JP7186186B2 - 試料支持体、イオン化法及び質量分析方法 - Google Patents
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Description
本開示は、試料支持体、イオン化法及び質量分析方法に関する。
従来、質量分析等を行うために生体試料等の試料をイオン化する手法として、レーザ脱離イオン化法が知られている。レーザ脱離イオン化法に用いられる試料支持体として、特許文献１には、複数の貫通孔が形成された基板と、基板における少なくとも一方の表面に設けられた導電層と、を備えるものが記載されている。
質量分析においては、イオン化された試料の成分が検出され、その検出結果に基づいて試料の質量分析が実施される。したがって、質量分析においては、イオン化された試料の成分の信号強度（感度）の向上が望まれる。
本開示は、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる試料支持体、イオン化法及び質量分析方法を提供することを目的とする。
本開示の一側面の試料支持体は、試料のイオン化用の試料支持体であって、互いに対向する第１表面及び第２表面を有する基板と、第１表面に設けられた第１導電層と、第２表面に設けられた第２導電層と、を備え、基板のうち試料の成分をイオン化するための所定領域には、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成されており、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅は、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。
この試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅が、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。そのため、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下されると、複数の貫通孔を介して溶液が第２表面側に移動し、溶液中の試料の成分が第１表面側に適切な状態で留まる。したがって、第１導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してエネルギー線が照射されると、試料の成分が確実にイオン化される。また、例えば、試料に第１表面が対面するように試料支持体が配置されると、複数の貫通孔を介して試料の成分が第２表面側にスムーズに移動し、第２表面側に適切な状態で留まる。したがって、第２導電層に電圧が印加されつつ第２表面に対してエネルギー線が照射されると、試料の成分が確実にイオン化される。よって、この試料支持体によれば、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
本開示の一側面の試料支持体では、第１表面及び第２表面が互いに対向する方向から見た場合に、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１開口部の外縁は、第２開口部の外縁の外側に位置していてもよい。これにより、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料の成分を第１表面側により適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料に第１表面が対面するように試料支持体が配置された際に、複数の貫通孔を介して試料の成分を第２表面側によりスムーズに移動させ、試料の成分を第２表面側により適切な状態で留まらせることができる。
本開示の一側面の試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれは、第１開口部側の第１部分と、第２開口部側の第２部分と、を有し、第１部分は、第１開口部側に向かって広がるファネル状の形状を呈していてもよい。或いは、本開示の一側面の試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれは、第１開口部側に向かって広がる円錐台状の形状を呈していてもよい。いずれの場合にも、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料の成分を第１表面側に適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料に第１表面が対面するように試料支持体が配置された際に、複数の貫通孔を介して試料の成分を第２表面側にスムーズに移動させ、試料の成分を第２表面側に適切な状態で留まらせることができる。
本開示の一側面の試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍであってもよい。これにより、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料の成分を第１表面側に適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料に第１表面が対面するように試料支持体が配置された際に、複数の貫通孔を介して試料の成分を第２表面側にスムーズに移動させ、試料の成分を第２表面側に適切な状態で留まらせることができる。
