質量分析装置
【課題】試料上の二次元測定対象領域に目的成分が含まれるか否かを調べるような場合に測定スループットを向上させる。
【解決手段】設定された空間分解能に対応して測定対象領域指示枠４１の範囲内に設定される微小測定領域（レーザ照射領域）に対し、まず１回目の走査では１乃至複数個おきに質量分析が実行されるように試料ステージを移動させる。これにより、所望の空間分解能よりも低い分解能の粗い二次元質量分布画像を作成して表示する。その後に、２回目以降の走査として、それ以前に質量分析したものを除いて微小測定領域の走査を行い、その質量分析結果が得られる毎に二次元質量分布画像にその結果を追加表示して空白を埋めてゆく。これによれば、測定対象領域全体の粗い二次元質量分布が表示されてから徐々に精細度が上がるので、目的成分が見つかった時点で測定を打ち切ることができ、測定時間の短縮を図ることができる。
【解決手段】設定された空間分解能に対応して測定対象領域指示枠４１の範囲内に設定される微小測定領域（レーザ照射領域）に対し、まず１回目の走査では１乃至複数個おきに質量分析が実行されるように試料ステージを移動させる。これにより、所望の空間分解能よりも低い分解能の粗い二次元質量分布画像を作成して表示する。その後に、２回目以降の走査として、それ以前に質量分析したものを除いて微小測定領域の走査を行い、その質量分析結果が得られる毎に二次元質量分布画像にその結果を追加表示して空白を埋めてゆく。これによれば、測定対象領域全体の粗い二次元質量分布が表示されてから徐々に精細度が上がるので、目的成分が見つかった時点で測定を打ち切ることができ、測定時間の短縮を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ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、具体的には、レーザ脱離イオン化法（ＬＤＩ＝Laser Desorption /Ionization）やマトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption /Ionization）によるイオン源を備える質量分析装置に関し、さらに詳しくは、試料上の二次元領域の質量分析を行うための質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ脱離イオン化法（ＬＤＩ）は、試料にレーザ光を照射し、レーザ光を吸収した物質の内部で電荷の移動を促進させてイオン化を行うものである。また、マトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）は、レーザ光を吸収しにくい試料やタンパク質などレーザ光で損傷を受けやすい試料を分析するために、レーザ光を吸収し易く且つイオン化し易い物質をマトリクスとして試料に予め混合しておき、これにレーザ光を照射することで試料をイオン化するものである。特にＭＡＬＤＩを用いた質量分析装置は、分子量の大きな高分子化合物をあまり開裂させることなく分析することが可能であり、しかも微量分析にも好適であることから、近年、生命科学などの分野で広範に利用されている。なお、本明細書では、ＬＤＩやＭＡＬＤＩによるイオン源を備える質量分析装置を総称して、ＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳと記すこととする。
【０００３】
上記ＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、照射レーザ光のスポット径を小さく絞り、その照射位置を試料上で相対的に移動させることにより、例えば試料上で或る質量数を持つイオンの強度分布（二次元質量分布）を表す画像を得ることができる。こうした装置は質量分析顕微鏡又は顕微質量分析装置として知られており、特に、生化学分野、医療分野等において、生体内細胞に含まれるタンパク質の分布情報を得るといった応用が期待されている（例えば非特許文献１、特許文献１など参照）。
【０００４】
上述したように試料上でレーザ照射位置を移動させるためには、試料の位置を固定してレーザ照射部を移動させる、レーザ照射部の位置を固定して試料の位置を移動させる、レーザ照射部と試料とを共に移動させる、といった方法が考えられるが、一般には、試料を載せた試料ステージを移動させるのが最も実現が容易である。またこれによれば、レーザ照射位置付近から発生するイオンを取り込むイオン導入部の位置も固定できるので、装置構成が複雑にならずに済むという利点もある。この場合、二次元質量分布の空間分解能は、レーザ光の照射面積と隣接するレーザ照射位置つまり隣接する測定点（微小測定領域）の距離とにより決まる。したがって、空間分解能が或る値に設定されれば、それに応じて試料ステージの隣接測定点間の移動距離が決まることになる。
【０００５】
従来の装置では、試料上に設定された任意の測定対象領域について、上記のように空間分解能から決まる移動距離ずつ試料ステージを間欠的に移動させ、その移動によって測定点がレーザ照射位置に来て停止する毎にレーザ光が照射されて、該レーザ光が当たった微小測定領域の質量分析が実行される。二次元的な測定対象領域内で測定点は例えば格子状に設定される。したがって、同一の空間分解能においては、測定対象領域が広くなるほど測定点数が増加して測定対象領域全体の二次元質量分布測定に要する測定時間も長くなる。
【０００６】
例えば矩形状の測定対象領域において互いに直交する二軸方向にぞれぞれ１００個の測定点が存在するものとすると、測定対象領域全体では１００００個の測定点について１点ずつ繰り返し質量分析を行う必要がある。例えば、１個の測定点について質量分析と次の測定点に移動するまでの移動時間とが合わせて１秒かかるとすると、その測定対象領域全体の測定を終了するのに３時間近くかかることになる。こうしたことから、広い測定対象領域を設定したり、測定対象領域が比較的狭い場合でも高い空間分解能で以て測定を行おうとすると、測定時間が非常に長くなるという問題がある。
【０００７】
当然のことながら、１つの試料についての測定時間が長いと測定効率が悪くスループットが低下する。即ち、１日或いは１週間等の決まった期間内に測定可能な試料数が少なくなり、１つの試料に対する測定コストがそれだけ増加することになる。また、生体試料では時間の経過に伴って試料自体が乾燥したり変性したりする場合もあり、測定時間が長いとこうした影響のために測定の正確性が問題となるおそれもある。
【０００８】
上記のような測定時間の問題は、測定点数が多く、且つ或る測定点から次の測定点への試料ステージ等の移動動作に時間が掛かることが主な要因である。そのため、厳密な二次元質量分布を調べるような目的ではなく、例えば試料上の測定対象領域内に目的成分が存在しているか否かを調べたいといった概略的な測定を行いたい場合であっても、上記のような従来の装置において測定時間を短縮することは難しい。
【０００９】
また、生体試料、例えば臓器の凍結切片などでは、含まれる成分に局在がみられることが報告されている（例えば非特許文献２）。したがって、こうした試料を測定する場合には、局在成分が存在する領域を特に高い空間分解能で以て測定することが望ましい。ところが、局在成分のある部分の測定に合わせた空間分解能に設定すると、局在成分のない部分でも同様に高い空間分解能つまり高い測定点密度で以て測定が実行されてしまい、測定点数が非常に多くなって測定時間が長くなる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第5808300号明細書
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】ピーター・ジェイ・トッド（Peter J Todd.）ほか３名、「オーガニック・イオン・イメージング・オブ・バイオロジカル・ティッシュ・ウィズ・セカンダリー・イオン・マス・スペクトロメトリー・アンド・マトリクス−アシステッド・レーザー・ディソープション／イオナイゼイション(Organic ion imaging of biological tissue with secondary ion mass spectrometry and matrix-assisted laser desorption/ionization）」、J. Mass Spectrom.、2001, 36: pp.355-369
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、二次元質量分布測定の目的等に応じて適宜に測定時間を短縮して、測定効率やスループットを向上させることができる質量分析装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の他の目的とするところは、目的成分が試料上で局在しているような場合に、目的成分については十分に高い空間分解能で以て測定を行いながら測定時間の短縮も図ることができる質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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装置は、
a)試料上の微小測定領域にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
b)前記レーザ光の照射に対応して微小測定領域を中心に発生したイオンを質量数に応じて分離して検出する質量分析手段と、
c)試料上で微小測定領域が離散的に変化するように試料とレーザ照射手段との相対位置を変化させる走査手段と、
d)試料上に設定された測定対象領域における二次元質量分布を取得するために前記レーザ照射手段、質量分析手段、及び走査手段をそれぞれ制御する制御手段と、
e)前記二次元質量分布を表示する表示手段と、
を備え、前記制御手段は、まず測定対象領域の全体について所定間隔で以て順次微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、該測定対象領域の粗い二次元質量分布を前記表示手段に表示させ、その後に前記測定対象領域の全体又はその中の一部領域について、先の走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、前記表示手段に表示される二次元質量分布の空間分解能を段階的に高めることを特徴としている。
【００１４】
走査手段は、試料のみを移動させる手段、レーザ照射手段のみを移動させる手段、或いは、試料とレーザ照射手段との両方を移動させる手段のいずれでもよいが、典型的には試料を載せた又は試料を保持する試料保持部を移動させる手段とするとよい。
【００１５】
本発明に係る質量分析装置では、制御手段の制御の下に走査手段は、試料上に設定された測定対象領域内の所定の微小測定領域がレーザ照射手段によるレーザ照射位置に来るように試料とレーザ照射手段との相対位置を決め、そのときにレーザ照射手段は該微小測定領域にレーザ光を照射する。このレーザ光の照射により試料を構成する成分はイオン化され、質量分析手段は試料から放出された各種イオンを受けて質量分離して検出する。これにより、或る１箇所の微小測定領域の質量分析結果が得られる。
【００１６】
１箇所の微小測定領域に対する質量分析が終了すると、走査手段は測定対象領域内で次に分析すべき微小測定領域がレーザ照射位置に来るように試料とレーザ照射手段との一方又は両方を移動させる。レーザ光の照射面積が一定であるという条件の下では、上記移動距離により二次元質量分布の空間分解能が決まる。したがって、オペレータの入力操作により又は自動的なデフォルト値等の設定により二次元質量分布の空間分解能が決まると、その空間分解能を達成するために必要な隣接微小測定領域間隔つまり上記移動距離が決まり、この移動距離ずつ試料とレーザ照射手段との相対位置を変化させながら順次質量分析を実行してゆくことにより、設定された空間分解能を持つ二次元質量分布を作成できることになる。
【００１７】
しかしながら、本発明に係る質量分析装置では、そのように測定対象領域内に設定された複数の微小測定領域についてその配列順に沿って走査を行うのではなく、まず設定された空間分解能で決まる移動距離よりも長い所定の距離だけ互いに離れた位置の微小測定領域を順番に走査してゆき、各微小測定領域についての質量分析を実行する。そして、設定された空間分解能に対応した微小測定領域間隔に比べれば粗い（密度の低い）微小測定領域の走査を、測定対象領域全体について完了させる。このような粗い走査では、設定された空間分解能に対応した、より精緻な走査に比べれば測定対象領域内で質量分析の実行回数は少なくなるから、相対的に短い時間で測定対象領域全体の走査を終了することができる。この走査の終了時点では、表示手段には上記設定された空間分解能よりも低い空間分解能である粗い二次元質量分布が表示される。
