質量分析装置
【課題】真空槽を大気解放することなく、且つ電気的な安全性を維持して、試料を大気側より真空槽の内部に装着することができる質量分析装置を提供する。
【解決手段】質量分析をするための分析管１４ａと、分析管１４ａの一端に接続された試料室フランジ７１と、試料室フランジ７１に接続された準備室フランジ７３と、加速器のバックプレートとして機能する試料ステージ１７と、試料ステージ１７を搭載し、試料室フランジ７１の内部と準備室フランジ７３の内部との間を直線移動する絶縁スリーブ３２と、試料ステージ１７が準備室３８に位置するとき、分析管１４ａと準備室３８との真空状態を分離する第１シールリング３６と、試料ステージ１７が試料室２７に位置するとき、分析管１４ａと大気との真空状態を分離する第２シールリング３７と、試料ステージ１７に着脱可能な試料ホルダ１６とを備える。
【解決手段】質量分析をするための分析管１４ａと、分析管１４ａの一端に接続された試料室フランジ７１と、試料室フランジ７１に接続された準備室フランジ７３と、加速器のバックプレートとして機能する試料ステージ１７と、試料ステージ１７を搭載し、試料室フランジ７１の内部と準備室フランジ７３の内部との間を直線移動する絶縁スリーブ３２と、試料ステージ１７が準備室３８に位置するとき、分析管１４ａと準備室３８との真空状態を分離する第１シールリング３６と、試料ステージ１７が試料室２７に位置するとき、分析管１４ａと大気との真空状態を分離する第２シールリング３７と、試料ステージ１７に着脱可能な試料ホルダ１６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に係り、特にレーザ脱離イオン化質量分析に好適な質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１４に示すような、複数の追い返し電極板（イオンレンズ）２５の積み重ねからなるリフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。図１４に示す飛行時間型質量分析装置では、分析管１４ｐの上端の上端接続フランジ６８ｐに上端シールフランジ（天板）６７ｐが接続され、分析管１４ｐの下端の下端接続フランジ６６ｐに下端シールフランジ（底板）６５ｐが接続され、真空槽を構成している。この真空槽は、分析管１４ｐからＴ字型に分岐する排気ポートに設けられた排気ポートフランジ６９を介して、図示を省略した真空ポンプに接続される。下端シールフランジ（底板）６５ｐには試料交換ポートとなる貫通孔が設けられ、試料交換ポートは、試料交換ポート盲板８４でシールされている。下端接続フランジ６６ｐの近傍の分析管１４ｐの下部の内部には、イオンが通過する中心孔を備える第一加速電極（バックプレート）８５と第一加速電極８５の上方のイオンが通過する中心孔を備える第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｐが設けられ、加速器（８５，２１ｐ）を構成している。第一加速電極８５の中心孔の直下には、第一加速電極８５に固定され積載される試料ホルダ８３が設けられ、試料ホルダ８３の上部に試料１５が収納される。
【０００３】
分析管１４ｐの下部には分析管１４ｐからＹ分岐したレーザ光導入ポート１３が設けられ、レーザ光導入ポート１３にはレーザ導入窓１９が設けられ、レーザ１０から出射したパルスレーザ光２０がレーザ導入窓１９を介して試料１５を照射し、試料１５を離脱、イオン化を行う。パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２は、加速器（８５，２１ｐ）において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、ＭＣＰ検出器２３の中央の穴を通過し、分析管（フライトチューブ）１４ｐ内のフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行した後、リフレクトロン２４に進入する。リフレクトロン２４の内部には複数枚の追い返し電極板（イオンレンズ）２５により傾斜電界が形成されており、この傾斜電界によりイオン２２は入射方向から僅かに傾いた方向に反射され、分析管（フライトチューブ）１４ｐを戻ってＭＣＰ検出器２３により検出される。
【０００４】
図１４に示す飛行時間型質量分析装置では、パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２が、加速器（８５，２１ｐ）において所定の加速電圧により加速され、分析管（フライトチューブ）１４ｐのフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行する。
【０００５】
この所定距離を飛行する時間はイオン２２の初速により異なり、この初速はイオン２２の質量数（質量／電荷数）に依存する。即ち、質量数の小さいイオン２２ほど、同じ加速電圧により得る初速は大きく、質量数の大きいイオン２２ほど、同じ加速電圧により得る初速は小さい。通常のリフレクトロン２４は、本質的にイオン２２を速度ゼロまで減速させる減速電場であり、イオン２２が方向転換して同じ又はほとんど同じ経路に沿って戻ることを可能にする。高い運動エネルギ（速度）を有するイオン２２は、低い運動エネルギを有するイオン２２よりリフレクトロン２４に深く侵入し、したがってＭＣＰ検出器２３までより長い経路を有するようになる。イオン２２はＭＣＰ検出器２３に到達したとき、その初期運動エネルギの分布を保持しているが、異なる質量のイオン２２は異なる時間に到達する。したがって、リフレクトロン２４の追い返し電極板（イオンレンズ）２５の電圧によって反射され、ＭＣＰ検出器２３で検出されるイオン２２の検出量を連続的に測定することにより、イオン２２の質量スペクトルを得ることができる。
【０００６】
陽イオンを加速するのであれば、一般に、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｐを接地電位とし、第一加速電極（バックプレート）８５に負の加速電圧（Ｖ）を印加する。ＭＣＰ検出器２３の配置される出口グリッドは、通常接地電位である。加速電圧（Ｖ）は、数百ボルト〜３０ｋＶの範囲とすることができ、飛行時間は、フィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６の長さにもよるが、５〜１００マイクロ秒程度である。一般に、初期運動エネルギによる質量分解能への影響を最小限に抑え、大きいイオンの検出を可能にするために、加速電圧は比較的高くなるように選択される。例えば、２０ＫＶの加速電圧は、３００キロダルトン（ｋＤａ）を越える質量を検出するのに十分であることが分かっている。
【特許文献１】特開２００３−１５１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
真空槽の内壁に付着した水分が真空排気特性に悪影響を与えるので、本来、真空槽を大気に開放すべきでない。図１４に示したような従来の飛行時間型質量分析装置では、イオン源となる試料１５を分析管１４ｐの内部に準備するためには、分析管１４ｐが構成する真空槽の内部を大気解放する必要があった。即ち、真空槽の内部を大気解放して、下端シールフランジ（底板）６５ｐに設けられた試料交換ポートをシールしている試料交換ポート盲板８４を取り外し、試料交換ポートから試料ホルダ８３を取り出し、その後、質量分析用の試料１５を、試料ホルダ８３に載せ、再び、試料交換ポート８４より試料ホルダ８３を挿入して第一加速電極８５に積載し、試料交換ポートをシールしている試料交換ポート盲板８４でシール後、排気ポートフランジ６９を介して、図示を省略した真空ポンプで真空槽の内部を再び所定の圧力にまで、所定の時間をかけて真空排気する必要があった。又、試料交換ポートから試料ホルダ８３を取り出す操作を行う前には、第一加速電極８５へ印加される数百ボルト〜３０ｋＶ程度の高電圧を遮断することが要求される。
【０００８】
即ち、図１４に示したような従来の飛行時間型質量分析装置を用いた、質量分析では、
異なる試料１５の質量分析毎に、真空槽の内部をその都度、大気解放して試料１５の交換を行い、改めて真空排気を行う必要があった。このために、質量分析に多くの時間を必要とし、分析作業効率を著しく低下させていた。更に、真空槽の内壁に付着した水分や有機物、或いはそれらの反応物が脱ガスすることにより、残留ガス成分が存在し、質量分析の結果やその再現性に悪影響を与える場合もある。
【０００９】
又、レーザ脱離イオン化質量分析においては、レーザ照射位置に試料１５を載せた試料ホルダ８３を固定するためにレーザ照射位置が固定となり、試料１５の任意の部分の質量分析が不可能であり、試料１５の分析範囲が限定され、質量分析スペクトルの情報収集の低下と分析精度の低下を招いた。
【００１０】
図１４においては、リフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置を例示したが、真空槽の内部をその都度、大気解放して試料１５の交換を行い、改めて真空排気を行うために多くの時間を必要とし、分析作業効率を著しく低下させる問題は、リフレクトロン２４を備えない直線式飛行時間型質量分析装置でも同様であり、更に、４重極質量分析装置等他の質量分析装置であっても、真空槽を用いる限り、真空槽の内部をその都度、大気解放する問題は生じる。
【００１１】
又、レーザ脱離イオン化質量分析におけるレーザ照射位置が固定される問題も、図１４に示したリフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置に固有の問題ではなく、リフレクトロン２４を備えない直線式飛行時間型質量分析装置や、４重極質量分析装置等他の質量分析装置であっても、パルスレーザ光２０が試料１５を照射し、試料１５を離脱、イオン化を行う場合には、同様な問題が発生する。
【００１２】
本発明の目的は、真空槽を大気解放することなく、且つ電気的な安全性を維持して、試料を大気側より真空槽の内部に装着することができる質量分析装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、試料の分析範囲が限定されず、試料の広い範囲から質量分析スペクトルを得ることが可能なレーザ脱離イオン化質量分析が可能な質量分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、（イ）一端側に引き抜きグリッドを備え、質量分析をするための分析管と、（ロ）この分析管の一端に接続され、内部に試料室を定義する試料室フランジと、（ハ）分析管の長手方向に直交する方向において、試料室フランジに接続され、内部に準備室を定義する準備室フランジと、（ニ）質量分析時に、引き抜きグリッドと対峙し、引き抜きグリッドとで質量分析の被測定イオンの加速器を構成するバックプレートとして機能する試料ステージと、（ホ）この試料ステージを搭載し、分析管の長手方向に直交する方向に沿って、試料室フランジの内部と準備室フランジの内部との間を直線移動する絶縁スリーブと、（ヘ）絶縁スリーブの一端において、絶縁スリーブの外周に設けられ、試料ステージが準備室に位置するとき、分析管と準備室との真空状態を分離し、試料ステージが試料に位置するとき開放状態となる第１シールリングと、
（ト）絶縁スリーブの第１シールリングが設けられた位置とは異なる位置において、絶縁スリーブの外周に設けられ、試料ステージが試料室に位置するとき、分析管と大気との真空状態を分離し、試料ステージが準備室に位置するとき、準備室と大気との真空状態を分離する第２シールリングと、（チ）被測定イオンのイオン源となる試料を上部に収納し、下部を試料ステージに着脱可能な試料ホルダとを備える質量分析装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、質量分析装置の真空槽を大気解放することなく、且つ電気的な安全性を維持して、試料を大気側より真空槽の内部に装着することができる質量分析装置を提供することができる。
【００１６】