本開示の一側面の試料支持体は、試料のイオン化用の試料支持体であって、互いに対向する第１表面及び第２表面を有する導電性の基板を備え、基板のうち試料の成分をイオン化するための所定領域には、第１表面及び第２表面に開口する複数の貫通孔が形成されており、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅は、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。
この試料支持体では、複数の貫通孔のそれぞれにおいて、第１表面側の第１開口部の幅が、第２表面側の第２開口部の幅よりも大きい。そのため、例えば、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下されると、複数の貫通孔を介して溶液が第２表面側に移動し、溶液中の試料の成分が第１表面側に適切な状態で留まる。したがって、基板に電圧が印加されつつ第１表面に対してエネルギー線が照射されると、試料の成分が確実にイオン化される。また、例えば、試料に第１表面が対面するように試料支持体が配置されると、複数の貫通孔を介して試料の成分が第２表面側にスムーズに移動し、第２表面側に適切な状態で留まる。したがって、基板に電圧が印加されつつ第２表面に対してエネルギー線が照射されると、試料の成分が確実にイオン化される。よって、この試料支持体によれば、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
本開示の一側面のイオン化法は、上述した第１導電層及び第２導電層を備える試料支持体が用意される第１工程と、載置部の載置面に第２表面が対面するように載置面に試料支持体が載置され、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下される第２工程と、第１導電層に電圧が印加されつつ第１表面に対してエネルギー線が照射されることにより、第１表面側に留まっている試料の成分がイオン化される第３工程と、を備える。
本開示の一側面のイオン化法は、上述した第１導電層及び第２導電層を備える試料支持体が用意される第１工程と、載置部の載置面に試料が載置され、試料に第１表面が対面するように載置面に試料支持体が載置される第２工程と、第２導電層に電圧が印加されつつ第２表面に対してエネルギー線が照射されることにより、複数の貫通孔を介して第２表面側に移動した試料の成分がイオン化される第３工程と、を備える。
これらのイオン化法によれば、上述した第１導電層及び第２導電層を備える試料支持体が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
本開示の一側面の質量分析方法は、上述したイオン化法の第１工程、第２工程及び第３工程と、第３工程においてイオン化された成分が検出される第４工程と、を備える。
この質量分析方法によれば、上述した第１導電層及び第２導電層を備える試料支持体が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
本開示の一側面のイオン化法は、上述した導電性の基板を備える試料支持体が用意される第１工程と、載置部の載置面に第２表面が対面するように載置面に試料支持体が載置され、第１表面側から複数の貫通孔に対して試料を含む溶液が滴下される第２工程と、基板に電圧が印加されつつ第１表面に対してエネルギー線が照射されることにより、第１表面側に留まっている試料の成分がイオン化される第３工程と、を備える。
本開示の一側面のイオン化法は、上述した導電性の基板を備える試料支持体が用意される第１工程と、載置部の載置面に試料が載置され、試料に第１表面が対面するように載置面に試料支持体が載置される第２工程と、基板に電圧が印加されつつ第２表面に対してエネルギー線が照射されることにより、複数の貫通孔を介して第２表面側に移動した試料の成分がイオン化される第３工程と、を備える。
これらのイオン化法によれば、上述した導電性の基板を備える試料支持体が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
本開示の一側面の質量分析方法は、上述したイオン化法の第１工程、第２工程及び第３工程と、第３工程においてイオン化された成分が検出される第４工程と、を備える。
この質量分析方法によれば、上述した導電性の基板を備える試料支持体が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる。
本開示によれば、質量分析においてイオン化された試料の成分の信号強度を向上させることができる試料支持体、イオン化法及び質量分析方法を提供することが可能となる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１及び図２に示されるように、試料支持体１は、試料のイオン化に用いられるものであって、基板２と、第１導電層４１と、第２導電層４２と、を備えている。基板２は、互いに対向する第１表面２ａ及び第２表面２ｂを有している。基板２には、複数の貫通孔２０が一様に（均一な分布で）形成されている。各貫通孔２０は、基板２の厚さ方向（第１表面２ａ及び第２表面２ｂが互いに対向する方向）に沿って延在しており、第１表面２ａ及び第２表面２ｂに開口している。