【００１８】
その後に走査手段は、測定対象領域の全体又はその中の一部領域について、先の粗い走査時には質量分析していない微小測定領域、つまりは先の走査においてスキップされた微小測定領域を設定して質量分析を実行する。このときには、先に求めた粗い二次元質量分布において情報が欠損している部分を埋めてゆくように質量分析結果が得られるから、この結果を先に得られた二次元質量分布に加えて、情報を充実させてゆくことにより二次元質量分布は徐々に精緻になってゆく。
【００１９】
このような本発明に係る質量分析装置の一態様として、二次元質量分布の空間分解能を設定する分解能設定手段をさらに備え、前記制御手段は、設定された空間分解能に対応して間隔が決まる微小測定領域について１乃至複数の微小測定領域をスキップするように走査しつつ測定対象領域全体の質量分析を順次実行し、その後に先にスキップした微小測定領域の一部又は全部を選択するように走査しつつ質量分析を実行するように制御を行う構成とすることができる。
【００２０】
制御手段は、まず、設定された空間分解能に対応する微小測定領域間距離で決まる微小測定領域に対し、１乃至複数の微小測定領域をスキップするように走査を行いつつ測定対象領域内全体に亘る質量分析を実行する。つまり、上述したように所望の空間分解能を達成するために設定された微小測定領域について１つおき、２つおき等、所定数省略しながら走査手段を駆動し、質量分析を実行する微小測定領域についてはレーザ照射手段によりレーザ光を照射して、そのレーザ照射位置付近から発生するイオンに対する質量分析を実行する。このように測定対象領域全体のスキップ的な走査を行うことにより概略的な二次元質量分布が得られるが、当然、その空間分解能は設定されたものより低くなる。
【００２１】
測定対象領域全体についてスキップ的な走査を終了したならば、制御手段は、次いで先にスキップした、つまりは質量分析を実行しなかった微小測定領域の一部又は全部を選択するように走査しつつ測定対象領域内全体又はその一部の質量分析を実行する。これにより、先に質量分析が実行されなかった微小測定領域の質量分析結果が得られることになるから、先に質量分析が実行された微小測定領域の間の空白の少なくとも一部が埋められることになり、表示手段により表示される二次元質量分布画像の精細度は徐々に上がってゆく。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明に係る質量分析装置によれば、一連の測定が開始されると、まず測定領域全体について所望の空間分解能よりも低い空間分解能である粗い二次元質量分布が表示され、測定が進むに伴い二次元質量分布の精細度が上がってゆき、最終的には所望の空間分解能を持つ二次元質量分布が得られることになる。
【００２３】
例えば試料上の測定対象領域内に所定の物質が存在するか否かを調べたいような場合、その物質に対応する質量数に着目した質量分析を行って二次元質量分布を求めればよいが、粗い二次元質量分布画像が得られた（全体でなくても一部でも）段階において既に所定の物質が存在することが確認できたならば、それ以降の測定、つまり精細な二次元質量分布画像を作成するための各微小測定領域の質量分析は不要である。そこで、オペレータは適宜の時点で測定を打ち切る指示を行い、これに応じて制御手段は分析を中止する。これにより、その測定対象領域について所望の空間分解能の二次元質量分布を取得する前にこの試料の測定を終了し、例えば次の試料についての測定に取りかかることができる。このようにして、本発明に係る質量分析装置によれば、測定効率を向上させスループットを上げることができる。
【００２４】
また本発明に係る質量分析装置の一態様として、測定対象領域全体について粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにした構成とすることができる。
【００２５】
この構成によれば、試料上で目的成分が全く又は殆ど含まれていない領域については粗い二次元質量分布のみを実行し、目的成分が或る程度以上含まれている領域についてのみより精細度の高い二次元質量分布画像を迅速に得ることができる。
【００２６】
また、この場合、先の粗い走査時と微小測定領域の密度を同じにして、具体的には例えば走査手段による移動距離を同じにして質量分析を実行してもよいが、最終的に所望の空間分解能で以て特定領域の二次元質量分布を求めたい場合には、前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において走査を行う際に、先の粗い走査時よりも微小測定領域の密度を高くして質量分析を実行する構成とするとよい。
【００２７】
この構成によれば、特定領域内で質量分析が未実行である微小測定領域について近接する順番に走査が行われるので、走査手段の移動に無駄がなくなり、高精細の二次元質量分布画像を迅速に得ることができる。
【００２８】
また、試料上に設定する測定対象領域は１つのみでもよいが、複数であってもよい。試料上に設定された測定対象領域が複数である場合には、各測定対象領域のそれぞれについて粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記制御手段は、全ての測定対象領域について順番に各測定対象領域全体についての粗い走査を行いつつ質量分析を実行し、その際に前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された微小測定領域を含む測定対象領域についてのみ、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにした構成とすることができる。
【００２９】
この構成によれば、複数の測定対象領域の概略的な二次元質量分布画像がまず表示手段に表示されるから、いずれかの測定対象領域に所定の成分が含まれることさえ確認できればよいような場合には、そうした確認を迅速に行って例えば次の試料の測定に移行することが可能となる。
【００３０】
但し、質量分析では目的成分がうまく検出できないことや、質量分析結果を利用しても測定対象領域を適切に絞れない場合がある。そこで、本発明に係る質量分析装置の一態様として、二次元質量分布とは異なる試料上の二次元分布情報を受け取る外部情報取得手段、をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段による判定結果と前記外部情報取得手段により得られる二次元分布情報とを併せて、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行する領域を決定する構成としてもよい。ここで「二次元質量分布情報とは異なる試料上の二次元分布情報」とは、一例を挙げると、生体細胞の中での薬剤の分布を蛍光マーカーにより標識して得た二次元分布情報などである。
【００３１】
この構成によれば、例えば質量分析だけでは適切に抽出するのが難しいような試料上の領域についても他の方法により抽出した結果を利用して領域を選択したり絞ったりすることができ、より有益な二次元質量分布を短時間に得ることができる。
【００３２】
なお、本発明に係る質量分析装置では、試料の全体又は一部の画像を取得する試料撮影手段と、該試料撮影手段により取得された試料画像上で任意の測定対象領域を設定する領域設定手段をさらに備える構成とするとよい。これによれば、オペレータは試料撮影手段により取得された試料画像を目視で確認しながら、二次元質量分布を調べたい範囲を領域設定手段により任意に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第1実施例］
以下、本発明に係る質量分析装置の一実施例（第１実施例）であるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳについて図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１は本実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図である。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、レーザ照射部２０、レーザ集光光学系２２、ＣＣＤカメラ２３、観察用光学系２４などが配置されている。分析対象である試料１４は少なくともｘ軸、ｙ軸の二軸方向にそれぞれ高い位置精度で以て移動可能な試料ステージ１３上に載置されている。イオン輸送光学系１６は例えば、静電的な電磁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、磁場セクター型質量分析器などが用いられる。
【００３５】
ステージ駆動部３２は上述のように試料ステージ１３をｘ軸、ｙ軸の二軸方向にそれぞれ移動させるためのステッピングモータ等の駆動源を含み、後述する空間分解能の最小値に比べて十分に高い精度で以て試料ステージ１３の移動を行う。レーザ照射部２０から出射されたイオン化用のレーザ光はレーザ集光光学系２２により微小径（例えば数μm程度）に絞られ、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、或る決まった位置に照射される。このレーザ光照射位置は固定されているから、試料ステージ１３の移動により試料１４がｘ−ｙ面内で移動すると試料１４上でレーザ光が当たる位置、つまり試料１４上で質量分析の実行対象となる微小測定領域１５が移動する。
【００３６】
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を介して試料ステージ１３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に送られて二次元画像が構成される。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を介してレーザ照射部２０でのレーザ光の出射／停止やレーザ光強度などを制御する。また、図１では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。
【００３７】
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、例えば後述するような二次元質量分布画像が作成される。また、中央制御部３０にはオペレータ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、さらに試料の二次元画像や二次元質量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。
【００３８】
次に、本実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳによる特徴的な分析動作を図２〜図４を参照しつつ説明する。図２は試料の顕微観察画像を示す平面図、図３は測定対象領域内の微小測定領域（レーザ照射領域）の走査方法の説明図、図４は図３に示した走査の際の二次元質量分布画像の変化を示す模式図である。
【００３９】
オペレータが試料１４を試料ステージ１３上にセットして操作部３６により試料画像観察を指示すると、ＣＣＤカメラ２３により試料１４の画像が取得され、表示部３７の画面上には図２（ａ）に示すような試料１４表面の二次元試料像４０が描出される。オペレータはこの二次元試料像４０を見ながら、測定したい領域を操作部３６により指示する。例えば、オペレータの操作により、図２（ａ）に示すように二次元試料像４０上に測定対象領域指示枠４１が表示され、この指示枠４１の大きさや形状を変えるとともにその位置を任意に移動させることにより、指示枠４１で囲まれる範囲を測定対象領域として設定する。この例では、測定対象領域指示枠４１は矩形状であるが、これは任意の形状に変形することができ、また試料１４上で或る１箇所のみでなく複数箇所を同時に設定できるようにしてもよい。
【００４０】
また、オペレータは二次元質量分布の空間分解能を含む分析条件を操作部３６より設定する。例えば、或る特定の質量数Ｍを持つ成分についての二次元質量分布を調べたい場合には、上記空間分解能とともにこの質量数Ｍを設定すればよい。なお、レーザ光の照射径など装置の構成上の制約により設定可能な空間分解能の範囲は決まっているから、通常、予め複数段階の空間分解能が用意されており、オペレータは分析目的等に応じてその中から適当な空間分解能を選択するようにするとよい。
【００４１】
