JP2005098909A - Ionizer and mass spectrometer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料をイオン化するイオン化装置に関し、さらに詳細には光の波長以下の微細領域に範囲を絞って試料をイオン化するイオン化装置に関する。
本発明は、イオンを取り出して計測する分析装置、例えば質量分析装置のイオン源として用いることができる。
本発明は、また、微細領域ごとの分析結果をマッピング表示する分析装置、主に質量分析装置に関する。
The present invention relates to an ionization apparatus that ionizes a sample, and more particularly, to an ionization apparatus that ionizes a sample by narrowing the range to a fine region that is equal to or less than the wavelength of light.
The present invention can be used as an ion source of an analyzer that extracts and measures ions, for example, a mass spectrometer.
The present invention also relates to an analyzer for mapping and displaying an analysis result for each fine region, mainly to a mass spectrometer.
試料面に沿って測定位置を走査しながら試料の質量分析を行い、質量分析結果の二次元的な分布データを画像表示するイメージングマススペクトロメトリーは、低分子、高分子、金属元素分布に関する情報を与え、バイオテクノロジーやマイクロエレクトロニクス、材料科学、地質学、表面科学など多くの分野において利用されている。 Imaging mass spectrometry, which performs mass analysis of the sample while scanning the measurement position along the sample surface and displays the two-dimensional distribution data of the mass analysis results, provides information on the distribution of small molecules, polymers, and metal elements. It is used in many fields such as biotechnology, microelectronics, material science, geology, and surface science.
従来からなされているイメージングマススペクトロメトリーの代表的なものとしては、材料の表面を数十KeVの高エネルギーイオンを使ってスパッタリングし、試料からはじき出された二次イオンを検出するSIMS(二次イオン質量分析)がある。
SIMS分析においては、一次イオンビームにGaイオンを使用して20nm程度の非常に細いビーム径にすることにより、空間分解能の高い画像が得られるようになった。
そしてSIMSとTOF(飛行時間型質量分析装置)とを組み合わせたTOF−SIMS測定により、有機物のような比較的大きな分子量の試料についても測定することが可能となっている。
As a typical imaging mass spectrometry conventionally performed, sputtering is performed on the surface of a material using high-energy ions of several tens of KeV, and secondary ions ejected from a sample are detected (secondary ions). Mass spectrometry).
In SIMS analysis, an image with a high spatial resolution can be obtained by using Ga ions as a primary ion beam to obtain a very thin beam diameter of about 20 nm.
A sample having a relatively large molecular weight such as an organic substance can be measured by TOF-SIMS measurement in which SIMS and TOF (time-of-flight mass spectrometer) are combined.
近年、さらに分子量の大きい高分子試料やバイオ分野における試料について、同様のイメージングを行うことが求められているが、このような試料ではイオン化過程で試料がこわれないようにソフトなイオン化を行う必要がある。しかしながら上述したようなイオンビームを用いた場合、高分子試料やバイオ分野における試料にダメージが加わり、必要な情報を得ることができない。 In recent years, it has been required to perform the same imaging for a polymer sample having a higher molecular weight or a sample in the bio field. However, in such a sample, it is necessary to perform soft ionization so that the sample is not broken during the ionization process. is there. However, when the ion beam as described above is used, the polymer sample or the sample in the bio field is damaged, and necessary information cannot be obtained.
そのため、高分子試料やバイオ分野の試料を扱う場合には、試料に追加の試薬を添加した後、レーザパルス光を試料表面に集光し、試料を飛散・イオン化する方法が用いられている。
この追加試薬は、試料を消化したり分断したりするために用いられ、また、逆にイオン化の際のダメージを防止したりするために用いられる。このように追加試薬による前処理を行ったうえで、レーザ光源または試料が載置されるステージを走査しつつ多数の測定点で質量分析することにより質量分布のイメージングデータが得られる。
Therefore, when a polymer sample or a sample in the bio field is handled, a method is used in which after adding an additional reagent to the sample, laser pulse light is condensed on the sample surface, and the sample is scattered and ionized.
This additional reagent is used to digest or divide the sample, and conversely, to prevent damage during ionization. In this way, after pretreatment with an additional reagent, mass distribution imaging data is obtained by performing mass analysis at a large number of measurement points while scanning a stage on which a laser light source or a sample is placed.