基板２は、例えば、絶縁性材料によって長方形板状に形成されている。基板２の厚さ方向から見た場合における基板２の一辺の長さは、例えば数ｃｍ程度である。基板２の厚さは、例えば１μｍ～５０μｍ程度である。各貫通孔２０において、第１表面２ａ側の第１開口部２０ａの幅は、第２表面２ｂ側の第２開口部２０ｂの幅よりも大きい。基板２の厚さ方向から見た場合に、各貫通孔２０において、第１開口部２０ａの外縁は、第２開口部２０ｂの外縁の外側に位置している。つまり、基板２の厚さ方向から見た場合に、各貫通孔２０において、第１開口部２０ａの外縁は、第２開口部２０ｂの外縁を含んでいる。
なお、第１開口部２０ａの幅とは、基板２の厚さ方向から見た場合における第１開口部２０ａの形状が略円形である場合には、第１開口部２０ａの直径を意味し、当該形状が略円形以外である場合には、当該形状に収まる仮想的な最大円の直径（有効径）を意味する。同様に、第２開口部２０ｂの幅とは、基板２の厚さ方向から見た場合における第２開口部２０ｂの形状が略円形である場合には、第２開口部２０ｂの直径を意味し、当該形状が略円形以外である場合には、当該形状に収まる仮想的な最大円の直径（有効径）を意味する。本実施形態では、第１開口部２０ａの幅は、第２開口部２０ｂの幅の２倍程度である。
各貫通孔２０は、第１開口部２０ａ側の第１部分２１と、第２開口部２０ｂ側の第２部分２２と、を有している。第１部分２１は、第１開口部２０ａ側に向かって広がるファネル状の形状を呈している。第２部分２２は、円柱状の形状を呈している。第１部分２１の中心線と第２部分２２の中心線とは、互いに一致している。各貫通孔２０において、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍである。ここで、幅とは、基板２の厚さ方向に垂直な貫通孔２０の断面形状が略円形である場合には、貫通孔２０の直径を意味し、当該断面形状が略円形以外である場合には、当該断面形状に収まる仮想的な最大円の直径（有効径）を意味する。本実施形態では、幅の最小値は、第２部分２２の直径であり、幅の最大値は、第１開口部２０ａの直径である。
第１導電層４１は、基板２の第１表面２ａに設けられている。第１導電層４１は、基板２の第１表面２ａのうち貫通孔２０が形成されていない部分を覆っている。第２導電層４２は、基板２の第２表面２ｂに設けられている。第２導電層４２は、基板２の第２表面２ｂのうち貫通孔２０が形成されていない部分を覆っている。
第１導電層４１及び第２導電層４２は、導電性材料によって形成されている。本実施形態では、第１導電層４１及び第２導電層４２は、Ｐｔ（白金）又はＡｕ（金）によって形成されている。このように、第１導電層４１及び第２導電層４２の材料としては、以下に述べる理由により、試料との親和性（反応性）が低く且つ導電性が高い金属が用いられることが好ましい。
例えば、タンパク質等の試料と親和性が高いＣｕ（銅）等の金属によって第１導電層４１及び第２導電層４２が形成されていると、後述する試料のイオン化の過程において、試料分子にＣｕ原子が付着した状態で試料がイオン化され、Ｃｕ原子が付着した分だけ、後述する質量分析法において検出結果がずれるおそれがある。したがって、第１導電層４１及び第２導電層４２の材料としては、試料との親和性が低い金属が用いられることが好ましい。
一方、導電性の高い金属ほど一定の電圧を容易に且つ安定して印加し易くなる。そのため、導電性が高い金属によって第１導電層４１及び第２導電層４２が形成されていると、基板２の第１表面２ａ及び第２表面２ｂに均一に電圧を印加することが可能となる。また、導電性の高い金属ほど熱伝導性も高い傾向にある。そのため、導電性が高い金属によって第１導電層４１及び第２導電層４２が形成されていると、基板２に照射されたレーザ光（エネルギー線）のエネルギーを、第１導電層４１及び第２導電層４２を介して試料に効率的に伝えることが可能となる。したがって、第１導電層４１及び第２導電層４２の材料としては、導電性の高い金属が用いられることが好ましい。
以上の観点から、第１導電層４１及び第２導電層４２の材料としては、例えば、Ｐｔ、Ａｕ等が用いられることが好ましい。第１導電層４１及び第２導電層４２は、例えば、メッキ法、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）、蒸着法、スパッタ法等によって、厚さ１ｎｍ～３５０ｎｍ程度に形成される。なお、第１導電層４１及び第２導電層４２の材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）等が用いられてもよい。
図３は、基板２の厚さ方向から見た場合における基板２の拡大像を示す図である。図３において、黒色の部分は貫通孔２０であり、白色の部分は貫通孔２０間の隔壁部である。図３に示されるように、基板２には、略一定の幅を有する複数の貫通孔２０が一様に形成されている。貫通孔２０の開口率（基板２の厚さ方向から見た場合に基板２に対して全ての貫通孔２０が占める割合）は、実用上は１０～８０％であり、特に６０～８０％であることが好ましい。複数の貫通孔２０の大きさは互いに不揃いであってもよいし、部分的に複数の貫通孔２０同士が互いに連結していてもよい。