レーザ光の照射径が一定の条件の下では空間分解能により微小測定領域間隔が決まり、空間分解能が高いほど微小測定領域間隔は狭く、つまり微小測定領域の密度が高くなる。いま、図２（ａ）において、測定対象領域指示枠４１内には微小測定領域（レーザ照射領域）を小径の円で以て描いてある。なお、この円は実際に画像上に表示されるものではない。ここでは測定対象領域指示枠４１内でｘ軸方向に７、ｙ軸方向に７の合計４９個の微小測定領域４２が設けられている。これに対し、例えば空間分解能をその２倍の細かさに設定すると、図２（ｂ）に示すように同一の測定対象領域指示枠４１内でｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれに２倍の密度で微小測定領域４２が設定され、約４倍の１６９個の微小測定領域４２が設定されることになる。逆に空間分解能を低く（粗く）すれば同一の測定対象領域指示枠４１内に設定される微小測定領域の数は少なくなる。
【００４２】
測定対象領域指示枠４１の設定の後に、オペレータが操作部３６により分析開始を指示すると、中央制御部３０の制御の下に走査制御部３１は、試料１４上の決められた測定微小領域が順番にレーザ照射位置に来るように試料ステージ１３を移動させるべくステージ駆動部３２を制御する。一方、中央制御部３０の制御の下に照射制御部３３は、試料１４上の決められた微小測定領域がレーザ照射位置に来て試料ステージ１３の移動が一時的に停止されたときに所定強度のレーザ光を試料１４に照射するようにレーザ照射部２０を制御する。
【００４３】
従来の装置では、測定対象領域内に含まれる複数の微小測定領域についてその配列の順番にレーザ照射位置に移動させるように試料ステージを移動させる。これに対し、この実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、次のように特徴的な微小測定領域の走査を行う。
【００４４】
即ち、図２（ａ）に示したように測定対象領域指示枠４１内に含まれる４９個の微小測定領域４２に対し、まず１回目の走査として、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに、質量分析を行う微小測定領域が本来の（つまり所望の空間分解能に対応した密度の）微小測定領域の２個おきになるようにする。具体的には、図３（ａ）に示すように質量分析対象の微小測定領域の位置を（Ｘ，Ｙ）アドレスで表現したときに、（０，０）→（３，０）→（６，０）→（６，３）→（３，３）→…→（６，６）とスキップさせながら順番に走査する。図３（ａ）では質量分析が実行される微小測定領域４２１を斜線で示している。
【００４５】
質量分析対象の微小測定領域がレーザ照射位置に来ると、レーザ照射部２０から出射しレーザ集光光学系２２で集光されたレーザ光が試料１４上の微小測定領域に照射される。レーザ光２１が照射されると、その照射範囲において試料１４に含まれる各種物質がイオン化され、主として試料１４表面に略直交する方向、つまりほぼ真上にイオンが放出される。この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に導入される。中央制御部３０の制御の下に、質量分析器１７は質量数Ｍを持つイオンのみを選別するように設定されており、検出器１８はそのイオンの量に応じた検出信号を出力する。質量分析データ処理部３４はこの検出信号により質量数Ｍに対する相対強度値を求め、その測定対象領域の位置を示す情報（例えば上記（Ｘ，Ｙ）アドレスなど）とともにメモリに記憶する。
【００４６】
試料ステージ１３の移動に伴って微小測定領域４２１が移動する毎に上記のような質量分析が実行されるから、微小測定領域４２１毎に質量数Ｍの相対強度値が得られ、上述したようにその微小測定領域４２１の位置情報に対応付けてメモリに記憶される。このメモリの記憶内容に基づいて二次元質量分析画像が作成されることになる。いま、ここでは二次元質量分布画像として、図４に示すように、測定対象領域に対応する表示枠５０内を微小測定領域に一対一に対応付けて区切った矩形状の分割領域を考え、相対強度値の大きさは例えば各分割領域内の表示色の濃さや輝度で以て表現することとする。
【００４７】
このような表現方法によれば、上記図３（ａ）に示した１回目の走査が終了した段階で９個の微小測定領域４２１における質量分析結果が得られたときに、表示部３７には図４（ａ）に示すように９個の分割領域５１１に相対強度値を表す表示がなされた二次元質量分布画像が描出される。なお、この図４では相対強度値が表示される分割領域５１１は全て同一の斜線で示しているが、実際には相対強度値に応じてその表示色の濃さや輝度などが変更される。上記のような走査においてスキップされた微小測定領域に対応した分割領域５１２は何も表示されない空白になっているので、二次元質量分布画像の表示としては疎らな、つまり粗い描画となる。
【００４８】
例えば測定対象領域内に質量数Ｍの物質が存在するか否かだけを確認したい場合、上記のような１回目の走査に対応して表示される二次元質量分布画像において質量数Ｍの物質の存在が確認できれば、それ以上、測定を継続する必要はない。この場合、オペレータは操作部３６により測定の途中打ち切りを指示し、中央制御部３０は即座に分析を中止する。したがって、測定対象領域全体の二次元質量分布を設定した空間分解能で以て取得できるよりも以前に測定を終了して、例えば次の試料の測定に取り掛かることができる。このように無駄な測定時間を掛けずに済み、効率的な測定が行える。また、試料が生体試料である場合には、可能な限りレーザ照射の回数を減らして試料表面の損傷を軽減することが望ましいが、上述したように測定を途中で打ち切れば貴重な生体試料に与える損傷を抑えることができる。
【００４９】
上記のような１回目の走査により測定対象領域全体が走査されると、次に２回目の走査として、１回目の走査でスキップされた微小測定領域を２個おきに順番に走査し、各微小測定領域４２２に対し質量分析を実行する。具体的には、図３（ｂ）に示すように質量分析対象の微小測定領域の位置を（Ｘ，Ｙ）アドレスで表現したときに、（１，１）→（４，１）→（４，４）→（１，４）とスキップさせながら順番に走査する。この走査の際に上記１回目の走査時と同様にして４つの微小測定領域４２２に対する質量数Ｍの相対強度値が得られるから、図４（ｂ）に示すように、表示枠５０内に先の９個の分割領域５１１に加えて４個の分割領域５１１にも相対強度値を表す表示が追加される。これにより、二次元質量分布画像の空間分解能が若干向上する。
【００５０】
測定を終了せずに継続すれば、次に３回目の走査として、１回目及び２回目の走査でスキップされた微小測定領域を２個おきに順番に走査し、各微小測定領域４２３に対し質量分析を実行する。具体的には、図３（ｃ）に示すように質量分析対象の微小測定領域の位置を（Ｘ，Ｙ）アドレスで表現したときに、（２，２）→（５，２）→（５，５）→（２，５）とスキップさせながら順番に走査する。この走査の際に上記１回目及び２回目の走査時と同様にして４つの微小測定領域４２３に対する質量数Ｍの相対強度値が得られるから、図４（ｃ）に示すように、表示枠５０内に先の１３個の分割領域５１１に加えて４個の分割領域５１１にも相対強度値を表す表示が追加される。これにより、二次元質量分布画像の空間分解能がさらに若干向上する。
【００５１】
以上のようにして１回質量分析を実行した微小測定領域を避けながら走査を繰り返すことにより、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように表示枠５０内に空白の分割領域５１２は徐々に塗りつぶされてゆき、最終的には図４（ｆ）に示すように表示枠５０内の全ての分割領域が相対強度値を示す表示がなされた分割領域５１１となる。このとき、この二次元質量分布画像は初めに設定された空間分解能を持つものとなる。もちろん、このような最終的な精細な二次元質量分布画像が表示される以前に、任意の時点で測定を打ち切ることができる。
【００５２】
［第２実施例］
次に本発明による他の実施例（第２実施例）のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳについて説明する。図５はこの実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図である。図１に示した第１実施例の装置と同一又は相当する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
この装置の基本的な構成は第１実施例と同じであるが、この第２実施例の装置では、中央制御部３０は強度値判定部３０１、及び走査領域決定部３０２を機能ブロックとして含む。強度値判定部３０１は質量分析の結果として得られた各微小測定領域における相対強度値を質量分析データ処理部３４から受け取り、その強度値が所定の範囲であるか否かを判定する。また、走査領域決定部３０２は強度値判定部３０１の判定結果に応じて、試料上において質量分析のために走査する領域を設定する。
【００５４】
具体的な例を挙げて動作を説明する。図６（ａ）は試料の顕微観察画像、図６（ｂ）、（ｃ）は測定対象領域内の微小測定領域の走査方法の説明図である。表示部３７に表示された図６（ａ）に示すような画像上でオペレータが測定対象領域指示枠４１を設定して測定開始を指示すると、図６（ｂ）に示すように測定対象領域指示枠４１で指定された範囲内において、設定された空間分解能で決まる間隔で配置される微小測定領域に対し１個おきに、つまり斜線で示される微小測定領域４２１に対し順次質量分析が実行される。これは第１実施例の１回目の走査に相当するものである。
【００５５】
質量分析によって各微小測定領域４２１の質量数Ｍにおける相対強度値が得られると、強度値判定部３０１は相対強度値が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上の相対強度値を持つ微小測定領域の位置情報を走査領域決定部３０２に与える。判定のための所定値はオペレータが自由に設定できるようにしてもよいし、自動的に設定されるようにしてもよい。走査領域決定部３０２は与えられた微小測定領域の位置情報を元に、それを含むように２回目の走査領域を決定する。例えば、図６（ｂ）に示すように測定対象領域指示枠４１内全体を走査したときに中央の６個の微小測定領域４２４においてのみ相対強度値が所定値以上を示したものとすると、走査領域決定部３０２はこれら微小測定領域４２４を含むように走査領域範囲４３を決定する。
【００５６】
試料上で質量数Ｍの成分を含む範囲を特に高い空間分解能で観察したい場合、質量数Ｍの成分を含む部位では質量数Ｍにおける相対強度値は所定値以上となるから、上記のようにして決定された走査領域範囲４３内では質量数Ｍの成分が含まれている可能性が高い。そこで、２回目の走査では、測定対象領域指示枠４１内全体ではなくこの走査領域範囲４３内に存在し、且つ１回目の走査でスキップした微小測定領域４２５のみを選択的に順次走査し、質量分析を実行する。なお、このときには１個おきの走査ではなく、１回目の走査で質量分析された微小測定領域４２４以外の微小測定領域４２５を全て走査するように、試料ステージ１３の移動距離を１回目の走査時よりも短くしている。これは、走査領域範囲４３内における所定空間分解能の二次元質量分布画像を迅速に作成するためである。
【００５７】
以上のようして第２実施例の装置では、試料上で特定の成分が存在している（又は特定の成分の濃度が高い範囲）範囲やその範囲近傍について高い空間分解能で二次元質量分布画像を取得し、それ以外の領域では粗い二次元質量分布画像を得ることができる。これにより、無駄な測定時間を短縮することができる。
【００５８】
なお、上記説明では２回目の走査の際に１回目の走査時よりも試料ステージ１３の移動距離を短くしたが、第１実施例と同様に、走査領域範囲４３内についてステップ的な走査を繰り返しつつ質量分析を実行して、その範囲４３内の二次元質量分布画像の空間分解能が徐々に上がるようにしてもよい。
【００５９】
第１及び第２実施例についての上記説明では測定対象領域を試料上で１箇所のみ設定していたが、複数設定しても同様の手法で各測定対象領域内の二次元質量分布画像を作成することができる。また、測定対象領域を試料上で複数設定する場合、第２実施例のように相対強度値を利用して様々な態様が考え得る。
【００６０】
