特許 6307572 イオン生成と、不連続の大気インターフェースの周期との同期

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6307572

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】イオン生成と、不連続の大気インターフェースの周期との同期

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/10 20060101AFI20180326BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/10

   G01N27/62 G

【請求項の数】17

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-195522(P2016-195522)

(22)【出願日】2016年10月3日

(62)【分割の表示】特願2013-550601(P2013-550601)の分割

【原出願日】2012年1月20日

(65)【公開番号】特開2017-54817(P2017-54817A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2016年10月3日

(31)【優先権主張番号】61/434,473

(32)【優先日】2011年1月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】598063203

【氏名又は名称】パーデュー・リサーチ・ファウンデーション

【氏名又は名称原語表記】ＰＵＲＤＵＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ロバート グラハム クックス

(72)【発明者】

【氏名】ジェイソン ダンカン

(72)【発明者】

【氏名】グァンミン ファン

(72)【発明者】

【氏名】リ グァンタオ

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５１００５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１０７６２６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２３０６３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ４９／１０

Ｇ０１Ｎ２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の中空放射体を備える基材と、
前記基材と接触しない電極と、
質量分析計と
を備えるシステムであって、前記システムは、所定の時間において前記複数の中空放射体のうちの単一の中空放射体に前記電極からの電圧が誘導的に印加されるように構成され、前記電圧の誘導的な印加が、前記単一の中空放射体からの試料の噴出と、前記質量分析計に入る前記試料のイオンの形成をもたらす、システム。

【請求項2】

前記システムは、前記基材を移動させる機構をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記質量分析計は、卓上質量分析計または小型の質量分析計である、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記質量分析計は、四重極イオントラップと、直線型イオントラップと、円筒型イオントラップと、イオンサイクロトロン共鳴トラップと、オルビトラップとからなる群より選択される質量アナライザを含む、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記複数の中空放射体は、同一である、請求項２に記載のシステム。

【請求項6】

前記複数の中空放射体は、相互に均等に離間されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記電極は、前記基材から約２ｍｍである、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記電圧は、パルス状である、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

試料を分析するための方法であって、前記方法は、
（ａ）複数の中空放射体の各々に試料を提供することと、
（ｂ）所定の時間において前記複数の中空放射体のうちの単一の中空放射体に電極からの電圧を誘導的に印加することにより、前記単一の中空放射体から前記試料を噴出させ、前記試料のイオンを形成することと、
（ｃ）質量分析計への前記試料の前記イオンを受けることと、
（ｄ）前記質量分析計において前記試料の前記イオンを分析することと
を含む、方法。

【請求項10】

基材を移動させることと、前記方法のステップ（ｂ）〜（ｃ）を繰り返すこととをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記質量分析計は、卓上質量分析計または小型の質量分析計である、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記質量分析計は、四重極イオントラップと、直線型イオントラップと、円筒型イオントラップと、イオンサイクロトロン共鳴トラップと、オルビトラップとからなる群より選択される質量アナライザを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記複数の中空放射体は、同一である、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記複数の中空放射体は、相互に均等に離間されている、請求項９に記載の方法。

【請求項15】

前記試料は、１，０００ｎｇ以下である、請求項９に記載の方法。

【請求項16】

前記電極は、前記複数の中空放射体から約２ｍｍである、請求項９に記載の方法。

【請求項17】

前記電圧は、パルス状である、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願への相互参照）
本願は、２０１１年１月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／４３４，４７３号への優先権および利益を主張し、この米国仮特許出願は全体の内容は、本明細書中に参考として援用される。

【0002】

（政府支援）
合衆国政府は、本発明においてペイドアップ・ライセンスを、そして限られた範囲で権利を有し、海軍研究事務所（Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）により授与された契約番号Ｎ０００１４−０５−１−０４５４の条件により提供される適切な条件で、特許権者が他者に対してライセンス供与することを必要とする。

【0003】

（発明の分野）
本発明は、一般的に、イオンの生成を、不連続の大気インターフェースの周期（ｃｙｃｌｉｎｇ）と同期させるための方法および装置に関する。

【背景技術】

【0004】

（背景）
質量分析計（ＭＳ）は、とりわけ、公衆安全、科学捜査、食品安全および製剤品質保証の領域における、迅速な痕跡分析に対する要求の増加により、現在強化されている化学分析において重要な役割を果たす。これらの要求は、ＭＳの設備および手法を簡素化する必要性を引き起こしている。同様に、このことは、小型の設備の開発（非特許文献１；非特許文献２；および、非特許文献３）、ならびに、天然状態で調製することなく試料が試験されるアンビエントイオン化法の開発（非特許文献４；非特許文献５；非特許文献６；非特許文献７；非特許文献８；非特許文献９；非特許文献１０；非特許文献１１；および、非特許文献１２）をもたらしている。特に、研究所の外で容易に使用され得る質量分析計を製造するために、小型化した設備が、アンビエントイオン化法と組み合わせられる。

【0005】

しかしながら、小型化した設備とアンビエントイオン化を組み合わせるシステムの課題は、このようなシステムが、小型の質量分析計のポンピング速度が遅く、処理しなければならない霧化ガスおよび溶媒容量が多量であることにより、制限されることである。この課題は、不連続の大気圧インターフェースの開発（ＤＡＰＩ；非特許文献１３；非特許文献１４；および、非特許文献１５）により取り組まれている。ＤＡＰＩインターフェースは、一時的に開かれ、イオンの塊、溶媒蒸気およびガスを収容し、ついで、捕捉されたイオンが質量分析される前に、中性物質が噴出される間に閉じられる。

【0006】

ＤＡＰＩの実施によっても、依然、小型化した設備とアンビエントイオン化を組み合わせるシステムの、感度およびサンプリング効率を向上する必要性がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｇａｏら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００６，７８，５９９４−６００２

【非特許文献2】Ｃｏｔｔｅ−Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚら、Ａｎａｌｙｓｔ ２００６，１３１，５７９−５８９

【非特許文献3】Ｃｏｔｔｅ−Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，１５１２−１５１９

【非特許文献4】Ｖｅｎｔｅｒら、ＴｒＡＣ，Ｔｒｅｎｄｓ Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，２７，２８４−２９０