図３に示される基板２は、Ａｌ（アルミニウム）を陽極酸化することにより形成されたアルミナポーラス皮膜である。具体的には、図４の（ａ）に示されるように、Ａｌ基板２００に対して陽極酸化処理を施すことにより、Ａｌ基板２００の表面部分２００ａを酸化すると共に、Ａｌ基板２００の表面部分２００ａに複数の細孔２０１を形成する。続いて、図４の（ｂ）に示されるように、Ａｌ基板２００に対してポアワイドニング処理を施すことにより、各細孔２０１を拡径する。拡径された各細孔２０１は、基板２の第１部分２１に相当する。続いて、図４の（ｃ）に示されるように、Ａｌ基板２００に対して陽極酸化処理を施すことにより、Ａｌ基板２００の表面部分２００ａを更に深く酸化すると共に、拡径された各細孔２０１の底部に細孔２０２を形成する。各細孔２０２は、基板２の第２部分２２に相当する。続いて、酸化された表面部分２００ａをＡｌ基板２００から剥離することにより、図４の（ｄ）に示されるように、基板２を得る。
なお、基板２は、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｗ（タングステン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｓｂ（アンチモン）等のＡｌ以外のバルブ金属を陽極酸化することにより形成されてもよい。或いは、基板２は、Ｓｉ（シリコン）を陽極酸化することにより形成されてもよい。
次に、試料支持体１を用いた一実施形態のイオン化法及び質量分析方法について説明する。図５～図７においては、試料支持体１における貫通孔２０、第１導電層４１及び第２導電層４２の図示が省略されている。また、図１及び図２に示される試料支持体１と図５～図７に示される試料支持体１とでは、図示の便宜上、寸法の比率等が異なっている。
まず、図５の（ａ）に示されるように、上述した試料支持体１が用意される（第１工程）。試料支持体１は、イオン化法及び質量分析方法を実施する者によって製造されることで用意されてもよいし、試料支持体１の製造者又は販売者等から取得されることで用意されてもよい。
続いて、図５の（ｂ）に示されるように、スライドグラス（載置部）６の載置面６ａに基板２の第２表面２ｂが対面するように、載置面６ａに試料支持体１が載置される（第２工程）。スライドグラス６は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide)膜等の透明導電膜が形成されたガラス基板であり、透明導電膜の表面が載置面６ａとなっている。なお、スライドグラス６に限定されず、導電性を確保し得る部材（例えば、ステンレス等の金属材料等からなる基板等）を載置部として用いることができる。続いて、図６の（ａ）に示されるように、導電性のテープ７（例えば、カーボンテープ等）によって、試料支持体１がスライドグラス６に固定される。続いて、図６の（ｂ）に示されるように、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して、ピペット８によって、試料Ｓを含む溶液が滴下される（第２工程）。
これにより、各貫通孔２０においては、試料Ｓを含む溶液が第１部分２１から第２部分２２内に進入し、各貫通孔２０の第１部分２１には、試料Ｓを含む溶液の一部が表面張力によって留まる（図２参照）。したがって、基板２の第１表面２ａ側には、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１が確実に留まる。
続いて、図７に示されるように、第１表面２ａ側に試料Ｓの成分Ｓ１が留まっている試料支持体１がスライドグラス６に固定された状態で、スライドグラス６、試料支持体１及び試料Ｓが、質量分析装置１０の支持部１２（例えば、ステージ）上に載置される。続いて、質量分析装置１０の電圧印加部１４によって、スライドグラス６の載置面６ａ及びテープ７を介して試料支持体１の第１導電層４１（図２参照）に電圧が印加される（第３工程）。続いて、質量分析装置１０のレーザ光照射部１３によって、基板２の第１表面２ａに対してレーザ光（エネルギー線）Ｌが照射される（第３工程）。本実施形態では、レーザ光照射部１３は、第１表面２ａの所定領域に対してレーザ光Ｌを走査する。なお、第１表面２ａの所定領域に対するレーザ光Ｌの走査は、支持部１２及びレーザ光照射部１３の少なくとも１つが動作させられることにより、実施可能である。
このように、第１導電層４１に電圧が印加されつつ基板２の第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されることにより、基板２の第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分Ｓ１がイオン化され、試料イオンＳ２（イオン化された成分Ｓ１）が放出される（第３工程）。具体的には、レーザ光Ｌのエネルギーを吸収した第１導電層４１（図２参照）から、基板２の第１表面２ａ側に留まっている試料Ｓの成分Ｓ１にエネルギーが伝達され、エネルギーを獲得した試料Ｓの成分Ｓ１が気化すると共に電荷を獲得して、試料イオンＳ２となる。以上の第１工程～第３工程が、試料支持体１を用いた一実施形態のイオン化法（本一実施形態では、レーザ脱離イオン化法）に相当する。