例えば図７に示すように試料上に３つの測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃが設定されている場合を考える。１回目の走査では、設定された空間分解能に対応して各測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃに配置される微小測定領域を１個おき、２個おき等、適宜にスキップしながら走査を行うことにより、各測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃの粗い二次元質量分布画像を作成する。それと並行して、強度値判定部３０１により各微小測定領域における質量数Ｍの相対強度値が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上の相対強度値を示す微小測定領域を含む測定対象領域指示枠を見い出す。いま、例えば測定対象領域指示枠４１ｂのみに所定値以上の相対強度値を示す微小測定領域が存在したものとすると、２回目の走査は測定対象領域指示枠４１ｂのみについて実行する。これにより、測定対象領域指示枠４１ｂについては精細な二次元質量分布が得られ、他の２つの測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｃについては粗い二次元質量分布が得られる。
【００６１】
さらにまた、測定対象領域指示枠４１ｂ全体について２回目の走査を行うのではなく、第２実施例と同様に、測定対象領域指示枠４１ｂ内でも相対強度値が所定値以上である微小測定領域を含む範囲に絞って２回目の走査を実行するようにしてもよい。
【００６２】
また、複数の測定対象領域指示枠について順番に１回目の走査を行うのではなく、例えば測定対象領域指示枠４１ａについてまず１回目の走査を実行し、相対強度値が所定値以上である微小測定領域を含んでいたならば該指示枠４１ａ全体又は一部について２回目の走査を実行して精細な二次元質量分布を取得し、その後、２番目の測定対象領域指示枠４１ｂについて１回目の走査を実行する、というように順番に処理を進めるようにしてもよい。どのような手順で以て処理を進めるのが適当であるのかは、測定目的、例えば粗い二次元質量分布を得ることの重要性の度合いなどによって異なるから、そうして手順をオペレータが選択できるようにしておいてもよい。
【００６３】
また、上記実施例では２回目以降の走査を行う領域の決定は質量分析結果を用いていたが、質量分析以外の他の計測装置による結果を利用してもよい。例えば、動物実験などにおいて或る薬物を投与された動物の器官内での薬物の分布を調べる場合、目的の薬物と結合する蛍光マーカーを同時に投与し、その後、採取された切片試料の蛍光強度分布を調べれば目的薬物の分布状況が把握できる。そこで、上記薬物を目的成分とする二次元質量分布を調べたい場合には、蛍光強度分布を利用し、試料上で蛍光強度が所定値よりも小さい領域では粗い二次元質量分布測定のみを行い、蛍光強度が所定値以上である領域では所望の空間分解能である精細な二次元質量分布測定を実行することができる。また、１回目の走査を実行して取得した質量分析結果と蛍光強度分布など他の計測による結果とを併せて、２回目の走査を行う領域を決定してもよい。
【００６４】
また上記実施例において試料へのレーザ照射や試料像の撮像のための光学系配置は適宜に変形可能である。こうした変形例を図８、図９に挙げる。図８、図９において図１、図５と同一の又は相当する構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
図８に示す構成の装置では、試料ステージ１３の上方に、穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５と穴有りミラー２６とが配置され、観察用窓１２の外側には波長選択ミラー２７が配置されている。試料１４の画像は、穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５を経て穴有りミラー２６により略直角に曲げられ、観察用窓１２、及び波長選択ミラー２７を通してＣＣＤカメラ２３で撮像される。一方、レーザ照射部２０より出射されたレーザ光２１は波長選択ミラー２７で略直角に曲げられ、観察用窓１２を通過し、穴有りミラー２６で下向きに反射されて穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５で集光されて試料１４に照射される。このレーザ照射によって試料１４から発生したイオンは、穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５と穴有りミラー２６の穴を通過してイオン輸送光学系１６に到達する。このような構成においてもレーザ光の照射位置は固定されているから、試料ステージ１３を移動させることでレーザ照射位置を試料１４上で移動させることができる。
【００６６】
図９に示す構成の装置では、試料ステージ１３はステージ駆動機構２８により特にｘ軸方向に大きくスライド移動可能となっている。即ち、図９で試料ステージ１３を実線で示す位置が質量分析位置であり、点線で示す位置が観察位置である。試料１４が分析位置にあるとき、レーザ照射部２０より発せられたレーザ光２１は試料１４に近接して配置されたレーザ集光光学系２２で集光されて試料１４の所定位置に当たる。質量分析を行うためのイオン輸送光学系１６、質量分析器１７、検出器１８は分析位置にある試料１４の上方に軸Ｃに沿って配置されている。一方、ＣＣＤカメラ２３はほぼ鉛直下方の撮影するように配置され、試料ステージ１３の移動により観察位置に試料１４が存在するときに、観察用窓１２、観察用光学系２４を通して試料１４の上面の所定範囲の像を撮影する。このような構成でも、上記と同様の測定が可能である。
【００６７】
また、上記構成ではいずれも試料ステージ１３がｘ軸、ｙ軸の二軸方向に移動することにより試料ステージ１３上に載置された試料１４の適宜の位置にレーザ光が照射されるようにしていたが、試料１４の厚み方向の移動も必要な場合には、ｘ軸、ｙ軸に直交するｚ軸にも試料ステージ１３を移動可能とすればよい。また、他の移動方法により試料１４を移動させることもできる。図１０は試料ステージの他の形態を示す概略図である。
【００６８】
この形態では、直線往復運動可能な台座部６０に回転運動可能な円盤状の試料ステージ６１が配置されており、この試料ステージ６１上に試料１４を載置する。そして、台座部６０の往復動と試料ステージ６１の回転運動との組み合わせにより、試料１４上の任意の位置がレーザ光照射位置に来るようになっている。また、レーザ光照射位置の上方には試料１４から発生したイオンを吸引して図示しない質量分析器にまで輸送するイオン輸送管６２の吸入口が設けられている。こうした構造の試料移動方法によれば、試料上の或る位置から別の位置まで移動する際に直線運動と回転運動とを適宜に利用することにより、高速な移動が可能となるため測定時間の短縮化に寄与する。また、一般に試料上の目的成分の存在する範囲の形状は不定形であるが、目的成分の存在する範囲近傍での位置決めが容易で、且つ高い精度での位置決めが行えるという利点もある。
【００６９】
もちろん、上述したいくつかの実施例や変形例はいずれも本発明の一例にすぎず、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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図。
【図２】第１実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける試料の顕微観察画像を示す平面図。
【図３】第１実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける測定対象領域内の微小測定領域（レーザ照射領域）の走査方法の説明図。
【図４】図３に示した走査の際の二次元質量分布画像の変化を示す模式図。
【図５】本発明の第２実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図。
【図６】第２実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける試料の顕微観察画像（ａ）、及び測定対象領域内の微小測定領域の走査方法の説明図（ｂ）、（ｃ）。
【図７】第２実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける他の形態による微小測定領域の走査方法の説明図。
【図８】試料へのレーザ照射及び試料像の撮像のための光学系配置の変形例を示す構成図。
【図９】試料へのレーザ照射及び試料像の撮像のための光学系配置の変形例を示す構成図。
【図１０】試料ステージの変形例を示す構成図。
【符号の説明】
【００７１】
１０…真空チャンバ
１１…照射用窓
１２…観察用窓
１３…試料ステージ
１４…試料
１５…微小測定領域
１６…イオン輸送光学系
１７…質量分析器
１８…検出器
２０…レーザ照射部
２１…レーザ光
２２…レーザ集光光学系
２３…ＣＣＤカメラ
２４…観察用光学系
２５…観察・レーザ集光兼用光学系
２６…穴有りミラー
２７…波長選択ミラー
２８…ステージ駆動機構
３０…中央制御部
３０１…強度値判定部
３０２…走査領域決定部
３１…走査制御部
３２…ステージ駆動部
３３…照射制御部
３４…質量分析データ処理部
３５…画像処理部
３６…操作部
３７…表示部
４０…二次元試料像
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…測定対象領域指示枠
４２、４２１、４２２、４２３、４２４、４２５…微小測定領域
４３…走査領域範囲
５０…表示枠
５１１、５１２…分割領域
６０…台座部
６１…試料ステージ
６２…イオン輸送管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ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、具体的には、レーザ脱離イオン化法（ＬＤＩ＝Laser Desorption /Ionization）やマトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ＝Matrix Assisted Laser Desorption /Ionization）によるイオン源を備える質量分析装置に関し、さらに詳しくは、試料上の二次元領域の質量分析を行うための質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ脱離イオン化法（ＬＤＩ）は、試料にレーザ光を照射し、レーザ光を吸収した物質の内部で電荷の移動を促進させてイオン化を行うものである。また、マトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）は、レーザ光を吸収しにくい試料やタンパク質などレーザ光で損傷を受けやすい試料を分析するために、レーザ光を吸収し易く且つイオン化し易い物質をマトリクスとして試料に予め混合しておき、これにレーザ光を照射することで試料をイオン化するものである。特にＭＡＬＤＩを用いた質量分析装置は、分子量の大きな高分子化合物をあまり開裂させることなく分析することが可能であり、しかも微量分析にも好適であることから、近年、生命科学などの分野で広範に利用されている。なお、本明細書では、ＬＤＩやＭＡＬＤＩによるイオン源を備える質量分析装置を総称して、ＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳと記すこととする。
【０００３】
上記ＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、照射レーザ光のスポット径を小さく絞り、その照射位置を試料上で相対的に移動させることにより、例えば試料上で或る質量数を持つイオンの強度分布（二次元質量分布）を表す画像を得ることができる。こうした装置は質量分析顕微鏡又は顕微質量分析装置として知られており、特に、生化学分野、医療分野等において、生体内細胞に含まれるタンパク質の分布情報を得るといった応用が期待されている（例えば非特許文献１、特許文献１など参照）。
【０００４】
上述したように試料上でレーザ照射位置を移動させるためには、試料の位置を固定してレーザ照射部を移動させる、レーザ照射部の位置を固定して試料の位置を移動させる、レーザ照射部と試料とを共に移動させる、といった方法が考えられるが、一般には、試料を載せた試料ステージを移動させるのが最も実現が容易である。またこれによれば、レーザ照射位置付近から発生するイオンを取り込むイオン導入部の位置も固定できるので、装置構成が複雑にならずに済むという利点もある。この場合、二次元質量分布の空間分解能は、レーザ光の照射面積と隣接するレーザ照射位置つまり隣接する測定点（微小測定領域）の距離とにより決まる。したがって、空間分解能が或る値に設定されれば、それに応じて試料ステージの隣接測定点間の移動距離が決まることになる。
【０００５】