レーザイオン化を用いる場合、レーザ光がパルス的に照射できること、また、試料の質量が大きいことから一般にTOF型の質量分析装置と組み合わされることが多い(例えば特許文献1参照)。
TOFに用いるレーザ光の集光サイズは、分析に必要な飛散させるイオン量の関係もあって数百マイクロメータであり、特に集光した場合であっても光の回折限界のためたかだか1ミクロン程度であり、ミクロンサイズでの試料内のマス分布は得られるが、現在求められているような細胞内での質量分布を直接測定するにはミクロンサイズの分解能では不十分である。
The condensing size of the laser beam used for TOF is several hundred micrometers because of the amount of scattered ions necessary for analysis, and even if it is condensed, it is at most about 1 micron due to the diffraction limit of light. Although a micron-sized mass distribution in a sample can be obtained, micron-sized resolution is insufficient to directly measure the intracellular mass distribution as currently required.
上述したように、従来の質量分析装置では、ミクロン以下の微細なサイズでソフトにイオン化することができるイオン化方法がなく、例えば、細胞内の質量分布を直接観測することが困難であった。細胞内の微細領域ごとの質量分布を見ようとすれば、あらかじめ別の方法でサンプリングを行い、これを他の基板上に転写して、見かけ上、試料面積を拡大するようにしてから質量測定を行う必要があるため、測定に多大な時間と手間とが必要となっていた。また、試料の転写工程などでコンタミ物質による汚染やダメージによる損傷を引き起こし、正確かつ位置分解能が高い質量分布のイメージングを行うことが困難であった。 As described above, in the conventional mass spectrometer, there is no ionization method capable of soft ionization with a fine size of micron or less, and for example, it is difficult to directly observe the intracellular mass distribution. If you want to see the mass distribution of each microscopic area in the cell, sample it in advance using another method, transfer it to another substrate, and increase the sample area. Since it is necessary to perform the measurement, much time and labor are required for the measurement. In addition, contamination by contamination and damage caused by contamination in the sample transfer process, etc., making it difficult to perform accurate mass distribution imaging with high position resolution.
そこで、本発明は、ミクロン以下の微細なサイズごとにソフトにイオン化することができ、特に細胞のようなダメージを受けやすい試料、高分子試料であってもミクロン以下の微細なサイズでイオン化を行うことができる質量分析装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can softly ionize each micron or smaller size, and performs ionization at a micron or smaller size, even for samples that are susceptible to damage such as cells and polymer samples. It is an object of the present invention to provide a mass spectrometer capable of performing the above.
また、本発明は、ミクロン以下の微細なサイズでソフトにイオン化した試料からの質量分布を得ることができる質量分析装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a mass spectrometer capable of obtaining a mass distribution from a soft ionized sample having a fine size of micron or less.
上記課題を解決するためになされた本発明のイオン化装置は、導電性材料で形成され又は導電性材料でコーティングされた探針とレーザ光源とを有し、探針先端が試料の測定部位に近傍に設置されるとともに、レーザ光源は探針先端にレーザ光を照射して測定部位に近接場光を発生するように取り付けられ、測定部位の試料を近接場光で励起することにより試料をイオン化するようにしている。
また、このイオン化装置をイオン化部として質量分析を行う質量分析装置としている。
The ionization apparatus of the present invention made to solve the above-described problem has a probe formed of a conductive material or coated with a conductive material and a laser light source, and the tip of the probe is close to the measurement site of the sample. The laser light source is attached so as to irradiate the tip of the probe with laser light to generate near-field light at the measurement site, and ionizes the sample by exciting the sample at the measurement site with near-field light. I am doing so.
In addition, the ionization apparatus is used as an ionization unit to perform mass spectrometry.
この発明のイオン化装置によれば、導電性の探針先端にレーザ光を照射することにより、探針先端近傍に近接場光が発生する。近接場光は、プラズモン励起による表面増強効果により、照射レーザによる励起より大幅にエネルギー強度を増加することができる。また、この効果は距離の増加に伴い電界が急激に減少し、光の波長サイズより小さい局所的な領域に高電界を発生する。
近接場光により発生した局所的な高電界は、高電界中の試料を励起しイオン化することができるので、近接場光により生じた高電界を用いて試料をイオン化することにより、レーザ波長よりはるかに微細な寸法の領域内の分子のみをソフトに励起しイオン化することができる。
そしてこのイオン化装置をイオン化部とした質量分析装置によれば、発生したイオンを質量分析部に導くことにより、これまでにない微細領域の質量分析データを得ることができる。
これにより、高分子試料やバイオ分野の試料であってもナノオーダの分解能で質量分析を行うことができる。
According to the ionization apparatus of the present invention, near-field light is generated in the vicinity of the probe tip by irradiating the conductive probe tip with laser light. The near-field light can greatly increase the energy intensity compared to the excitation by the irradiation laser due to the surface enhancement effect by the plasmon excitation. In addition, this effect causes the electric field to rapidly decrease as the distance increases, and a high electric field is generated in a local region smaller than the light wavelength size.