放出された試料イオンＳ２は、試料支持体１とイオン検出部１５との間に設けられたグランド電極（図示省略）に向かって加速しながら移動する。つまり、試料イオンＳ２は、電圧が印加された第１導電層４１とグランド電極との間に生じた電位差によって、グランド電極に向かって加速しながら移動する。そして、質量分析装置１０のイオン検出部１５によって試料イオンＳ２が検出される（第４工程）。本実施形態では、質量分析装置１０は、飛行時間型質量分析法（ＴＯＦ－ＭＳ：Time-of-Flight Mass Spectrometry）を利用する走査型質量分析装置である。以上の第１工程～第４工程が、試料支持体１を用いた一実施形態の質量分析方法に相当する。
次に、試料支持体１を用いた他の実施形態のイオン化法及び質量分析方法について説明する。図８～図１０においては、試料支持体１における貫通孔２０、第１導電層４１及び第２導電層４２の図示が省略されている。また、図１及び図２に示される試料支持体１と図８～図１０に示される試料支持体１とでは、図示の便宜上、寸法の比率等が異なっている。
まず、上述した試料支持体１が用意される（第１工程）。試料支持体１は、イオン化法及び質量分析方法を実施する者によって製造されることで用意されてもよいし、試料支持体１の製造者又は販売者等から取得されることで用意されてもよい。
続いて、図８の（ａ）に示されるように、スライドグラス６の載置面６ａに試料Ｓが載置される（第２工程）。試料Ｓは、例えば組織切片等の薄膜状の生体試料（含水試料）である。続いて、図８の（ｂ）に示されるように、試料Ｓに基板２の第１表面２ａが対面するように、載置面６ａに試料支持体１が載置される（第２工程）。続いて、図９の（ａ）に示されるように、導電性のテープ７によって、試料支持体１がスライドグラス６に固定される。
これにより、図９の（ｂ）に示されるように、試料Ｓの成分Ｓ１が毛細管現象によって複数の貫通孔２０（図２参照）を介して基板２の第２表面２ｂ側に移動し、移動した試料Ｓの成分Ｓ１が表面張力によって第２表面２ｂ側に留まる。したがって、基板２の第２表面２ｂ側には、試料Ｓの成分Ｓ１が確実に留まる。
続いて、図１０に示されるように、スライドグラス６と試料支持体１との間に試料Ｓが配置された状態で、スライドグラス６、試料支持体１及び試料Ｓが、質量分析装置１０の支持部１２上に載置される。続いて、質量分析装置１０の電圧印加部１４によって、スライドグラス６の載置面６ａ及びテープ７を介して試料支持体１の第２導電層４２に電圧が印加される（第３工程）。続いて、質量分析装置１０のレーザ光照射部１３によって、基板２の第２表面２ｂに対してレーザ光（エネルギー線）Ｌが照射される（第３工程）。本実施形態では、レーザ光照射部１３は、第２表面２ｂの所定領域に対してレーザ光Ｌを走査する。なお、第２表面２ｂの所定領域に対するレーザ光Ｌの走査は、支持部１２及びレーザ光照射部１３の少なくとも１つが動作させられることにより、実施可能である。
このように、第２導電層４２に電圧が印加されつつ基板２の第２表面２ｂに対してレーザ光Ｌが照射されることにより、複数の貫通孔２０を介して基板２の第２表面２ｂ側に移動した試料Ｓの成分Ｓ１がイオン化され、試料イオンＳ２（イオン化された成分Ｓ１）が放出される（第３工程）。具体的には、レーザ光Ｌのエネルギーを吸収した第２導電層４２（図２参照）から、基板２の第２表面２ｂ側に留まっている試料Ｓの成分Ｓ１にエネルギーが伝達され、エネルギーを獲得した試料Ｓの成分Ｓ１が気化すると共に電荷を獲得して、試料イオンＳ２となる。以上の第１工程～第３工程が、試料支持体１を用いた他の実施形態のイオン化法（本他の実施形態では、レーザ脱離イオン化法）に相当する。
放出された試料イオンＳ２は、試料支持体１とイオン検出部１５との間に設けられたグランド電極（図示省略）に向かって加速しながら移動する。つまり、試料イオンＳ２は、電圧が印加された第２導電層４２とグランド電極との間に生じた電位差によって、グランド電極に向かって加速しながら移動する。そして、質量分析装置１０のイオン検出部１５によって試料イオンＳ２が検出される（第４工程）。本実施形態では、イオン検出部１５は、レーザ光Ｌの走査位置に対応するように、試料イオンＳ２を検出する。これにより、試料Ｓを構成する分子の二次元分布を画像化することができる。また、本実施形態では、質量分析装置１０は、飛行時間型質量分析法を利用する走査型質量分析装置である。以上の第１工程～第４工程が、試料支持体１を用いた他の実施形態の質量分析方法に相当する。
以上説明したように、試料支持体１では、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、第１表面２ａ側の第１開口部２０ａの幅が、第２表面２ｂ側の第２開口部２０ｂの幅よりも大きい。そのため、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下されると、複数の貫通孔２０を介して溶液が第２表面２ｂ側に移動し、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１が第１表面２ａ側に適切な状態で留まる。したがって、第１導電層４１に電圧が印加されつつ第１表面２ａに対してレーザ光Ｌが照射されると、試料Ｓの成分Ｓ１が確実にイオン化される。また、例えば、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように試料支持体１が配置されると、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１が第２表面２ｂ側にスムーズに移動し、第２表面２ｂ側に適切な状態で留まる。したがって、第２導電層４２に電圧が印加されつつ第２表面２ｂに対してレーザ光Ｌが照射されると、試料Ｓの成分Ｓ１が確実にイオン化される。よって、試料支持体１によれば、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。