従来の装置では、試料上に設定された任意の測定対象領域について、上記のように空間分解能から決まる移動距離ずつ試料ステージを間欠的に移動させ、その移動によって測定点がレーザ照射位置に来て停止する毎にレーザ光が照射されて、該レーザ光が当たった微小測定領域の質量分析が実行される。二次元的な測定対象領域内で測定点は例えば格子状に設定される。したがって、同一の空間分解能においては、測定対象領域が広くなるほど測定点数が増加して測定対象領域全体の二次元質量分布測定に要する測定時間も長くなる。
【０００６】
例えば矩形状の測定対象領域において互いに直交する二軸方向にぞれぞれ１００個の測定点が存在するものとすると、測定対象領域全体では１００００個の測定点について１点ずつ繰り返し質量分析を行う必要がある。例えば、１個の測定点について質量分析と次の測定点に移動するまでの移動時間とが合わせて１秒かかるとすると、その測定対象領域全体の測定を終了するのに３時間近くかかることになる。こうしたことから、広い測定対象領域を設定したり、測定対象領域が比較的狭い場合でも高い空間分解能で以て測定を行おうとすると、測定時間が非常に長くなるという問題がある。
【０００７】
当然のことながら、１つの試料についての測定時間が長いと測定効率が悪くスループットが低下する。即ち、１日或いは１週間等の決まった期間内に測定可能な試料数が少なくなり、１つの試料に対する測定コストがそれだけ増加することになる。また、生体試料では時間の経過に伴って試料自体が乾燥したり変性したりする場合もあり、測定時間が長いとこうした影響のために測定の正確性が問題となるおそれもある。
【０００８】
上記のような測定時間の問題は、測定点数が多く、且つ或る測定点から次の測定点への試料ステージ等の移動動作に時間が掛かることが主な要因である。そのため、厳密な二次元質量分布を調べるような目的ではなく、例えば試料上の測定対象領域内に目的成分が存在しているか否かを調べたいといった概略的な測定を行いたい場合であっても、上記のような従来の装置において測定時間を短縮することは難しい。
【０００９】
また、生体試料、例えば臓器の凍結切片などでは、含まれる成分に局在がみられることが報告されている（例えば非特許文献２）。したがって、こうした試料を測定する場合には、局在成分が存在する領域を特に高い空間分解能で以て測定することが望ましい。ところが、局在成分のある部分の測定に合わせた空間分解能に設定すると、局在成分のない部分でも同様に高い空間分解能つまり高い測定点密度で以て測定が実行されてしまい、測定点数が非常に多くなって測定時間が長くなる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第5808300号明細書
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】ピーター・ジェイ・トッド（Peter J Todd.）ほか３名、「オーガニック・イオン・イメージング・オブ・バイオロジカル・ティッシュ・ウィズ・セカンダリー・イオン・マス・スペクトロメトリー・アンド・マトリクス−アシステッド・レーザー・ディソープション／イオナイゼイション(Organic ion imaging of biological tissue with secondary ion mass spectrometry and matrix-assisted laser desorption/ionization）」、J. Mass Spectrom.、2001, 36: pp.355-369
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、二次元質量分布測定の目的等に応じて適宜に測定時間を短縮して、測定効率やスループットを向上させることができる質量分析装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の他の目的とするところは、目的成分が試料上で局在しているような場合に、目的成分については十分に高い空間分解能で以て測定を行いながら測定時間の短縮も図ることができる質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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装置は、
a)試料上の微小測定領域にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
b)前記レーザ光の照射に対応して微小測定領域を中心に発生したイオンを質量数に応じて分離して検出する質量分析手段と、
c)試料上で微小測定領域が離散的に変化するように試料とレーザ照射手段との相対位置を変化させる走査手段と、
d)試料上に設定された測定対象領域における二次元質量分布を取得するために前記レーザ照射手段、質量分析手段、及び走査手段をそれぞれ制御する制御手段と、
e)前記二次元質量分布を表示する表示手段と、
を備え、前記制御手段は、まず測定対象領域の全体について所定間隔で以て順次微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、該測定対象領域の粗い二次元質量分布を前記表示手段に表示させ、その後に前記測定対象領域の全体又はその中の一部領域について、先の走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、前記表示手段に表示される二次元質量分布の空間分解能を段階的に高めることを特徴としている。
【００１４】
走査手段は、試料のみを移動させる手段、レーザ照射手段のみを移動させる手段、或いは、試料とレーザ照射手段との両方を移動させる手段のいずれでもよいが、典型的には試料を載せた又は試料を保持する試料保持部を移動させる手段とするとよい。
【００１５】
本発明に係る質量分析装置では、制御手段の制御の下に走査手段は、試料上に設定された測定対象領域内の所定の微小測定領域がレーザ照射手段によるレーザ照射位置に来るように試料とレーザ照射手段との相対位置を決め、そのときにレーザ照射手段は該微小測定領域にレーザ光を照射する。このレーザ光の照射により試料を構成する成分はイオン化され、質量分析手段は試料から放出された各種イオンを受けて質量分離して検出する。これにより、或る１箇所の微小測定領域の質量分析結果が得られる。
【００１６】
１箇所の微小測定領域に対する質量分析が終了すると、走査手段は測定対象領域内で次に分析すべき微小測定領域がレーザ照射位置に来るように試料とレーザ照射手段との一方又は両方を移動させる。レーザ光の照射面積が一定であるという条件の下では、上記移動距離により二次元質量分布の空間分解能が決まる。したがって、オペレータの入力操作により又は自動的なデフォルト値等の設定により二次元質量分布の空間分解能が決まると、その空間分解能を達成するために必要な隣接微小測定領域間隔つまり上記移動距離が決まり、この移動距離ずつ試料とレーザ照射手段との相対位置を変化させながら順次質量分析を実行してゆくことにより、設定された空間分解能を持つ二次元質量分布を作成できることになる。
【００１７】
しかしながら、本発明に係る質量分析装置では、そのように測定対象領域内に設定された複数の微小測定領域についてその配列順に沿って走査を行うのではなく、まず設定された空間分解能で決まる移動距離よりも長い所定の距離だけ互いに離れた位置の微小測定領域を順番に走査してゆき、各微小測定領域についての質量分析を実行する。そして、設定された空間分解能に対応した微小測定領域間隔に比べれば粗い（密度の低い）微小測定領域の走査を、測定対象領域全体について完了させる。このような粗い走査では、設定された空間分解能に対応した、より精緻な走査に比べれば測定対象領域内で質量分析の実行回数は少なくなるから、相対的に短い時間で測定対象領域全体の走査を終了することができる。この走査の終了時点では、表示手段には上記設定された空間分解能よりも低い空間分解能である粗い二次元質量分布が表示される。
【００１８】
その後に走査手段は、測定対象領域の全体又はその中の一部領域について、先の粗い走査時には質量分析していない微小測定領域、つまりは先の走査においてスキップされた微小測定領域を設定して質量分析を実行する。このときには、先に求めた粗い二次元質量分布において情報が欠損している部分を埋めてゆくように質量分析結果が得られるから、この結果を先に得られた二次元質量分布に加えて、情報を充実させてゆくことにより二次元質量分布は徐々に精緻になってゆく。
【００１９】
このような本発明に係る質量分析装置の一態様として、二次元質量分布の空間分解能を設定する分解能設定手段をさらに備え、前記制御手段は、設定された空間分解能に対応して間隔が決まる微小測定領域について１乃至複数の微小測定領域をスキップするように走査しつつ測定対象領域全体の質量分析を順次実行し、その後に先にスキップした微小測定領域の一部又は全部を選択するように走査しつつ質量分析を実行するように制御を行う構成とすることができる。
【００２０】
制御手段は、まず、設定された空間分解能に対応する微小測定領域間距離で決まる微小測定領域に対し、１乃至複数の微小測定領域をスキップするように走査を行いつつ測定対象領域内全体に亘る質量分析を実行する。つまり、上述したように所望の空間分解能を達成するために設定された微小測定領域について１つおき、２つおき等、所定数省略しながら走査手段を駆動し、質量分析を実行する微小測定領域についてはレーザ照射手段によりレーザ光を照射して、そのレーザ照射位置付近から発生するイオンに対する質量分析を実行する。このように測定対象領域全体のスキップ的な走査を行うことにより概略的な二次元質量分布が得られるが、当然、その空間分解能は設定されたものより低くなる。
【００２１】
測定対象領域全体についてスキップ的な走査を終了したならば、制御手段は、次いで先にスキップした、つまりは質量分析を実行しなかった微小測定領域の一部又は全部を選択するように走査しつつ測定対象領域内全体又はその一部の質量分析を実行する。これにより、先に質量分析が実行されなかった微小測定領域の質量分析結果が得られることになるから、先に質量分析が実行された微小測定領域の間の空白の少なくとも一部が埋められることになり、表示手段により表示される二次元質量分布画像の精細度は徐々に上がってゆく。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明に係る質量分析装置によれば、一連の測定が開始されると、まず測定領域全体について所望の空間分解能よりも低い空間分解能である粗い二次元質量分布が表示され、測定が進むに伴い二次元質量分布の精細度が上がってゆき、最終的には所望の空間分解能を持つ二次元質量分布が得られることになる。
【００２３】
例えば試料上の測定対象領域内に所定の物質が存在するか否かを調べたいような場合、その物質に対応する質量数に着目した質量分析を行って二次元質量分布を求めればよいが、粗い二次元質量分布画像が得られた（全体でなくても一部でも）段階において既に所定の物質が存在することが確認できたならば、それ以降の測定、つまり精細な二次元質量分布画像を作成するための各微小測定領域の質量分析は不要である。そこで、オペレータは適宜の時点で測定を打ち切る指示を行い、これに応じて制御手段は分析を中止する。これにより、その測定対象領域について所望の空間分解能の二次元質量分布を取得する前にこの試料の測定を終了し、例えば次の試料についての測定に取りかかることができる。このようにして、本発明に係る質量分析装置によれば、測定効率を向上させスループットを上げることができる。
【００２４】
また本発明に係る質量分析装置の一態様として、測定対象領域全体について粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにした構成とすることができる。
【００２５】
この構成によれば、試料上で目的成分が全く又は殆ど含まれていない領域については粗い二次元質量分布のみを実行し、目的成分が或る程度以上含まれている領域についてのみより精細度の高い二次元質量分布画像を迅速に得ることができる。
【００２６】
また、この場合、先の粗い走査時と微小測定領域の密度を同じにして、具体的には例えば走査手段による移動距離を同じにして質量分析を実行してもよいが、最終的に所望の空間分解能で以て特定領域の二次元質量分布を求めたい場合には、前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において走査を行う際に、先の粗い走査時よりも微小測定領域の密度を高くして質量分析を実行する構成とするとよい。
【００２７】
この構成によれば、特定領域内で質量分析が未実行である微小測定領域について近接する順番に走査が行われるので、走査手段の移動に無駄がなくなり、高精細の二次元質量分布画像を迅速に得ることができる。
