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JP2000231901A - 画像解析法による質量分析計又はそれを使用した質量分析方法 - Google Patents

画像解析法による質量分析計又はそれを使用した質量分析方法

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Publication number
JP2000231901A
JP2000231901A JP11033799A JP3379999A JP2000231901A JP 2000231901 A JP2000231901 A JP 2000231901A JP 11033799 A JP11033799 A JP 11033799A JP 3379999 A JP3379999 A JP 3379999A JP 2000231901 A JP2000231901 A JP 2000231901A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mass
mcp
flight
time
ions
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.)
Pending
Application number
JP11033799A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Katayama
淳 片山
Katsutoshi Furukawa
勝敏 古川
Kazuo Watabe
和男 渡部
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.)
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
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 Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical Japan Atomic Energy Research Institute
Priority to JP11033799A priority Critical patent/JP2000231901A/ja
Publication of JP2000231901A publication Critical patent/JP2000231901A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H15/00Massage by means of rollers, balls, e.g. inflatable, chains, or roller chains
    • A61H15/0078Massage by means of rollers, balls, e.g. inflatable, chains, or roller chains power-driven

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像解析法を用いて、長半減期を有する核種
であるカルシウム−41、ニッケル−59、塩素−36
等の微量同位体の質量分析を行う方法。 【解決手段】 飛行時間型の質量分析計を使用し、その
イオン検出器からの出力を2次元の光信号に変換し、そ
れをパソコンに取り込み画像解析することにより質量ス
ペクトルを測定して目的とする同位体の質量分析を行う
ものであり、飛行時間型の質量分析計に用いられるマイ
クロチャンネルプレート(MCP)に蛍光物質が塗布さ
れたアノード面を用いることにより、MCPに到達した
同位体イオンを2次元情報(位置情報及び強度)を待っ
た像に変換することが可能になり、飛行速度によって質
量弁別されたイオンを、掃引電極を使用してMCPに到
達する位置を振り分けることによって、蛍光面上の光信
号の強度から同位体のイオン量を、そしてその位置情報
から時間、即ち質量の情報を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像解析法を用い
て、長半減期を有する核種であるカルシウム−41、ニ
ッケル−59、塩素−36等の微量同位体の質量分析を
行う方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、カルシウム−41等の長い半減期
を有する核種を高感度に測定するためには、その崩壊に
伴う放射線を計測するよりも、その核種の原子を測定す
る方が有利であった。
【0003】そこで、この核種の原子を測定する方法と
して、今まではレーザー共鳴イオン化質量分析法(RI
MS)を用いることにより、同重体や分子イオンの干渉
を受けない、核種原子に関する微量の同位体の高感度分
析法についての基礎的な検討が行われてきた。
【0004】そのRIMSに用いる質量分析計で代表的
なものが飛行時間型質量分析計(TOFMS:Time
−of−F1ight Mass Spectromet
er)であるが、それは、図1及び図2に示されるよう
に、原子化された試料を電場中(加速電極間)でイオン
化用レーザーによりイオン化し、得られたイオンをドリ
フト空間(電場等がない空間)において自由飛行させ、
この空間で軽いイオンから重いイオンの順番で飛行速度
によるイオンの質量弁別を行うものである。即ち、この
システムでは、ドリフト空間を経てマイクロチャンネル
プレート(MCP)に到達したイオンがぶつかってでき
た電子をMCPによって増倍し、その出力電子をアノー
ドに集めて検出し、図3に示されるように、その出力を
デジタルオシロスコープ等を用いて測定した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記レーザー共鳴イオ