【非特許文献5】Ｃｏｏｋｓら、Ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ ２００９，９２，２９７−２９７

【非特許文献6】Ｉｆａら、Ａｎａｌｙｓｔ ２０１０，１３５，６６９−６８１

【非特許文献7】Ｓｈｉｅａら、Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００５，１９，３７０１−３７０４

【非特許文献8】Ｈｕａｎｇら、Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２０１０，３，４３−６５

【非特許文献9】Ｃｈｅｎら、Ｊ Ａｍ Ｓｏｃ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ ２００９，２０，１９４７−１９６３

【非特許文献10】Ｌａｗら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．２００９，４８，８２７７−８２８０

【非特許文献11】Ｃｈｉｎｇｉｎら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１０，４９，２３５８−２３６１

【非特許文献12】Ｗｅｓｔｏｎ、Ａｎａｌｙｓｔ ２０１０，１３５，６６１−６６８

【非特許文献13】Ｇａｏら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，４０２６−４０３２

【非特許文献14】Ｇａｏら、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００９，２８３，３０−３４

【非特許文献15】Ｇａｏら、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００９，２８３，３０−３４

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

（要旨）
本発明は、イオンの生成を、不連続の大気インターフェースの周期と同期させることが、イオン生成が連続的で、不連続の大気圧インターフェースの周期と独立して動作する、従前のシステムと比較して、感度が改善され、溶媒使用量が低減され、霧化ガス使用量が低減され、サンプリング効率が改善されたシステムを提供することと認識する。このように、本発明のシステムは、より高感度で、より高効率な質量分析計を提供する。特に、本発明のシステムは、研究所の外での使用および、試料の現場、例えば、犯罪現場、食品加工施設または空港での検問所での使用に十分に適合する。

【0009】

ある態様において、本発明は、試料イオンを生成する質量分析プローブ、不連続の大気インターフェースおよび質量アナライザを含む、試料を分析するためのシステムを提供し、ここで、前記システムは、イオンの形成が前記不連続の大気インターフェースの周期と同期させるように構成される。ある実施形態において、前記プローブは、スプレー放射体および高電圧源を含み、前記プローブは、前記高電圧源が、前記スプレー放射体により放出されたスプレーと接触しないように構成される。ある実施形態において、前記イオンは、誘導電荷により生成される。

【0010】

他の態様において、本発明は、質量分析プローブを使用して、試料中の検体のイオンを生成する工程、前記イオンを不連続的に質量アナライザに導入する工程、および、前記イオンを分析する工程を含む、試料を分析するための方法を提供し、ここで、前記生成工程は、前記質量アナライザへの前記イオンの導入工程と同期される。不連続の大気圧インターフェースおよび、イオンを不連続的に質量アナライザに導入する方法は、米国特許出願特願１２／６２２，７７６に記載されており、その内容全体は、参照により本願明細書に援用される。

【0011】

前記質量分析プローブは、当該分野において公知の任意のプローブであり得る。ある実施形態において、前記プローブは、大気圧直接イオン化技術により動作する。大気圧直接イオン化／サンプリング法を利用する典型的な質量分析法としては、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ；Ｔａｋａｔｓら、Ｓｃｉｅｎｃｅ，３０６：４７１−４７３，２００４、および、米国特許第７，３３５，８９７）；リアルタイムにおける直接分析（ＤＡＲＴ；Ｃｏｄｙら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７７：２２９７−２３０２，２００５）、大気圧誘電体バリア放電イオン化（ＤＢＤＩ；Ｋｏｇｅｌｓｃｈａｔｚ，Ｐｌａｓｍａ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２３：１−４６，２００３、および、ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ２００９／１０２７６６）、ならびに、エレクトロスプレー支援レーザー脱離／イオン化（ＥＬＤＩ；Ｓｈｉｅａ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，１９：３７０１−３７０４，２００５）が挙げられる。これらの参考文献それぞれの内容全体は、参照により本願明細書に援用される。特定の実施形態において、前記大気圧直接イオン化技術は、脱離エレクトロスプレーイオン化である。

【0012】

他の実施形態において、前記プローブは、エレクトロスプレーイオン化により動作する。他の実施形態において、前記プローブは、紙スプレープローブである（国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／３２８８１）。他の実施形態において、前記プローブは、低温プラズマプローブである。このようなプローブは、米国特許出願特願１２／８６３，８０１に記載されており、その内容全体は、参照により本願明細書に援用される。

【0013】

他の実施形態において、前記システムは、さらに、霧化ガス供給源を含む。ある実施形態において、前記霧化ガス供給源は、ガスのパルスを供給するように構成される。一般的に、前記ガスパルスはまた、イオン形成および前記不連続の大気インターフェースの周期と同期される。

【0014】

ある実施形態において、イオンを不連続的に質量アナライザに導入する工程は、大気圧インターフェースに連結された弁を開ける工程（ここで、弁を開けることにより、実質的に大気圧におけるイオンを、減圧下の質量アナライザに移動させる）、および大気圧インターフェースに連結された弁を閉じる工程（ここで、を閉じることにより、実質的に大気圧におけるイオンの減圧下の質量アナライザへの更なる移動を防止する）を含む。

【0015】

前記質量アナライザは、質量分析計またはハンドヘルドの質量分析計用でもよい。典型的な質量アナライザとしては、四重極イオントラップ、直線型イオントラップ、円筒型イオントラップ、イオンサイクロトロン共鳴トラップまたはオルビトラップ（ｏｒｂｉｔｒａｐ）が挙げられる。

【0016】

本発明の他の態様は、試料を、装置を通して流す工程、前記流れる試料と接触しない供給源から電圧をパルスして、前記流れる試料と誘導的に相互作用し、これにより、試料イオンを生成する工程を含む、試料イオンを形成する方法を提供する。ある実施形態において、前記装置は、大気圧直接イオン化技術、例えば、脱離エレクトロスプレーイオン化により動作するプローブである。他の実施形態において、前記プローブは、エレクトロスプレーイオン化により動作する。他の実施形態において、前記プローブは、紙スプレープローブである。他の実施形態において、前記プローブは、低温プラズマプローブである。