【００２８】
また、試料上に設定する測定対象領域は１つのみでもよいが、複数であってもよい。試料上に設定された測定対象領域が複数である場合には、各測定対象領域のそれぞれについて粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記制御手段は、全ての測定対象領域について順番に各測定対象領域全体についての粗い走査を行いつつ質量分析を実行し、その際に前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された微小測定領域を含む測定対象領域についてのみ、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにした構成とすることができる。
【００２９】
この構成によれば、複数の測定対象領域の概略的な二次元質量分布画像がまず表示手段に表示されるから、いずれかの測定対象領域に所定の成分が含まれることさえ確認できればよいような場合には、そうした確認を迅速に行って例えば次の試料の測定に移行することが可能となる。
【００３０】
但し、質量分析では目的成分がうまく検出できないことや、質量分析結果を利用しても測定対象領域を適切に絞れない場合がある。そこで、本発明に係る質量分析装置の一態様として、二次元質量分布とは異なる試料上の二次元分布情報を受け取る外部情報取得手段、をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段による判定結果と前記外部情報取得手段により得られる二次元分布情報とを併せて、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行する領域を決定する構成としてもよい。ここで「二次元質量分布情報とは異なる試料上の二次元分布情報」とは、一例を挙げると、生体細胞の中での薬剤の分布を蛍光マーカーにより標識して得た二次元分布情報などである。
【００３１】
この構成によれば、例えば質量分析だけでは適切に抽出するのが難しいような試料上の領域についても他の方法により抽出した結果を利用して領域を選択したり絞ったりすることができ、より有益な二次元質量分布を短時間に得ることができる。
【００３２】
なお、本発明に係る質量分析装置では、試料の全体又は一部の画像を取得する試料撮影手段と、該試料撮影手段により取得された試料画像上で任意の測定対象領域を設定する領域設定手段をさらに備える構成とするとよい。これによれば、オペレータは試料撮影手段により取得された試料画像を目視で確認しながら、二次元質量分布を調べたい範囲を領域設定手段により任意に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第1実施例］
以下、本発明に係る質量分析装置の一実施例（第１実施例）であるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳについて図面を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１は本実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図である。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、レーザ照射部２０、レーザ集光光学系２２、ＣＣＤカメラ２３、観察用光学系２４などが配置されている。分析対象である試料１４は少なくともｘ軸、ｙ軸の二軸方向にそれぞれ高い位置精度で以て移動可能な試料ステージ１３上に載置されている。イオン輸送光学系１６は例えば、静電的な電磁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、磁場セクター型質量分析器などが用いられる。
【００３５】
ステージ駆動部３２は上述のように試料ステージ１３をｘ軸、ｙ軸の二軸方向にそれぞれ移動させるためのステッピングモータ等の駆動源を含み、後述する空間分解能の最小値に比べて十分に高い精度で以て試料ステージ１３の移動を行う。レーザ照射部２０から出射されたイオン化用のレーザ光はレーザ集光光学系２２により微小径（例えば数μm程度）に絞られ、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、或る決まった位置に照射される。このレーザ光照射位置は固定されているから、試料ステージ１３の移動により試料１４がｘ−ｙ面内で移動すると試料１４上でレーザ光が当たる位置、つまり試料１４上で質量分析の実行対象となる微小測定領域１５が移動する。
【００３６】
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を介して試料ステージ１３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に送られて二次元画像が構成される。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を介してレーザ照射部２０でのレーザ光の出射／停止やレーザ光強度などを制御する。また、図１では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。
【００３７】
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、例えば後述するような二次元質量分布画像が作成される。また、中央制御部３０にはオペレータ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、さらに試料の二次元画像や二次元質量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。
【００３８】
次に、本実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳによる特徴的な分析動作を図２〜図４を参照しつつ説明する。図２は試料の顕微観察画像を示す平面図、図３は測定対象領域内の微小測定領域（レーザ照射領域）の走査方法の説明図、図４は図３に示した走査の際の二次元質量分布画像の変化を示す模式図である。
【００３９】
オペレータが試料１４を試料ステージ１３上にセットして操作部３６により試料画像観察を指示すると、ＣＣＤカメラ２３により試料１４の画像が取得され、表示部３７の画面上には図２（ａ）に示すような試料１４表面の二次元試料像４０が描出される。オペレータはこの二次元試料像４０を見ながら、測定したい領域を操作部３６により指示する。例えば、オペレータの操作により、図２（ａ）に示すように二次元試料像４０上に測定対象領域指示枠４１が表示され、この指示枠４１の大きさや形状を変えるとともにその位置を任意に移動させることにより、指示枠４１で囲まれる範囲を測定対象領域として設定する。この例では、測定対象領域指示枠４１は矩形状であるが、これは任意の形状に変形することができ、また試料１４上で或る１箇所のみでなく複数箇所を同時に設定できるようにしてもよい。
【００４０】
また、オペレータは二次元質量分布の空間分解能を含む分析条件を操作部３６より設定する。例えば、或る特定の質量数Ｍを持つ成分についての二次元質量分布を調べたい場合には、上記空間分解能とともにこの質量数Ｍを設定すればよい。なお、レーザ光の照射径など装置の構成上の制約により設定可能な空間分解能の範囲は決まっているから、通常、予め複数段階の空間分解能が用意されており、オペレータは分析目的等に応じてその中から適当な空間分解能を選択するようにするとよい。
【００４１】
レーザ光の照射径が一定の条件の下では空間分解能により微小測定領域間隔が決まり、空間分解能が高いほど微小測定領域間隔は狭く、つまり微小測定領域の密度が高くなる。いま、図２（ａ）において、測定対象領域指示枠４１内には微小測定領域（レーザ照射領域）を小径の円で以て描いてある。なお、この円は実際に画像上に表示されるものではない。ここでは測定対象領域指示枠４１内でｘ軸方向に７、ｙ軸方向に７の合計４９個の微小測定領域４２が設けられている。これに対し、例えば空間分解能をその２倍の細かさに設定すると、図２（ｂ）に示すように同一の測定対象領域指示枠４１内でｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれに２倍の密度で微小測定領域４２が設定され、約４倍の１６９個の微小測定領域４２が設定されることになる。逆に空間分解能を低く（粗く）すれば同一の測定対象領域指示枠４１内に設定される微小測定領域の数は少なくなる。
【００４２】
測定対象領域指示枠４１の設定の後に、オペレータが操作部３６により分析開始を指示すると、中央制御部３０の制御の下に走査制御部３１は、試料１４上の決められた測定微小領域が順番にレーザ照射位置に来るように試料ステージ１３を移動させるべくステージ駆動部３２を制御する。一方、中央制御部３０の制御の下に照射制御部３３は、試料１４上の決められた微小測定領域がレーザ照射位置に来て試料ステージ１３の移動が一時的に停止されたときに所定強度のレーザ光を試料１４に照射するようにレーザ照射部２０を制御する。
【００４３】
従来の装置では、測定対象領域内に含まれる複数の微小測定領域についてその配列の順番にレーザ照射位置に移動させるように試料ステージを移動させる。これに対し、この実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳでは、次のように特徴的な微小測定領域の走査を行う。
【００４４】
即ち、図２（ａ）に示したように測定対象領域指示枠４１内に含まれる４９個の微小測定領域４２に対し、まず１回目の走査として、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに、質量分析を行う微小測定領域が本来の（つまり所望の空間分解能に対応した密度の）微小測定領域の２個おきになるようにする。具体的には、図３（ａ）に示すように質量分析対象の微小測定領域の位置を（Ｘ，Ｙ）アドレスで表現したときに、（０，０）→（３，０）→（６，０）→（６，３）→（３，３）→…→（６，６）とスキップさせながら順番に走査する。図３（ａ）では質量分析が実行される微小測定領域４２１を斜線で示している。
【００４５】
質量分析対象の微小測定領域がレーザ照射位置に来ると、レーザ照射部２０から出射しレーザ集光光学系２２で集光されたレーザ光が試料１４上の微小測定領域に照射される。レーザ光２１が照射されると、その照射範囲において試料１４に含まれる各種物質がイオン化され、主として試料１４表面に略直交する方向、つまりほぼ真上にイオンが放出される。この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に導入される。中央制御部３０の制御の下に、質量分析器１７は質量数Ｍを持つイオンのみを選別するように設定されており、検出器１８はそのイオンの量に応じた検出信号を出力する。質量分析データ処理部３４はこの検出信号により質量数Ｍに対する相対強度値を求め、その測定対象領域の位置を示す情報（例えば上記（Ｘ，Ｙ）アドレスなど）とともにメモリに記憶する。
【００４６】
試料ステージ１３の移動に伴って微小測定領域４２１が移動する毎に上記のような質量分析が実行されるから、微小測定領域４２１毎に質量数Ｍの相対強度値が得られ、上述したようにその微小測定領域４２１の位置情報に対応付けてメモリに記憶される。このメモリの記憶内容に基づいて二次元質量分析画像が作成されることになる。いま、ここでは二次元質量分布画像として、図４に示すように、測定対象領域に対応する表示枠５０内を微小測定領域に一対一に対応付けて区切った矩形状の分割領域を考え、相対強度値の大きさは例えば各分割領域内の表示色の濃さや輝度で以て表現することとする。
【００４７】
このような表現方法によれば、上記図３（ａ）に示した１回目の走査が終了した段階で９個の微小測定領域４２１における質量分析結果が得られたときに、表示部３７には図４（ａ）に示すように９個の分割領域５１１に相対強度値を表す表示がなされた二次元質量分布画像が描出される。なお、この図４では相対強度値が表示される分割領域５１１は全て同一の斜線で示しているが、実際には相対強度値に応じてその表示色の濃さや輝度などが変更される。上記のような走査においてスキップされた微小測定領域に対応した分割領域５１２は何も表示されない空白になっているので、二次元質量分布画像の表示としては疎らな、つまり粗い描画となる。
【００４８】