また、試料支持体１では、基板２の厚さ方向から見た場合に、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、第１開口部２０ａの外縁が、第２開口部２０ｂの外縁の外側に位置している。これにより、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側により適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように試料支持体１が配置された際に、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側によりスムーズに移動させ、試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側により適切な状態で留まらせることができる。
また、試料支持体１では、複数の貫通孔２０のそれぞれが、第１開口部２０ａ側の第１部分２１と、第２開口部２０ｂ側の第２部分２２と、を有し、第１部分２１が、第１開口部２０ａ側に向かって広がるファネル状の形状を呈している。これにより、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側に適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように試料支持体１が配置された際に、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側にスムーズに移動させ、試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側に適切な状態で留まらせることができる。
また、試料支持体１では、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、幅の最小値が１ｎｍであり、幅の最大値が７００ｎｍである。これにより、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側に適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように試料支持体１が配置された際に、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側にスムーズに移動させ、試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側に適切な状態で留まらせることができる。
上述した一実施形態及び他の実施形態のイオン化法及び質量分析方法によれば、上述した第１導電層４１及び第２導電層４２を備える試料支持体１が用いられるため、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。
本開示は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図１１に示されるように、複数の貫通孔２０のそれぞれは、第１開口部２０ａ側に向かって広がる円錐台状の形状を呈していてもよい。この場合にも、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下された際に、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１を第１表面２ａ側に適切な状態で留まらせることができる。また、例えば、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように試料支持体１が配置された際に、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側にスムーズに移動させ、試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側に適切な状態で留まらせることができる。また、この場合には、基板２の強度を向上させることができる。更に、レーザ光Ｌの照射面積が増加するため、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。なお、各貫通孔２０の形状は、上述したものに限定されず、第１表面２ａ側の第１開口部２０ａの幅が第２表面２ｂ側の第２開口部２０ｂの幅よりも大きい形状（例えば、貫通孔２０の幅が第１開口部２０ａ側に向かって連続的又は段階的に大きくなる形状等）であればよい。ただし、基板２の厚さ方向から見た場合に、複数の貫通孔２０のそれぞれにおいて、第１開口部２０ａの外縁が、第２開口部２０ｂの外縁の外側に位置していることが好ましい。