【0017】

本発明の他の態様は、質量分析プローブから試料スプレーを生成する工程、前記試料スプレーと接触しない供給源から電圧をパルスして、前記試料スプレーと誘導的に相互作用し、これにより、試料イオンを生じさせる工程、および、前記電圧のパルスを、不連続の大気インターフェースの周期と同期させる工程を含む、質量分析プローブからの試料イオン生成を不連続の大気インターフェースの周期と同期させるための方法を提供する。本発明の方法は、さらに、霧化ガスをパルスして、試料と相互作用させる工程を含む。前記工程において、前記ガスパルスはまた、イオン形成および前記不連続の大気インターフェースの周期と同期される。

【0018】

発明の他の態様は、物理的な接触をすることなく、エレクトロスプレー／ナノエレクトロスプレー／紙スプレーのチップ上に高電圧を印加するための方法を提供する。前記誘導された高電圧により、エレクトロスプレー／ナノエレクトロスプレー／紙スプレー中の液滴を破裂させ（国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／３２８８１）、スプレーの周波数は、印可された電位の周波数である。本発明の方法は、低温プラズマプローブと共に使用されてもよい。このようなプローブは、米国特許出願特願１２／８６３，８０１に記載されており、その内容全体は、参照により本願明細書に援用される。

【0019】

本発明の他の態様は、試料スプレーにパルス状の電圧を前記スプレーと接触しない電極から印加して、前記スプレーにおいて陽イオンおよび陰イオンの両方を生じさせる工程を含む、試料スプレーにおいて陽イオンおよび陰イオンの両方を生じさせる方法を提供する。前記方法は、さらに、前記陽イオンおよび前記陰イオンのマススペクトルを記録する工程を含んでもよい。記録工程は、質量分析計が前記試料を受けている間に、前記質量分析計の極性を切り替える工程を含んでもよい。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
試料を分析するためのシステムであって、
試料イオンを生成する質量分析プローブ；
不連続の大気インターフェース：および、
質量アナライザ
を含み、
前記システムは、イオン形成が前記不連続の大気インターフェースの周期と同期されるように構成される、
システム。
（項目２）
前記プローブが、スプレー放射体および高電圧源を含み、
前記プローブは、前記高電圧源が、前記スプレー放射体により放出されたスプレーと接触しないように構成される、項目１記載のシステム。
（項目３）
イオンが、誘導電荷により生成される、項目２記載のシステム。
（項目４）
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目１記載のシステム。
（項目５）
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目４記載のシステム。
（項目６）
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目１記載のシステム。（項目７）
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目１記載のシステム。
（項目８）
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目１記載のシステム。
（項目９）
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目１記載のシステム。
（項目１０）
前記質量アナライザが、質量分析計またはハンドヘルドの質量分析計用である、項目１記載のシステム。
（項目１１）
前記質量アナライザが、四重極イオントラップ、直線型イオントラップ、円筒型イオントラップ、イオンサイクロトロン共鳴トラップおよびオルビトラップからなる群から選択される、項目１０記載のシステム。
（項目１２）
さらに、霧化ガス供給源を含む、項目１記載のシステム。
（項目１３）
前記霧化ガス供給源が、ガスのパルスを供給するように構成される、項目１２記載のシステム。
（項目１４）
前記ガスパルスがまた、イオン形成および前記不連続の大気インターフェースの周期と同期される、項目１３記載のシステム。
（項目１５）
試料を分析するための方法であって、
質量分析プローブを使用して、試料中の検体のイオンを生成する工程；
前記イオンを不連続的に質量アナライザに導入する工程；および、
前記イオンを分析する工程を含み、
前記生成工程が、前記アナライザへの前記イオンの導入工程と同期される、
方法。
（項目１６）
誘導電荷を使用して、イオンを生成する、項目１５記載の方法。
（項目１７）
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目１５記載の方法。
（項目１８）
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目１７記載の方法。
（項目１９）
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目１５記載の方法。
（項目２０）
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目１５記載の方法。
（項目２１）
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目１５記載の方法。
（項目２２）
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目１５記載の方法。
（項目２３）
前記不連続的に導入する工程が、
大気圧インターフェースに連結された弁を開ける工程であって、ここで、前記弁を開けることにより、実質的に大気圧におけるイオンを、減圧下の前記質量アナライザに移動させる工程；および、
大気圧インターフェースに連結された前記弁を閉じる工程であって、ここで、前記弁を閉じることにより、実質的に大気圧における前記イオンの、減圧下の前記質量アナライザへの更なる移動を防止する工程
を含む、項目１５記載の方法。
（項目２４）
分析工程が、質量アナライザを提供して、前記試料中の検体のマススペクトルを生成する工程を含む、項目１５記載の方法。
（項目２５）
前記質量アナライザが、四重極イオントラップ、直線型イオントラップ、円筒型イオントラップ、イオンサイクロトロン共鳴トラップおよびオルビトラップからなる群から選択される、項目２３記載の方法。
（項目２６）
試料イオンを形成する方法であって、
試料を、装置を通して流す工程；
前記流れる試料と接触しない供給源から電圧をパルスして、前記流れる試料と誘導的に相互作用させ、これにより、試料イオンを生じさせる工程
を含む、方法。
（項目２７）
前記装置が、質量分析プローブである、項目２６記載の方法。
（項目２８）
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目２７記載の方法。
（項目２９）
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目２８記載の方法。
（項目３０）
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目２７記載の方法。
（項目３１）
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目２７記載の方法。
（項目３２）
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目２７記載の方法。
（項目３３）
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目２７記載の方法。
（項目３４）
質量分析プローブからの試料イオン生成を不連続の大気インターフェースと同期させるための方法であって、
質量分析プローブから試料スプレーを生成する工程；
前記試料スプレーと接触しない供給源から電圧をパルスして、前記試料スプレーと誘導的に相互作用させ、これにより、試料イオンを生じさせる工程；および、
前記電圧のパルスを、前記不連続の大気インターフェースの周期と同期させる工程
を含む、方法。
（項目３５）
さらに、霧化ガスをパルスして、前記試料と相互作用する工程を含み、ここで、前記ガスパルスがまた、イオン形成および前記不連続の大気インターフェースの周期と同期される、項目３４記載の方法。
（項目３６）
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目３４記載の方法。
（項目３７）
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目３６記載の方法。
（項目３８）
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目３４記載の方法。
（項目３９）
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目３４記載の方法。
（項目４０）
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目３４記載の方法。
（項目４１）
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目３４記載の方法。
（項目４２）
試料スプレーにおいて陽イオンおよび陰イオンの両方を生じさせる方法であって、
前記スプレーと接触しない電極から、試料スプレーにパルス状の電圧を印加して、前記スプレーにおいて陽イオンおよび陰イオンの両方を生じさせる工程を含む、
方法。
（項目４３）
さらに、前記陽イオンおよび前記陰イオンのマススペクトルを記録する工程を含む、項目４２記載の方法。
（項目４４）
記録工程は、質量分析計が前記試料を受けている間に、前記質量分析計の極性を切り替える工程を含む、項目４２記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1-1】図１において、ａ）は、小型のＭＳを使用し、荷電液滴形成、霧化ガスのパルシングおよびＭＳへの試料の導入が全て同期される、本発明のシステムおよび方法の模式図である。ｂ）は、同期実験に使用されるパルスシーケンスである。ｃ）およびｄ）は、１：１００の負荷サイクルで動作するＤＡＰＩに接続される小型ＭＳを使用する、ガラス基材、スプレー溶媒ＭｅＯＨ／水（０．５μＬ／分）上のコカインについて記録された５回のＤＥＳＩマススペクトルの平均である。ｃ）は、１０ｎｇのコカインを使用する同期されたＤＥＳＩ／ＤＡＰＩ−小型実験である。ｄ）は、１，０００ｎｇのコカインを使用する従来の実験である。