更に、本発明によれば、試料の分析範囲が限定されず、試料の広い範囲から質量分析スペクトルを得ることが可能なレーザ脱離イオン化質量分析が可能な質量分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置は、ステンレス等の金属材料から構成された分析管１４ａの上部に、複数の追い返し電極板（イオンレンズ）２５の積み重ねからなるリフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置である。分析管１４ａの上端の上端接続フランジ６８ａに上端シールフランジ（天板）６７ａが接続され、分析管１４ａの下端の下端接続フランジ６６ａに、内部に試料室２７を構成する試料室フランジ７２が接続され、試料室２７と共に真空槽を構成している。試料室フランジ７２は、例えば、ステンレス等の金属材料から構成される。この真空槽は、分析管１４ａからＴ字型に分岐する排気ポートに設けられた排気ポートフランジ６９を介して、図示を省略したターボ分子ポンプ等の真空ポンプに接続される。
【００２０】
レーザ脱離イオン化質量分析時においては、試料室フランジ７２で周囲を囲まれた試料室２７の内部には、図２及び図３に拡大図を示すように、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７が位置している。そして、試料ステージ１７の中央部近傍の貫通孔（試料ホルダ挿入孔）に下部を挿入した試料ホルダ１６が、試料ステージ１７に固定されている。試料ホルダ１６の上部には、試料１５が収納されている。試料ステージ１７及び試料ホルダ１６は、例えば、ステンレス等の金属材料から構成される。
【００２１】
下端接続フランジ６６ａの近傍の分析管１４ａの下部の内部には、試料ステージ１７の上方に、イオン２２が通過する中心孔を備える板状又はリング状の第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａが設けられ、レーザ脱離イオン化質量分析時には、試料ステージ（バックプレート）１７と第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａとで、加速器（１７，２１ａ）を構成できるようになっている。
【００２２】
図１に示すように、リフレクトロン２４は、上端シールフランジ（天板）６７ａに植設されたロッドに、多数（複数）のイオンレンズ２５が絶縁スペーサを介して配列された構成を有する。これら多数（複数）のイオンレンズ２５及びスペーサは、終端においてバックプレートを介してナット等により締め付けられる。各イオンレンズ２５は中心孔を有する薄い金属板であり、上端シールフランジ（天板）６７ａに片持で支持されている。
【００２３】
分析管１４ａの下部には分析管１４ａからＹ分岐したレーザ光導入ポート１３が設けられ、レーザ光導入ポート１３にはレーザ導入窓１９が設けられている。分析管１４ａの外部に配置されたレーザ１０から出射したパルスレーザ光２０は、レーザ導入窓１９を介して試料１５を照射し、試料１５を離脱、イオン化を行う。図２においては、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａには、レーザ照射穴２１１とイオン通過穴２１２が開口された板状の形状が示されているが、パルスレーザ光２０が照射可能で、同時にイオン２２が通過できる構造であれば、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａには、メッシュ等他の電極板構造を採用しても構わない。レーザ１０として特に限定はされないが、Ｎｄ−ＹＡＧレーザや窒素レーザが好適であり、パルスレーザ光２０としては、Ｎｄ−ＹＡＧ第４高調波２６６ｎｍ、Ｎｄ−ＹＡＧ第３高調波３５５ｎｍ、窒素レーザ３３７ｎｍ等の近紫外領域のレーザ光が好適である。したがって、レーザ導入窓１９の材料は石英ガラスやサファイアガラス等のパルスレーザ光２０の波長に透明な材料が選定される。
【００２４】
近紫外領域のレーザ光の内、パルスレーザ光２０としてはパルス窒素レーザ３３７ｎｍが、レーザ１０が小型・安定・安価・取扱い容易であり、波長３３７ｎｍは、多くの化合物において吸光度が低い等の理由で好適である。又、パルス窒素レーザは、パルスイオン化に十分な半値幅（５００ｐｓ〜３ｎｓ）と出力（１パルス：数十〜数百μＪ）を発生するので、分析対象物を急速に加熱することができるので、分析対象物を急速加熱することにより、分析対象物を分解させることなく、イオン化することができる利点がある。このため、分子量１００ｋＤａを超えるタンパク質のような熱的不安定分子をも分解させることなく、脱離イオン化が可能である。
【００２５】
レーザ脱離イオン化質量分析時には、パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２は、加速器（１７，２１ａ）において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、ＭＣＰ検出器２３の中央の穴を通過し、分析管（フライトチューブ）１４ａ内のフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行した後、リフレクトロン２４に進入する。リフレクトロン２４の内部には複数枚の追い返し電極板（イオンレンズ）２５により傾斜電界が形成されており、この傾斜電界によりイオン２２は入射方向から僅かに傾いた方向に反射され、分析管（フライトチューブ）１４ａを戻ってＭＣＰ検出器２３により検出される。
【００２６】
図１に示す飛行時間型質量分析装置では、パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２が、加速器（１７，２１ａ）において所定の加速電圧により加速され、分析管（フライトチューブ）１４ａのフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行する。所定距離を飛行する時間はイオン２２の初速により異なり、この初速はイオン２２の質量数（質量／電荷数）に依存する。本質的にイオン２２を速度ゼロまで減速させる減速電場を提供するリフレクトロン２４では、高い運動エネルギ（速度）を有するイオン２２は、低い運動エネルギを有するイオン２２よりリフレクトロン２４に深く侵入し、したがってＭＣＰ検出器２３までより長い経路を有するようになる。イオン２２はＭＣＰ検出器２３に到達したとき、その初期運動エネルギの分布を保持しているが、異なる質量のイオン２２は異なる時間に到達する。したがって、リフレクトロン２４で反射され、ＭＣＰ検出器２３で検出されるイオン２２の検出量を連続的に測定することにより、イオン２２の質量スペクトルを得ることができる。
【００２７】
陽イオンを加速するのであれば、一般に、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａを接地電位とし、第一加速電極（バックプレート）となる試料ステージ１７に負の加速電圧（Ｖ）を印加する。ＭＣＰ検出器２３の配置される出口グリッドは、通常接地電位である。加速電圧（Ｖ）は、数百ボルト〜３０ｋＶの範囲とすることができる。
【００２８】
図２及び図３に詳細に示すように、試料室フランジ７２の左端には、ステンレス等の金属材料から構成されたフィードスルーフランジ７１がＯリングを介して試料室フランジ７２と接続され、フィードスルーフランジ７１を貫通する加速電圧導入用の電流導入端子２９が設けられている。図２及び図３に示すように、レーザ脱離イオン化質量分析時においては、電流導入端子２９は、例えば銅やリン青銅等の導電性材料からなる自在端子２８に電気的に接続される。なお、自在端子２８の表面には、金メッキ等の表面処理を施した方がコンタクト抵抗、導電性、対酸化特性等の点で好ましい。自在端子２８の内部には、バネ４８が組み込まれ、電流導入端子２９の先端部と自在端子２８との電気的接続に必用な所定の機械的圧力を供給している。
【００２９】
一方、 図２及び図３に示すように、試料室フランジ７２の右端には、内部に準備室３８を構成するように、ステンレス等の金属材料からなる準備室フランジ７３がＯリングを介して試料室フランジ７２と接続されている。図１及び図２から分かるように、準備室フランジ７３には、着脱ポート３１が設けられている。着脱ポート３１を介して、準備室３８の内部に、試料１５が載せられた試料ホルダ１６を導入され、測定後の試料１５を載せられた試料ホルダ１６が引き抜かれ、新たな測定予定用の試料１５が載せられた試料ホルダ１６が再び導入される。
【００３０】
図２に示すように、準備室フランジ７３は、図２おいて右方向に延伸するスリーブ状の部分を有し、スリーブ状の部分の内部に、例えばプラスチック樹脂等の絶縁材料からなる絶縁スリーブ３２が挿入されている。
【００３１】
絶縁スリーブ３２の左端近傍には、第１シールリング３６が設けられ、絶縁スリーブ３２の中央より左側方向に第２シールリング３７が設けられている。第１シールリング３６及び第２シールリング３７は、Ｏリング等の真空シール可能なシールリングである。図４及び図５に示す試料１５の交換時には、絶縁スリーブ３２に設けられた第１シールリング３６により分析管１４ａと準備室３８との真空状態が分離される。第２シールリング３７は、試料１５の交換時に準備室３８と大気を遮断するシールリングの機能をなしている。一方、図１〜図３及び図７に示す質量分析時には、絶縁スリーブ３２に設けられた第２シールリング３７が、分析管１４ａと大気を遮断するシールリングの機能をなし、第１シールリング３６は開放状態となる。
【００３２】
図１〜図３から理解できるように、絶縁スリーブ３２の中央より左側方向において、絶縁スリーブ３２の内部にステンレス等の金属材料からなる直線駆動軸３３が挿入され、直線駆動軸３３は、絶縁スリーブ３２の右側において、準備室フランジ７３を飲み込むように構成されたＸ微動つまみ３４により、Ｘ方向（図１〜図３において水平方向）に移動する。Ｘ微動つまみ３４と絶縁スリーブ３２に設けられた送りネジは、双方の送り量が加算される和動ネジの構造をなし、Ｘ微動つまみ３４の回転数を少なく軽減して、Ｘ方向に移動できる。
【００３３】
図２に示されるように、絶縁スリーブ３２の左端近傍には、絶縁スリーブ３２の内部に試料ステージ固定部４９が埋め込まれている。試料ステージ固定部４９は、試料ステージ１７を搭載し、固定する部材であり、ステンレス等の金属材料からなる。試料ステージ固定部４９の左端には凹部が設けられ、凹部の内部には、バネ４８により浮動状態に設定された自在端子２８が収納されている。図２及び図３から理解できるように、試料ステージ固定部４９は、互いに向かい合う一対の凹部溝（図２の上方位置から垂直方向に下方を見て、或いは図３の紙面の上方から見てコの字状の一対の溝）が設けられ、この一対の凹部溝の内部に試料ステージ１７が収納され、一対の凹部溝内で、試料ステージ１７が移動が可能となっている。一方、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０は、図１に示すように、Ｘ微動つまみ３４に隣接して設けられたＹ微動つまみ３５により操作される。図２及び図３から理解できるように、試料ステージ１７には、図３の紙面において水平方向に対し、４５°の角度に延伸するスリット状の溝であるマニュピュレート溝４０が設けられ、このマニュピュレート溝４０の内部に、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０に装着されたピン４１が収納されている。Ｙ方向駆動アクチュエータ３０がＸ方向に移動することでピン４１によって、試料ステージ１７はマニュピュレート溝４０によりＹ方向の移動を発生してＹ方向に移動する。Ｙ方向駆動アクチュエータ３０は、試料ステージ１７を相対的にＸ方向移動させるアクチュエータであり、電歪素子、磁歪素子、電磁石等が使用可能であるが、全体として電気的絶縁性の高い絶縁材料から構成されている。
【００３４】
＜試料交換の手順＞
試料１５の交換は、おおよそ以下の手順でなされる：
（イ）先ず、最初の質量分析が終了したものとする。その後、Ｘ微動つまみ３４を回転させれば、試料１５を搭載した試料ステージ１７が、試料室２７内の先の質量分析を行ったパルスレーザ光照射位置からＸ方向（図４及び図５において矢印に示した右方向）に移動する。試料ステージ１７が、質量分析を行うパルスレーザ光照射位置から、図４及び図５の矢印の方向（右方向）に移動すると、電流導入端子２９と自在端子２８との電気的接続が開放される。図４及び図５は、試料１５を搭載した試料ステージ１７が、試料室２７からＸ方向への移動を完了した状態の図である。この状態では、絶縁スリーブ３２に設けられた第１シールリング３６により分析管１４ａと準備室３８との真空状態が分離され、第２シールリング３７により、準備室３８と大気とが遮断される。
【００３５】