また、上述した実施形態では、基板２に１つの所定領域（試料Ｓの成分をイオン化するための所定領域）が設けられていたが、基板２に複数の所定領域が設けられていてもよい。また、複数の貫通孔２０は、所定領域のみに形成されている必要はなく、上述した実施形態のように、例えば、基板２の全体に形成されていてもよい。つまり、複数の貫通孔２０は、少なくとも所定領域に形成されていればよい。また、上述した実施形態では、１つの所定領域に１つの試料Ｓが対応するように試料Ｓが配置されたが、１つの所定領域に複数の試料Ｓが対応するように試料Ｓが配置されてもよい。また、各貫通孔２０の内面に導電層が設けられていてもよい。また、基板２には、フレームが取り付けられていてもよい。その場合、試料支持体１のハンドリングが容易化すると共に、温度変化等に起因する基板２の変形が抑制される。
また、試料支持体１は、導電性の基板２を備えていてもよい。この場合にも、例えば、第１表面２ａ側から複数の貫通孔２０に対して試料Ｓを含む溶液が滴下されると、複数の貫通孔２０を介して溶液が第２表面２ｂ側に移動し、溶液中の試料Ｓの成分Ｓ１が第１表面２ａ側に適切な状態で留まる。したがって、基板２に電圧が印加されつつ第１表面２ａに対してレーザ光（エネルギー線）Ｌが照射されると、試料Ｓの成分Ｓ１が確実にイオン化される。また、例えば、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように試料支持体１が配置されると、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１が第２表面２ｂ側にスムーズに移動し、第２表面２ｂ側に適切な状態で留まる。したがって、基板２に電圧が印加されつつ第２表面２ｂに対してレーザ光（エネルギー線）Ｌが照射されると、試料Ｓの成分Ｓ１が確実にイオン化される。よって、試料支持体１が導電性の基板２を備える場合にも、質量分析においてイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１の信号強度を向上させることができる。なお、この場合には、試料支持体１において第１導電層４１及び第２導電層４２を省略することができる。
また、第２工程においては、テープ７以外の手段（例えば、接着剤、固定具等を用いる手段）で、スライドグラス６に試料支持体１が固定されてもよい。また、第３工程においては、スライドグラス６の載置面６ａ及びテープ７を介さずに第１導電層４１又は第２導電層４２に電圧が印加されてもよい。その場合、スライドグラス６及びテープ７は、導電性を有していなくてもよい。また、テープ７は、試料支持体１の一部であってもよい。テープ７が試料支持体１の一部である場合（すなわち、試料支持体１がテープ７を備える場合）には、例えば、テープ７は、基板２の周縁部において第１表面２ａ側に予め固定されていてもよいし。
また、質量分析装置１０においては、レーザ光照射部１３が、第１表面２ａの所定領域又は第２表面２ｂの所定領域に対してレーザ光Ｌを一括で照射し、イオン検出部１５が、当該領域の二次元情報を維持しながら、試料イオンＳ２を検出してもよい。つまり、質量分析装置１０は、投影型質量分析装置であってもよい。また、上述したイオン化法は、イオンモビリティ測定等の他の測定・実験にも利用することができる。
また、試料支持体１の用途は、レーザ光Ｌの照射による試料Ｓのイオン化に限定されない。試料支持体１は、レーザ光、イオンビーム、電子線等のエネルギー線の照射による試料Ｓのイオン化に用いることができる。上述したイオン化法及び質量分析方法では、エネルギー線の照射によって試料Ｓをイオン化することができる。
また、上述した他の実施形態のイオン化法及び質量分析方法においては、試料Ｓは、含水試料に限定されず、乾燥試料であってもよい。その場合には、第２工程において、試料Ｓに第１表面２ａが対面するように、載置面６ａに試料支持体１が載置された後に、例えば、第２表面２ｂ側から複数の貫通孔２０に対して所定の溶液が滴下される。これにより、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側にスムーズに移動させ、試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側に適切な状態で留まらせることができる。また、第２工程において、試料Ｓを含む溶液が載置面６ａに載置され、試料Ｓを含む溶液に第１表面２ａが対面するように、載置面６ａに試料支持体１が載置されてもよい。その場合にも、複数の貫通孔２０を介して試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側にスムーズに移動させ、試料Ｓの成分Ｓ１を第２表面２ｂ側に適切な状態で留まらせることができる。
１…試料支持体、２…基板、２ａ…第１表面、２ｂ…第２表面、６…スライドグラス（載置部）、６ａ…載置面、２０…貫通孔、２０ａ…第１開口部、２０ｂ…第２開口部、２１…第１部分、２２…第２部分、４１…第１導電層、４２…第２導電層、Ｌ…レーザ光（エネルギー線）、Ｓ…試料、Ｓ１…成分。
Claims (11)
- 試料のイオン化用の試料支持体であって、
互いに対向する第１表面及び第２表面を有する基板と、
前記第１表面に設けられた第１導電層と、
前記第２表面に設けられた第２導電層と、を備え、