The local high electric field generated by the near-field light can excite and ionize the sample in the high electric field, so by ionizing the sample using the high electric field generated by the near-field light, it is much more than the laser wavelength. Only molecules within a very small size region can be softly excited and ionized.
And according to the mass spectrometer which used this ionization apparatus as the ionization part, the mass analysis data of the micro area | region which is not until now can be obtained by guide | induced the produced | generated ion to a mass analysis part.
Thereby, even a polymer sample or a sample in the bio field can be subjected to mass spectrometry with nano-order resolution.
また、探針先端に細孔が形成され、かつ、励起されたイオンもしくは中性分子が細孔から探針内を通過して探針の根元側に出射できるように探針内が中空に形成されるようにしてもよい。
この発明によれば、近接場光により励起され、試料から飛び出したイオンあるいは中性分子が探針先端の細孔から探針内の中空空間を通過し探針の根元側から出射する。これにより、探針先端に形成された近接場光により発生したイオン等が最も多く飛び出す方向である試料の真上方向からイオン等を直接、質量分析部に送ることができるので、効率よくイオン測定を行うことができる。
通常このような探針は試料表面に沿って使用し、表面の試料情報を得るが、このような中空探針では、試料内部に挿入し、試料内部の特定領域の試料情報を得ることができる。探針先端に発生させる近接場光は、波長、探針形状の工夫により試料内部においても局所的な近接場の発生が可能である。
In addition, the probe tip has a pore, and the inside of the probe is hollow so that excited ions or neutral molecules can pass through the probe and exit to the base side of the probe. You may be made to do.
According to the present invention, ions or neutral molecules excited by near-field light and ejected from the sample pass through the hollow space in the probe from the pore at the tip of the probe and exit from the base side of the probe. As a result, ions etc. can be sent directly to the mass analyzer from directly above the sample, which is the direction in which most of the ions etc. generated by the near-field light formed at the tip of the probe jump out. It can be performed.
Usually, such a probe is used along the surface of the sample to obtain sample information on the surface, but such a hollow probe can be inserted into the sample to obtain sample information on a specific area inside the sample. . The near-field light generated at the tip of the probe can generate a local near-field even inside the sample by devising the wavelength and the probe shape.
また、XY方向に沿って探針位置を相対的に変化させるXY方向制御部と、探針のXY方向の位置を検出するXY方向位置センサと、表示部とをさらに備え、探針のステージ面方向の位置と質量分析結果とを関連付けて表示部に表示するようにしてもよい。
この発明によれば、XY方向制御部により探針位置が試料に対してXY方向に相対的に走査されるとともに、その探針位置が位置センサによりモニタされるので、試料面に沿っての質量の分布を位置情報とともに正確に得ることができ、質量分析データを位置情報とともに表示させることができる。
In addition, the stage surface of the probe further includes an XY direction control unit that relatively changes the probe position along the XY direction, an XY direction position sensor that detects the position of the probe in the XY direction, and a display unit. The direction position and the mass spectrometry result may be associated with each other and displayed on the display unit.
According to the present invention, the probe position is scanned relative to the sample in the XY direction by the XY direction control unit, and the probe position is monitored by the position sensor. Can be accurately obtained together with the position information, and the mass spectrometry data can be displayed together with the position information.
また、探針が探針先端と試料間の距離に依存する情報を出力するとともに、探針先端と試料間の距離に依存する情報に基づいて走査型プローブ顕微鏡(SPM)としての画像データを出力する画像処理部を備えるようにしてもよい。
この発明によれば、探針がSPMの探針としても機能するので、SPM画像と質量分布とを関連付けて得ることができる。
The probe outputs information depending on the distance between the probe tip and the sample, and outputs image data as a scanning probe microscope (SPM) based on the information depending on the distance between the probe tip and the sample. An image processing unit may be provided.