【図1-2】図１において、ａ）は、小型のＭＳを使用し、荷電液滴形成、霧化ガスのパルシングおよびＭＳへの試料の導入が全て同期される、本発明のシステムおよび方法の模式図である。ｂ）は、同期実験に使用されるパルスシーケンスである。ｃ）およびｄ）は、１：１００の負荷サイクルで動作するＤＡＰＩに接続される小型ＭＳを使用する、ガラス基材、スプレー溶媒ＭｅＯＨ／水（０．５μＬ／分）上のコカインについて記録された５回のＤＥＳＩマススペクトルの平均である。ｃ）は、１０ｎｇのコカインを使用する同期されたＤＥＳＩ／ＤＡＰＩ−小型実験である。ｄ）は、１，０００ｎｇのコカインを使用する従来の実験である。

【図2-1】図２において、ａ）は、ナノ噴霧器における電圧および電流の測定である。ｂ）は、隣接する電極に電圧がパルスされた場合の、ＤＥＳＩ源内部で記録された誘導電圧である。ｃ）は、イオン源の電位を変化せずに、５Ｈｚでなされた連続的なスキャンにおいて記録された両極性を示す、ＭＲＦＡ（ＭＥＴ−ＡＲＧ−ＰＨＥ−ＡＬＡ）（ガラス上に２０ｎｇ）の同期されたＤＥＳＩマススペクトルである。

【図2-2】図２において、ａ）は、ナノ噴霧器における電圧および電流の測定である。ｂ）は、隣接する電極に電圧がパルスされた場合の、ＤＥＳＩ源内部で記録された誘導電圧である。ｃ）は、イオン源の電位を変化せずに、５Ｈｚでなされた連続的なスキャンにおいて記録された両極性を示す、ＭＲＦＡ（ＭＥＴ−ＡＲＧ−ＰＨＥ−ＡＬＡ）（ガラス上に２０ｎｇ）の同期されたＤＥＳＩマススペクトルである。

【図3-1】図３は、Ｍｉｎｉ１０におけるＤＡＰＩインターフェース（負荷サイクル１：１００）による、５分間シグナルを平均化した、ＭｅＯＨ／水における１μｇ／ｍＬのメタンフェタミンを使用するナノエレクトロスプレーである。ａ）は、同期実験（スキャンあたり８０ｐＬ、流速５ｎＬ／分）である。ｂ）は、従来の実験（６．５ｎＬ、流速４００ｎＬ／分）である。ｃ）は、イオン源の電位を変化せずに、卓上ＭＳを使用して連続的なスキャンにおいて両極性を記録する、１００ｎｇ／ｍＬのＵｌｔｒａ ｍａｒｋ１６２１の同期されたエレクトロスプレーＭＳである。

【図3-2】図３は、Ｍｉｎｉ１０におけるＤＡＰＩインターフェース（負荷サイクル１：１００）による、５分間シグナルを平均化した、ＭｅＯＨ／水における１μｇ／ｍＬのメタンフェタミンを使用するナノエレクトロスプレーである。ａ）は、同期実験（スキャンあたり８０ｐＬ、流速５ｎＬ／分）である。ｂ）は、従来の実験（６．５ｎＬ、流速４００ｎＬ／分）である。ｃ）は、イオン源の電位を変化せずに、卓上ＭＳを使用して連続的なスキャンにおいて両極性を記録する、１００ｎｇ／ｍＬのＵｌｔｒａ ｍａｒｋ１６２１の同期されたエレクトロスプレーＭＳである。

【図4】図４は、ＤＥＳＩスプレー放射体チップ内部で測定された電圧曲線である。左側：１１ｍｓ間溶液に印加された、単独の従来のコンタクトＤＣパルス（３ｋＶ）（立ち上がり時間約２０ｍｓ、下降時間約２５０ｍｓ）、中央：５，０００Ｈｚで１１ｍｓ間印加されたパルス状の誘導ＤＣ（５ｋＶ）、右側：１０００Ｈｚで１１ｍｓ間印加されたパルス状の誘導ＤＣ（５ｋＶ）。誘導電位は、ＤＥＳＩ源の外側金属キャピラリーに印加され、立ち上がり時間および降下時間は、１ｍｓ未満であった。

【図5】図５において、上側：１ｎｇのメタンフェタミン（ｍ／ｚ１５０）の同期されたＤＥＳＩ／ＭｉｎｉのＭＳスペクトル、下側：１００ｎｇのメタンフェタミン（ｍ／ｚ１５０）の従来のＤＥＳＩ／ＭｉｎｉのＭＳスペクトルである。