（ロ）図４及び図５において、準備室３８を、図示を省略したリークバルブ等を用いて真空リークし、大気圧状態にする。準備室３８を、大気圧状態にした後、着脱ポート３１を用いて、準備室３８の内部に、試料１５が載せられた試料ホルダ１６を導入する。図６（ａ）に示すように、着脱治具は、図６（ｂ）に示す試料ホルダ１６を掴むチャック５８を先端に備えた着脱治具ボディ（スリーブ）５７に、着脱ロッド５６が挿入される構造をなしている。図６（ａ）に示すように、着脱治具ボディ５７の内部に、先端部がテーパ形状をなす着脱ロッド５６を、チャック５８の上部の操作穴に押し込むことにより、弾性を有するチャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が開き、測定済みの試料１５が載せられた試料ホルダ１６の上部が着脱治具の先端に挿入される。この状態で、着脱治具ボディ５７に対する着脱ロッド５６の押し込みを解除すると、チャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が閉じ、試料ホルダ１６の上部を着脱治具の先端に掴むことができる。
【００３６】
試料ホルダ１６を先端に装着した着脱治具を、着脱ポート３１から引き抜けば、図２及び図３に示すような試料ステージ１７の中央部近傍の貫通孔（試料ホルダ挿入孔）から、試料ホルダ１６の下部が離脱・分離する。
【００３７】
（ハ）着脱治具を、着脱ポート３１から引き抜いた後、着脱治具ボディ５７に再び着脱ロッド５６を押し込むと、弾性を有するチャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が開き、試料ホルダ１６が、着脱治具から開放される。試料ホルダ１６を着脱治具から開放後、料ホルダ１６の上部から測定済みの試料１５を除去し、試料ホルダ１６の上部に新たな試料（測定予定の試料）１５を充填する。或いは、複数の試料ホルダ１６を用意しておき、新たな試料（測定予定の試料）１５を充填した別の試料ホルダ１６に交換する。即ち、
着脱治具ボディ５７に着脱ロッド５６を押し込むと、弾性を有するチャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が開き、新たな試料（次の測定予定の試料）１５を充填した試料ホルダ１６をチャック５８の試料ホルダ取付部に挿入し、その後、着脱治具ボディ５７に対する着脱ロッド５６の押し込みを解除することにより、チャック５８の試料ホルダ取付部を閉じ、試料ホルダ１６の上部を着脱治具の先端に掴む。
【００３８】
（ニ）その後、着脱ポート３１を用いて、準備室３８の内部に、次の測定予定の試料（新たな試料）１５が載せられた試料ホルダ１６を再度導入する。具体的には、着脱治具を、着脱ポート３１から再度導入し、この着脱治具を用いて、次の測定予定の試料１５が載せられた試料ホルダ１６を試料ステージ１７に装着する。即ち、試料ホルダ１６を先端に装着した着脱治具を、着脱ポート３１から導入し、試料ステージ１７の中央部近傍の貫通孔（試料ホルダ挿入孔）に、試料ホルダ１６の下部を挿入する。試料ステージ１７の試料ホルダ挿入孔に、試料ホルダ１６を固定後、着脱治具ボディ５７に着脱ロッド５６を押し込むと、チャック５８の試料ホルダ取付部が開き、試料ホルダ１６が、着脱治具から開放される。試料ホルダ１６を着脱治具から開放後、着脱治具を着脱ポート３１から引き抜き、図示を省略したリークバルブを閉じ、着脱ポート３１も大気遮断状態にする。
【００３９】
（ホ）着脱ポート３１を大気から遮断した後、次の測定予定の試料１５が載せられた試料ホルダ１６の下部を試料ステージ１７に装着（固定）した状態で、図３及び図５に示す準備室排気ポート３９を用いて、準備室３８の内部を大気圧力から、例えば、１０-2Ｐａ程度の所定の到達圧力の真空状態に真空排気を行う。
【００４０】
（ヘ）所定の到達圧力にまで準備室３８を真空排気後、Ｘ微動つまみ３４を回転し、次の測定予定の試料１５を搭載した試料ステージ１７を質量分析を行うパルスレーザ光照射位置にある状態までＸ方向（図４及び図５において矢印とは反対の左方向）に移動する。
【００４１】
図７は、試料ステージ１７が、質量分析を行うパルスレーザ光照射位置に移動した状態を示す図である。図７に示すように、試料ステージ１７が、質量分析を行うパルスレーザ光照射位置に移動すると、電流導入端子２９と自在端子２８とが、自在端子２８の内部に組み込まれたバネ４８の圧力により、電気的に接続される。この後、分析管１４ａの内部をターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより、所定の分析圧力まで排気し、次の測定予定の試料１５に対する新たな質量分析がなされる。
【００４２】
＜レーザ脱離イオン化質量分析における試料のＸ−Ｙ移動＞
図７〜図１１のそれぞれの右端に図示したように、本明細書では、分析管の長手方向に直交する平面をＸ−Ｙ平面として定義し、このＸ−Ｙ平面上の試料ステージ１７の移動について説明する。
【００４３】
−Ｘ方向の微動−
図８及び図９は、レーザ脱離イオン化質量分析において、パルスレーザ光２０の照射位置に対し、相対的に、試料１５をＸ方向（図８及び図９において水平方向）の微動を行う操作を説明する図である。
【００４４】
Ｘ微動つまみ３４を回転し、試料１５を質量分析を行うパルスレーザ光２０の照射位置の状態移動すると、自在端子２８は、電流導入端子（フィードスルー）２９に接触し、加速電圧導入端子よりイオン加速電圧が、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７に印加される。図８に示す試料１５の位置に対し、図９に示す試料１５の位置は右方向（＋Ｘ方向）に移動しており、パルスレーザ光２０の照射位置に対し、試料１５が相対的に、Ｘ−Ｙ平面内でＸ方向に微動した状態が示されている。試料１５のＸ方向の移動位置は、Ｘ微動つまみ３４の表面に設けられた目盛り等により位置表示される。
【００４５】
自在端子２８はバネ４８により浮動状態にあるので、電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続がＸ方向の微動の範囲では十分に確実に維持され、照射位置に対するＸ−Ｙ平面内での移動範囲では、イオン加速電圧を安定に供給することができる。
【００４６】
−Ｙ方向の微動−
図１０及び図１１は、レーザ脱離イオン化質量分析において、パルスレーザ光２０の照射位置に対し、相対的に、試料１５をＹ方向（図１０及び図１１において垂直方向）の微動を行う操作を説明する図である。
【００４７】
図１０に示す試料１５のＸ−Ｙ平面内位置に比し、図１１に示す試料１５のＸ−Ｙ平面内位置は、下方向（−Ｙ方向）に微動している状態を示す。図１０及び図１１において、Ｙ微動つまみ３５を微動回転し、直線駆動軸３３をＸ軸方向に微動を行うと、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０がＸ軸方向に移動する。Ｙ方向駆動アクチュエータ３０に取り付けられたピン４１は、試料ステージ１７に設けられたマニュピュレート溝４０に嵌め合わせてある。マニュピュレート溝４０は、図１０及び図１１の紙面において水平方向に対し、４５°の角度に設けられた溝である。マニュピュレート溝４０の内部に、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０に装着されたピン４１が収納されているので、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０がＸ方向（左右方向）に移動することでピン４１によって、マニュピュレート溝４０によりＹ方向（上下方向）の移動が発生し、試料ステージ１７はＹ方向に移動する。即ち、図１０は、ピン４１がマニュピュレート溝４０の左下端に相対的に移動し、結果として、試料ステージ１７が上方向（＋Ｙ方向）に微動した状態であり、図１１は、ピン４１がマニュピュレート溝４０の右上端に相対的に移動し、結果として、試料ステージ１７が下方向（−Ｙ方向）に微動した状態である。
【００４８】
試料１５の移動位置は、Ｙ微動つまみ３５の表面に設けられた目盛り等により位置表示される。Ｘ方向の微動と同様に、電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続がＸ方向の微動の範囲では十分に確実に維持され、照射位置に対するＸ−Ｙ平面内での移動範囲では、イオン加速電圧を安定に供給することができる。
【００４９】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型分析装置によれば、分析管１４ａの内部の真空槽を大気解放することなく、試料１５を大気側より装着することが可能であるので、質量分析性能及び操作性が向上する。
【００５０】
更に、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置によれば、レーザ照射位置に対して試料１５をＸ−Ｙ平面内で相対的に移動する制御が可能であり、加えて、試料ステージ１７をレーザ照射位置から真空外取り出し位置に移動させると、イオン加速電圧が自動的に遮断されるので、質量分析性能、操作性、安全性が向上する。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態おいては、リフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置の場合について例示的に説明したが、本発明の技術的思想は、リフレクトロン２４を備えない直線式（リニア式）飛行時間型質量分析装置でも同様である。
【００５２】
図１２は本発明の第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置の概略構成を示す図であり、分析管１４ｂの上部に、ＭＣＰ検出器２３が設けられている。図１２に示すように、分析管１４ｂの上端の上端接続フランジ６８ｂに上端シールフランジ（天板）６７ｂが接続され、ＭＣＰ検出器２３は、上端シールフランジ（天板）６７ｂに植設された金属製のロッドに接続された出口グリッド上に配置されている。したがって、ＭＣＰ検出器２３及びＭＣＰ検出器２３を配置する出口グリッドは、接地電位にされている。分析管１４ｂの下端の下端接続フランジ６６ｂに、内部に試料室２７を構成する試料室フランジ７２が接続され、試料室２７と共に真空槽を構成している点や、真空槽が、分析管１４ｂからＴ字型に分岐する排気ポートに設けられた排気ポートフランジ６９を介して、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより真空排気される点等は、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置と同様である。
【００５３】
図１２に示すように、第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置においては、分析管１４ｂの下部の内部に、中心孔を備える板状又はリング状の第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｂが設けられ、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７と第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａとで、加速器（１７，２１ａ）を構成している。
【００５４】
試料室フランジ７２及び試料室フランジ７２の右端に接続される準備室フランジ７３の構造、及びそれらによる真空シールや試料ステージ１７の駆動メカニズムは、第１の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続関係についても、第１の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、レーザ導入窓１９よりパルスレーザ光２０を試料１５に照射して試料１５を離脱、イオン２２化を行う。イオン２２は加速器（１７，２１ａ）により加速され直線式飛行フィールドフリー区間２６ｂを通過し、ＭＣＰ検出器２３で検出される。イオン２２の質量の大きさによりイオン２２の飛行軌道と飛行時間が異なるので、図１２に示す直線式飛行時間型分析装置によっても、質量分析スペクトルを得ることができる。
【００５６】
第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置によれば、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置と同様に、分析管１４ｂの内部の真空槽を大気解放することなく、試料１５を大気側より装着することが可能であるので、質量分析性能及び操作性が向上する。