According to the present invention, since the probe also functions as an SPM probe, the SPM image and the mass distribution can be obtained in association with each other.
また、Z方向に沿って探針位置を相対的に変化させるZ方向制御部と、探針先端を試料内に挿入したときの試料内での探針の深さ方向の位置を検出するZ方向位置センサと、表示部とをさらに備え、探針の深さ方向位置と質量分析結果とを関連付けて表示部に表示するようにしてもよい。
この発明によれば、探針先端の試料に対する深さ位置を相対的に変えることにより、試料表面のみならず、探針を試料内部に挿入して近接場光を発生することができるので試料内部の微細領域の質量分布のデータを測定することができ、質量分布データを深さ方向の位置情報とともに表示させることができる。
Also, a Z direction control unit that relatively changes the probe position along the Z direction, and a Z direction that detects the position of the probe in the depth direction in the sample when the tip of the probe is inserted into the sample. A position sensor and a display unit may be further provided, and the position in the depth direction of the probe and the mass analysis result may be associated with each other and displayed on the display unit.
According to the present invention, by changing the depth position of the probe tip relative to the sample, not only the sample surface but also the probe can be inserted into the sample to generate near-field light. The mass distribution data of the fine region can be measured, and the mass distribution data can be displayed together with the position information in the depth direction.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施例は、一例にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形実施することが可能である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is merely an example, and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
図1は、本発明の一実施例であるイオン化装置とこれを接続した質量分析計の全体構成を示す図、図2はそのイオン化部の探針部分の拡大図である。
この質量分析装置10は、主にイオン化部11と、TOF型の質量分析部12と、装置全体を制御したりデータ処理したりするためのコンピュータ13とからなる。コンピュータ13には図示しない表示部(例えばCRTや液晶パネル)が接続されており、この表示部の画面を見ながら各種の入出力を行ったり、後述するように試料の表面観察像を表示部画面に表示したりすることができる。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ionization apparatus according to an embodiment of the present invention and a mass spectrometer connected thereto, and FIG. 2 is an enlarged view of a probe portion of the ionization section.
The
まず、イオン化部11の構成について説明する。イオン化部11は、探針20、試料31を載置するステージ30、レーザ光源40を有する。
探針20は、金属等の導電性材料が用いられ、先端21が尖り、根元側22が広がる中空円錐形状部分を有している。また、先端21には開口26が形成され、微小金属球からなる光散乱体24がこの開口26を囲むように取り付けられる。この光散乱体24は、この部分にレーザ光が照射されたときに散乱光を生じさせて先端21近傍に近接場光が発生するのを促進している。
根元側22は腕部23となり、腕部23は支持部材27に固定される。この支持部材27には探針20をZ軸方向(上下方向)に駆動するためのZ方向駆動部28が設けられ、Z方向駆動部28はコンピュータ13のZ方向制御部29により制御される。
First, the structure of the
The
The
ステージ30は、ステージ30の下方からのレーザ光(レーザ光の光源やレーザ光学系については後述する)を試料31に照射できるようにするため、ガラス等の透光性部材(あるいはステージに透光用の孔を設けてもよい)により形成されている。ステージ30には試料をXY方向(ステージ面方向)に移動するためのXY方向駆動部32が設けられ、このXY方向駆動部32はコンピュータ13のXY方向制御部33により制御される。
The
また、腕部23には、探針20のZ方向、XY方向の位置を検出するために用いる光てこ方式の位置センサ45が取り付けてあり、探針20の位置を検出してZ方向制御部29、XY方向制御部33に位置情報を送るようにしてある。
Further, an optical lever