例えば測定対象領域内に質量数Ｍの物質が存在するか否かだけを確認したい場合、上記のような１回目の走査に対応して表示される二次元質量分布画像において質量数Ｍの物質の存在が確認できれば、それ以上、測定を継続する必要はない。この場合、オペレータは操作部３６により測定の途中打ち切りを指示し、中央制御部３０は即座に分析を中止する。したがって、測定対象領域全体の二次元質量分布を設定した空間分解能で以て取得できるよりも以前に測定を終了して、例えば次の試料の測定に取り掛かることができる。このように無駄な測定時間を掛けずに済み、効率的な測定が行える。また、試料が生体試料である場合には、可能な限りレーザ照射の回数を減らして試料表面の損傷を軽減することが望ましいが、上述したように測定を途中で打ち切れば貴重な生体試料に与える損傷を抑えることができる。
【００４９】
上記のような１回目の走査により測定対象領域全体が走査されると、次に２回目の走査として、１回目の走査でスキップされた微小測定領域を２個おきに順番に走査し、各微小測定領域４２２に対し質量分析を実行する。具体的には、図３（ｂ）に示すように質量分析対象の微小測定領域の位置を（Ｘ，Ｙ）アドレスで表現したときに、（１，１）→（４，１）→（４，４）→（１，４）とスキップさせながら順番に走査する。この走査の際に上記１回目の走査時と同様にして４つの微小測定領域４２２に対する質量数Ｍの相対強度値が得られるから、図４（ｂ）に示すように、表示枠５０内に先の９個の分割領域５１１に加えて４個の分割領域５１１にも相対強度値を表す表示が追加される。これにより、二次元質量分布画像の空間分解能が若干向上する。
【００５０】
測定を終了せずに継続すれば、次に３回目の走査として、１回目及び２回目の走査でスキップされた微小測定領域を２個おきに順番に走査し、各微小測定領域４２３に対し質量分析を実行する。具体的には、図３（ｃ）に示すように質量分析対象の微小測定領域の位置を（Ｘ，Ｙ）アドレスで表現したときに、（２，２）→（５，２）→（５，５）→（２，５）とスキップさせながら順番に走査する。この走査の際に上記１回目及び２回目の走査時と同様にして４つの微小測定領域４２３に対する質量数Ｍの相対強度値が得られるから、図４（ｃ）に示すように、表示枠５０内に先の１３個の分割領域５１１に加えて４個の分割領域５１１にも相対強度値を表す表示が追加される。これにより、二次元質量分布画像の空間分解能がさらに若干向上する。
【００５１】
以上のようにして１回質量分析を実行した微小測定領域を避けながら走査を繰り返すことにより、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように表示枠５０内に空白の分割領域５１２は徐々に塗りつぶされてゆき、最終的には図４（ｆ）に示すように表示枠５０内の全ての分割領域が相対強度値を示す表示がなされた分割領域５１１となる。このとき、この二次元質量分布画像は初めに設定された空間分解能を持つものとなる。もちろん、このような最終的な精細な二次元質量分布画像が表示される以前に、任意の時点で測定を打ち切ることができる。
【００５２】
［第２実施例］
次に本発明による他の実施例（第２実施例）のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳについて説明する。図５はこの実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図である。図１に示した第１実施例の装置と同一又は相当する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
この装置の基本的な構成は第１実施例と同じであるが、この第２実施例の装置では、中央制御部３０は強度値判定部３０１、及び走査領域決定部３０２を機能ブロックとして含む。強度値判定部３０１は質量分析の結果として得られた各微小測定領域における相対強度値を質量分析データ処理部３４から受け取り、その強度値が所定の範囲であるか否かを判定する。また、走査領域決定部３０２は強度値判定部３０１の判定結果に応じて、試料上において質量分析のために走査する領域を設定する。
【００５４】
具体的な例を挙げて動作を説明する。図６（ａ）は試料の顕微観察画像、図６（ｂ）、（ｃ）は測定対象領域内の微小測定領域の走査方法の説明図である。表示部３７に表示された図６（ａ）に示すような画像上でオペレータが測定対象領域指示枠４１を設定して測定開始を指示すると、図６（ｂ）に示すように測定対象領域指示枠４１で指定された範囲内において、設定された空間分解能で決まる間隔で配置される微小測定領域に対し１個おきに、つまり斜線で示される微小測定領域４２１に対し順次質量分析が実行される。これは第１実施例の１回目の走査に相当するものである。
【００５５】
質量分析によって各微小測定領域４２１の質量数Ｍにおける相対強度値が得られると、強度値判定部３０１は相対強度値が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上の相対強度値を持つ微小測定領域の位置情報を走査領域決定部３０２に与える。判定のための所定値はオペレータが自由に設定できるようにしてもよいし、自動的に設定されるようにしてもよい。走査領域決定部３０２は与えられた微小測定領域の位置情報を元に、それを含むように２回目の走査領域を決定する。例えば、図６（ｂ）に示すように測定対象領域指示枠４１内全体を走査したときに中央の６個の微小測定領域４２４においてのみ相対強度値が所定値以上を示したものとすると、走査領域決定部３０２はこれら微小測定領域４２４を含むように走査領域範囲４３を決定する。
【００５６】
試料上で質量数Ｍの成分を含む範囲を特に高い空間分解能で観察したい場合、質量数Ｍの成分を含む部位では質量数Ｍにおける相対強度値は所定値以上となるから、上記のようにして決定された走査領域範囲４３内では質量数Ｍの成分が含まれている可能性が高い。そこで、２回目の走査では、測定対象領域指示枠４１内全体ではなくこの走査領域範囲４３内に存在し、且つ１回目の走査でスキップした微小測定領域４２５のみを選択的に順次走査し、質量分析を実行する。なお、このときには１個おきの走査ではなく、１回目の走査で質量分析された微小測定領域４２４以外の微小測定領域４２５を全て走査するように、試料ステージ１３の移動距離を１回目の走査時よりも短くしている。これは、走査領域範囲４３内における所定空間分解能の二次元質量分布画像を迅速に作成するためである。
【００５７】
以上のようして第２実施例の装置では、試料上で特定の成分が存在している（又は特定の成分の濃度が高い範囲）範囲やその範囲近傍について高い空間分解能で二次元質量分布画像を取得し、それ以外の領域では粗い二次元質量分布画像を得ることができる。これにより、無駄な測定時間を短縮することができる。
【００５８】
なお、上記説明では２回目の走査の際に１回目の走査時よりも試料ステージ１３の移動距離を短くしたが、第１実施例と同様に、走査領域範囲４３内についてステップ的な走査を繰り返しつつ質量分析を実行して、その範囲４３内の二次元質量分布画像の空間分解能が徐々に上がるようにしてもよい。
【００５９】
第１及び第２実施例についての上記説明では測定対象領域を試料上で１箇所のみ設定していたが、複数設定しても同様の手法で各測定対象領域内の二次元質量分布画像を作成することができる。また、測定対象領域を試料上で複数設定する場合、第２実施例のように相対強度値を利用して様々な態様が考え得る。
【００６０】
例えば図７に示すように試料上に３つの測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃが設定されている場合を考える。１回目の走査では、設定された空間分解能に対応して各測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃに配置される微小測定領域を１個おき、２個おき等、適宜にスキップしながら走査を行うことにより、各測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｂ、４１ｃの粗い二次元質量分布画像を作成する。それと並行して、強度値判定部３０１により各微小測定領域における質量数Ｍの相対強度値が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上の相対強度値を示す微小測定領域を含む測定対象領域指示枠を見い出す。いま、例えば測定対象領域指示枠４１ｂのみに所定値以上の相対強度値を示す微小測定領域が存在したものとすると、２回目の走査は測定対象領域指示枠４１ｂのみについて実行する。これにより、測定対象領域指示枠４１ｂについては精細な二次元質量分布が得られ、他の２つの測定対象領域指示枠４１ａ、４１ｃについては粗い二次元質量分布が得られる。
【００６１】
さらにまた、測定対象領域指示枠４１ｂ全体について２回目の走査を行うのではなく、第２実施例と同様に、測定対象領域指示枠４１ｂ内でも相対強度値が所定値以上である微小測定領域を含む範囲に絞って２回目の走査を実行するようにしてもよい。
【００６２】
また、複数の測定対象領域指示枠について順番に１回目の走査を行うのではなく、例えば測定対象領域指示枠４１ａについてまず１回目の走査を実行し、相対強度値が所定値以上である微小測定領域を含んでいたならば該指示枠４１ａ全体又は一部について２回目の走査を実行して精細な二次元質量分布を取得し、その後、２番目の測定対象領域指示枠４１ｂについて１回目の走査を実行する、というように順番に処理を進めるようにしてもよい。どのような手順で以て処理を進めるのが適当であるのかは、測定目的、例えば粗い二次元質量分布を得ることの重要性の度合いなどによって異なるから、そうして手順をオペレータが選択できるようにしておいてもよい。
【００６３】
また、上記実施例では２回目以降の走査を行う領域の決定は質量分析結果を用いていたが、質量分析以外の他の計測装置による結果を利用してもよい。例えば、動物実験などにおいて或る薬物を投与された動物の器官内での薬物の分布を調べる場合、目的の薬物と結合する蛍光マーカーを同時に投与し、その後、採取された切片試料の蛍光強度分布を調べれば目的薬物の分布状況が把握できる。そこで、上記薬物を目的成分とする二次元質量分布を調べたい場合には、蛍光強度分布を利用し、試料上で蛍光強度が所定値よりも小さい領域では粗い二次元質量分布測定のみを行い、蛍光強度が所定値以上である領域では所望の空間分解能である精細な二次元質量分布測定を実行することができる。また、１回目の走査を実行して取得した質量分析結果と蛍光強度分布など他の計測による結果とを併せて、２回目の走査を行う領域を決定してもよい。
【００６４】
また上記実施例において試料へのレーザ照射や試料像の撮像のための光学系配置は適宜に変形可能である。こうした変形例を図８、図９に挙げる。図８、図９において図１、図５と同一の又は相当する構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
図８に示す構成の装置では、試料ステージ１３の上方に、穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５と穴有りミラー２６とが配置され、観察用窓１２の外側には波長選択ミラー２７が配置されている。試料１４の画像は、穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５を経て穴有りミラー２６により略直角に曲げられ、観察用窓１２、及び波長選択ミラー２７を通してＣＣＤカメラ２３で撮像される。一方、レーザ照射部２０より出射されたレーザ光２１は波長選択ミラー２７で略直角に曲げられ、観察用窓１２を通過し、穴有りミラー２６で下向きに反射されて穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５で集光されて試料１４に照射される。このレーザ照射によって試料１４から発生したイオンは、穴有り観察・レーザ集光兼用光学系２５と穴有りミラー２６の穴を通過してイオン輸送光学系１６に到達する。このような構成においてもレーザ光の照射位置は固定されているから、試料ステージ１３を移動させることでレーザ照射位置を試料１４上で移動させることができる。
【００６６】
図９に示す構成の装置では、試料ステージ１３はステージ駆動機構２８により特にｘ軸方向に大きくスライド移動可能となっている。即ち、図９で試料ステージ１３を実線で示す位置が質量分析位置であり、点線で示す位置が観察位置である。試料１４が分析位置にあるとき、レーザ照射部２０より発せられたレーザ光２１は試料１４に近接して配置されたレーザ集光光学系２２で集光されて試料１４の所定位置に当たる。質量分析を行うためのイオン輸送光学系１６、質量分析器１７、検出器１８は分析位置にある試料１４の上方に軸Ｃに沿って配置されている。一方、ＣＣＤカメラ２３はほぼ鉛直下方の撮影するように配置され、試料ステージ１３の移動により観察位置に試料１４が存在するときに、観察用窓１２、観察用光学系２４を通して試料１４の上面の所定範囲の像を撮影する。このような構成でも、上記と同様の測定が可能である。