【００５７】
更に、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置と同様に、第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置によれば、レーザ照射位置に対して試料１５をＸ−Ｙ平面内で相対的に移動する制御が可能であり、加えて、試料ステージ１７をレーザ照射位置から真空外取り出し位置に移動させると、イオン加速電圧が自動的に遮断されるので、質量分析性能、操作性、安全性が向上する。
【００５８】
（第３の実施の形態）
本発明の第１及び第２の実施の形態おいては、飛行時間型質量分析装置の場合について例示的に説明したが、本発明の技術的思想は、飛行時間型質量分析装置に限定されるものではない。
【００５９】
図１３は本発明の第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置の概略構成を示す図であり、第２の実施の形態に係る直線型飛行時間型分析装置と同様に、分析管１４ｃの上部に、ＭＣＰ検出器２３が設けられている。図１３に示すように、分析管１４ｃの上端の上端接続フランジ６８ｃに上端シールフランジ（天板）６７ｃが接続され、ＭＣＰ検出器２３は、上端シールフランジ（天板）６７ｃに植設された金属製のロッドに接続された出口グリッド上に配置されている。したがって、ＭＣＰ検出器２３及びＭＣＰ検出器２３を配置する出口グリッドは、接地電位にされている。分析管１４ｃからＴ字型に分岐する排気ポートに排気ポートフランジ６９が設けられ、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより真空排気可能なような構造になっているが、排気ポート近傍の分析管１４ｃの内部には、４重極レンズ５４を構成するように、４本の断面円形のロッド（円柱）が配置されている。
【００６０】
分析管１４ｃの下端の下端接続フランジ６６ｃに、内部に試料室２７を構成する試料室フランジ７２が接続され、試料室２７と共に真空槽を構成している点等は、第１及び第２の実施の形態に係る質量分析装置と同様である。
【００６１】
図１３に示すように、第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置においては、分析管１４ｃの下部の内部に、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｃが設けられ、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７と第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａとで、加速器（１７，２１ａ）を構成している。
【００６２】
試料室フランジ７２及び試料室フランジ７２の右端に接続される準備室フランジ７３の構造、及びそれらによる真空シールや試料ステージ１７の駆動メカニズムは、第１及び第２の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続関係についても、第１及び第２の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。
【００６３】
第１及び第２の実施の形態と同様に、レーザ導入窓１９よりパルスレーザ光２０を試料１５に照射して試料１５を離脱、イオン２２化を行う。イオン２２は加速器（１７，２１ａ）により加速され、４重極レンズ５４中を通過してＭＣＰ検出器２３で検出される。４重極レンズ５４中の空間を通るイオン２２の経路は、４重極レンズ５４のロッドに印加されるＤＣ電圧Ｕ及び高周波電圧Ｖcosωｔによって、ならびに各イオン２２の質量電荷比によって定められ、これにより、異なる質量電荷比を有するビーム中のイオン２２がＭＣＰ検出器２３まで連続して通ることができる。したがって、ＭＣＰ検出器２３は、４重極レンズ５４のロッドに印加される特定のＤＣ電圧Ｕ及び高周波電圧Ｖに対して、決まる特定の質量電荷比を有するイオン２２が検出される。４重極レンズ５４のロッドに印加されるＤＣ電圧Ｕ及び高周波電圧を掃引することにより、質量分析スペクトルを得る。
【００６４】
第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置によれば、第１及び第２の実施の形態に係る質量分析装置と同様に、分析管１４ｃの内部の真空槽を大気解放することなく、試料１５を大気側より装着することが可能であるので、質量分析性能及び操作性が向上する。 更に、第１及び第２の実施の形態に係る質量分析装置と同様に、第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置によれば、レーザ照射位置に対して試料１５をＸ−Ｙ平面内で相対的に移動する制御が可能であり、加えて、試料ステージ１７をレーザ照射位置から真空外取り出し位置に移動させると、イオン加速電圧が自動的に遮断されるので、質量分析性能、操作性、安全性が向上する。
【００６５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６６】
既に述べた本発明の第１及び第２の実施の形態においては、飛行時間型質量分析装置の場合について、第３の実施の形態においては、４重極質量分析装置に付いて説明したが、本発明の技術的思想は、飛行時間型質量分析装置及び４重極質量分析装置に限定されるものではなく、その他、イオントラップ型、セクター型、フーリエ変換型、若しくは、これらの複合型、或いは、飛行時間型質量分析装置や重極質量分析装置とこれらの複合型の質量分析装置でも構わない。
【００６７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置（反射式飛行時間型質量分析装置）の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置の試料室フランジ及び準備室フランジの一部の概略を拡大して詳細に説明するための模式的な部分断面図である（図３のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。）。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置の試料室フランジ及び準備室フランジの一部の概略を拡大して詳細に説明するための模式的な部分断面図である（図２のＡ−Ａ方向から見た断面図である。）。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、試料交換のために、試料ステージを準備室に移動した状態の全体構成の概略を説明するための図１に対応する模式的な断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、試料交換のために、試料ステージを準備室に移動した状態の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である（図２のＡ−Ａ方向から見た断面図に相当する断面図である。）。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、準備室で試料交換をする際に用いる着脱治具の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、試料交換後、次の測定予定の試料を搭載した試料ステージを準備室から試料室に移動した状態の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である（図２のＡ−Ａ方向から見た断面図に相当する断面図である。）。
【図８】図７に示すＸ方向の位置から更に、−Ｘ方向（図８において左方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図９】図７に示すＸ方向の位置から更に、＋Ｘ方向（図９において右方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１０】図７に示すＹ方向の位置から更に、＋Ｙ方向（図１０において上方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１１】図７に示すＹ方向の位置から更に、−Ｙ方向（図１１において下方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る質量分析装置（直線式飛行時間型質量分析装置）の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る質量分析装置（４重極質量分析装置）の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図１４】従来の反射式飛行時間型質量分析装置の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…レーザ
１３…レーザ光導入ポート
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｐ…分析管
１５…試料
１６…料ホルダ
１６…試料ホルダ
１７…試料ステージ（バックプレート）
１９…レーザ導入窓
２０…パルスレーザ光
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｐ…第二加速電極（引き抜きグリッド）
２２…イオン
２３…ＭＣＰ検出器
２４…リフレクトロン
２５…イオンレンズ
２６，２６ｂ…直線式飛行フィールドフリー区間
２７…試料室
２８…自在端子
２９…電流導入端子
３０…Ｙ方向駆動アクチュエータ
３１…着脱ポート
３２…絶縁スリーブ
３３…直線駆動軸
３４…Ｘ微動つまみ
３５…Ｙ微動つまみ
３６…第１シールリング
３７…第２シールリング
３８…準備室
３９…準備室排気ポート
４０…マニュピュレート溝
４１…ピン
４８…バネ
４９…試料ステージ固定部
５４…４重極レンズ
５６…着脱ロッド
５７…着脱治具ボディ
５８…チャック
６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｐ…下端接続フランジ
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｐ…上端接続フランジ
６９…排気ポートフランジ
７１…フィードスルーフランジ
７２…試料室フランジ
７３…準備室フランジ
８３…試料ホルダ
８４…試料交換ポート
８４…試料交換ポート盲板
８５…第一加速電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に係り、特にレーザ脱離イオン化質量分析に好適な質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１４に示すような、複数の追い返し電極板（イオンレンズ）２５の積み重ねからなるリフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。図１４に示す飛行時間型質量分析装置では、分析管１４ｐの上端の上端接続フランジ６８ｐに上端シールフランジ（天板）６７ｐが接続され、分析管１４ｐの下端の下端接続フランジ６６ｐに下端シールフランジ（底板）６５ｐが接続され、真空槽を構成している。この真空槽は、分析管１４ｐからＴ字型に分岐する排気ポートに設けられた排気ポートフランジ６９を介して、図示を省略した真空ポンプに接続される。下端シールフランジ（底板）６５ｐには試料交換ポートとなる貫通孔が設けられ、試料交換ポートは、試料交換ポート盲板８４でシールされている。下端接続フランジ６６ｐの近傍の分析管１４ｐの下部の内部には、イオンが通過する中心孔を備える第一加速電極（バックプレート）８５と第一加速電極８５の上方のイオンが通過する中心孔を備える第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｐが設けられ、加速器（８５，２１ｐ）を構成している。第一加速電極８５の中心孔の直下には、第一加速電極８５に固定され積載される試料ホルダ８３が設けられ、試料ホルダ８３の上部に試料１５が収納される。
【０００３】
