[go: up one dir, main page]

WO2010113209A1 - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010113209A1
WO2010113209A1 PCT/JP2009/001492 JP2009001492W WO2010113209A1 WO 2010113209 A1 WO2010113209 A1 WO 2010113209A1 JP 2009001492 W JP2009001492 W JP 2009001492W WO 2010113209 A1 WO2010113209 A1 WO 2010113209A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sample
mass
analysis
ionization
excision
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/001492
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小河潔
瀬藤光利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to US13/262,217 priority Critical patent/US8816274B2/en
Priority to JP2011506841A priority patent/JP5141816B2/ja
Priority to PCT/JP2009/001492 priority patent/WO2010113209A1/ja
Publication of WO2010113209A1 publication Critical patent/WO2010113209A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0004—Imaging particle spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/04—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting
    • G01N1/06—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting providing a thin slice, e.g. microtome
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0459—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for solid samples

Definitions

  • the present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly, to a mass spectrometer called a microscopic mass spectrometer or an imaging mass spectrometer that can perform mass analysis of a two-dimensional region on a sample.
  • a device called a microscopic mass spectrometer or an imaging mass spectrometer has been developed as a device for observing the morphology of a sample such as a biological tissue and simultaneously measuring the distribution of molecules present in a predetermined region on the sample.
  • a microscopic mass spectrometer or an imaging mass spectrometer has been developed as a device for observing the morphology of a sample such as a biological tissue and simultaneously measuring the distribution of molecules present in a predetermined region on the sample.
  • mapping of molecules contained in an arbitrary region on a sample designated by microscopic observation can be performed while maintaining the shape of the sample almost without crushing or crushing the sample as in the past.
  • an application of obtaining distribution information of proteins contained in cells in a living body is expected.
  • the desorption electrospray ionization (DESI) method is also used in part. Regardless of which ionization method is used, when analyzing a sample such as a biological tissue, the sample is sliced and attached to a sample plate, and pretreatment such as matrix coating is performed as necessary. Attach to.
  • mass analysis is performed on a predetermined region on the sample, for example, for a specific mass-to-charge ratio.
  • a mass spectrometry imaging image is obtained.
  • the conventional measurement method as described above can obtain an imaging image for a specific mass-to-charge ratio in a predetermined two-dimensional region on the sample, it cannot obtain mass analysis information in the depth direction of the sample.
  • attempts have been made to obtain three-dimensional mass spectrometric information by preparing a plurality of slice samples that are continuously sliced from one biological sample and measuring them sequentially.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is mainly not only two-dimensional mass information such as biological samples but also three-dimensional mass analysis information expanded in the depth direction. Is to provide a mass spectrometer that can be obtained simply and efficiently.
  • a mass spectrometer made to solve the above problems is as follows. a) sample holding means for holding the sample; b) observation means for observing the surface of the sample held by the sample holding means; c) ionization means for ionizing components at predetermined positions on the sample held by the sample holding means; d) mass spectrometry means for mass spectrometry of ions generated by the ionization means; e) a sample excision means for excising a part of the sample held by the sample holding means to expose a sample analysis surface to be ionized by the ionization means; f) The sample so as to transport the sample in order to an observation position that can be observed by the observation means, an excision position where sample excision is performed by the sample excision means, and an analysis position that can be ionized by the ionization means Moving means for moving the holding means; It is characterized by having.
  • the ionization means is a means for irradiating a sample with a laser beam having a small diameter.
  • the ionization means is means for irradiating the sample with a primary ion beam.
  • the ionization means is a nozzle for injecting solvent ions onto the sample.
  • the observation means can perform magnified observation and microscopic observation.
  • the two-dimensional distribution of molecules is obtained by performing mass analysis by the mass analyzer while two-dimensionally scanning the predetermined position where ionization is performed by the ionizer. Can be acquired.
  • the moving means so as to repeat partial excision of the sample by the sample excision means and ionization and mass spectrometry for the partially excised sample, a plurality of times.
  • Control means for controlling each of the sample excision means, the ionization means, and the mass analysis means may be further provided to collect mass analysis information on a plurality of sample analysis surfaces at different positions in the depth direction of the sample.
  • the measurer sets a biological sample or the like on a sample holding means such as a sample stage. It is not necessary to perform the process of thinning the sample in advance as in the prior art, and a sample having a certain thickness may be set as it is in the sample holding means. Then, first, the sample holding means is moved by the moving means under the control of the control means, and the sample comes to the observation position by the observation means. In this state, an enlarged image of the whole or part of the sample surface is obtained by the observation means, and the measurer designates a desired two-dimensional measurement region, for example, while viewing the image. When the measurement region is determined, the sample holding means is moved by the moving means under the control of the control means, and the sample comes to the analysis position.
  • a sample holding means such as a sample stage. It is not necessary to perform the process of thinning the sample in advance as in the prior art, and a sample having a certain thickness may be set as it is in the sample holding means. Then, first, the sample holding means is moved by the
  • laser light is irradiated by ionization means onto a predetermined measurement point in the measurement region designated by the measurer based on the sample surface image obtained by the previous observation.
  • the components in the sample are ionized, and the generated ions are introduced into the mass analyzing means.
  • the mass analysis means various techniques can be used to separate ions according to the mass-to-charge ratio (m / z).
  • a time-of-flight mass analyzer may be used. The laser beam irradiation position is scanned within the measurement region, and mass analysis is performed each time the laser beam irradiation position is moved, thereby performing two-dimensional mass analysis over the measurement region.
  • the sample holding means is moved from the analysis position to the excision position by the moving means, and the sample excision means scrapes the surface of the sample with a predetermined thickness. Then, since the portion that was previously inside the sample is exposed as a flat surface, this is used as the next sample analysis surface, and after moving the sample holding means from the excision position to the analysis position by the moving means, for example, in the above-mentioned sample analysis surface Execute mass analysis in the measurement region previously designated by the measurer. Similarly, by repeating the excision of the previously measured sample analysis surface on the sample by the sample excision means and the execution of the mass analysis on the newly exposed sample analysis surface, the two regions of the deep portion are gradually increased in the depth direction. It is possible to obtain the mass analysis information of the dimension region.
  • a predetermined two-dimensional measurement on the sample is performed without taking out the sample from the apparatus in the middle and without performing pretreatment such as slicing the sample continuously in advance and attaching it to the sample plate. It is possible to collect mass analysis information of a three-dimensional region in a solid in which the region is projected in the depth direction as it is. In particular, when ionization and mass spectrometry are repeated several times on a partially excised sample, the accuracy of the three-dimensional distribution of the molecules obtained is obtained by repeating mass spectrometry in the two-dimensional range at the same position in the horizontal direction. Can be raised.
  • the position resolution (spatial resolution) of the mass analysis information in the depth direction of the sample is determined by the thickness of the sample to be excised at one time. Therefore, when it is desired to obtain a high position resolution in the depth direction, the thickness of the sample to be cut at a time may be reduced.
  • the mass spectrometer may be configured to further include a matrix supply means for attaching a matrix to the sample analysis surface of the sample partially removed by the sample excision means.
  • the matrix supply means drops or injects the matrix onto the sample so that the matrix adheres to the measurement region previously designated by the measurer.
  • the measurement area is obtained as, for example, the position (coordinate) information of the sample holding means.
  • the moving means is controlled so that the predetermined portion is accurately positioned at the matrix supply position by the matrix supply means.
  • the matrix supplying means can attach the matrix to the designated measurement region with high positional accuracy.
  • a sample set on a sample holding unit such as a sample stage is not taken out, and the sample is two-dimensionally processed without being pretreated such as thinning outside the device. It is possible to collect not only mass analysis information but also mass analysis information in the depth direction. Thereby, three-dimensional mass spectrometry information can be obtained efficiently.