ン化質量分析法(RIMS)においては、目的とする微
量の同位体の定量のためには、目的とする同位体と他の
同位体との存在比率を求めることが必要であった。しか
し、その存在比率を、レーザー共鳴イオン化質量分析計
のイオン検出器から得られる電流値に基づいて測定する
際には、その検出器のダイナミックレンジに限界がある
こと、又存在比率の高い同位体によって強電流が発生し
た直後の存在比率の低い同位体の電流測定における精度
が低いこと等の問題があって、RIMSの性能が生かし
きれない場合が多かった。
【0006】又、上記従来の飛行時間型の質量分析計に
おいては、レーザーによるイオン化に同期して各同位体
のイオンが検出される。例えば、カルシウムであれば4
0から48の同位体が時間差をもって検出器に到達し、
その時最も大きな存在度のイオンと最も小さな存在度の
イオンの比が8ビット以上(256:1以上)である
と、測定レンジの中に入り切らないためにその両方を測
定することが不可能になる。即ち、大きい方を見ようと
すると小さな信号は測定できないし、又小さい方を見よ
うとすれば大さな方はオーバースケールで一定の値にな
ってしまうという問題があった。更に、この従来の分析
計では、数マイクロ秒の時間内にイオンが質量弁別され
て飛んでくるので、ナノ秒レベルの時間分解能がないと
正確な測定が不可能である。現在のデジタル信号処理で
は0.1ナノ秒の時間分解能を持つ製品が使用できる
が、信号強度の分解能については、高速のアナログ/デ
ジタル変換に限界があることから、8ビットが最高水準
になるという問題もある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、これらの問題
を解決する方法として、飛行時間型の質量分析計を使用
し、そのイオン検出器からの出力を2次元の光信号に変
換し、それをパソコンに取り込み画像解析することによ
り質量スペクトルを測定して目的とする同位体の質量分
析を行うものである。即ち、飛行時間型の質量分析計に
用いられるマイクロチャンネルプレート(MCP)に蛍
光物質が塗布されたアノード面を用いることにより、M
CPに到達した同位体イオンを2次元情報(位置情報及
び強度)を待った像に変換することが可能になる。
【0008】そこで、飛行速度によって質量弁別された
イオンを、掃引電極を使用してMCPに到達する位置を
振り分けることによって、蛍光面上の光信号の強度から
同位体のイオン量を、そしてその位置情報から時間、即
ち質量の情報を得ることができる。更に、冷却型のCC
Dカメラを用いることにより、画像を解析する手法にお
いては、光強度については16ビット以上のダイナミッ
クレンジが使用可能であり、又正確な位置情報も同時に
扱うことが可能である。
【0009】本発明においては、速度による質量弁別が
行われた段階で、イオンの通過にタイミングを合わせて
掃引電極にパルス三角波を印加し、進行方向とは垂直方
向の電場変化を与え、それぞれの同位体の到達位置が掃
引され、MCPに到達してぶつかったイオンにより出力
電子を発生させ、この出力電子をMCP後方に配置され
た蛍光面に衝突させて蛍光面上の光点に変換し、その光
点をCCDカメラで観測し、パソコンに転送して画像解
析が行われる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の分析方法の原理を図4に
基づいて説明する。飛行時間型の質量分析計に多く用い
られているマイクロチャンネルプレート(MCP)に蛍
光面を読み出し系にしたものを用い、そのMCPの前方
に正負に帯電させることのできる掃引電極を配置し、そ
の後方にCCDカメラを配置する。
【0011】図5に示されるように、レーザーによりイ
オン化された同位体(n+n+1+n+2+)がMCP
に向けて導入され、その質量の違いにより速度的に質量
弁別され、MCPの前に置かれた掃引電極により到達順
に電場を用いて分離され、その分離された同位体イオン
がMCPに倍増されて蛍光面で光点となる。その光点を
CCDカメラにより記録する。その結果、蛍光面上の光
点の強度から同位体のイオン量を、そしてその位置情報
から質量の情報を得ることができる。
【0012】本発明の場合、図6に示されるように、時
間即ち質量の情報を検出器の位置情報に変換し、飛んで
きたイオンの数、即ち同位体の存在度の情報を光の強度
(明暗)に変換することができ、これらの情報を画像上
に固定することができる。そして、この画像上に固定さ
れている情報を後から処理することにより、高速変換処
理が不要となり、したがって、ダイナミックレンジを広
げることができることになる。
【0013】上記画像処理においては、測定する質量が
決まれば、任意波形装置の条件が決まる。そこで、画像
から質量を調べるよりも測定対象の質量が画像内にうま
く展開するようにしておく。即ち、例えば、カルシウム
−40から48の質量について調べられるようにしてお
くと、画像のこの部分がカルシウム−40、この部分が
カルシウム−42というように予め決まることになる。
又、試料元素の存在量は、発光の強度(実際は積算値)
を画像解析で計算して求めることができ、実際の操作と
しては、どの部分がどれだけ光っているかを解析するこ
とによって行われる。
【0014】本発明における掃引電極の役割は、飛んで
きたイオンの飛跡を到達順に変えることであり、イオン
は掃引電極の位置に来るまでには質量弁別が完全に行わ
れている。したがって、本発明においては、信号処理上
で生ずる分解能の低下を防ぎ、より忠実な飛行時間型の
質量分析を行うことができる。
【0015】本発明において、測定に使用されるCCD
カメラは、光の強度を16ビット、65536段階で測
定できるものであり、画像解析による処理を経ることに