また、探針20は、走査型トンネル顕微鏡(STM)や走査型原子間力顕微鏡(AFM)のような走査型プローブ顕微鏡(SPM)の探針としても機能するようにしてあり、例えば走査型トンネル顕微鏡(STM)として機能させるときには、トンネル電流増幅部46により探針20の先端と試料21との間に流れるトンネル電流を検出し、検出データを画像処理部47に送ることにより表面観察像が得られるようにしてある。
The
ステージ30の下方には対物レンズ34が取り付けられる。対物レンズ34にはこれをZ方向(上下方向)に駆動する対物レンズ駆動部35が設けられ、この対物レンズ駆動部35は対物レンズ制御部36により制御される。
この対物レンズ34は、以下の2つの目的で用いられる。第一に、レーザ光源40からハーフミラー41を介して対物レンズ34に送られてくるレーザ光を、探針先端21近傍に焦点を結ばせるために用いられる。レーザ光が探針先端21近傍に焦点を結ぶようにすると、レーザ光と探針先端21との相互作用により探針先端近傍には近接場光が発生する。
第二に、対物レンズ34は、探針先端21近傍の測定部位の像を、ハーフミラー41、42を介して光学検出器43に導き、測定部位の光学像を観察するために用いられる。あるいは対物レンズ34の共焦点位置に検出器を設けて共焦点観察像を観察するために用いられる。
An
This
Second, the
したがって、上記構成を有するイオン化部11は、近接場光を用いて試料をイオン化するイオン源としての本来の機能とともに、近接場光を用いて試料の表面観察像を表示する走査型プローブ顕微鏡としての機能を兼ね備えた構成をしている。
Therefore, the
次に、質量分析部12の構成について説明する。質量分析部12は、探針20の中空構造部分を通過してきたイオンを引き出すイオンレンズ51と、イオンレンズ51により引き出されたイオンの進行方向を曲げるイオンレンズ52と、TOF法により質量分析を行うためのミラーなどのイオン光学系部品を備えた飛行空間53と、飛行空間53を飛行したイオンを検出するイオン検出器54とからなる。
なお、質量分析部としては測定が可能であればTOFに限られず、以外の方式の質量分析部(例えばイオントラップ型質量分析器、四重極型質量分析器など)を用いてもよい。
この質量分析部12の動作は、コンピュータ13の質量分析制御部55により制御される。
Next, the configuration of the
Note that the mass spectrometer is not limited to the TOF as long as measurement is possible, and other types of mass analyzers (for example, an ion trap mass analyzer, a quadrupole mass analyzer, etc.) may be used.
The operation of the
上述した質量分析装置の構成において、少なくとも質量分析部12は真空容器内で高真空状態に維持される。イオン化部11全体についても真空雰囲気内で用いる方がノイズを抑える点では好ましいが、真空雰囲気内で使用するとなると操作機構が複雑になる。イオン化のためには必ず真空状態にしなければならないわけではないことから、イオン化部11と質量分析部12との間を、細孔を有する隔壁で仕切ることにより、試料31を大気圧中でイオン化したり、所望のガス雰囲気中でイオン化したりして、発生したイオンのみを細孔から質量分析部12に導くようにすることも可能である。
In the configuration of the mass spectrometer described above, at least the
次に、上記装置による質量分析を行う際の動作について説明する。
試料31をステージ30上に載せ、通常のSPM測定の手順により試料の表面観察像を取得する。このとき、位置センサ45からの位置情報を同時に取得し、表面観察像と探針20との位置関係を求めておき、後で探針20を走査したときに表面観察像との位置関係が把握できるようにしておく。
Next, the operation when performing mass spectrometry using the above apparatus will be described.
A
光学検出器43の光学像により、あるいはさらにSPM測定による観察像を確認しながらXY方向駆動部32および対物レンズ駆動部35を制御して対物レンズ34の焦点を試料の測定位置に合わせる。そしてZ方向駆動部28を制御して探針20の先端21を測定位置近傍に近づけるようにして、近接場光が測定位置に発生するようにしておく。
The XY
質量分析部12を、スタンバイ状態にしてイオンがくるのを待つようにする。この状態でレーザ光源40から探針20の先端21領域にパルスレーザを照射し測定を開始する。これにより、探針先端21領域に近接場光が発生し、試料が励起されてイオンが飛び出す。飛び出したイオンはイオンレンズ51、52によって飛行空間53に導かれ、やがて検出器54に到達する。このときのイオンの飛行時間データを測定しイオンの質量を求める。
The
最初の測定点における測定が終了したら、ステージ30を駆動して次の測定点に対物レンズ34の焦点や探針先端21を合わせる。そして質量分析部12がスタンバイ状態になったら同様の手順で第二回目の測定を行う。以下、同様にステージ30の駆動と測定とを繰り返し、試料の二次元的な質量分布データを取得する。
When the measurement at the first measurement point is completed, the
続いて、得られた質量分布データと先に求めた表面観察像との位置関係の対応付けを行うデータ処理がなされる。この結果、SPMによる表面観察像と質量分布データとの相関データを得ることができる。 Subsequently, data processing for associating the positional relationship between the obtained mass distribution data and the previously obtained surface observation image is performed. As a result, correlation data between the surface observation image by SPM and the mass distribution data can be obtained.