  • the position of the sample on the sample holding means does not change before and after the excision of a part of the sample, there is no displacement in the mass analysis information in the depth direction, and a high-definition three-dimensional mass spectrometry imaging image is created. can do.
  • the thickness of excision of a part of the sample by the sample excision means can be determined after the measurer looks at the already obtained mass analysis information or by automatic judgment based on the mass analysis information. Therefore, by changing the thickness to be excised appropriately according to the condition of the sample (for example, when an abnormality such as a lesion is observed), mass spectrometry information in the depth direction can be obtained with accurate position resolution. Can do.
  • the matrix can be attached to the analysis surface of the sample after partial excision, so that three-dimensional mass analysis information can be collected with high analysis sensitivity. it can.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a microscopic mass spectrometer according to a first embodiment of the present invention.
  • Operation unit 38 ... Display unit 39 ... Injection drive unit 40 ... Atmospheric pressure chamber 41 ... Preliminary exhaust chambers 42, 43 ... Partition 44 ... Partition / guide drive unit 45 ... Vacuum chamber A ... Observation position B ... Sample excision C ... Analysis position D ... Matrix adhesion position E ... Standby position
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a micro mass spectrometer according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of the operation of the micro mass spectrometer according to the first embodiment.
  • This microscopic mass spectrometer includes an airtight chamber 1 in which the inside is maintained at a substantially atmospheric pressure, and a vacuum chamber 20 in which the inside is maintained in a high-vacuum vacuum atmosphere by a vacuum pump 21 such as a turbo molecular pump.
  • a sample stage 2 holding a sample plate 3 on which a sample 4 is placed is arranged along a guide 5 so as to be able to slide back and forth in the X direction.
  • the position C indicated by the solid line of the sample stage 2 is the analysis position
  • the position A indicated by the dotted line is the observation position
  • the position B indicated by the alternate long and short dash line is the sample excision position.
  • the sample stage 2 is driven not only in the X direction along the guide 5 but also in the Y direction orthogonal to the horizontal direction and the Z direction which is the height direction by a driving mechanism 6 including a motor and the like. It is movable within range.
  • An imaging unit 7 such as a CCD camera is installed outside the hermetic chamber 1 above the observation position A, and a transmission illumination unit 8 is installed inside the hermetic chamber 1 so as to face the imaging unit 7.
  • the imaging unit 7 as the observation means in the present invention can perform magnified observation and microscopic observation.
  • the image signal acquired by the imaging unit 7 is sent to the image processing unit 34, where the image processing is performed to form a two-dimensional surface image that can be displayed on the display unit 38 described later.
  • illumination for reflection observation and fluorescence observation may be provided separately.
  • a microscopic observation of the sample 4 may be performed using an optical microscope that the measurer directly looks into.
  • a cutting blade 9 that is moved in the XY plane by a cutting blade drive mechanism 10 including a motor or the like is provided above the sample excision position B.
  • the sample stage 2 on which the sample 4 is placed is at the sample excision position B and the cutting blade 9 is driven in a state where the height is appropriately adjusted, the sample having a predetermined thickness is excised from the upper surface of the sample 4. (See FIG. 2A).
  • the sample analysis surface for example, 4a in FIG. 2B
  • parallel to the XY plane is exposed on the upper surface of the sample 4 remaining on the sample stage 2.
  • a laser beam focused on the surface of the sample 4 with a small diameter is used to ionize the components contained in the sample 4 by the atmospheric pressure laser desorption ionization (AP-LDI) method.
  • the laser beam irradiation unit 11 and the laser focusing optical system 12 are disposed.
  • an ion collection port of an ion transport tube 22 for transporting ions generated from the sample 4 in response to laser light irradiation to the vacuum chamber 20 is disposed facing the sample 4.
  • ion transport optical systems 23 and 24 for converging the ions to the subsequent stage ion traps 25 for temporarily holding the ions, and ions are separated according to the mass-to-charge ratio (m / z).
  • a reflectron type time-of-flight mass analyzer 26 and a detector 27 for detecting ions separated by the time-of-flight mass analyzer 26 are provided.
  • the ion trap 25 not only holds ions but also selects ions having a specific mass-to-charge ratio among the various introduced ions as precursor ions, and generates product ions by causing cleavage by collision-induced dissociation. It is also possible. That is, in this microscopic mass spectrometer, MS / MS analysis or MS n analysis is possible in addition to normal (that is, not involving cleavage) mass analysis.
  • the detection signal from the detector 27 is input to the data processing unit 30, where the flight time of each ion is converted into a mass-to-charge ratio, a mass spectrum is created, and further obtained for different measurement points in the measurement region.
  • a mass spectrometry imaging image or the like for a specific mass-to-charge ratio is created based on the mass spectrum.
  • the control unit 32 that controls the entire microscopic mass spectrometer controls the operation of the mass analysis unit such as the ion trap 25 through the analysis control unit 31 and also controls the sample stage 2 by the drive mechanism 6 via the stage drive unit 33.
  • the movement is controlled, the emission of the laser beam from the laser beam irradiation unit 11 is controlled through the laser driving unit 36, and the operation of the cutting blade 9 is controlled through the cutting blade driving unit 35 and the cutting blade driving mechanism 10.
  • Also connected to the control unit 32 are an operation unit 37 for an operator to give operations and instructions, and a display unit 38 for displaying a two-dimensional observation image of the sample 4 and a mass spectrometry imaging image as a mass analysis result. ing.
  • control unit 32 the analysis control unit 31, the data processing unit 30, and the like can be realized by executing dedicated software installed in a personal computer.
  • the measurer places the sample 4 to be measured outside the hermetic chamber 1 on the sample plate 3 and loads the sample plate 3 on the sample stage 2.
  • the sample 4 is, for example, a biological sample such as a mouse brain. However, it is not necessary to slice in advance as in the prior art, and the thick sample 4 may be placed on the sample plate 3 as it is and loaded onto the sample stage 2.
  • the control unit 32 When the measurer gives an instruction to execute microscopic observation from the operation unit 37, the control unit 32 that has received this instruction moves the sample stage 2 to the observation position A via the stage driving unit 33 and the driving mechanism 6.
  • the imaging unit 7 When the sample stage 2 comes to the observation position A, the imaging unit 7 focuses at the specified magnification and takes a surface observation image of the sample 4 on the sample stage 2.
  • the control unit 32 displays an enlarged image of the surface of the sample 4 created by the image processing unit 34 on the screen of the display unit 38.
  • the observation image displayed on the display unit 38 at this time is a real-time image, and the measurer changes the observation magnification by operating the operation unit 37 while viewing the observation image, or moves the sample stage 2. Or an observation image of an appropriate two-dimensional range on the sample 4 is displayed. Then, the measurer determines a measurement region (or measurement point) to be analyzed on the sample 4 and designates it with the operation unit 37. For example, on the enlarged image of the sample 4 displayed on the display unit 38, the measurement region can be specified by moving the cursor to an arbitrary part and performing a click operation or enclosing a predetermined range. The designated measurement region is stored in the control unit 32 as a coordinate position on the sample stage 2.
  • the control unit 32 moves the sample stage 2 from the observation position A to the analysis position C via the stage drive unit 33 and the drive mechanism 6. After the sample stage 2 moves to the analysis position C, the control unit 32 further samples the sample stage in the X direction and the Y direction so that the first measurement point in the measurement area previously stored as the coordinate position is irradiated with the laser beam. 2 is finely adjusted, and the adjustment in the Z direction is performed so that the height is optimized. Then, a laser beam is emitted from the laser beam irradiation unit 11 for a short time via the laser driving unit 36, and the target measurement point on the sample 4 is irradiated with the laser beam.
  • the component in the sample 4 is ionized by the laser light irradiation.
  • the generated ions are sucked into the ion collection port of the ion transport tube 22 and introduced into the vacuum chamber 20 through the ion transport tube 22.
  • Ions are introduced into the ion trap 25 through the ion transport optical systems 23 and 24, and after operations such as cooling are performed here, kinetic energy is applied almost simultaneously and sent to the time-of-flight mass analyzer 26. It is.
  • the amount of ions generated by one laser beam irradiation is not so large, and the amount of generated ions varies greatly.
  • the same measurement point is irradiated with a laser beam in a plurality of times, and the ions generated at each irradiation are temporarily stored in the ion trap 25 and collectively analyzed by the time-of-flight mass analyzer 26. ing.
  • ⁇ Ions released simultaneously from the ion trap 25 are separated according to the mass-to-charge ratio while flying through the time-of-flight mass analyzer 26 and reach the detector 27 with a time difference.