分析管１４ｐの下部には分析管１４ｐからＹ分岐したレーザ光導入ポート１３が設けられ、レーザ光導入ポート１３にはレーザ導入窓１９が設けられ、レーザ１０から出射したパルスレーザ光２０がレーザ導入窓１９を介して試料１５を照射し、試料１５を離脱、イオン化を行う。パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２は、加速器（８５，２１ｐ）において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、ＭＣＰ検出器２３の中央の穴を通過し、分析管（フライトチューブ）１４ｐ内のフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行した後、リフレクトロン２４に進入する。リフレクトロン２４の内部には複数枚の追い返し電極板（イオンレンズ）２５により傾斜電界が形成されており、この傾斜電界によりイオン２２は入射方向から僅かに傾いた方向に反射され、分析管（フライトチューブ）１４ｐを戻ってＭＣＰ検出器２３により検出される。
【０００４】
図１４に示す飛行時間型質量分析装置では、パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２が、加速器（８５，２１ｐ）において所定の加速電圧により加速され、分析管（フライトチューブ）１４ｐのフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行する。
【０００５】
この所定距離を飛行する時間はイオン２２の初速により異なり、この初速はイオン２２の質量数（質量／電荷数）に依存する。即ち、質量数の小さいイオン２２ほど、同じ加速電圧により得る初速は大きく、質量数の大きいイオン２２ほど、同じ加速電圧により得る初速は小さい。通常のリフレクトロン２４は、本質的にイオン２２を速度ゼロまで減速させる減速電場であり、イオン２２が方向転換して同じ又はほとんど同じ経路に沿って戻ることを可能にする。高い運動エネルギ（速度）を有するイオン２２は、低い運動エネルギを有するイオン２２よりリフレクトロン２４に深く侵入し、したがってＭＣＰ検出器２３までより長い経路を有するようになる。イオン２２はＭＣＰ検出器２３に到達したとき、その初期運動エネルギの分布を保持しているが、異なる質量のイオン２２は異なる時間に到達する。したがって、リフレクトロン２４の追い返し電極板（イオンレンズ）２５の電圧によって反射され、ＭＣＰ検出器２３で検出されるイオン２２の検出量を連続的に測定することにより、イオン２２の質量スペクトルを得ることができる。
【０００６】
陽イオンを加速するのであれば、一般に、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｐを接地電位とし、第一加速電極（バックプレート）８５に負の加速電圧（Ｖ）を印加する。ＭＣＰ検出器２３の配置される出口グリッドは、通常接地電位である。加速電圧（Ｖ）は、数百ボルト〜３０ｋＶの範囲とすることができ、飛行時間は、フィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６の長さにもよるが、５〜１００マイクロ秒程度である。一般に、初期運動エネルギによる質量分解能への影響を最小限に抑え、大きいイオンの検出を可能にするために、加速電圧は比較的高くなるように選択される。例えば、２０ＫＶの加速電圧は、３００キロダルトン（ｋＤａ）を越える質量を検出するのに十分であることが分かっている。
【特許文献１】特開２００３−１５１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
真空槽の内壁に付着した水分が真空排気特性に悪影響を与えるので、本来、真空槽を大気に開放すべきでない。図１４に示したような従来の飛行時間型質量分析装置では、イオン源となる試料１５を分析管１４ｐの内部に準備するためには、分析管１４ｐが構成する真空槽の内部を大気解放する必要があった。即ち、真空槽の内部を大気解放して、下端シールフランジ（底板）６５ｐに設けられた試料交換ポートをシールしている試料交換ポート盲板８４を取り外し、試料交換ポートから試料ホルダ８３を取り出し、その後、質量分析用の試料１５を、試料ホルダ８３に載せ、再び、試料交換ポート８４より試料ホルダ８３を挿入して第一加速電極８５に積載し、試料交換ポートをシールしている試料交換ポート盲板８４でシール後、排気ポートフランジ６９を介して、図示を省略した真空ポンプで真空槽の内部を再び所定の圧力にまで、所定の時間をかけて真空排気する必要があった。又、試料交換ポートから試料ホルダ８３を取り出す操作を行う前には、第一加速電極８５へ印加される数百ボルト〜３０ｋＶ程度の高電圧を遮断することが要求される。
【０００８】
即ち、図１４に示したような従来の飛行時間型質量分析装置を用いた、質量分析では、
異なる試料１５の質量分析毎に、真空槽の内部をその都度、大気解放して試料１５の交換を行い、改めて真空排気を行う必要があった。このために、質量分析に多くの時間を必要とし、分析作業効率を著しく低下させていた。更に、真空槽の内壁に付着した水分や有機物、或いはそれらの反応物が脱ガスすることにより、残留ガス成分が存在し、質量分析の結果やその再現性に悪影響を与える場合もある。
【０００９】
又、レーザ脱離イオン化質量分析においては、レーザ照射位置に試料１５を載せた試料ホルダ８３を固定するためにレーザ照射位置が固定となり、試料１５の任意の部分の質量分析が不可能であり、試料１５の分析範囲が限定され、質量分析スペクトルの情報収集の低下と分析精度の低下を招いた。
【００１０】
図１４においては、リフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置を例示したが、真空槽の内部をその都度、大気解放して試料１５の交換を行い、改めて真空排気を行うために多くの時間を必要とし、分析作業効率を著しく低下させる問題は、リフレクトロン２４を備えない直線式飛行時間型質量分析装置でも同様であり、更に、４重極質量分析装置等他の質量分析装置であっても、真空槽を用いる限り、真空槽の内部をその都度、大気解放する問題は生じる。
【００１１】
又、レーザ脱離イオン化質量分析におけるレーザ照射位置が固定される問題も、図１４に示したリフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置に固有の問題ではなく、リフレクトロン２４を備えない直線式飛行時間型質量分析装置や、４重極質量分析装置等他の質量分析装置であっても、パルスレーザ光２０が試料１５を照射し、試料１５を離脱、イオン化を行う場合には、同様な問題が発生する。
【００１２】
本発明の目的は、真空槽を大気解放することなく、且つ電気的な安全性を維持して、試料を大気側より真空槽の内部に装着することができる質量分析装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、試料の分析範囲が限定されず、試料の広い範囲から質量分析スペクトルを得ることが可能なレーザ脱離イオン化質量分析が可能な質量分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、（イ）一端側に引き抜きグリッドを備え、質量分析をするための分析管と、（ロ）この分析管の一端に接続され、内部に試料室を定義する試料室フランジと、（ハ）分析管の長手方向に直交する方向において、試料室フランジに接続され、内部に準備室を定義する準備室フランジと、（ニ）質量分析時に、引き抜きグリッドと対峙し、引き抜きグリッドとで質量分析の被測定イオンの加速器を構成するバックプレートとして機能する試料ステージと、（ホ）この試料ステージを搭載し、分析管の長手方向に直交する方向に沿って、試料室フランジの内部と準備室フランジの内部との間を直線移動する絶縁スリーブと、（ヘ）絶縁スリーブの一端において、絶縁スリーブの外周に設けられ、試料ステージが準備室に位置するとき、分析管と準備室との真空状態を分離し、試料ステージが試料に位置するとき開放状態となる第１シールリングと、
（ト）絶縁スリーブの第１シールリングが設けられた位置とは異なる位置において、絶縁スリーブの外周に設けられ、試料ステージが試料室に位置するとき、分析管と大気との真空状態を分離し、試料ステージが準備室に位置するとき、準備室と大気との真空状態を分離する第２シールリングと、（チ）被測定イオンのイオン源となる試料を上部に収納し、下部を試料ステージに着脱可能な試料ホルダとを備える質量分析装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、質量分析装置の真空槽を大気解放することなく、且つ電気的な安全性を維持して、試料を大気側より真空槽の内部に装着することができる質量分析装置を提供することができる。
【００１６】
更に、本発明によれば、試料の分析範囲が限定されず、試料の広い範囲から質量分析スペクトルを得ることが可能なレーザ脱離イオン化質量分析が可能な質量分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１８】
又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置は、ステンレス等の金属材料から構成された分析管１４ａの上部に、複数の追い返し電極板（イオンレンズ）２５の積み重ねからなるリフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置である。分析管１４ａの上端の上端接続フランジ６８ａに上端シールフランジ（天板）６７ａが接続され、分析管１４ａの下端の下端接続フランジ６６ａに、内部に試料室２７を構成する試料室フランジ７２が接続され、試料室２７と共に真空槽を構成している。試料室フランジ７２は、例えば、ステンレス等の金属材料から構成される。この真空槽は、分析管１４ａからＴ字型に分岐する排気ポートに設けられた排気ポートフランジ６９を介して、図示を省略したターボ分子ポンプ等の真空ポンプに接続される。
【００２０】
レーザ脱離イオン化質量分析時においては、試料室フランジ７２で周囲を囲まれた試料室２７の内部には、図２及び図３に拡大図を示すように、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７が位置している。そして、試料ステージ１７の中央部近傍の貫通孔（試料ホルダ挿入孔）に下部を挿入した試料ホルダ１６が、試料ステージ１７に固定されている。試料ホルダ１６の上部には、試料１５が収納されている。試料ステージ１７及び試料ホルダ１６は、例えば、ステンレス等の金属材料から構成される。
【００２１】
下端接続フランジ６６ａの近傍の分析管１４ａの下部の内部には、試料ステージ１７の上方に、イオン２２が通過する中心孔を備える板状又はリング状の第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａが設けられ、レーザ脱離イオン化質量分析時には、試料ステージ（バックプレート）１７と第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａとで、加速器（１７，２１ａ）を構成できるようになっている。
【００２２】
図１に示すように、リフレクトロン２４は、上端シールフランジ（天板）６７ａに植設されたロッドに、多数（複数）のイオンレンズ２５が絶縁スペーサを介して配列された構成を有する。これら多数（複数）のイオンレンズ２５及びスペーサは、終端においてバックプレートを介してナット等により締め付けられる。各イオンレンズ２５は中心孔を有する薄い金属板であり、上端シールフランジ（天板）６７ａに片持で支持されている。
【００２３】
分析管１４ａの下部には分析管１４ａからＹ分岐したレーザ光導入ポート１３が設けられ、レーザ光導入ポート１３にはレーザ導入窓１９が設けられている。分析管１４ａの外部に配置されたレーザ１０から出射したパルスレーザ光２０は、レーザ導入窓１９を介して試料１５を照射し、試料１５を離脱、イオン化を行う。図２においては、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａには、レーザ照射穴２１１とイオン通過穴２１２が開口された板状の形状が示されているが、パルスレーザ光２０が照射可能で、同時にイオン２２が通過できる構造であれば、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａには、メッシュ等他の電極板構造を採用しても構わない。レーザ１０として特に限定はされないが、Ｎｄ−ＹＡＧレーザや窒素レーザが好適であり、パルスレーザ光２０としては、Ｎｄ−ＹＡＧ第４高調波２６６ｎｍ、Ｎｄ−ＹＡＧ第３高調波３５５ｎｍ、窒素レーザ３３７ｎｍ等の近紫外領域のレーザ光が好適である。したがって、レーザ導入窓１９の材料は石英ガラスやサファイアガラス等のパルスレーザ光２０の波長に透明な材料が選定される。