【図6】図６は、実線の曲線）：従来のＤＥＳＩ／ＤＡＰＩ／Ｍｉｎｉ１０を使用して１５秒間持続する、１，０００ｎｇの試料、および、破線の曲線）：同期されたＤＥＳＩ／ＤＡＰＩ／Ｍｉｎｉ１０を使用して２５秒間持続する１０ｎｇの試料を使用する、選択されたイオン（コカインについてのｍ／ｚ３０４）のクロノグラムである。

【図7】図７は、コカイン（３００ｎｇ／ｍＬ）およびｐ−トルエンスルホン酸（１００ｎｇ／ｍＬ）の両方を含む溶液の従来の（コンタクトＤＣ）ナノＥＳＩについての、全イオンクロノグラムである。Ａ）は、従来のナノＥＳＩ放射体（溶液接触）に印加される、５回の正パルスの高電圧（１．４ｋＶ）パルス、続けて９回の負パルス（−１．４ｋＶ）によるポジティブモードにおいて動作するＭＳ検出器である。挿入図：コカインのプロトン化イオン（ｍ／ｚ３０４）。Ｂ）は、従来のナノＥＳＩ放射体（溶液接触）に印加される、５回の正パルスの高電圧（１．４ｋＶ）パルス、続けて９回の負パルス（−１．４ｋＶ）によるネガティブモードにおいて動作するＭＳ検出器である。挿入図：ｐ−トルエンスルホン酸の脱プロトン化イオン（ｍ／ｚ１７１）。

【図8】図８は、ｐ−トルエンスルホン酸（２０ｎｇ／ｍＬ）、プロプラノロール（５０ｎｇ／ｍＬ）およびアテノロール（７０ｎｇ／ｍＬ）を含む溶液についての、卓上ＭＳを使用する同期されたＥＳＩ検出である。上側：ネガティブモードにおいてＭＳ検出器を動作し、脱プロトン化されたｐ−トルエンスルホン酸（ｍ／ｚ１７１）が検出された際に記録されたスペクトルである。下側：ポジティブモードにおいてＭＳ検出器を動作し、プロトン化されたプロプラノロール（ｍ／ｚ２６０）およびアテノロール（ｍ／ｚ２６７）が検出された際に記録されたスペクトルである。

【図9】図９は、２μｇ／ｍＬのレセルピンについての、従来のナノＥＳＩのＭＳスペクトルと同期されたナノＥＳＩのＭＳスペクトルとの比較である。上側：検出された酸化産物（ｍ／ｚ６２５）についての従来のナノＥＳＩであり、Ｐｅｉｎｔｌｅｒ−Ｋｒｉｖａｎら（Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ２０１０，２４，１３２７−１３３４）の結果と同様であった。下側：同期された誘導ナノＥＳＩのＭＳスペクトルである。

【図10】図１０は、直線型イオントラップを有する小型の質量分析計に連結される不連続の大気圧インターフェースを模式的に示す。

【図11】図１１は、試料材料（検体）上にＤＥＳＩ活性スプレーを生成および導入し、得られた脱離イオンを収集および分析するためのスプレー装置を模式的に示す。

【図12】図１２は、低温プラズマ（ＬＴＰ）プローブの一実施形態を模式的に示す。

【図13A】図１３において、ａ）は、試料溶液をエレクトロスプレーイオン化用の紙片に供給することを模式的に示す。ｂ）は、試料溶液を紙上に予めスポットし、続けて溶媒の液滴をエレクトロスプレーイオン化用の紙に供給することを模式的に示す。

【図13B】図１３において、ａ）は、試料溶液をエレクトロスプレーイオン化用の紙片に供給することを模式的に示す。ｂ）は、試料溶液を紙上に予めスポットし、続けて溶媒の液滴をエレクトロスプレーイオン化用の紙に供給することを模式的に示す。

【図14】図１４において、ａ）は、高スループット誘導ｎＥＳＩイオン供給源アレイ（回転形状）を模式的に示す。ｂ）は、誘導ｎＥＳＩイオン供給源アレイ（直線形状）を模式的に示す。挿入図：印加された電圧パルス列（１０−３０００Ｈｚ、２−４ｋＶ）における、誘導ｎＥＳＩプルームの画像である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（詳細な説明）
本発明は、一般的に、イオンの生成を、不連続の大気インターフェースの周期と同期させるための方法および装置に関する。ある実施形態において、本発明は、試料イオンを生成する質量分析プローブ、不連続の大気インターフェースおよび質量アナライザを含む、試料を分析するためのシステムを提供する。前記システムは、イオンの形成が前記不連続の大気インターフェースの周期と同期されるように構成される。図１に、典型的なシステムを示す。前記システムは、アンビエントイオン化法により動作する質量分析プローブを含む。アンビエントイオン化法としては、スプレーに基づく方法（Ｃｏｏｋｓら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００６，３１１，１５６６−１５７０；Ｔａｋａｔｓら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００４，３０６，４７１−４７３；Ｔａｌａｔｙら、Ａｎａｌｙｓｔ ２００５，１３０，１６２４−１６３３；Ｌｉｕら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２０１０，８２，２４６３−２４７１；Ｗａｎｇら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１０，４９，８７７−８８０；Ｋｅｒｔｅｓｚら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，１０２７−１０３２；Ｋｅｒｔｅｓｚら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，５１６８−５１７７；および、Ｂｅｒｅｍａｎら、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００７，１８，１０９３−１０９６）、プラズマに基づく方法（Ｃｏｄｙら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００５，７７，２２９７−２３０２；および、Ｂｌｏｃｋら、Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍ．２０１０，５８，４６１７−４６２５）、ならびに、レーザー支援法（Ｂｒａｄｙら、Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２０１０，２４，１６５９−１６６４；Ｊｕｄｇｅら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２０１０，８２，３２３１−３２３８；Ｎｅｍｅｓら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００７，７９，８０９８−８１０６；Ｎｅｍｅｓら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，４５７５−４５８２；および、Ｎｅｍｅｓら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００９，８１，６６６８−６６７５）が挙げられる。

【0022】

他のアンビエント法と同様に、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）は、簡易な計測化、迅速かつ高感度の分析および幅広い適用性という利点を有する。同期された誘導ＤＥＳＩは、良好な性能：ｉ）１：１００のＤＡＰＩ負荷サイクルを使用している間でも、１００倍を超える感度の向上（図１ｃおよび１ｄ）、ｉｉ）約５μＬ／分から約０．５μＬ／分への溶媒スプレー流量の低減、ｉｉｉ）約２から０．２Ｌ／分への霧化ガスの使用量の低減、ｉｖ）１００倍のサンプリング効率の改善、および、ｖ）パルス状の単極イオン源を使用する陽イオンスペクトルおよび陰イオンスペクトルの疑似的な同時記録、を示す。