  • the detector 27 outputs a detection signal corresponding to the amount of incident ions, and this detection signal is input to the data processing unit 30. Since the flight time of each ion depends on the mass-to-charge ratio, the data processing unit 30 converts the flight time into a mass-to-charge ratio and creates a mass spectrum.
  • the control unit 32 controls the drive mechanism 6 via the stage drive unit 33 so that the irradiation position of the laser light sequentially moves in the X direction and the Y direction with a predetermined step width within the measurement region.
  • the data processing unit 30 creates a mass spectrum for each measurement point by executing the mass analysis as described above while scanning the irradiation position of the laser beam.
  • the substance is specified and its content is estimated.
  • the control unit 32 displays the mass analysis result thus obtained on the screen of the display unit 38.
  • the control unit 32 moves the sample stage 2 to the sample excision position B via the stage drive unit 33 and the drive mechanism 6.
  • the control unit 32 controls the cutting blade drive mechanism 10 via the cutting blade drive unit 35 to move the cutting blade 9 horizontally.
  • the sample 4 is cut from the upper surface by a predetermined thickness d, and the portion that has been hidden inside the sample 4 until then appears in the table. Therefore, this is defined as the next sample analysis surface 4a.
  • the cutting thickness d can be designated in advance by the measurer from the operation unit 37, and by adjusting the amount of movement of the sample stage 2 in the Z direction or the amount of movement of the cutting blade 9 in the Z direction according to the designated value, The actual cut thickness d is changed.
  • the thickness d at the time of each excision may be the same, but the next excision is performed every time two-dimensional mass analysis is performed.
  • the thickness to be changed may be changed.
  • the control unit 32 moves the sample stage 2 from the sample excision position B to the analysis position C via the stage drive unit 33 and the drive mechanism 6.
  • the control unit 32 executes mass spectrometry for the measurement region which has been previously stored as the coordinate position and has already performed the first measurement before excision.
  • the sample stage 2 is again sent to the sample excision position B, and a predetermined thickness d is excised downward from the sample analysis surface 4a by the cutting blade 9. . Thereby, since a new sample analysis surface 4b is exposed, two-dimensional mass analysis is performed on the measurement region on the sample analysis surface 4b.
  • two-dimensional mass spectrometry imaging images in a state where the sample 4 is sliced in the depth direction (height direction or Z direction) of the measurement region initially designated by the measurer can be created. (See FIGS. 2 (c) to 2 (e)).
  • the sample 4 remains mounted on the sample stage 2, and the position of the sample 4 on the sample stage 2 does not move even if a part of the sample 4 is cut by the cutting blade 9.
  • the measurement region and measurement position designated by the measurer are managed by the coordinate information on the sample stage 2, the two-dimensional mass analysis and partial excision of the sample 4 are repeated as described above.
  • a mass spectrometry imaging image can always be obtained for the same measurement region. That is, the above-described measurement corresponds to collecting mass distribution information of a substantially rectangular parallelepiped (a rectangular parallelepiped if the upper surface is flat) shape in the sample 4 as shown in FIG.
  • the analytical imaging image By synthesizing the analytical imaging image, three-dimensional mass spectrometry imaging data can be obtained.
  • the measurer sets the sample 4 on the sample stage 2 and determines a measurement point and a measurement region using a clear observation image, the sample 4 is removed. Without taking out from the sample stage 2, three-dimensional mass spectrometry imaging data of a predetermined portion in the sample 4 can be obtained. This eliminates the troublesome work of the measurer himself slicing the sample 4 and attaching it to the sample plate, thereby improving the measurement efficiency.
  • the sample 4 is excised while being placed on the sample stage 2, there is no misalignment of the sample 4 in the middle, and the interlayer (that is, two sheets sandwiching the slice plane) has been difficult. Accurate alignment in the horizontal direction (between the mass spectroscopic imaging images of the sample section) and precise mass spectroscopic imaging data can be obtained.
  • the mass analysis at the analysis position C and the partial excision of the sample 4 at the sample excision position B are repeated.
  • the sample stage 2 may be moved to the observation position A, and a microscopic image of the newly exposed sample analysis surface may be taken.
  • the microscopic images are compared with each other later or compared with a two-dimensional mass spectrometry imaging image. You can also.
  • AP-LDI atmospheric pressure laser desorption ionization
  • DESI desorption electrospray ionization
  • ELDI electrospray-assisted laser desorption ionization
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram of the micro mass spectrometer according to the second embodiment, but the description of the configuration in the vacuum chamber 20 in FIG. 1 is omitted. Also for the components shown in FIG. 3, the same or corresponding components as those in FIG.
  • the micromass spectrometer of the second embodiment employs ionization by the atmospheric pressure MALDI method.
  • a matrix attachment position D is provided between the sample excision position B and the analysis position C.
  • a matrix injection unit 13 having fine nozzles for injecting the matrix is disposed.
  • the matrix injection unit 13 is driven by the injection drive unit 39 and can adhere the matrix to an arbitrary position on the sample 4.
  • the control unit 32 moves the sample stage 2 to the matrix attachment position D via the stage drive unit 33 and the drive mechanism 6. Further, the control unit 32 adjusts the position of the sample stage 2 in the X direction and the Y direction so that the matrix application is performed on the measurement region (or measurement point) stored as the coordinate position, and the height is also optimized. Adjust in the Z direction.
  • an appropriate amount of matrix is ejected from the matrix ejection unit 13 to the sample 4 via the ejection drive unit 39, and the matrix is attached to a predetermined position on the surface of the sample 4.
  • the sample stage 2 is moved slightly in the X and Y directions while the matrix is ejected from the matrix ejection unit 13 continuously or intermittently. That's fine.
  • the sample stage 2 is moved to the analysis position C to be the first.
  • Mass spectrometry is performed as in the example. Since MALDI improves analysis sensitivity compared to LDI without a matrix, a more accurate mass spectrometry imaging image can be obtained.
  • FIG. 4 is an overall configuration diagram of a micro mass spectrometer according to the third embodiment. The same components as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the microscopic mass spectrometers of the first and second embodiments ionization is performed in the airtight chamber 1, that is, under an atmospheric pressure atmosphere.
  • the micromass spectrometer of the third embodiment is based on the MALDI method. Ionization is performed in a vacuum atmosphere. That is, the second embodiment is an example using AP-MALDI, while the third embodiment is an example using vacuum MALDI.
  • the matrix must be attached to the sample 4 in an atmospheric pressure atmosphere. If the sample is a biological sample, microscopic observation of the sample is performed to avoid drying as much as possible. Or excision should be done under atmospheric pressure. Therefore, in the microscopic mass spectrometer of the third embodiment, the mass of the atmospheric chamber 40 in which the observation position A, the sample excision position B, and the matrix attachment position D are provided, the analysis position C, the time-of-flight mass analyzer 26, and the like.
  • the preliminary exhaust chamber 41 communicates with the atmospheric chamber 40.
  • the preliminary exhaust chamber 41 communicates with the vacuum chamber 45.
  • guides in both chambers sandwiching the partition walls are connected, and when the partition walls 42 and 43 are closed, a part of the guide 5 is provided so as not to obstruct the closing. Is a retractable guide 5 a, and the retractable guide 5 a is driven in conjunction with the partition walls 42 and 43.
  • the guide 5 is not retractable, and another retracting method such as bending can be adopted.
  • the sample stage 2 is moved to the standby position E.
  • both the partition walls 42 and 43 are closed, and after the preliminary exhaust chamber 41 is sealed, the interior of the preliminary exhaust chamber 41 is evacuated by a vacuum pump (not shown).
  • the second partition wall 43 is opened and the sample stage 2 is moved to the analysis position C. Since the internal volume of the preliminary exhaust chamber 41 is sufficiently smaller than that of the vacuum chamber 45, the vacuum chamber 45 itself is evacuated in order to move the sample stage 2 to the analysis position C in order to shift from the atmospheric pressure to the vacuum state in a short time. Compared with releasing the state, the time required for measurement can be shortened.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram of a micro mass spectrometer according to the fourth embodiment. However, descriptions of the control system and the signal processing system are omitted.
  • the analysis position C for irradiating the sample 4 with laser light and the observation position A for observing the sample 4 are different positions.
  • the analysis position C and the observation position A are common. That is, when the laser beam emitted from the laser beam irradiation unit 11 is in a state where it hits the sample 4, the surface observation image of the sample 4 can be captured by the imaging unit 7.
  • the operation for analyzing the target sample is basically the same as that of the second embodiment.
  • the sample stage 2 is controlled to be increased in the Z direction by the cut thickness d at the analysis position C. Good.