よりその強度の分解能は16ビット以上のレベルであ
る。
【0016】本発明において使用されるMCPは、図7
a、bに示されるように、従来使用されている直径12
マイクロメートルのガラス管を束ねて板状に形成したも
のであり、その読み出し面に蛍光面を用いたものであ
る。
【0017】本発明の飛行時間型の質量分析計の構造
は、掃引電極に到達する前までの構造は従来の飛行時間
型の質量分析計と同じであるが、本発明においては、掃
引電極と読み出し系に蛍光面を用いたMCPを使用する
点に特徴を有するものである。
【0018】
【実施例】質量分析計としては、図4に示されるよう
に、飛行時間型の質量分析計を使用し、そのフライトチ
ューブ(ドリフト空間)が2.5mの直線型のものが使
用された。その分析計には、そのフライトチユーブ内に
加速電極が設けられ、その直後とそれからlmの位置に
それぞれアインツェルレンズが配置され、そこで同位体
のイオン流が順次細く絞られる。又、フライトチユーブ
内のMCPの50cm前には、3mmのスリットが設け
られた掃引電極が配置され、その電極は導入端子を経て
掃引回路に接続されている。
【0019】その掃引回路は、任意波形発生装置(バイ
オメーション社:2717A)と電圧増幅器(東陽テク
ニカ:HVA400)とから構成されている。イオンの
検出には、有効径20mmの蛍光面付きMCP(浜松ホ
トニクス製)を使用し、得られた光信号をCCDカメラ
で記録した。
【0020】同位体をイオン化する共鳴イオン化用レー
ザーとしてはエキシマレーザー及び色素レーザー(Lu
monicsEX742及びHD300)が使用され
た。このレーザーによってイオン化される試料には、カ
ルシウム等のアルカリ土類又はアルカリ金属、又はその
化合物が使用され、その金属又は化合物はクヌッセンセ
ル(Khudsen cell(オメガトロン社:OM
K−0102)を使用して加熱され、イオン化された。
【0021】本発明によれば、試料の加熱によりカルシ
ウムを原子化し、レーザー光によりイオン化し、その結
果生成した同位体のイオン流をフライトチューブに設け
られたレンズで収束させた後に、掃引電極に導入して掃
引し、その掃引されたイオン流をMCPで倍増させた
後、蛍光面の光点として光信号に変換した。蛍光面上の
光点の光の強さからイオン量を測定でき、又その位置か
らその質量を測定することができた。
【0022】
【発明の効果】本発明は、質量弁別されて飛んでくるイ
オンの測定強度におけるダイナミックレンジが広くなる
という本発明に特有の効果が生ずる。即ち、5桁以上の
存在度が異なる同位体も、同時に測定することが可能で
ある。これは、1個と100000個を同時に見ること
が可能である。従来法では、レンジを切り替えながらそ
れぞれの同位体を測定しなければならなかったので、測
定時間が短縮化されるという効果が生じる。
【0023】又、飛行時間型の質量分析計の質量分析能
を忠実に処理することができるという本発明に特有の効
果が生じる。即ち、信号処理で生じるベースラインの乱
れ等がほとんどなく、具体的には、大量に存在する同位
体と接近した質量の同位体も精度よく測定できるという
効果が生じる。
【0024】更に又、本発明は、測定感度が高いという
効果も生じる。即ち、MCPの信号検出においては、光
に変換するほうが感度が高いので、1個のイオンがMC
Pに入射すれば、1個の光スポットになる。これは、原
子個数計測が可能であることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の飛行時間型の質量分析計の構成を示す
図である。
【図2】 従来の飛行時間型質量分析計の一般的な信号
処理システムを示す図である。
【図3】 従来の飛行時間型の質量分析計の基本原理を
示す図である。
【図4】 本発明の飛行時間型の分析計の構成を示す図
である。
【図5】 本発明の飛行時間型の分析計の掃引電極、M
CP及びCCDカメラの配置構造を示す図である。
【図6】 本発明の飛行時間型の質量分析計の信号シス
テムを示す図である。
【図7】 マイクロチャネルプレートの構造を示す図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フライトチューブ内の一端に、試料を原
    子化するための試料セル、試料をイオン化するレーザー
    システム、及びイオン化された原子を加速するための加
    速電極を配置し、そのフライトチューブの他端にマイク
    ロチャネルプレート(MCP)を配置した飛行時間型の
    質量分析計において、そのマイクロチャネルプレートの
    前面に掃引電極を配置し、その後面に蛍光面を設け、フ
    ライトチューブ内で飛行速度によって質量弁別されたイ
    オンを掃引電極により電場変化を付与してMCPに衝突
    させ、その際に発生する出力電子を蛍光面で光変換し、
    その光点をカメラで捕らえた後に画像処理することを特
    徴とする試料元素の同位体組成を測定する分析計。
  2. 【請求項2】 飛行時間型質量分析計のフライトチュー
    ブ内に、掃引電極及び蛍光面を備えたマイクロチャンネ
    ルプレート(MCP)を設け、測定すべき物質を加熱し
    て原子化するとともにレーザーでイオン化し、そのイオ
    ンをチューブ内で飛行速度により弁別し、そのイオンを
    掃引電極を通すことにより電場を付与した後にMCPに
    衝突させて光変換し、その光点の画像解析を行って試料
    元素の同位体組成を測定する分析方法。
JP11033799A 1999-02-12 1999-02-12 画像解析法による質量分析計又はそれを使用した質量分析方法 Pending JP2000231901A (ja)

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