【0023】

図１は、ＤＥＳＩプローブが、スプレー放射体および高電圧源を含む構成のシステムを示す。前記プローブは、前記高電圧源が、前記スプレー放射体により放出されたスプレーと接触しないように構成される。このように、前記イオンは、誘導電荷により生成される。すなわち、主要な微液滴を帯電させるために誘導法が使用される。これにより、液滴形成が試料導入システムの開放と（および霧化ガスのパルシングにも）同期される。前記生成されたイオンは、不連続の大気インターフェースである、質量分析計に操作可能に連結された遠位端に導入される。

【0024】

イオン生成とＤＡＰＩ周期との同期は、スプレー放射体の近くに電極を配置し（典型的には、２〜５ｍｍの距離）、高い正の電位（５〜７ｋＶ、５０〜３，０００Ｈｚ、パルス幅約０．２〜２ｍｓ）で電極を繰り返しパルスすることによる、荷電液滴形成の正確な制御に基づいている。前記パルス状の正の電圧は、スプレー放射体チップとしての役割を果たす内側のシリカキャピラリー（ｉｄ５０μｍ）を覆う、金属チューブ（ｉｄ２５０μｍ）に印加される。電磁誘導は、荷電液滴の破裂をもたらすＤＥＳＩ源において高い電場を生じさせる。ＤＡＰＩインターフェースとの正確な同期は、前記誘導されたパルス状のＤＣ高電圧が、約１ｍｓの必須の短いオン／オフ応答時間を有するため、可能となる（図２ｂおよび図４に、誘導および従来のコンタクトＤＣスプレーを比較するタイミング制御データを示す）。前記霧化ガスの流れも、ＭＳスキャン機能に同期される（図１ｂ）。ＤＡＰＩピンチ弁は、イオンがＭＳ内に収容される間の、最初の１０ｍｓ間開けられ、ついで、スキャン期間の残りの間閉じられた。スプレー電圧および霧化ガスは両方とも、ピンチ弁が開けられて、このピンチ弁がイオン導入期間中の１０ｍｓ間開けられたままにされる前の２０ｍｓの間に動作された。スプレー溶液の流量を、０．５μＬ／分に設定した。同期実験における他のＤＥＳＩ条件を、従来のＤＥＳＩ実験におけるものと同様とした（実施例１および以下の表１を参照のこと）。

【0025】

【表1】

【0026】

ａ ＤＥＳＩ放射体内で測定された誘導電圧（ピーク−ピーク）
ｂ ガス流量の平均。

【0027】

図１ｃおよび１ｄに、従来のアンビエントイオン化システムと比較した、本発明のシステムの改善された感度およびサンプリング効率を示すデータを提供する。図１ｃは、従来の連続モードではＤＥＳＩスペクトルを記録するのに、１μｇのコカインが必要である（図１ｄ）のに対して、同期モードでは１０ｎｇのコカインにより与えられることを示す。この結果および、他の化合物（アテノロール、メタンフェタミンおよびモルヒネ）についての類似の結果は、小型のＭＳを使用する従来のＤＥＳＩに対して、同期されたＤＥＳＩにおいて、およそ２桁の感度の向上を示す（図５）。

【0028】

検出限界の低下に加えて、同期されたＤＥＳＩは、より高いサンプリング効率も提供する。従来のＤＥＳＩに関して、１μｇのコカインシグナルは、約１５秒間持続する。一方、同期により、１０ｎｇの試料だけで、同じ期間のシグナルが提供される（図６）。感度の２桁の改善は、イオン化効率が最も重要となる少量の試料について、特に重要である。同期による他の改善としては、約２．１Ｌ／分から約０．１５Ｌ／分への霧化ガス流量の低減、および、５μＬ／分から０．５μＬ／分へのスプレー溶液流量の低減が挙げられる。

【0029】

分析性能の改善と同様に重要なのが、印加される電位の極性を変更することなく、単一のスプレー放射体から正極性および負極性の両方のイオンを、実質的に同時に生じさせるという点で達成される新たな性能である。この性能は、テトラペプチドＭＲＦＡについて得られるスペクトルにより示される（図２ｃ）。ポジティブモードにおいてプロトン化された分子が現れ、検出器の極性がネガティブに切り替えられた場合、脱プロトン化された形態が現れる。検出器の切り替えは、連続的なスキャンにおいて交互に起こる極性のスペクトルを記録するのに十分な速さである、１Ｈｚでなされ得る。一方、従来のパルス状のＤＣエレクトロスプレー（Ｍａｈｅｓｈｗａｒｉら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００６，８９．２３４１０３；および、Ｃｈｅｔｗａｎｉら、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２０１０，２１，１８５２−１８５６）は、正または負のいずれかのイオンを供給したが、両方の極性を供給することはなかった（図７）。この両極性能は、誘導ＤＥＳＩにおいて含まれる電圧の特徴に基づいている。同期実験中にＤＥＳＩスプレー放射体内で測定される誘導電位は、通常のコンタクト実験で使用されるのと同様に、供給源の外側電極に印加され、１．２〜２ｋＶの大きさのパルス状の電圧と同じ周波数を有することが見出された（図２ａおよびｂ）。ただし、前記放射体内の誘導電圧は、正の成分および負の成分の両方と、約３ｋＶのピーク−ピーク電圧との共鳴（ｒｉｎｇｉｎｇ）を示す。外側電極に印加される繰り返しのパルス状（５〜２，０００Ｈｚ）の正電位の短いパルス幅により、１ｍｓにおいて、誘導電位の高い正の値から高い負の値への振れが引き起こされた。観察された、明らかに安定したエレクトロスプレープルームは、ダイレクトコンタクトＡＣエレクトロスプレー実験（Ｍａｈｅｓｈｗａｒｉら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００６，８９．２３４１０３；および、Ｃｈｅｔｗａｎｉら、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２０１０，２１，１８５２−１８５６）において達成されたのと同様に、誘導電位が、エレクトロスプレーを生成するのに十分高いことを示している。その結果として、異極性においてスプレー溶液を直ちに分極することにより、任意のイオン源を変更することなく、質量分析計の極性を切り替えることにより、陽イオンおよび陰イオンの両方が、容易に観察され得た。これらの新たな性能は、迅速な化学物質検知を促進し、従来の試料操作を最少化するはずである。