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

　試料（４）が載置される試料ステージ（２）は駆動機構（６）によりガイド（５）に沿って往復動可能である。試料切除位置（Ｂ）には駆動機構（１０）によりＸ－Ｙ面内で移動される切削刃（９）が配置されており、試料ステージ（２）が試料切除位置（Ｂ）に移動され、その高さが適宜に調整された状態で切削刃（９）が駆動されると、試料４の上部が所定厚さで水平に切除され、試料４内部の新たな試料分析面が露出する。したがって、分析位置（Ｃ）での所定測定領域に対する質量分析と、試料切除位置（Ｂ）での試料４の一部切除とを繰り返すことで、試料（４）を試料ステージ（２）に載せたままその試料（４）の三次元的な質量分析イメージングを達成することができる。

Description

質量分析装置
　本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、顕微質量分析装置又はイメージング質量分析装置などと呼ばれる、試料上の二次元領域の質量分析を行うことが可能な質量分析装置に関する。
　生体組織等の試料の形態観察を行うと同時に、その試料上の所定領域に存在する分子の分布を測定する装置として、顕微質量分析装置、或いはイメージング質量分析装置などと呼ばれる装置が開発されている（特許文献１、２、非特許文献１、２など参照）。こうした装置によれば、従来のように、試料をすり潰したり破砕したりすることなく試料の形態をほぼ維持したまま、顕微観察により指定した試料上の任意の領域に含まれる分子のマッピングを行うことが可能であり、特に、生化学分野、医療・薬学分野などにおいて、例えば生体内細胞に含まれるタンパク質等の分布情報を得るといった応用が期待されている。
　上記のような顕微質量分析装置において、イオン化法としては、マトリックス支援脱離レーザイオン化（ＭＡＬＤＩ＝Matrix-assisted Laser Desorption Ionization）法、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ＝Secondary Ion Mass Spectrometry）が主流であり、そのほかに脱離エレクトロスプレイイオン化（ＤＥＳＩ＝Desorption Electrospray Ionization）法も一部で用いられている。いずれのイオン化法を用いた場合でも、生体組織などの試料を分析する際には、試料を薄片化して試料プレートに貼り付け、また必要に応じてマトリックス塗布などの前処理を行った上で装置に装着する。そして、細径に絞ったレーザ光やイオンビームなどを試料に照射し、その照射位置を試料上で走査することにより、試料上の所定領域に対する質量分析を実行して例えば特定の質量電荷比に対する質量分析イメージング画像を得る。
　上記のような従来の測定方法では、試料上の所定の二次元領域における特定の質量電荷比に対するイメージング画像を得ることはできるものの、試料の深さ方向の質量分析情報を得ることはできない。一部の研究では、一つの生体試料から連続的にスライスした複数の切片試料を用意し、これを順次測定することで三次元的な質量分析情報を得る試みも行われている。
　しかしながら、こうした手法は多大の時間と労力とを要するため実用的ではない。また、切片試料をそれぞれ試料プレートに貼り付ける際に、試料毎に貼り付け位置を全く同一にすることは難しいため、その位置ずれによって特に深さ方向の質量分析イメージング画像の精細度を上げることは困難である。さらにまた、生体試料を測定する場合には、二次元的な質量電荷比の分布結果を確認した上で、その次の深さ方向の分析位置を決めたいようなこともあるが、そのためには予め連続的な切片試料を作成しておくことはできず、かなり面倒で時間の掛かる作業が必要になる。
特開２００７－６６５３３号公報 特開２００７－１５７３５３号公報 小河潔、ほか５名、「顕微質量分析装置の開発」、島津評論、株式会社島津製作所、平成１８年３月３１日発行、第６２巻、第３・４号、ｐ．１２５－１３５ 原田高宏、ほか８名、「顕微質量分析装置による生体組織分析」、島津評論、株式会社島津製作所、２００８年４月２４日発行、第６４巻、第３・４号、ｐ．１３９－１４６
　本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、主として生体試料などの二次元的な質量情報のみならず、深さ方向まで拡げた三次元的な質量分析情報を、簡便且つ効率的に取得することができる質量分析装置を提供することにある。
　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)試料を保持する試料保持手段と、
　b)前記試料保持手段により保持された状態の試料の表面を観察するための観察手段と、
　c)前記試料保持手段により保持された状態の試料上の所定位置にある成分をイオン化するイオン化手段と、
　d)前記イオン化手段により生成されたイオンを質量分析する質量分析手段と、
　e)前記試料保持手段により保持された状態の試料の一部を切除して前記イオン化手段によるイオン化の対象である試料分析面を露出させる試料切除手段と、
　f)前記観察手段により観察可能な観察位置、前記試料切除手段による試料切除が実行される切除位置、及び、前記イオン化手段によりイオン化が可能な分析位置に、前記試料を順に搬送するように前記試料保持手段を移動させる移動手段と、
　を備えることを特徴としている。
　イオン化法としてＭＡＬＤＩ法やそれ以外の各種のレーザ脱離イオン化（ＬＤＩ）法を用いる場合には、上記イオン化手段は試料に対して微小径のレーザ光を照射する手段である。また、二次イオン質量分析法を用いる場合には、上記イオン化手段は試料に一次イオンビームを照射する手段である。また脱離エレクトロスプレイイオン化法を用いる場合には、上記イオン化手段は試料に溶媒イオンを噴射するノズルなどである。また、観察手段は拡大観察や顕微観察を行うことが可能なものとすることができる。
　本発明に係る質量分析装置では、前記イオン化手段によるイオン化が行われる前記所定位置を試料上で二次元的に走査しつつ前記質量分析手段により質量分析を実行することにより、分子の二次元分布を取得するようにすることができる。
　本発明に係る質量分析装置の好ましい一実施態様では、前記試料切除手段による試料の一部の切除と、一部切除された試料に対するイオン化及び質量分析とを複数回繰り返すように、前記移動手段、前記試料切除手段、前記イオン化手段及び前記質量分析手段をそれぞれ制御する制御手段をさらに備え、試料の深さ方向に相違する位置の複数の試料分析面における質量分析情報を収集する構成とするとよい。
　この実施態様による質量分析装置を用いた分析に際して、測定者は試料ステージ等の試料保持手段に生体試料等をセットする。従来のように事前に試料を薄片化する処理は行う必要がなく、或る程度の厚みのある試料をそのまま試料保持手段にセットすればよい。するとまず、制御手段の制御の下に、移動手段により試料保持手段が移動され、試料は観察手段による観察位置に来る。その状態で、観察手段により試料表面の全体又は一部の拡大画像が得られるから、測定者はその画像を見ながら、例えば所望の二次元的な測定領域を指定する。測定領域が決まると、制御手段の制御の下に、移動手段により試料保持手段は移動され、試料は分析位置に来る。
　そして、先に観察により得られた試料表面画像に基づいて測定者により指定された測定領域内の所定の測定点に、イオン化手段により例えばレーザ光が照射される。レーザ光の照射を受けた部分では試料中の成分がイオン化され、発生したイオンは質量分析手段に導入される。質量分析手段ではイオンを質量電荷比（m/z）に応じて分離するために様々な手法が利用され得るが、高い質量分解能を達成するためには飛行時間型質量分析器を用いるとよい。測定領域内でレーザ光照射位置は走査され、レーザ光照射位置が移動される毎に質量分析が実行されることで、測定領域内に亘る二次元的な質量分析が遂行される。
　質量分析終了後、制御手段の制御の下に、移動手段により試料保持手段は分析位置から切除位置に移動され、試料切除手段が試料の表面を所定厚さでそぎ取る。すると、それまで試料内部であった部分が平坦な面として露出するからこれを次の試料分析面とし、移動手段により試料保持手段を切除位置から分析位置に移動した後に、例えば上記試料分析面内で先に測定者により指定された測定領域内の質量分析を実行する。さらに同様にして、試料切除手段による試料上の既測定の試料分析面の切除と新たに露出した試料分析面に対する質量分析の実行とを繰り返すことにより、段階的に深さ方向に深い部位の二次元領域の質量分析情報を得ることができる。
　以上のようにして、試料を途中で装置から取り出すことなく、また予め試料を連続的にスライスして試料プレートに貼り付ける等の前処理を行うことなく、試料上の所定の二次元的な測定領域をそのまま深さ方向に投影した立体中の、つまり三次元的な領域の質量分析情報を収集することができる。特に、一部切除された試料に対するイオン化及び質量分析とを複数回繰り返す際に、水平方向に同じ位置にある二次元範囲の質量分析を繰り返すことにより、取得される分子の三次元分布の正確性を上げることができる。また、このとき、試料の深さ方向の質量分析情報の位置分解能（空間分解能）は一回に切除する試料の厚さで決まる。したがって、深さ方向に高い位置分解能を得たい場合には一回に切除する試料の厚さを薄くすればよい。
　上記イオン化手段がＭＡＬＤＩ法によるイオン化を行うものである場合、試料分析面上の測定範囲で測定点にマトリックスを付着させる必要がある。そこで、本発明に係る質量分析装置では、前記試料切除手段により一部が削除された試料の試料分析面にマトリックスを付着させるマトリックス供給手段をさらに備える構成とするとよい。
　マトリックス供給手段は、先に測定者により指定された測定領域にマトリックスが付着するように、試料に対しマトリックスを滴下又は噴射する。測定者が指定手段により試料表面画像上で測定領域を指定すると、その測定領域は例えば試料保持手段の位置（座標）情報として得られるから、制御手段はその位置情報を利用して、試料上の所定部位が、マトリックス供給手段によるマトリックス供給位置に正確に来るように移動手段を制御する。これにより、マトリックス供給手段では、指定された測定領域に高い位置精度でもってマトリックスを付着させることができる。
　本発明に係る質量分析装置によれば、例えば試料ステージ等の試料保持手段にセットした試料を取り出すことなく、しかも装置の外側で薄片化等の前処理を行うことなく、その試料の二次元的な質量分析情報だけでなく、その深さ方向の質量分析情報も収集することができる。それにより、効率よく三次元質量分析情報を得ることができる。また、一部試料の切除の前後にも試料保持手段上での試料の位置は変化しないので、深さ方向の質量分析情報に位置ずれが生じず、高精細な三次元質量分析イメージング画像を作成することができる。