【００６７】
また、上記構成ではいずれも試料ステージ１３がｘ軸、ｙ軸の二軸方向に移動することにより試料ステージ１３上に載置された試料１４の適宜の位置にレーザ光が照射されるようにしていたが、試料１４の厚み方向の移動も必要な場合には、ｘ軸、ｙ軸に直交するｚ軸にも試料ステージ１３を移動可能とすればよい。また、他の移動方法により試料１４を移動させることもできる。図１０は試料ステージの他の形態を示す概略図である。
【００６８】
この形態では、直線往復運動可能な台座部６０に回転運動可能な円盤状の試料ステージ６１が配置されており、この試料ステージ６１上に試料１４を載置する。そして、台座部６０の往復動と試料ステージ６１の回転運動との組み合わせにより、試料１４上の任意の位置がレーザ光照射位置に来るようになっている。また、レーザ光照射位置の上方には試料１４から発生したイオンを吸引して図示しない質量分析器にまで輸送するイオン輸送管６２の吸入口が設けられている。こうした構造の試料移動方法によれば、試料上の或る位置から別の位置まで移動する際に直線運動と回転運動とを適宜に利用することにより、高速な移動が可能となるため測定時間の短縮化に寄与する。また、一般に試料上の目的成分の存在する範囲の形状は不定形であるが、目的成分の存在する範囲近傍での位置決めが容易で、且つ高い精度での位置決めが行えるという利点もある。
【００６９】
もちろん、上述したいくつかの実施例や変形例はいずれも本発明の一例にすぎず、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。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図。
【図２】第１実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける試料の顕微観察画像を示す平面図。
【図３】第１実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける測定対象領域内の微小測定領域（レーザ照射領域）の走査方法の説明図。
【図４】図３に示した走査の際の二次元質量分布画像の変化を示す模式図。
【図５】本発明の第２実施例によるＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳの全体構成図。
【図６】第２実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける試料の顕微観察画像（ａ）、及び測定対象領域内の微小測定領域の走査方法の説明図（ｂ）、（ｃ）。
【図７】第２実施例のＬＤＩ／ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおける他の形態による微小測定領域の走査方法の説明図。
【図８】試料へのレーザ照射及び試料像の撮像のための光学系配置の変形例を示す構成図。
【図９】試料へのレーザ照射及び試料像の撮像のための光学系配置の変形例を示す構成図。
【図１０】試料ステージの変形例を示す構成図。
【符号の説明】
【００７１】
１０…真空チャンバ
１１…照射用窓
１２…観察用窓
１３…試料ステージ
１４…試料
１５…微小測定領域
１６…イオン輸送光学系
１７…質量分析器
１８…検出器
２０…レーザ照射部
２１…レーザ光
２２…レーザ集光光学系
２３…ＣＣＤカメラ
２４…観察用光学系
２５…観察・レーザ集光兼用光学系
２６…穴有りミラー
２７…波長選択ミラー
２８…ステージ駆動機構
３０…中央制御部
３０１…強度値判定部
３０２…走査領域決定部
３１…走査制御部
３２…ステージ駆動部
３３…照射制御部
３４…質量分析データ処理部
３５…画像処理部
３６…操作部
３７…表示部
４０…二次元試料像
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ…測定対象領域指示枠
４２、４２１、４２２、４２３、４２４、４２５…微小測定領域
４３…走査領域範囲
５０…表示枠
５１１、５１２…分割領域
６０…台座部
６１…試料ステージ
６２…イオン輸送管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)試料上の微小測定領域にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
b)前記レーザ光の照射に対応して微小測定領域を中心に発生したイオンを質量数に応じて分離して検出する質量分析手段と、
c)試料上で微小測定領域が離散的に変化するように試料とレーザ照射手段との相対位置を変化させる走査手段と、
d)試料上に設定された測定対象領域における二次元質量分布を取得するために前記レーザ照射手段、質量分析手段、及び走査手段をそれぞれ制御する制御手段と、
e)前記二次元質量分布を表示する表示手段と、
を備え、前記制御手段は、まず測定対象領域の全体について所定間隔で以て順次微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、該測定対象領域の粗い二次元質量分布を前記表示手段に表示させ、その後に前記測定対象領域の全体又はその中の一部領域について、先の走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、前記表示手段に表示される二次元質量分布の空間分解能を段階的に高めるようにしたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
二次元質量分布の空間分解能を設定する分解能設定手段をさらに備え、前記制御手段は、設定された空間分解能に対応して間隔が決まる微小測定領域について１乃至複数の微小測定領域をスキップするように走査しつつ測定対象領域全体の質量分析を順次実行し、その後に先にスキップした微小測定領域の一部又は全部を選択するように走査しつつ質量分析を実行するように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
測定対象領域全体について粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において走査を行う際に、先の粗い走査時よりも微小測定領域の走査密度を高くして質量分析を実行することを特徴とする請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
試料上に設定された測定対象領域が複数であって、各測定対象領域のそれぞれについて粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、全ての測定対象領域について順番に各測定対象領域全体についての粗い走査を行いつつ質量分析を実行し、その際に前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された微小測定領域を含む測定対象領域についてのみ、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析装置。
【請求項６】
二次元質量分布情報とは異なる試料上の二次元分布情報を受け取る外部情報取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段による判定結果と前記外部情報取得手段により得られる二次元分布情報とを併せて、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行する領域を決定することを特徴とする請求項３又は５に記載の質量分析装置。
【請求項７】
試料の全体又は一部の画像を取得する試料撮影手段と、該試料撮影手段により取得された試料画像上で任意の測定対象領域を設定する領域設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項１】
a)試料上の微小測定領域にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
b)前記レーザ光の照射に対応して微小測定領域を中心に発生したイオンを質量数に応じて分離して検出する質量分析手段と、
c)試料上で微小測定領域が離散的に変化するように試料とレーザ照射手段との相対位置を変化させる走査手段と、
d)試料上に設定された測定対象領域における二次元質量分布を取得するために前記レーザ照射手段、質量分析手段、及び走査手段をそれぞれ制御する制御手段と、
e)前記二次元質量分布を表示する表示手段と、
を備え、前記制御手段は、まず測定対象領域の全体について所定間隔で以て順次微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、該測定対象領域の粗い二次元質量分布を前記表示手段に表示させ、その後に前記測定対象領域の全体又はその中の一部領域について、先の走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うことにより、前記表示手段に表示される二次元質量分布の空間分解能を段階的に高めるようにしたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
二次元質量分布の空間分解能を設定する分解能設定手段をさらに備え、前記制御手段は、設定された空間分解能に対応して間隔が決まる微小測定領域について１乃至複数の微小測定領域をスキップするように走査しつつ測定対象領域全体の質量分析を順次実行し、その後に先にスキップした微小測定領域の一部又は全部を選択するように走査しつつ質量分析を実行するように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
測定対象領域全体について粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された領域又はその領域を含む周辺領域において走査を行う際に、先の粗い走査時よりも微小測定領域の走査密度を高くして質量分析を実行することを特徴とする請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
試料上に設定された測定対象領域が複数であって、各測定対象領域のそれぞれについて粗い走査を行いつつ質量分析を実行する際に各微小測定領域に対して得られる特定質量数の信号強度が所定範囲であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、全ての測定対象領域について順番に各測定対象領域全体についての粗い走査を行いつつ質量分析を実行し、その際に前記判定手段により信号強度が所定範囲であると判断された微小測定領域を含む測定対象領域についてのみ、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行するべく走査を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の質量分析装置。
【請求項６】
二次元質量分布情報とは異なる試料上の二次元分布情報を受け取る外部情報取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段による判定結果と前記外部情報取得手段により得られる二次元分布情報とを併せて、先の粗い走査時に質量分析を実行した微小測定領域と異なる微小測定領域の質量分析を実行する領域を決定することを特徴とする請求項３又は５に記載の質量分析装置。
【請求項７】
試料の全体又は一部の画像を取得する試料撮影手段と、該試料撮影手段により取得された試料画像上で任意の測定対象領域を設定する領域設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の質量分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２２５２８５（Ｐ２００７−２２５２８５Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４３２３７（Ｐ２００６−４３２３７）
【出願日】平成１８年２月２１日（２００６．２．２１）
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２１日（２００６．２．２１）
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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