以上の動作は、ステージ30を走査してXY方向の質量分布データを取得するものであるが、探針20および対物レンズ34をZ方向に走査して上記と同様の測定を行うことによって深さ方向(Z方向)の質量分布データを取得することもできる。
すなわち、Z方向駆動部28による探針20のZ方向への走査と、対物レンズ駆動部35による対物レンズ34のZ方向への走査とを連動して行うことにより、近接場光の発生位置をZ方向に変化させてイオンの発生位置を深さ方向に移動させることにより、Z方向の質量分布データを取得するようにする。
The above operation scans the
That is, the scanning direction of the
また、XY方向の質量分布データとZ方向の質力分布データとを順次測定することにより、試料の3次元的な質量分布データを取得することも可能である。 It is also possible to acquire the three-dimensional mass distribution data of the sample by sequentially measuring the mass distribution data in the XY direction and the quality distribution data in the Z direction.
図3は、本発明の他の一実施例である質量分析装置のイオン化部の構成を示す図である。図3において図1と同じものについては同符号を付すことにより説明を省略する。本実施例ではレーザ光源40は試料を載置するステージ30の上方側に設けてある。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an ionization unit of a mass spectrometer that is another embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those in FIG. In this embodiment, the
本実施例では、ステージ30上に載置される試料31の真上に探針20が存在するので、探針20と対物レンズ34とが干渉しないように対物レンズ34が斜め上方に設置される。レーザ光源40からのレーザ光はハーフミラー41を介して対物レンズ34に送られ、また、試料の光学像が対物レンズ34およびハーフミラー41を介して光学検出器43に送られる。この対物レンズ34は対物レンズ駆動部35により駆動される。
そして探針20を測定部位に近づけ、対物レンズ34により探針先端21に向けてレーザ光を照射することにより、図1と同様に近接場光によって励起されたイオンを試料31から飛び出させる。
In the present embodiment, since the
The
本実施例でも探針20として図1と同形状のものを用いれば、探針内の中空部分を通過したイオンを質量分析部に送ることも可能であるが、以下の例ではイオンを試料31の真上から取り出すのではなく、イオンを引き出すイオンレンズ51を試料31の斜め上方に設けるようにして(図3参照)、他の形状の探針でイオンを励起するようにしたものについて説明する。
Also in this embodiment, if the
図4は、図3の質量分析装置に用いる探針20の先端21の構成を示す図である。この先端61は、光ファイバ62の先端を尖らせて、最先端を除くファイバの周囲部分に金属コーティング面63を形成し、さらに最先端部分には微小な散乱体64を設けるようにして、外部からレーザ光65を散乱体64に向けて照射することにより、散乱体64近傍に近接場光をにじませるものである。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
図5は、図3の質量分析装置に用いる探針20の先端21の他の構成を示す図である。この先端66は金属線67を先鋭化し、最先端に微小な散乱体68を設けるようにして、外部からレーザ光69を散乱体68に向けて照射することにより、散乱体68近傍に近接場光をにじませるものである。
FIG. 5 is a diagram showing another configuration of the
図4のような最先端が開口系の探針では100nm程度の局所エリアの近接場光となり、図5のような散乱系では数10nm程度の範囲の局所エリアの近接場光となる。
なお、近接場光はZ軸方向の減衰が大きいので、試料に対する探針先端のZ方向の位置を替えることで近接場光の影響領域をさらに限定することもできる。
In the case of a probe having the most advanced aperture as shown in FIG. 4, near-field light in a local area of about 100 nm is obtained, and in a scattering system as in FIG. 5, near-field light in a local area in the range of several tens of nm is obtained.
Since near-field light is greatly attenuated in the Z-axis direction, the affected area of near-field light can be further limited by changing the position of the tip of the probe with respect to the sample in the Z direction.