　また、試料切除手段による一部試料の切除の厚さを、測定者が既に得られた質量分析情報を見てから、或いはその質量分析情報に基づいた自動的な判断により、決めることができる。したがって、試料の状態（例えば病変などの異常が観察される場合など）などに応じて、適宜切除する厚さを変更することにより、的確な位置分解能でもって深さ方向の質量分析情報を得ることができる。
　またマトリックス供給手段を設けた構成によれば、一部切除後の試料の分析面にもマトリックスを付着させることができるので、高い分析感度でもって三次元的な質量分析情報の収集を行うことができる。
本発明の第１実施例による顕微質量分析装置の全体構成図。 第１実施例による顕微質量分析装置の動作の一例を説明するための模式図。 本発明の第２実施例による顕微質量分析装置の全体構成図。 本発明の第３実施例による顕微質量分析装置の全体構成図。 本発明の第４実施例による顕微質量分析装置の全体構成図。
符号の説明
１…気密チャンバ
２…試料ステージ
３…試料プレート
４…試料
５…ガイド
６…駆動機構
７…撮像部
８…透過照明部
９…切削刃
１０…切削刃駆動機構
１１…レーザ光照射部
１２…レーザ集光光学系
１３…マトリックス噴射部
２０…真空チャンバ
２１…真空ポンプ
２２…イオン輸送管
２３、２４…イオン輸送光学系
２５…イオントラップ
２６…飛行時間型質量分析器
２７…検出器
３０…データ処理部
３１…分析制御部
３２…制御部
３３…ステージ駆動部
３４…画像処理部
３５…切削刃駆動部
３６…レーザ駆動部
３７…操作部
３８…表示部
３９…噴射駆動部
４０…大気圧室
４１…予備排気室
４２、４３…隔壁
４４…隔壁・ガイド駆動部
４５…真空室
Ａ…観察位置
Ｂ…試料切除
Ｃ…分析位置
Ｄ…マトリックス付着位置
Ｅ…待機位置
　　［第１実施例］
　本発明に係る質量分析装置の一実施例（第１実施例）である顕微質量分析装置について図１、図２を参照して説明する。図１は第１実施例による顕微質量分析装置の全体構成図、図２は第１実施例による顕微質量分析装置の動作の一例を説明するための模式図である。
　この顕微質量分析装置は、内部が略大気圧に維持される気密チャンバ１と、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプ２１によって内部が高真空度の真空雰囲気に維持される真空チャンバ２０と、を備える。気密チャンバ１の内部には、試料４を上に載せた試料プレート３を保持する試料ステージ２が、ガイド５に沿ってＸ方向にスライド往復動可能に配設されている。図１において、試料ステージ２を実線で示した位置Ｃが分析位置であり、点線で示した位置Ａが観察位置であり、一点鎖線で示した位置Ｂが試料切除位置である。なお、試料ステージ２は、モータ等を含む駆動機構６により、ガイド５に沿ったＸ方向だけでなく、これと水平方向に直交するＹ方向、及び、高さ方向であるＺ方向にも所定の範囲で移動可能となっている。
　観察位置Ａの上部の気密チャンバ１外側にはＣＣＤカメラなどの撮像部７が設置され、撮像部７と対向するように気密チャンバ１内部には透過照明部８が設置されている。試料ステージ２が観察位置Ａにあるとき、透過照明部８から出射した光が試料ステージ２に形成されている開口を通して試料４の下面に当たり、その透過光による試料像を撮像部７により観察できるようになっている。本発明における観察手段としての撮像部７は、拡大観察や顕微観察が可能である。この撮像部７で取得された画像信号は画像処理部３４に送られ、ここで画像処理されて後述する表示部３８に表示可能な二次元表面画像が形成される。もちろん、このような透過観察のほかに反射観察や蛍光観察のための照明を別途設けてもよい。また、撮像部７の代わりに、測定者が直接的に覗き込む光学顕微鏡を用いて試料４の顕微観察が行えるようにしてもよい。
　試料切除位置Ｂの上方には、モータ等を含む切削刃駆動機構１０によりＸ－Ｙ面内で移動する切削刃９が設けられている。試料４が載置された試料ステージ２が試料切除位置Ｂにあり、その高さが適宜に調整された状態で切削刃９が駆動されると、試料４の上面から所定厚さの試料が切除される（図２（ａ）参照）。それにより、試料ステージ２上に残る試料４の上面には、Ｘ－Ｙ平面に平行な試料分析面（例えば図２（ｂ）における４ａ）が露出する。
　分析位置Ｃの上部の気密チャンバ１外側には、試料４に含まれる成分を大気圧レーザ脱離イオン化（ＡＰ－ＬＤＩ）法によりイオン化するために、試料４の表面に微小径に絞ったレーザ光を照射するべく、レーザ光照射部１１及びレーザ集光光学系１２が配設されている。また、気密チャンバ１の内部には、レーザ光の照射に応じて試料４から発生したイオンを真空チャンバ２０に輸送するためのイオン輸送管２２のイオン採取口が、試料４に対向して配設されている。
　真空チャンバ２０内には、イオンを収束させつつ後段に送るイオン輸送光学系２３、２４と、イオンを一時的に保持するイオントラップ２５と、イオンを質量電荷比（m/z）に応じて分離するリフレクトロン型の飛行時間型質量分析器２６と、飛行時間型質量分析器２６で分離されたイオンを検出する検出器２７と、が配設されている。イオントラップ２５では単にイオンを保持するだけでなく、導入された各種イオンの中で特定の質量電荷比を持つイオンをプリカーサイオンとして選別し、衝突誘起解離により開裂を生じさせてプロダクトイオンを生成させることも可能である。即ち、この顕微質量分析装置では、通常の（つまり開裂を伴わない）質量分析のほか、ＭＳ／ＭＳ分析又はＭＳｎ分析も可能である。
　検出器２７による検出信号はデータ処理部３０に入力され、ここで各イオンの飛行時間が質量電荷比に換算されてマススペクトルが作成され、さらに測定領域内の異なる測定点に対してそれぞれ得られるマススペクトルに基づいて特定の質量電荷比に対する質量分析イメージング画像などが作成される。
　この顕微質量分析装置全体の制御を司る制御部３２は、分析制御部３１を通してイオントラップ２５などの質量分析部の動作を制御するほか、ステージ駆動部３３を介して駆動機構６により試料ステージ２の移動を制御し、レーザ駆動部３６を介してレーザ光照射部１１からのレーザ光の出射を制御し、切削刃駆動部３５、切削刃駆動機構１０を介して切削刃９の動作を制御する。また、制御部３２には、測定者が操作や指示を与える操作部３７と、試料４の二次元観察画像や質量分析結果である質量分析イメージング画像などを表示するための表示部３８が接続されている。
　なお、制御部３２、分析制御部３１、データ処理部３０などの機能の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータに搭載した専用のソフトウエアを実行することにより実現することができる。
　第１実施例による顕微質量分析装置を用いた測定手順の典型的な一例を説明する。
　測定者はまず、気密チャンバ１の外側において測定対象である試料４を試料プレート３上に載せ、該試料プレート３を試料ステージ２に装填する。試料４は例えばマウスの脳などの生体試料であるが、従来のように予め薄片化する必要はなく、厚みのある試料４をそのまま試料プレート３に載せて試料ステージ２上に装填すればよい。
　測定者が操作部３７より顕微観察実行の指示を行うと、この指示を受けた制御部３２はステージ駆動部３３、駆動機構６を介して試料ステージ２を観察位置Ａに移動させる。試料ステージ２が観察位置Ａに来ると、撮像部７は指示された拡大倍率で焦点を合わせ、試料ステージ２上の試料４の表面観察画像を撮影する。制御部３２は画像処理部３４で作成された試料４の表面の拡大画像を、表示部３８の画面上に表示する。
　このときに表示部３８に表示される観察画像はリアルタイム画像であり、測定者はこの観察画像を見ながら、操作部３７による操作を行って観察倍率を変化させたり、試料ステージ２の移動操作を行ったりして、試料４上の適宜の二次元範囲の観察画像を表示させるようにする。そうして、測定者は試料４上で分析したい測定領域（又は測定点）を決定し、それを操作部３７により指定する。例えば、表示部３８に表示した試料４の拡大画像上で、任意の部位にカーソルを移動させてクリック操作を行ったり所定の範囲を囲んだりすることにより、測定領域を指定することができる。指定された測定領域は、制御部３２において試料ステージ２上の座標位置として記憶される。
　測定領域が確定すると制御部３２は、ステージ駆動部３３、駆動機構６を介して試料ステージ２を観察位置Ａから分析位置Ｃへと移動させる。試料ステージ２が分析位置Ｃに移動した後、さらに制御部３２は先に座標位置として記憶した測定領域内の最初の測定点にレーザ光が照射されるように、Ｘ方向及びＹ方向に試料ステージ２の位置を微調整するとともに、高さも最適になるようにＺ方向の調整を行う。そして、レーザ駆動部３６を介してレーザ光照射部１１から短時間レーザ光を出射させ、目的とする試料４上の測定点にレーザ光を照射する。
　レーザ光の照射によって、試料４中の成分がイオン化される。発生したイオンはイオン輸送管２２のイオン採取口に吸い込まれ、イオン輸送管２２を通って真空チャンバ２０に導入される。イオンは、イオン輸送光学系２３、２４を経てイオントラップ２５に導入され、ここで一旦クーリング等の操作が行われた後に、ほぼ一斉に運動エネルギーが付与されて飛行時間型質量分析器２６に送り込まれる。なお、通常、ＬＤＩでは１回のレーザ光照射で発生するイオンの量はそれほど多くなく、しかもその発生量のばらつきが多い。そこで、同一測定点に対して複数回、パルス的にレーザ光を照射し、その照射毎に発生したイオンをイオントラップ２５に一旦溜め、まとめて飛行時間型質量分析器２６により質量分析するようにしている。
　イオントラップ２５から一斉に放出されたイオンは、飛行時間型質量分析器２６中を飛行する間に質量電荷比に応じて分離され、時間差がついて検出器２７に到達する。検出器２７は入射したイオン量に応じた検出信号を出力し、この検出信号はデータ処理部３０に入力される。各イオンの飛行時間は質量電荷比に応じたものとなるから、データ処理部３０では飛行時間を質量電荷比に換算してマススペクトルを作成する。
　制御部３２はレーザ光の照射位置が測定領域内において所定のステップ幅でＸ方向及びＹ方向に順次移動するように、ステージ駆動部３３を介して駆動機構６を制御する。こうしてレーザ光の照射位置を走査しながら上記のような質量分析を実行することで、データ処理部３０は測定点毎のマススペクトルを作成する。また、そのマススペクトルに基づいて定性解析や定量解析を行うことで、物質の特定やその含有量の推定を行う。