【0030】

図３において、Ｍｉｎｉ１０に連結された、従来のナノエレクトロスプレーと同期されたナノエレクトロスプレーとの性能を比較する。サンプリング効率において８０倍の向上に対応する、同期されたスプレー流量が約８０倍低い場合でさえ、同様のイオン強度およびＳ／Ｎ比が達成される。これにより、シングルセル質量分析計と同様に、試料量が制限される場合の用途において、同期されたＥＳＩまたはＤＥＳＩの利点が強調される。両極性のイオンを検出する能力は、エレクトロスプレーイオン化に拡大する。一例としてＵｌｔｒａ ｍａｒｋ１６２１を使用して（図３ｃ）、同期されたＥＳＩ実験を市販の卓上設備で行う場合、陽イオンおよび陰イオンの両方が、検出され得た。同様の結果が、ｐ−トルエンスルホン酸、プロプラノロールおよびアテノロールについて観察された（図８）。スプレー放射体内における誘導電位の極性の素早い切り替えの他の利点は、ＤＥＳＩ／ＥＳＩ中における望ましくない電気化学反応の除去であった（図９）。

【0031】

要約すれば、ＤＥＳＩおよびＥＳＩの両方は、直接印加される電位よりむしろ誘導される電位の使用により利用できる、制御された液滴生成に由来する改善された感度に関して役に立つ（Ｔｕら、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００８，１９，１０８６−１０９０）。これらの利点は、プラズマに基づく方法を含む、他のアンビエントイオン化法にも拡大する。液滴形成と小型の質量分析計へのイオンの移動との同期は、霧化ガスおよび溶液の流量を１桁低減し、ｉｎ ｓｉｔｕでの操作を改善する。同期されたＤＥＳＩは、溶液極性のミリ秒反転を伴うスキャンの度にに基づいて、イオン極性の一時的な制御において、重要な新たな性能も提案する。ミリ秒タイムスケールでのＤＥＳＩ測定において（Ｂａｒｂｕｌａら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００９，８１，９０３５−９０４０）、および、ミリ秒時間でサンプリングする間の液相反応における中間体の研究（Ｐｅｒｒｙら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１０，ｉｎ ｐｒｅｓｓ）においての最近の関心は、両極性および、本方法の向上された感度から恩恵を受け得る。

【0032】

不連続の大気圧インターフェース（ＤＡＰＩ）
不連続の大気インターフェースは、Ｏｕｙａｎｇら（米国特許出願特願１２／６２２，７７６およびＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６５２４５）に記載されており、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。

【0033】

図１０に、典型的なＤＡＰＩを示す。ＤＡＰＩのコンセプトは、イオンの導入中にその流路を開き、ついで、それに続く各スキャン中に、質量分析のために流路を閉じることである。非常に大きなフローコンダクタンスを有するイオン移動流路が、伝統的な連続性のＡＰＩ用より、ＤＡＰＩ用として許容され得る。マニホールド内部の圧力は、前記流路が最大のイオン導入のために開かれた時に、一時的に著しく向上する。高電圧は全て遮断され得、低電圧ＲＦのみが、この期間中にイオンの捕捉用である。イオンの導入後、更なるイオンの操作のための、または、高電圧のスイッチが入れられ得、質量分析用の高電圧に対してＲＦがスキャンされ得る際の、質量分析のための最適な圧力に達し得るために、前記流路が閉じられ、圧力が期間にわたって減少し得る。

【0034】

ＤＡＰＩは、制御された方法において、大気の流れを開閉する。真空マニホールド内の圧力は、ＡＰＩが開いた際に増加し、ＡＰＩが閉じた際に低減する。質量アナライザまたは中間段階保存装置であり得る、ＤＡＰＩと捕捉装置との組み合わせは、所定のポンピング能力を有するシステムに内に、イオンパッケージの最大導入を許容する。

【0035】

非常に大きな開口は、新たな不連続の導入モードにおけるＡＰＩにおいて、圧力抑制構成要素として使用され得る。ＡＰＩが開かれる際の短期間に、イオン捕捉装置は、低いＲＦ電圧を有する捕捉モードで操作され、入ってくるイオンを保存し；同時に、他の構成要素、例えば、変換ダイノードまたは電子倍増管における高電圧を遮断して、より高電圧でのそれらの装置および電子機器に対する損傷を防止する。ついで、イオンがトラップにおいて質量分析され、または、質量分析用の真空システム内の他の質量アナライザに移動させられる時点で、ＡＰＩは閉じられ、マニホールド内の圧力が、質量分析に最適な値まで戻される。不連続の方法におけるＡＰＩの操作により可能なこの２種類の圧力モードの操作は、イオンの導入を最大化し、所定のポンピング能力を有する質量分析についての条件を最適化する。

【0036】

設計の目的は、質量アナライザ用に最適な真空圧を保持しながら、最も大きい開口を有することである。前記真空圧は、質量アナライザの種類に依存して、１０−３から１０−１０ｔｏｒｒの間である。大気圧インターフェースにおける開口が大きいほど、真空システムあるいは質量アナライザ内に送達されるイオン電流は高くなる。

