Ｖである
ことを特徴とするイオンの抽出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２００７−５７４３２（Ｐ２００７−５７４３２Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４４６４８（Ｐ２００５−２４４６４８）
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１７年度、文部科学省２１世紀型革新的ライフサイエンス技術開発プログラム「フェムト秒レーザーを利用した高速・高精度遺伝子発現解析技術の開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１７年度、文部科学省２１世紀型革新的ライフサイエンス技術開発プログラム「フェムト秒レーザーを利用した高速・高精度遺伝子発現解析技術の開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
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