　試料４上の所定の測定領域の質量分析を行う場合、上述したようにレーザ照射位置が走査される毎に特定の質量電荷比の信号強度を求めてこれを二次元画像化することで、特定の質量電荷比に対する質量分析イメージング画像を作成することができる。制御部３２はこうして得られた質量分析結果を表示部３８の画面上に表示する。指定された測定領域に対する質量分析が終了すると、制御部３２はステージ駆動部３３、駆動機構６を介して試料ステージ２を試料切除位置Ｂに移動させる。
　試料ステージ２が試料切除位置Ｂに移動した後、制御部３２は切削刃駆動部３５を介して切削刃駆動機構１０を制御し、切削刃９を水平に移動させる。すると、図２（ｂ）に示すように試料４がその上面から所定厚さｄだけ切除され、それまで試料４内部に隠れていた部分が表に現れる。そこで、これを次の試料分析面４ａと定める。切除厚さｄは予め測定者が操作部３７より指定することができ、その指定値に従って、試料ステージ２のＺ方向の移動量、又は切削刃９のＺ方向の移動量を調整することにより、実際の切除厚さｄを変更する。また、この例のように同一試料に対し複数回の切除を実行する場合に、それぞれの切除の際の厚さｄを同一にしてもよいが、一回の二次元質量分析毎に次に切除する厚さを変更できるようにしてもよい。
　上述した試料切除が終了した後、制御部３２は、ステージ駆動部３３、駆動機構６を介して試料ステージ２を試料切除位置Ｂから分析位置Ｃへと移動させる。制御部３２は先に座標位置として記憶した、そして切除前に１回目の測定を既に実行した、測定領域に対する質量分析を実行する。試料分析面４ａ上の測定領域に対する二次元質量分析が終了すると、試料ステージ２は再び試料切除位置Ｂに送られ、切削刃９により試料分析面４ａから下に所定の厚さｄが切除される。それにより、新たな試料分析面４ｂが露出するから、この試料分析面４ｂ上の測定領域に対する二次元質量分析を実行する。このように、初めに測定者により指定された測定領域について、試料４の深さ方向（高さ方向又はＺ方向）にスライスした状態の二次元的な質量分析イメージング画像をそれぞれ作成することができる（図２（ｃ）～図２（ｅ）参照）。
　試料４は試料ステージ２上で載ったままであり、切削刃９による一部切除を行っても試料ステージ２上での試料４の位置の移動はない。また、測定者により指定された測定領域や測定位置は試料ステージ２上の座標情報により管理されるから、上述したように複数回の二次元的質量分析と試料４の一部切除とを繰り返しても、常に同じ測定領域に対する質量分析イメージング画像を得ることができる。つまり、上述した測定は図２（ｆ）に示すように試料４中の略直方体（上面が平坦であれば直方体）形状の部分の質量分布情報を収集していることに相当し、複数の質量分析イメージング画像を合成することにより、三次元質量分析イメージングデータを得ることができる。
　以上のように本実施例の顕微質量分析装置では、測定者が試料４を試料ステージ２にセットし、鮮明な観察画像を利用して測定点や測定領域を決定しさえすれば、試料４を試料ステージ２から取り出すことなく、試料４中の所定部分の三次元質量分析イメージングデータを得ることができる。それにより、測定者自らが試料４を薄片化して試料プレートに貼り付けるといった面倒な作業が不要になるので、測定効率を改善することができる。また、試料４は試料ステージ２上に載せたままの状態で切除されていくので、途中で試料４の位置ズレが生じることもなく、これまで難しかった層間（つまり、スライス面を挟んだ二枚の試料切片に対する質量分析イメージング画像の間）の水平方向の正確な位置合わせが可能になり、精緻な質量分析イメージングデータを得ることができる。
　なお、上記実施例では、観察位置Ａで顕微観察及び測定点や測定領域の決定がなされた後、分析位置Ｃでの質量分析と試料切除位置Ｂでの試料４の一部切除とが繰り返されるようになっているが、試料４の一部切除を行う毎に試料ステージ２を観察位置Ａへ移動させ、新たに露出した試料分析面の顕微画像を撮影するようにしてもよい。切除する毎に撮影した試料４の顕微画像を制御部３２の画像記憶部に記憶しておくことで、後でそれらの顕微画像同士を比較したり、二次元質量分析イメージング画像との比較を行ったりすることもできる。
　また、上記実施例はイオン化に大気圧レーザ脱離イオン化（ＡＰ－ＬＤＩ）法を用いていたが、それ以外の大気圧イオン化法を用いることもできる。例えば、脱離エレクトロスプレイイオン化（ＤＥＳＩ）法、エレクロトスプレイ支援レーザ脱離イオン化（ＥＬＤＩ＝Electrospray-assisted Laser Desorption Ionization）法などが利用できる。
　　［第２実施例］
　次に本発明の他の実施例（第２実施例）である顕微質量分析装置について図３を参照しつつ説明する。図３は第２実施例による顕微質量分析装置の全体構成図であるが、図１中の真空チャンバ２０内の構成については記載を省略している。図３中に記載の構成要素についても、図１中の構成要素と同じ又は相当する構成要素には同一符号を付して説明を略す。
　この第２実施例の顕微質量分析装置では、大気圧ＭＡＬＤＩ法によるイオン化を採用している。ＭＡＬＤＩ法を用いるには、イオン化を行う試料表面にマトリックスを付着させる必要があるため、試料切除位置Ｂと分析位置Ｃとの間にマトリックス付着位置Ｄを設けている。マトリックス付着位置Ｄの上方には、マトリックスを噴射する微細なノズルを有するマトリックス噴射部１３が配設されている。マトリックス噴射部１３は噴射駆動部３９により駆動され、試料４上の任意の位置にマトリックスを付着させることが可能である。
　即ち、この顕微質量分析装置では、観察位置Ａで試料４の顕微観察及び測定領域の決定を行った後、並びに、試料切除位置Ｂで試料４の一部を切除した後であって、分析位置Ｃで質量分析を実行する前に、制御部３２は、ステージ駆動部３３、駆動機構６を介して試料ステージ２をマトリックス付着位置Ｄに移動させる。さらに制御部３２は、座標位置として記憶した測定領域（又は測定点）にマトリックス塗布が行われるように、Ｘ方向及びＹ方向に試料ステージ２の位置を調整するとともに、高さも最適になるようにＺ方向の調整を行う。そして噴射駆動部３９を介してマトリックス噴射部１３から試料４に適宜量のマトリックスを噴射し、試料４表面の所定位置にマトリックスを付着させる。或る程度の広さの測定領域にマトリックスを付着させる際には、マトリックス噴射部１３からマトリックスを連続的又は間欠的に噴射させながら試料ステージ２をＸ方向及びＹ方向に微小移動させるようにすればよい。
　上記のようにマトリックス付着位置Ｄにて試料４上の測定領域、又は切除によって現れた試料分析面上の測定領域にマトリックスを付着させた後に、試料ステージ２を分析位置Ｃに移動させて第１実施例と同様に質量分析を実行する。ＭＡＬＤＩではマトリックスを用いないＬＤＩに比べて分析感度が向上するので、一層正確な質量分析イメージング画像を得ることができる。
　　［第３実施例］
　次に本発明の他の実施例（第３実施例）である顕微質量分析装置について図４を参照しつつ説明する。図４は第３実施例による顕微質量分析装置の全体構成図である。図１に示した第１実施例の構成と同じ構成要素には同一符号を付して説明を略す。
　第１及び第２実施例の顕微質量分析装置では、イオン化を気密チャンバ１内、つまり大気圧雰囲気の下で行うようにしていたが、この第３実施例の顕微質量分析装置は、ＭＡＬＤＩ法によるイオン化を真空雰囲気中で行うようにしたものである。つまり、第２実施例はＡＰ－ＭＡＬＤＩを用いた例であるのに対し、第３実施例は真空ＭＡＬＤＩを用いた例である。
　真空雰囲気下でＭＡＬＤＩを行う場合でも、試料４へのマトリックスの付着操作は大気圧雰囲気中で行う必要があり、また試料が生体試料である場合には乾燥などを極力避けるために試料の顕微観察や切除は大気圧雰囲気の下で行うほうがよい。そこで、この第３実施例の顕微質量分析装置では、観察位置Ａ、試料切除位置Ｂ、及びマトリックス付着位置Ｄが設けられる大気室４０と、分析位置Ｃ及び飛行時間型質量分析器２６などの質量分析部が設けられる真空室４５との間に、それぞれが開閉自在な第１隔壁４２、第２隔壁４３で囲まれる予備排気室４１を設けている。
　制御部３２が隔壁・ガイド駆動部４４により、第２隔壁４３を閉じ第１隔壁４２を開いた状態では、予備排気室４１は大気室４０に連通する。一方、第１隔壁４２を閉じ第２隔壁４３を開いた状態では、予備排気室４１は真空室４５に連通する。また、隔壁４２、４３が開いた際には、それら隔壁を挟んだ両室内のガイドが接続され、隔壁４２、４３が閉じる際には、その閉鎖の障害にならないように、ガイド５の一部は収納式ガイド５ａとなっており、収納式ガイド５ａは隔壁４２、４３に連動して駆動される。もちろん、ガイド５は収納式でなく、折れ曲がる等の別の退避方法を採ることもできる。
　この第３実施例の顕微質量分析装置では、マトリックス付着位置Ｄで試料４にマトリックスが付着された後に、試料ステージ２が待機位置Ｅに移動される。その状態で両隔壁４２、４３が閉じられ、予備排気室４１が密閉状態となった後に図示しない真空ポンプにより予備排気室４１内が真空排気される。そして、予備排気室４１内の真空度が或る程度上がったならば、第２隔壁４３が開放されて試料ステージ２は分析位置Ｃに移動される。予備排気室４１の内容積は真空室４５に比べて十分に小さいので、短時間で大気圧から真空状態に移行するから、試料ステージ２を分析位置Ｃに移動させるために真空室４５自体の真空状態を解除するのに比べて、測定の所要時間を短縮することができる。
　　［第４実施例］
　本発明の他の実施例（第４実施例）である顕微質量分析装置について図５を参照しつつ説明する。図５は第４実施例による顕微質量分析装置の全体構成図である。但し、制御系や信号処理系については記載を省略している。
　第１～第３実施例では、試料４にレーザ光を照射する分析位置Ｃと試料４を観察する観察位置Ａとは別の位置であるが、この第４実施例の顕微質量分析装置では、分析位置Ｃと観察位置Ａとが共通である。即ち、レーザ光照射部１１から出射されたレーザ光が試料４に当たるような状態にあるときに、その試料４の表面観察画像を撮像部７による撮影可能な構成となっている。目的とする試料を分析する際の動作は第２実施例と基本的に同じである。
　なお、図５に示すように、試料４に対してレーザ光が斜めに入射する場合、同一の測定領域や測定点の質量分析を実行するには、試料分析面の高さを一定に維持する必要がある。したがって、図２に示したように試料４が上面から順に切除されていって試料４自体が薄くなるに従い、分析位置Ｃにおいて試料ステージ２をＺ方向に切除厚さｄずつ上昇させるように制御するとよい。
　上記実施例はいずれも本発明の一例であり、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請求の範囲に包含されることは当然である。