【００２４】
近紫外領域のレーザ光の内、パルスレーザ光２０としてはパルス窒素レーザ３３７ｎｍが、レーザ１０が小型・安定・安価・取扱い容易であり、波長３３７ｎｍは、多くの化合物において吸光度が低い等の理由で好適である。又、パルス窒素レーザは、パルスイオン化に十分な半値幅（５００ｐｓ〜３ｎｓ）と出力（１パルス：数十〜数百μＪ）を発生するので、分析対象物を急速に加熱することができるので、分析対象物を急速加熱することにより、分析対象物を分解させることなく、イオン化することができる利点がある。このため、分子量１００ｋＤａを超えるタンパク質のような熱的不安定分子をも分解させることなく、脱離イオン化が可能である。
【００２５】
レーザ脱離イオン化質量分析時には、パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２は、加速器（１７，２１ａ）において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、ＭＣＰ検出器２３の中央の穴を通過し、分析管（フライトチューブ）１４ａ内のフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行した後、リフレクトロン２４に進入する。リフレクトロン２４の内部には複数枚の追い返し電極板（イオンレンズ）２５により傾斜電界が形成されており、この傾斜電界によりイオン２２は入射方向から僅かに傾いた方向に反射され、分析管（フライトチューブ）１４ａを戻ってＭＣＰ検出器２３により検出される。
【００２６】
図１に示す飛行時間型質量分析装置では、パルスレーザ光２０により生成されたイオン２２が、加速器（１７，２１ａ）において所定の加速電圧により加速され、分析管（フライトチューブ）１４ａのフィールドフリー区間（無電界ドリフト空間）２６を飛行する。所定距離を飛行する時間はイオン２２の初速により異なり、この初速はイオン２２の質量数（質量／電荷数）に依存する。本質的にイオン２２を速度ゼロまで減速させる減速電場を提供するリフレクトロン２４では、高い運動エネルギ（速度）を有するイオン２２は、低い運動エネルギを有するイオン２２よりリフレクトロン２４に深く侵入し、したがってＭＣＰ検出器２３までより長い経路を有するようになる。イオン２２はＭＣＰ検出器２３に到達したとき、その初期運動エネルギの分布を保持しているが、異なる質量のイオン２２は異なる時間に到達する。したがって、リフレクトロン２４で反射され、ＭＣＰ検出器２３で検出されるイオン２２の検出量を連続的に測定することにより、イオン２２の質量スペクトルを得ることができる。
【００２７】
陽イオンを加速するのであれば、一般に、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａを接地電位とし、第一加速電極（バックプレート）となる試料ステージ１７に負の加速電圧（Ｖ）を印加する。ＭＣＰ検出器２３の配置される出口グリッドは、通常接地電位である。加速電圧（Ｖ）は、数百ボルト〜３０ｋＶの範囲とすることができる。
【００２８】
図２及び図３に詳細に示すように、試料室フランジ７２の左端には、ステンレス等の金属材料から構成されたフィードスルーフランジ７１がＯリングを介して試料室フランジ７２と接続され、フィードスルーフランジ７１を貫通する加速電圧導入用の電流導入端子２９が設けられている。図２及び図３に示すように、レーザ脱離イオン化質量分析時においては、電流導入端子２９は、例えば銅やリン青銅等の導電性材料からなる自在端子２８に電気的に接続される。なお、自在端子２８の表面には、金メッキ等の表面処理を施した方がコンタクト抵抗、導電性、対酸化特性等の点で好ましい。自在端子２８の内部には、バネ４８が組み込まれ、電流導入端子２９の先端部と自在端子２８との電気的接続に必用な所定の機械的圧力を供給している。
【００２９】
一方、 図２及び図３に示すように、試料室フランジ７２の右端には、内部に準備室３８を構成するように、ステンレス等の金属材料からなる準備室フランジ７３がＯリングを介して試料室フランジ７２と接続されている。図１及び図２から分かるように、準備室フランジ７３には、着脱ポート３１が設けられている。着脱ポート３１を介して、準備室３８の内部に、試料１５が載せられた試料ホルダ１６を導入され、測定後の試料１５を載せられた試料ホルダ１６が引き抜かれ、新たな測定予定用の試料１５が載せられた試料ホルダ１６が再び導入される。
【００３０】
図２に示すように、準備室フランジ７３は、図２おいて右方向に延伸するスリーブ状の部分を有し、スリーブ状の部分の内部に、例えばプラスチック樹脂等の絶縁材料からなる絶縁スリーブ３２が挿入されている。
【００３１】
絶縁スリーブ３２の左端近傍には、第１シールリング３６が設けられ、絶縁スリーブ３２の中央より左側方向に第２シールリング３７が設けられている。第１シールリング３６及び第２シールリング３７は、Ｏリング等の真空シール可能なシールリングである。図４及び図５に示す試料１５の交換時には、絶縁スリーブ３２に設けられた第１シールリング３６により分析管１４ａと準備室３８との真空状態が分離される。第２シールリング３７は、試料１５の交換時に準備室３８と大気を遮断するシールリングの機能をなしている。一方、図１〜図３及び図７に示す質量分析時には、絶縁スリーブ３２に設けられた第２シールリング３７が、分析管１４ａと大気を遮断するシールリングの機能をなし、第１シールリング３６は開放状態となる。
【００３２】
図１〜図３から理解できるように、絶縁スリーブ３２の中央より左側方向において、絶縁スリーブ３２の内部にステンレス等の金属材料からなる直線駆動軸３３が挿入され、直線駆動軸３３は、絶縁スリーブ３２の右側において、準備室フランジ７３を飲み込むように構成されたＸ微動つまみ３４により、Ｘ方向（図１〜図３において水平方向）に移動する。Ｘ微動つまみ３４と絶縁スリーブ３２に設けられた送りネジは、双方の送り量が加算される和動ネジの構造をなし、Ｘ微動つまみ３４の回転数を少なく軽減して、Ｘ方向に移動できる。
【００３３】
図２に示されるように、絶縁スリーブ３２の左端近傍には、絶縁スリーブ３２の内部に試料ステージ固定部４９が埋め込まれている。試料ステージ固定部４９は、試料ステージ１７を搭載し、固定する部材であり、ステンレス等の金属材料からなる。試料ステージ固定部４９の左端には凹部が設けられ、凹部の内部には、バネ４８により浮動状態に設定された自在端子２８が収納されている。図２及び図３から理解できるように、試料ステージ固定部４９は、互いに向かい合う一対の凹部溝（図２の上方位置から垂直方向に下方を見て、或いは図３の紙面の上方から見てコの字状の一対の溝）が設けられ、この一対の凹部溝の内部に試料ステージ１７が収納され、一対の凹部溝内で、試料ステージ１７が移動が可能となっている。一方、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０は、図１に示すように、Ｘ微動つまみ３４に隣接して設けられたＹ微動つまみ３５により操作される。図２及び図３から理解できるように、試料ステージ１７には、図３の紙面において水平方向に対し、４５°の角度に延伸するスリット状の溝であるマニュピュレート溝４０が設けられ、このマニュピュレート溝４０の内部に、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０に装着されたピン４１が収納されている。Ｙ方向駆動アクチュエータ３０がＸ方向に移動することでピン４１によって、試料ステージ１７はマニュピュレート溝４０によりＹ方向の移動を発生してＹ方向に移動する。Ｙ方向駆動アクチュエータ３０は、試料ステージ１７を相対的にＸ方向移動させるアクチュエータであり、電歪素子、磁歪素子、電磁石等が使用可能であるが、全体として電気的絶縁性の高い絶縁材料から構成されている。
【００３４】
＜試料交換の手順＞
試料１５の交換は、おおよそ以下の手順でなされる：
（イ）先ず、最初の質量分析が終了したものとする。その後、Ｘ微動つまみ３４を回転させれば、試料１５を搭載した試料ステージ１７が、試料室２７内の先の質量分析を行ったパルスレーザ光照射位置からＸ方向（図４及び図５において矢印に示した右方向）に移動する。試料ステージ１７が、質量分析を行うパルスレーザ光照射位置から、図４及び図５の矢印の方向（右方向）に移動すると、電流導入端子２９と自在端子２８との電気的接続が開放される。図４及び図５は、試料１５を搭載した試料ステージ１７が、試料室２７からＸ方向への移動を完了した状態の図である。この状態では、絶縁スリーブ３２に設けられた第１シールリング３６により分析管１４ａと準備室３８との真空状態が分離され、第２シールリング３７により、準備室３８と大気とが遮断される。
【００３５】
（ロ）図４及び図５において、準備室３８を、図示を省略したリークバルブ等を用いて真空リークし、大気圧状態にする。準備室３８を、大気圧状態にした後、着脱ポート３１を用いて、準備室３８の内部に、試料１５が載せられた試料ホルダ１６を導入する。図６（ａ）に示すように、着脱治具は、図６（ｂ）に示す試料ホルダ１６を掴むチャック５８を先端に備えた着脱治具ボディ（スリーブ）５７に、着脱ロッド５６が挿入される構造をなしている。図６（ａ）に示すように、着脱治具ボディ５７の内部に、先端部がテーパ形状をなす着脱ロッド５６を、チャック５８の上部の操作穴に押し込むことにより、弾性を有するチャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が開き、測定済みの試料１５が載せられた試料ホルダ１６の上部が着脱治具の先端に挿入される。この状態で、着脱治具ボディ５７に対する着脱ロッド５６の押し込みを解除すると、チャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が閉じ、試料ホルダ１６の上部を着脱治具の先端に掴むことができる。
【００３６】
試料ホルダ１６を先端に装着した着脱治具を、着脱ポート３１から引き抜けば、図２及び図３に示すような試料ステージ１７の中央部近傍の貫通孔（試料ホルダ挿入孔）から、試料ホルダ１６の下部が離脱・分離する。
【００３７】
（ハ）着脱治具を、着脱ポート３１から引き抜いた後、着脱治具ボディ５７に再び着脱ロッド５６を押し込むと、弾性を有するチャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が開き、試料ホルダ１６が、着脱治具から開放される。試料ホルダ１６を着脱治具から開放後、料ホルダ１６の上部から測定済みの試料１５を除去し、試料ホルダ１６の上部に新たな試料（測定予定の試料）１５を充填する。或いは、複数の試料ホルダ１６を用意しておき、新たな試料（測定予定の試料）１５を充填した別の試料ホルダ１６に交換する。即ち、
着脱治具ボディ５７に着脱ロッド５６を押し込むと、弾性を有するチャック５８の先端部（試料ホルダ取付部）が開き、新たな試料（次の測定予定の試料）１５を充填した試料ホルダ１６をチャック５８の試料ホルダ取付部に挿入し、その後、着脱治具ボディ５７に対する着脱ロッド５６の押し込みを解除することにより、チャック５８の試料ホルダ取付部を閉じ、試料ホルダ１６の上部を着脱治具の先端に掴む。
【００３８】
（ニ）その後、着脱ポート３１を用いて、準備室３８の内部に、次の測定予定の試料（新たな試料）１５が載せられた試料ホルダ１６を再度導入する。具体的には、着脱治具を、着脱ポート３１から再度導入し、この着脱治具を用いて、次の測定予定の試料１５が載せられた試料ホルダ１６を試料ステージ１７に装着する。即ち、試料ホルダ１６を先端に装着した着脱治具を、着脱ポート３１から導入し、試料ステージ１７の中央部近傍の貫通孔（試料ホルダ挿入孔）に、試料ホルダ１６の下部を挿入する。試料ステージ１７の試料ホルダ挿入孔に、試料ホルダ１６を固定後、着脱治具ボディ５７に着脱ロッド５６を押し込むと、チャック５８の試料ホルダ取付部が開き、試料ホルダ１６が、着脱治具から開放される。試料ホルダ１６を着脱治具から開放後、着脱治具を着脱ポート３１から引き抜き、図示を省略したリークバルブを閉じ、着脱ポート３１も大気遮断状態にする。
【００３９】
（ホ）着脱ポート３１を大気から遮断した後、次の測定予定の試料１５が載せられた試料ホルダ１６の下部を試料ステージ１７に装着（固定）した状態で、図３及び図５に示す準備室排気ポート３９を用いて、準備室３８の内部を大気圧力から、例えば、１０-2Ｐａ程度の所定の到達圧力の真空状態に真空排気を行う。
【００４０】