図6は、さらに別の方式の質量分析装置に用いる探針の先端形状を示す図である。この探針の先端71は図4と同様に光ファイバ72の先端を尖らせて、最先端を除く先端の周囲部分に金属コーティング面73を形成し、さらに最先端部分には微小な散乱体74を設けるようにしている。ただし、レーザ光75はファイバの他端からファイバ内を進行するようにして散乱体64近傍に近接場光をにじませるものである。この場合は、レーザ光は対物レンズ34を介して照射する必要はなくなり、対物レンズによるレーザ照射位置の調整が不要になる。
FIG. 6 is a diagram showing the tip shape of a probe used in a mass spectrometer of another type. The
図7は、図6と同様に光ファイバの他端側からレーザ光を照射する型のものであり、この先端76は周囲に金属コーティング面78を形成し、ファイバ77の先端を平坦に切り出すとともに、平坦面に鋭利な金属探針79を設けている。この先端76では、対物レンズによるレーザ照射位置の調整が不要であるとともに近接場光のエリアも限定することができる。
FIG. 7 shows a type in which laser light is irradiated from the other end side of the optical fiber in the same manner as FIG. 6. The
図8の先端81は、光ファイバに代えてレンズ光学系82、83を用いて金属探針84にレーザ光85を照射するものである。図7、図8のものは同軸上に光学部品を配置してレーザ光を探針先端に導くものである。
The
以上、いくつかの探針先端形状について説明したが、探針先端に近接場光をにじませて試料をイオン化することができるものであればこれ以外の探針先端であっても本発明を実現することができる。 Although several probe tip shapes have been described above, the present invention can be applied to other probe tips as long as the sample can be ionized by diffusing near-field light at the probe tip. Can be realized.
本発明は、質量分析装置のイオン化過程で、ナノオーダの微小領域からソフトにイオン化されたイオンを取り出すことができるので、高分子やバイオ試料についても高精度のマッピングを得ることができる質量分析装置に有用である。 Since the present invention can extract softly ionized ions from a nano-order minute region in the ionization process of the mass spectrometer, it can be used as a mass spectrometer capable of obtaining high-precision mapping for polymers and biosamples. Useful.
10:質量分析装置
11:イオン化部
12:質量分析部
20:探針
21:先端
24:散乱体
26:開口
28:Z方向駆動部
29:Z方向制御部
30:ステージ
31:試料
32:XY方向駆動部
33:XY方向制御部
34:対物レンズ
35:対物レンズ駆動部
36:対物レンズ制御部
40:レーザ光源
43:光学検出器
45:位置センサ
46:トンネル電流増幅部
47:画像処理部
51:イオンレンズ
10: Mass spectrometer 11: Ionization unit 12: Mass analysis unit 20: Probe 21: Tip 24: Scattering body 26: Aperture 28: Z direction drive unit 29: Z direction control unit 30: Stage 31: Sample 32: XY direction Drive unit 33: XY direction control unit 34: objective lens 35: objective lens drive unit 36: objective lens control unit 40: laser light source 43: optical detector 45: position sensor 46: tunnel current amplification unit 47: image processing unit 51: Ion lens
Claims (6)
探針先端が試料の測定部位に近傍に設置されるとともに、レーザ光源は探針先端にレーザ光を照射して測定部位に近接場光を発生するように取り付けられ、
測定部位の試料を近接場光で励起することにより試料をイオン化することを特徴とするイオン化装置。 A probe formed of a conductive material or coated with a conductive material and a laser light source;
The tip of the probe is installed in the vicinity of the measurement site of the sample, and the laser light source is attached so as to irradiate the probe tip with laser light and generate near-field light at the measurement site.
An ionization apparatus characterized in that a sample at a measurement site is ionized by exciting the sample with near-field light.
探針のXY方向の位置を検出するXY方向位置センサと、
表示部とをさらに備え、
探針のステージ面方向の位置と質量分析結果とを関連付けて表示部に表示することを特徴とする請求項2に記載の質量分析装置。 An XY direction controller that relatively changes the probe position along the XY direction, which is the surface direction of the stage on which the sample is placed;
An XY direction position sensor for detecting the position of the probe in the XY direction;
A display unit,
The mass spectrometer according to claim 2, wherein the position of the probe in the stage surface direction and the mass analysis result are displayed in association with each other on the display unit.
Z方向の制御により探針先端を試料内に挿入したときの試料内での探針の深さ方向の位置を検出するZ方向位置センサと、
表示部とをさらに備え、
探針の深さ方向位置と質量分析結果とを関連付けて表示部に表示することを特徴とする請求項2に記載の質量分析装置。 A Z direction control unit that relatively changes the probe position along the Z direction orthogonal to the XY direction;
A Z-direction position sensor for detecting the position of the probe in the depth direction in the sample when the tip of the probe is inserted into the sample by control in the Z direction;
A display unit,
The mass spectrometer according to claim 2, wherein a position in the depth direction of the probe and a mass analysis result are displayed in association with each other on the display unit.
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