Claims (6)

  1. 　a)試料を保持する試料保持手段と、
    　b)前記試料保持手段により保持された状態の試料の表面を観察するための観察手段と、
    　c)前記試料保持手段により保持された状態の試料上の所定位置にある成分をイオン化するイオン化手段と、
    　d)前記イオン化手段により生成されたイオンを質量分析する質量分析手段と、
    　e)前記試料保持手段により保持された状態の試料の一部を切除して前記イオン化手段によるイオン化の対象である試料分析面を露出させる試料切除手段と、
    　f)前記観察手段により観察可能な観察位置、前記試料切除手段による試料の切除が実行される切除位置、及び、前記イオン化手段によりイオン化が可能な分析位置に、前記試料を順に搬送するように前記試料保持手段を移動させる移動手段と、
    　を備えることを特徴とする質量分析装置。
  2. 　請求項１に記載の質量分析装置であって、
    　前記試料切除手段による試料の一部の切除と、一部切除された試料に対するイオン化及び質量分析とを複数回繰り返すように、前記移動手段、前記試料切除手段、前記イオン化手段及び前記質量分析手段をそれぞれ制御する制御手段をさらに備え、試料の深さ方向に相違する位置の複数の試料分析面における質量分析情報を収集することを特徴とする質量分析装置。
  3. 　請求項１に記載の質量分析装置であって、
    　前記イオン化手段によるイオン化が行われる前記所定位置を試料上で二次元的に走査しつつ前記質量分析手段により質量分析を実行することにより、分子の二次元分布を取得することを特徴とする質量分析装置。
  4. 　請求項２に記載の質量分析装置であって、
    　前記試料切除手段による試料の一部の切除と一部切除された試料に対するイオン化及び質量分析とを複数回繰り返す際に、前記イオン化手段によるイオン化が行われる前記所定位置を、同一の切除状態である試料上で二次元的に走査しつつ前記質量分析手段により質量分析を実行することにより、分子の三次元分布を取得することを特徴とする質量分析装置。
  5. 　請求項４に記載の質量分析装置であって、
    　一部切除された試料に対するイオン化及び質量分析とを複数回繰り返す際に、水平方向に同じ位置にある二次元範囲の質量分析を繰り返すことにより、取得される分子の三次元分布の正確性を上げることを特徴とする質量分析装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれかに記載の質量分析装置であって、
    　前記イオン化手段はマトリックス支援レーザ脱離イオン化を行うものであって、
    　前記試料切除手段により一部が削除された試料の試料分析面にマトリックスを付着させるマトリックス供給手段をさらに備えることを特徴とする質量分析装置。
PCT/JP2009/001492 2009-03-31 2009-03-31 質量分析装置 Ceased WO2010113209A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/262,217 US8816274B2 (en) 2009-03-31 2009-03-31 Mass spectrometer
JP2011506841A JP5141816B2 (ja) 2009-03-31 2009-03-31 質量分析装置
PCT/JP2009/001492 WO2010113209A1 (ja) 2009-03-31 2009-03-31 質量分析装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/001492 WO2010113209A1 (ja) 2009-03-31 2009-03-31 質量分析装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010113209A1 true WO2010113209A1 (ja) 2010-10-07