（ヘ）所定の到達圧力にまで準備室３８を真空排気後、Ｘ微動つまみ３４を回転し、次の測定予定の試料１５を搭載した試料ステージ１７を質量分析を行うパルスレーザ光照射位置にある状態までＸ方向（図４及び図５において矢印とは反対の左方向）に移動する。
【００４１】
図７は、試料ステージ１７が、質量分析を行うパルスレーザ光照射位置に移動した状態を示す図である。図７に示すように、試料ステージ１７が、質量分析を行うパルスレーザ光照射位置に移動すると、電流導入端子２９と自在端子２８とが、自在端子２８の内部に組み込まれたバネ４８の圧力により、電気的に接続される。この後、分析管１４ａの内部をターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより、所定の分析圧力まで排気し、次の測定予定の試料１５に対する新たな質量分析がなされる。
【００４２】
＜レーザ脱離イオン化質量分析における試料のＸ−Ｙ移動＞
図７〜図１１のそれぞれの右端に図示したように、本明細書では、分析管の長手方向に直交する平面をＸ−Ｙ平面として定義し、このＸ−Ｙ平面上の試料ステージ１７の移動について説明する。
【００４３】
−Ｘ方向の微動−
図８及び図９は、レーザ脱離イオン化質量分析において、パルスレーザ光２０の照射位置に対し、相対的に、試料１５をＸ方向（図８及び図９において水平方向）の微動を行う操作を説明する図である。
【００４４】
Ｘ微動つまみ３４を回転し、試料１５を質量分析を行うパルスレーザ光２０の照射位置の状態移動すると、自在端子２８は、電流導入端子（フィードスルー）２９に接触し、加速電圧導入端子よりイオン加速電圧が、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７に印加される。図８に示す試料１５の位置に対し、図９に示す試料１５の位置は右方向（＋Ｘ方向）に移動しており、パルスレーザ光２０の照射位置に対し、試料１５が相対的に、Ｘ−Ｙ平面内でＸ方向に微動した状態が示されている。試料１５のＸ方向の移動位置は、Ｘ微動つまみ３４の表面に設けられた目盛り等により位置表示される。
【００４５】
自在端子２８はバネ４８により浮動状態にあるので、電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続がＸ方向の微動の範囲では十分に確実に維持され、照射位置に対するＸ−Ｙ平面内での移動範囲では、イオン加速電圧を安定に供給することができる。
【００４６】
−Ｙ方向の微動−
図１０及び図１１は、レーザ脱離イオン化質量分析において、パルスレーザ光２０の照射位置に対し、相対的に、試料１５をＹ方向（図１０及び図１１において垂直方向）の微動を行う操作を説明する図である。
【００４７】
図１０に示す試料１５のＸ−Ｙ平面内位置に比し、図１１に示す試料１５のＸ−Ｙ平面内位置は、下方向（−Ｙ方向）に微動している状態を示す。図１０及び図１１において、Ｙ微動つまみ３５を微動回転し、直線駆動軸３３をＸ軸方向に微動を行うと、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０がＸ軸方向に移動する。Ｙ方向駆動アクチュエータ３０に取り付けられたピン４１は、試料ステージ１７に設けられたマニュピュレート溝４０に嵌め合わせてある。マニュピュレート溝４０は、図１０及び図１１の紙面において水平方向に対し、４５°の角度に設けられた溝である。マニュピュレート溝４０の内部に、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０に装着されたピン４１が収納されているので、Ｙ方向駆動アクチュエータ３０がＸ方向（左右方向）に移動することでピン４１によって、マニュピュレート溝４０によりＹ方向（上下方向）の移動が発生し、試料ステージ１７はＹ方向に移動する。即ち、図１０は、ピン４１がマニュピュレート溝４０の左下端に相対的に移動し、結果として、試料ステージ１７が上方向（＋Ｙ方向）に微動した状態であり、図１１は、ピン４１がマニュピュレート溝４０の右上端に相対的に移動し、結果として、試料ステージ１７が下方向（−Ｙ方向）に微動した状態である。
【００４８】
試料１５の移動位置は、Ｙ微動つまみ３５の表面に設けられた目盛り等により位置表示される。Ｘ方向の微動と同様に、電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続がＸ方向の微動の範囲では十分に確実に維持され、照射位置に対するＸ−Ｙ平面内での移動範囲では、イオン加速電圧を安定に供給することができる。
【００４９】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型分析装置によれば、分析管１４ａの内部の真空槽を大気解放することなく、試料１５を大気側より装着することが可能であるので、質量分析性能及び操作性が向上する。
【００５０】
更に、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置によれば、レーザ照射位置に対して試料１５をＸ−Ｙ平面内で相対的に移動する制御が可能であり、加えて、試料ステージ１７をレーザ照射位置から真空外取り出し位置に移動させると、イオン加速電圧が自動的に遮断されるので、質量分析性能、操作性、安全性が向上する。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態おいては、リフレクトロン２４を備えた反射式飛行時間型質量分析装置の場合について例示的に説明したが、本発明の技術的思想は、リフレクトロン２４を備えない直線式（リニア式）飛行時間型質量分析装置でも同様である。
【００５２】
図１２は本発明の第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置の概略構成を示す図であり、分析管１４ｂの上部に、ＭＣＰ検出器２３が設けられている。図１２に示すように、分析管１４ｂの上端の上端接続フランジ６８ｂに上端シールフランジ（天板）６７ｂが接続され、ＭＣＰ検出器２３は、上端シールフランジ（天板）６７ｂに植設された金属製のロッドに接続された出口グリッド上に配置されている。したがって、ＭＣＰ検出器２３及びＭＣＰ検出器２３を配置する出口グリッドは、接地電位にされている。分析管１４ｂの下端の下端接続フランジ６６ｂに、内部に試料室２７を構成する試料室フランジ７２が接続され、試料室２７と共に真空槽を構成している点や、真空槽が、分析管１４ｂからＴ字型に分岐する排気ポートに設けられた排気ポートフランジ６９を介して、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより真空排気される点等は、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置と同様である。
【００５３】
図１２に示すように、第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置においては、分析管１４ｂの下部の内部に、中心孔を備える板状又はリング状の第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｂが設けられ、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７と第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａとで、加速器（１７，２１ａ）を構成している。
【００５４】
試料室フランジ７２及び試料室フランジ７２の右端に接続される準備室フランジ７３の構造、及びそれらによる真空シールや試料ステージ１７の駆動メカニズムは、第１の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続関係についても、第１の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、レーザ導入窓１９よりパルスレーザ光２０を試料１５に照射して試料１５を離脱、イオン２２化を行う。イオン２２は加速器（１７，２１ａ）により加速され直線式飛行フィールドフリー区間２６ｂを通過し、ＭＣＰ検出器２３で検出される。イオン２２の質量の大きさによりイオン２２の飛行軌道と飛行時間が異なるので、図１２に示す直線式飛行時間型分析装置によっても、質量分析スペクトルを得ることができる。
【００５６】
第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置によれば、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置と同様に、分析管１４ｂの内部の真空槽を大気解放することなく、試料１５を大気側より装着することが可能であるので、質量分析性能及び操作性が向上する。
【００５７】
更に、第１の実施の形態に係る反射式飛行時間型質量分析装置と同様に、第２の実施の形態に係る直線式飛行時間型分析装置によれば、レーザ照射位置に対して試料１５をＸ−Ｙ平面内で相対的に移動する制御が可能であり、加えて、試料ステージ１７をレーザ照射位置から真空外取り出し位置に移動させると、イオン加速電圧が自動的に遮断されるので、質量分析性能、操作性、安全性が向上する。
【００５８】
（第３の実施の形態）
本発明の第１及び第２の実施の形態おいては、飛行時間型質量分析装置の場合について例示的に説明したが、本発明の技術的思想は、飛行時間型質量分析装置に限定されるものではない。
【００５９】
図１３は本発明の第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置の概略構成を示す図であり、第２の実施の形態に係る直線型飛行時間型分析装置と同様に、分析管１４ｃの上部に、ＭＣＰ検出器２３が設けられている。図１３に示すように、分析管１４ｃの上端の上端接続フランジ６８ｃに上端シールフランジ（天板）６７ｃが接続され、ＭＣＰ検出器２３は、上端シールフランジ（天板）６７ｃに植設された金属製のロッドに接続された出口グリッド上に配置されている。したがって、ＭＣＰ検出器２３及びＭＣＰ検出器２３を配置する出口グリッドは、接地電位にされている。分析管１４ｃからＴ字型に分岐する排気ポートに排気ポートフランジ６９が設けられ、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにより真空排気可能なような構造になっているが、排気ポート近傍の分析管１４ｃの内部には、４重極レンズ５４を構成するように、４本の断面円形のロッド（円柱）が配置されている。
【００６０】
分析管１４ｃの下端の下端接続フランジ６６ｃに、内部に試料室２７を構成する試料室フランジ７２が接続され、試料室２７と共に真空槽を構成している点等は、第１及び第２の実施の形態に係る質量分析装置と同様である。
【００６１】
図１３に示すように、第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置においては、分析管１４ｃの下部の内部に、第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ｃが設けられ、第一加速電極（バックプレート）を兼ねる試料ステージ１７と第二加速電極（引き抜きグリッド）２１ａとで、加速器（１７，２１ａ）を構成している。
【００６２】
試料室フランジ７２及び試料室フランジ７２の右端に接続される準備室フランジ７３の構造、及びそれらによる真空シールや試料ステージ１７の駆動メカニズムは、第１及び第２の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。電流導入端子２９と自在端子２８との電気的な接続関係についても、第１及び第２の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。
【００６３】
第１及び第２の実施の形態と同様に、レーザ導入窓１９よりパルスレーザ光２０を試料１５に照射して試料１５を離脱、イオン２２化を行う。イオン２２は加速器（１７，２１ａ）により加速され、４重極レンズ５４中を通過してＭＣＰ検出器２３で検出される。４重極レンズ５４中の空間を通るイオン２２の経路は、４重極レンズ５４のロッドに印加されるＤＣ電圧Ｕ及び高周波電圧Ｖcosωｔによって、ならびに各イオン２２の質量電荷比によって定められ、これにより、異なる質量電荷比を有するビーム中のイオン２２がＭＣＰ検出器２３まで連続して通ることができる。したがって、ＭＣＰ検出器２３は、４重極レンズ５４のロッドに印加される特定のＤＣ電圧Ｕ及び高周波電圧Ｖに対して、決まる特定の質量電荷比を有するイオン２２が検出される。４重極レンズ５４のロッドに印加されるＤＣ電圧Ｕ及び高周波電圧を掃引することにより、質量分析スペクトルを得る。
