2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of projection-type imaging mass spectrometer using polarization-time mapping
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20K21157
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
沖野 友哉 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (40431895)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | イメージング質量分析 / 電気光学光変調器 / 偏光時間写像 / 偏光イメージセンサー / 空間投影型画像法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、2020年度に引き続いて(1)空間投影型画像法のイオン光学系の設計、(2)偏光-時間写像法を用いたマルチ質量イメージング計測手法の確立および(3)低コストイベント駆動型イメージセンサーを用いた運動量画像計測を行った。
(1) 2020年度に設計を行ったイオン光学系では、イオンの生成点における初期速度分布の影響の評価が不十分であったため、イオン光学設計ソフトウェアSIMIONを用いてイオン光学系の再設計を行った。空間投影型計測と、運動量投影型計測を両立させる必要があることから、両者の要求仕様を満たすイオン光学系の設計を実施した。
(2)偏光情報の計測精度を向上するために、レンズ光学系の改善により画素当たりの入射強度を増加させた。単色光と積分球を用いた均一照明系を用いて、偏光イメージセンサーの各画素の応答特性のキャリブレーションを行った。これにより、偏光角度を1度以下の精度で決定し、質量情報とタグ付けされる時間情報を100ナノ秒の時間分解能で決定することが可能となった。
(3)イベント駆動型イメージセンサーにおける標準的な時間分解能は数100マイクロ秒であるが、センサーパラメーターの最適化を行うことで、10マイクロ秒まで短縮可能であることを確認した。これは、現時点で100 kHzの光源で単一質量の空間投影型画像をカウンティングモードで計測できることに対応する。タイムスタンプは1マイクロ秒まで改善を行うためには、センサーに入射する光強度の増強が必要であることが判明したことから、イメージダイオードを新たに導入することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
イベント駆動型イメージセンサーを用いた画像計測については、当初の予定よりも進展があったが、イオン光学系の設計において2020年度までの設計に問題があることが判明したため、再設計を行う必要が生じたため、研究課題全体としては遂行に遅れが生じている。最終的なイオン光学系の設計は、達成できる輝点強度にも依存するが、コロナ禍における世界的な部品調達の遅れにより、輝点強度増強のための物品の当年度中の導入ができなかったことから、イオン光学系の最終設計およびその設計に基づく製作に至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
偏光時間投影型イメージング質量分析装置のプロトタイプ機を製作し、開発装置の性能の評価を行う。高強度フェムト秒レーザーの集光によって生じるイオンの空間プロファイルの計測によって、開発装置の空間分解能の評価を行う。また、真空中に非揮発性の生体分子を導入するために用いられるレーザー誘起音響脱離法のメカニズムの解明を行う。
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| Causes of Carryover |
当初設計のイオン光学系では、生成領域におけるイオンの初期速度分布の影響の十分に取り込めていなかったことから再設計を行う必要が生じて、年度内にイオン光学系の製作には至らなかったため、次年度使用額が生じた。イオン光学系の製作費用として使用する。
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