Family

ID=42827543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/001492 Ceased WO2010113209A1 (ja) 2009-03-31 2009-03-31 質量分析装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8816274B2 (ja)
JP (1) JP5141816B2 (ja)
WO (1) WO2010113209A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013101101A (ja) * 2011-10-12 2013-05-23 Canon Inc 質量分布計測方法及び質量分布計測装置
JP2013257282A (ja) * 2012-06-14 2013-12-26 Canon Inc 画像処理方法および装置
JP2019530868A (ja) * 2016-10-07 2019-10-24 ユストゥス−リービッヒ−ユニベルシタット ギーセン 試料の表面の質量スペクトル分析及び三次元画像化のための装置
WO2019230041A1 (ja) * 2018-05-31 2019-12-05 株式会社島津製作所 質量分析装置
JP2019212599A (ja) * 2019-02-21 2019-12-12 株式会社島津製作所 質量分析装置
WO2021240693A1 (ja) * 2020-05-27 2021-12-02 株式会社島津製作所 質量分析方法及び質量分析装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014162557A1 (ja) * 2013-04-04 2014-10-09 株式会社島津製作所 Ｍａｌｄｉ用試料調製方法及び試料調製装置
CN105684123B (zh) * 2013-07-31 2018-11-30 史密斯探测公司 间歇性质谱仪入口装置
US11353380B2 (en) * 2014-09-23 2022-06-07 Shabbir Bambot Apparatus for faster pathology

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10513546A (ja) * 1994-07-21 1998-12-22 パーセプティブ バイオシステムズ インコーポレーテッド マトリクス支持式レーザー脱離法の測定で用いられる質量分析システムおよび方法
JP2005539199A (ja) * 2001-10-15 2005-12-22 バンダービルト ユニバーシティ 質量分析による生物学的試料の分析のための方法および装置
JP2009025268A (ja) * 2007-07-24 2009-02-05 Shimadzu Corp 質量分析装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808300A (en) * 1996-05-10 1998-09-15 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for imaging biological samples with MALDI MS
GB0030310D0 (en) * 2000-12-13 2001-01-24 Medical Res Council Apparatus and method for imaging a histological sample
JP2004219261A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Fuji Photo Film Co Ltd 薄膜の解析方法
JP4766549B2 (ja) 2005-08-29 2011-09-07 株式会社島津製作所 レーザー照射質量分析装置
JP4863692B2 (ja) * 2005-11-02 2012-01-25 株式会社島津製作所 イメージ質量分析装置
JP2007157353A (ja) 2005-11-30 2007-06-21 Osaka Univ イメージング質量分析装置
JP4939263B2 (ja) 2006-03-10 2012-05-23 キヤノン株式会社 高感度質量分析装置および分析方法
US7560689B2 (en) * 2006-03-10 2009-07-14 Canon Kabushiki Kaisha High-sensitivity mass spectrometer and method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10513546A (ja) * 1994-07-21 1998-12-22 パーセプティブ バイオシステムズ インコーポレーテッド マトリクス支持式レーザー脱離法の測定で用いられる質量分析システムおよび方法
JP2005539199A (ja) * 2001-10-15 2005-12-22 バンダービルト ユニバーシティ 質量分析による生物学的試料の分析のための方法および装置
JP2009025268A (ja) * 2007-07-24 2009-02-05 Shimadzu Corp 質量分析装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013101101A (ja) * 2011-10-12 2013-05-23 Canon Inc 質量分布計測方法及び質量分布計測装置
JP2013257282A (ja) * 2012-06-14 2013-12-26 Canon Inc 画像処理方法および装置
JP2019530868A (ja) * 2016-10-07 2019-10-24 ユストゥス−リービッヒ−ユニベルシタット ギーセン 試料の表面の質量スペクトル分析及び三次元画像化のための装置
WO2019230041A1 (ja) * 2018-05-31 2019-12-05 株式会社島津製作所 質量分析装置
JP2019212599A (ja) * 2019-02-21 2019-12-12 株式会社島津製作所 質量分析装置
WO2021240693A1 (ja) * 2020-05-27 2021-12-02 株式会社島津製作所 質量分析方法及び質量分析装置
JPWO2021240693A1 (ja) * 2020-05-27 2021-12-02
JP7279859B2 (ja) 2020-05-27 2023-05-23 株式会社島津製作所 質量分析方法及び質量分析装置
US12431345B2 (en) 2020-05-27 2025-09-30 Shimadzu Corporation Mass spectrometry method and mass spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010113209A1 (ja) 2012-10-04
JP5141816B2 (ja) 2013-02-13
US20120104247A1 (en) 2012-05-03
US8816274B2 (en) 2014-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5141816B2 (ja) 質量分析装置
JP5521177B2 (ja) 質量分析装置
WO2010113210A1 (ja) 質量分析装置
CA2943617C (en) An apparatus and method for sub-micrometer elemental image analysis by mass spectrometry
US9263242B2 (en) Imaging mass spectrometry method and device
JP4973360B2 (ja) 質量分析装置
JP5206790B2 (ja) 質量分析装置
JP5120955B2 (ja) 二次イオン質量分析方法及びイメージング方法
JP4775821B2 (ja) 質量分析装置
JP2007127485A (ja) イメージ質量分析装置
US7180058B1 (en) LDI/MALDI source for enhanced spatial resolution
US11469087B2 (en) Imaging mass spectrometry system and analytical method using imaging mass spectrometry
JP4866098B2 (ja) 質量分析装置
WO2010100675A1 (ja) 質量分析装置
JP2007257851A (ja) 質量分析装置
JP2020202102A (ja) 質量分析装置及び質量較正方法
US10991563B2 (en) Molecular imaging of biological samples with sub-cellular spatial resolution and high sensitivity
JP7215591B2 (ja) イメージング質量分析装置
CN118431067A (zh) 冷冻质谱成像离子源及质谱仪
US12431345B2 (en) Mass spectrometry method and mass spectrometer
Steven Investigations in MALDI-MSI using a high repetition rate laser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09842566

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011506841

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13262217

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09842566

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1