前記基板のうち前記試料の成分をイオン化するための所定領域には、前記第１表面及び前記第２表面に開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、前記第１表面側の第１開口部の幅は、前記第２表面側の第２開口部の幅よりも大きく、
前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍであり、
前記複数の貫通孔は、前記第１表面側から前記複数の貫通孔に対して前記試料を含む溶液が滴下された場合には、前記複数の貫通孔を介して前記溶液が前記第２表面側に移動し、前記溶液中の前記試料の前記成分が前記第１表面側に留まり、且つ、前記試料に前記第１表面が対面するように前記試料支持体が配置された場合には、前記複数の貫通孔を介して前記試料の前記成分が前記第２表面側に移動し、前記試料の前記成分が前記第２表面側に留まるように、構成されている、試料支持体。 - 前記第１表面及び前記第２表面が互いに対向する方向から見た場合に、前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、前記第１開口部の外縁は、前記第２開口部の外縁の外側に位置している、請求項１に記載の試料支持体。
- 前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記第１開口部側の第１部分と、前記第２開口部側の第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記第１開口部側に向かって広がるファネル状の形状を呈している、請求項１又は２に記載の試料支持体。 - 前記複数の貫通孔のそれぞれは、前記第１開口部側に向かって広がる円錐台状の形状を呈している、請求項１又は２に記載の試料支持体。
- 試料のイオン化用の試料支持体であって、
互いに対向する第１表面及び第２表面を有する導電性の基板を備え、
前記基板のうち前記試料の成分をイオン化するための所定領域には、前記第１表面及び前記第２表面に開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、前記第１表面側の第１開口部の幅は、前記第２表面側の第２開口部の幅よりも大きく、
前記複数の貫通孔のそれぞれにおいて、幅の最小値は１ｎｍであり、幅の最大値は７００ｎｍであり、
前記複数の貫通孔は、前記第１表面側から前記複数の貫通孔に対して前記試料を含む溶液が滴下された場合には、前記複数の貫通孔を介して前記溶液が前記第２表面側に移動し、前記溶液中の前記試料の前記成分が前記第１表面側に留まり、且つ、前記試料に前記第１表面が対面するように前記試料支持体が配置された場合には、前記複数の貫通孔を介して前記試料の前記成分が前記第２表面側に移動し、前記試料の前記成分が前記第２表面側に留まるように、構成されている、試料支持体。 - 請求項１～４のいずれか一項に記載の試料支持体が用意される第１工程と、
載置部の載置面に前記第２表面が対面するように前記載置面に前記試料支持体が載置され、前記第１表面側から前記複数の貫通孔に対して前記試料を含む溶液が滴下される第２工程と、
前記第１導電層に電圧が印加されつつ前記第１表面に対してエネルギー線が照射されることにより、前記第１表面側に留まっている前記試料の成分がイオン化される第３工程と、を備えるイオン化法。 - 請求項１～４のいずれか一項に記載の試料支持体が用意される第１工程と、
載置部の載置面に前記試料が載置され、前記試料に前記第１表面が対面するように前記載置面に前記試料支持体が載置される第２工程と、
前記第２導電層に電圧が印加されつつ前記第２表面に対してエネルギー線が照射されることにより、前記複数の貫通孔を介して前記第２表面側に移動した前記試料の成分がイオン化される第３工程と、を備えるイオン化法。 - 請求項６又は７に記載のイオン化法の前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程と、
前記第３工程においてイオン化された前記成分が検出される第４工程と、を備える質量分析方法。 - 請求項５に記載の試料支持体が用意される第１工程と、
載置部の載置面に前記第２表面が対面するように前記載置面に前記試料支持体が載置され、前記第１表面側から前記複数の貫通孔に対して前記試料を含む溶液が滴下される第２工程と、
前記基板に電圧が印加されつつ前記第１表面に対してエネルギー線が照射されることにより、前記第１表面側に留まっている前記試料の成分がイオン化される第３工程と、を備えるイオン化法。 - 請求項５に記載の試料支持体が用意される第１工程と、
載置部の載置面に前記試料が載置され、前記試料に前記第１表面が対面するように前記載置面に前記試料支持体が載置される第２工程と、
前記基板に電圧が印加されつつ前記第２表面に対してエネルギー線が照射されることにより、前記複数の貫通孔を介して前記第２表面側に移動した前記試料の成分がイオン化される第３工程と、を備えるイオン化法。 - 請求項９又は１０に記載のイオン化法の前記第１工程、前記第２工程及び前記第３工程と、
前記第３工程においてイオン化された前記成分が検出される第４工程と、を備える質量分析方法。
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