【００６４】
第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置によれば、第１及び第２の実施の形態に係る質量分析装置と同様に、分析管１４ｃの内部の真空槽を大気解放することなく、試料１５を大気側より装着することが可能であるので、質量分析性能及び操作性が向上する。 更に、第１及び第２の実施の形態に係る質量分析装置と同様に、第３の実施の形態に係る４重極質量分析装置によれば、レーザ照射位置に対して試料１５をＸ−Ｙ平面内で相対的に移動する制御が可能であり、加えて、試料ステージ１７をレーザ照射位置から真空外取り出し位置に移動させると、イオン加速電圧が自動的に遮断されるので、質量分析性能、操作性、安全性が向上する。
【００６５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６６】
既に述べた本発明の第１及び第２の実施の形態においては、飛行時間型質量分析装置の場合について、第３の実施の形態においては、４重極質量分析装置に付いて説明したが、本発明の技術的思想は、飛行時間型質量分析装置及び４重極質量分析装置に限定されるものではなく、その他、イオントラップ型、セクター型、フーリエ変換型、若しくは、これらの複合型、或いは、飛行時間型質量分析装置や重極質量分析装置とこれらの複合型の質量分析装置でも構わない。
【００６７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置（反射式飛行時間型質量分析装置）の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置の試料室フランジ及び準備室フランジの一部の概略を拡大して詳細に説明するための模式的な部分断面図である（図３のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。）。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置の試料室フランジ及び準備室フランジの一部の概略を拡大して詳細に説明するための模式的な部分断面図である（図２のＡ−Ａ方向から見た断面図である。）。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、試料交換のために、試料ステージを準備室に移動した状態の全体構成の概略を説明するための図１に対応する模式的な断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、試料交換のために、試料ステージを準備室に移動した状態の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である（図２のＡ−Ａ方向から見た断面図に相当する断面図である。）。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、準備室で試料交換をする際に用いる着脱治具の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る質量分析装置において、試料交換後、次の測定予定の試料を搭載した試料ステージを準備室から試料室に移動した状態の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である（図２のＡ−Ａ方向から見た断面図に相当する断面図である。）。
【図８】図７に示すＸ方向の位置から更に、−Ｘ方向（図８において左方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図９】図７に示すＸ方向の位置から更に、＋Ｘ方向（図９において右方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１０】図７に示すＹ方向の位置から更に、＋Ｙ方向（図１０において上方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１１】図７に示すＹ方向の位置から更に、−Ｙ方向（図１１において下方向）に試料ステージを移動（微動）した状態を説明する模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る質量分析装置（直線式飛行時間型質量分析装置）の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る質量分析装置（４重極質量分析装置）の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【図１４】従来の反射式飛行時間型質量分析装置の全体構成の概略を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…レーザ
１３…レーザ光導入ポート
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｐ…分析管
１５…試料
１６…料ホルダ
１６…試料ホルダ
１７…試料ステージ（バックプレート）
１９…レーザ導入窓
２０…パルスレーザ光
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｐ…第二加速電極（引き抜きグリッド）
２２…イオン
２３…ＭＣＰ検出器
２４…リフレクトロン
２５…イオンレンズ
２６，２６ｂ…直線式飛行フィールドフリー区間
２７…試料室
２８…自在端子
２９…電流導入端子
３０…Ｙ方向駆動アクチュエータ
３１…着脱ポート
３２…絶縁スリーブ
３３…直線駆動軸
３４…Ｘ微動つまみ
３５…Ｙ微動つまみ
３６…第１シールリング
３７…第２シールリング
３８…準備室
３９…準備室排気ポート
４０…マニュピュレート溝
４１…ピン
４８…バネ
４９…試料ステージ固定部
５４…４重極レンズ
５６…着脱ロッド
５７…着脱治具ボディ
５８…チャック
６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｐ…下端接続フランジ
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｐ…上端接続フランジ
６９…排気ポートフランジ
７１…フィードスルーフランジ
７２…試料室フランジ
７３…準備室フランジ
８３…試料ホルダ
８４…試料交換ポート
８４…試料交換ポート盲板
８５…第一加速電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に引き抜きグリッドを備え、質量分析をするための分析管と、
該分析管の前記一端に接続され、内部に試料室を定義する試料室フランジと、
前記分析管の長手方向に直交する方向において、前記試料室フランジに接続され、内部に準備室を定義する準備室フランジと、
質量分析時に、前記引き抜きグリッドと対峙し、前記引き抜きグリッドとで前記質量分析の被測定イオンの加速器を構成するバックプレートとして機能する試料ステージと、
該試料ステージを搭載し、前記分析管の長手方向に直交する方向に沿って、前記試料室フランジの内部と前記準備室フランジの内部との間を直線移動する絶縁スリーブと、
前記絶縁スリーブの一端において、前記絶縁スリーブの外周に設けられ、前記試料ステージが前記準備室に位置するとき、前記分析管と前記準備室との真空状態を分離し、前記試料ステージが前記試料に位置するとき開放状態となる第１シールリングと、
前記絶縁スリーブの前記第１シールリングが設けられた位置とは異なる位置において、前記絶縁スリーブの外周に設けられ、前記試料ステージが前記試料室に位置するとき、前記分析管と大気との真空状態を分離し、前記試料ステージが前記準備室に位置するとき、前記準備室と大気との真空状態を分離する第２シールリングと、
前記被測定イオンのイオン源となる試料を上部に収納し、下部を前記試料ステージに着脱可能な試料ホルダ
とを備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
前記絶縁スリーブの前記一端側に位置し、前記試料ステージを前記絶縁スリーブに固定する、導電性材料からなる試料ステージ固定部と、
該試料ステージ固定部の前記絶縁スリーブの前記一端側に自在に固定され、導電性材料からなり、前記試料ステージに電気的に接続された自在端子と、
前記試料ステージが前記試料室内に位置するとき、前記自在端子に電気的に接続し、該電気的接続により、前記試料室フランジの外部から前記試料ステージに前記被測定イオンの加速電圧を印加し、前記試料ステージが前記準備室側に移動すると、自動的に電気的接続が遮断される電流導入端子
とを更に備える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】
前記試料室の内部の前記分析管の長手方向に直交するＸ−Ｙ平面上における、前記試料ステージの移動を駆動する手段を更に備える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１】
一端側に引き抜きグリッドを備え、質量分析をするための分析管と、
該分析管の前記一端に接続され、内部に試料室を定義する試料室フランジと、
前記分析管の長手方向に直交する方向において、前記試料室フランジに接続され、内部に準備室を定義する準備室フランジと、
質量分析時に、前記引き抜きグリッドと対峙し、前記引き抜きグリッドとで前記質量分析の被測定イオンの加速器を構成するバックプレートとして機能する試料ステージと、
該試料ステージを搭載し、前記分析管の長手方向に直交する方向に沿って、前記試料室フランジの内部と前記準備室フランジの内部との間を直線移動する絶縁スリーブと、
前記絶縁スリーブの一端において、前記絶縁スリーブの外周に設けられ、前記試料ステージが前記準備室に位置するとき、前記分析管と前記準備室との真空状態を分離し、前記試料ステージが前記試料に位置するとき開放状態となる第１シールリングと、
前記絶縁スリーブの前記第１シールリングが設けられた位置とは異なる位置において、前記絶縁スリーブの外周に設けられ、前記試料ステージが前記試料室に位置するとき、前記分析管と大気との真空状態を分離し、前記試料ステージが前記準備室に位置するとき、前記準備室と大気との真空状態を分離する第２シールリングと、
前記被測定イオンのイオン源となる試料を上部に収納し、下部を前記試料ステージに着脱可能な試料ホルダ
とを備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
前記絶縁スリーブの前記一端側に位置し、前記試料ステージを前記絶縁スリーブに固定する、導電性材料からなる試料ステージ固定部と、
該試料ステージ固定部の前記絶縁スリーブの前記一端側に自在に固定され、導電性材料からなり、前記試料ステージに電気的に接続された自在端子と、
前記試料ステージが前記試料室内に位置するとき、前記自在端子に電気的に接続し、該電気的接続により、前記試料室フランジの外部から前記試料ステージに前記被測定イオンの加速電圧を印加し、前記試料ステージが前記準備室側に移動すると、自動的に電気的接続が遮断される電流導入端子
とを更に備える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】
前記試料室の内部の前記分析管の長手方向に直交するＸ−Ｙ平面上における、前記試料ステージの移動を駆動する手段を更に備える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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−７１５１０（Ｐ２００８−７１５１０Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４６５６７（Ｐ２００６−２４６５６７）
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（３０２００００８１）株式会社メムス・コア (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（３０２００００８１）株式会社メムス・コア (19)
【Ｆターム（参考）】
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