【0037】

本願明細書において、ＤＡＰＩの典型的な実施形態を記載する。ＤＡＰＩは、大気圧の領域と真空の領域とを連結するシリコーンチューブの経路を開閉するのに使用されるピンチ弁を含む。ノーマルクローズピンチ弁（３９０ＮＣ２４３３０、ＡＳＣＯ Ｖａｌｖｅ Ｉｎｃ．、Ｆｌｏｒｈａｍ Ｐａｒｋ，ＮＪ）は、大気圧領域に対する真空マニホールドの開放を制御するのに使用される。２本のステンレス鋼のキャピラリーは、シリコーンプラスチックチューブ片に連結され、開／閉状態が前記ピンチ弁により制御される。大気に連結する前記ステンレス鋼のキャピラリーは、流入制限要因であり、２５０μｍのＩＤ、１．６ｍｍ（１／１６”）のＯＤおよび１０ｃｍの長さを有する。真空側のステンレス鋼キャピラリーは、１．０ｍｍのＩＤ、１．６ｍｍ（１／１６”）のＯＤおよび５．０ｃｍの長さを有する。前記プラスチックチューブは、１／１６”のＩＤ、１／８”のＯＤおよび５．０ｃｍの長さを有する。両方のステンレス鋼キャピラリーは、接地される。ｍｉｎｉ１０のポンピングシステムは、５Ｌ／分（０．３ｍ３／時間）のポンピング速度を有する、２段階隔膜ポンプ１０９１−Ｎ８４．０−８．９９（ＫＮＦ Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ Ｉｎｃ．、Ｔｒｅｎｔｏｎ，ＮＪ）および、１１Ｌ／秒のポンピング速度を有する、ＴＰＤ０１１ハイブリッドターボ分子ポンプ（Ｐｆｅｉｆｆｅｒ Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｃ．、Ｎａｓｈｕａ，ＮＨ）からなる。

【0038】

前記ピンチ弁の電源が常に入れられ、前記プラスチックチューブが常に開いている場合、フローコンダクタンスは、真空マニホールドにおける圧力が、隔膜ポンプ操作により３０ｔｏｒｒを超えるように高くなる。イオン移動効率は、０．２％と測定された。これは、連続性のＡＰＩを有する実験室規模の質量分析計に相当する。ただし、これらの条件下で、ＴＰＤ０１１ターボ分子ポンプは、作動され得ない。前記ピンチ弁の電源が切られる場合、前記プラスチックチューブは、圧迫されて閉じられ、ついで、前記ターボポンプは、スイッチが入れられ得て、マニホールドに１×１０^５ｔｏｒｒの範囲の最終的な圧力となるように、空気を入れる。

【0039】

イオントラップを使用する質量分析を行うための操作の順序は、通常、イオン導入、イオン冷却およびＲＦスキャニングを含むが、これらに限定されない。最初に、マニホールド圧がポンプダウンされた後に、スキャン機能が実行されて、イオン導入および質量分析のための開閉モードを切り替える。イオン化時間中に、２４ＶのＤＣが、ピンチ弁の電源として使用され、ＡＰＩが開く。直線型イオントラップ（ＲＩＴ）の端部電極における電位も、この期間中に接地に設定される。ピンチ弁についての最小限の応答時間は、１０ｍｓと見出され、１５ｍｓから３０ｍｓの間のイオン化時間が、不連続のＡＰＩの特性決定に使用される。２５０ｍｓから５００ｍｓの間の冷却時間は、ＡＰＩが閉じられて圧力が低下し、バックグラウンド大気分子との衝突によりイオンが冷却された後に実行される。ついで、前記電子倍増管における高電圧は、スイッチが入れられ、ＲＦ電圧は、質量分析用にスキャンされる。不連続のＡＰＩの操作中において、マニホールドにおける圧力変化は、Ｍｉｎｉ１０におけるマイクロピラニ真空計（ＭＫＳ ９２５Ｃ、ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）を使用して、モニターされ得る。

【0040】

脱離エレクトロスプレーイオン化
脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）は、例えば、Ｔａｋａｔｓら（米国特許第７，３３５，８９７）に記載されており、その内容全体は、参照により本願明細書に援用される。ＤＥＳＩは、アンビエント条件下における大気圧または減圧において、原料（検体）をイオン化および脱離させる。ＤＥＳＩシステムは、一般的に、霧化ガス内に液滴を送達することにより、ＤＥＳＩ活性スプレーを生成するための装置を含む。前記システムは、前記ＤＥＳＩ活性スプレーを表面上に導入するための手段も含む。前記ＤＥＳＩ活性スプレーは、前記表面と接触する間際に、荷電および非荷電の両方の、またはそれらのいずれかの液滴、気体イオン、霧化ガスおよび近接した大気の分子を含むものと理解される。空気圧で支援されるスプレーは、試料中に存在する場合、１つ以上の検体と相互作用する試料材料の表面上に導入され、検体または複数の検体の脱離イオンを生成する。脱離イオンは、質量分析用の質量アナライザ、サイズにより分離し、得られた電圧変化を測定するＩＭＳ装置、スペクトル分析用のフレーム分光計等に導入され得る。

【0041】

図１１に、ＤＥＳＩシステム１０の一実施形態を模式的に示す。このシステムにおいて、スプレー１１は、従来のエレクトロスプレー装置１２により生成される。装置１２は、液体溶媒１４が供給されるスプレーキャピラリー１３を含む。周囲の霧化キャピラリー１５は、霧化ガス、例えば、窒素（Ｎ_２）が高速で供給される環状の空間を形成する。一例において、前記液体は、水／メタノール混合液であり、前記ガスは、窒素である。高電圧を、電源１７により、金属の接続要素を介して、液体溶媒に印加する。キャピラリー１３を出発する液体と相互作用する高速の霧化ガスにより、液滴を含むＤＥＳＩ活性スプレー１１を形成する。ＤＥＳＩ活性スプレー１１は、天然の大気分子、霧化ガスおよび気体イオンを含んでもよい。エレクトロスプレー装置１２について記載されているが、霧化ガスジェットにより運ばれる液滴の流れを生成可能な任意の装置が、ＤＥＳＩ活性スプレー１１の形成に使用され得る。

【0042】

スプレー１１は、この例において面２２上に支持された試料材料２１上に導入される。試料を出発する脱離イオン２５は、前記脱離イオンを収集するために試料に十分近接して位置する、イオン移動ライン２４による分析用の質量分析計の大気入口またはインターフェース２３内に収集および導入される。面２２は、移動可能なプラットフォームでもよく、異なる領域において試料２１を脱離し、イオン化し、時折試料における成分分布のマップまたは画像を創作するための、周知の駆動手段によりｘ、ｙまたはｚ方向に移動され得る、移動可能なプラットフォームに搭載されてもよい。前記プラットフォームの電位および温度も、公知の手段により制御してもよい。質量分析計に通常見出される任意の大気インターフェースは、本発明において使用するのに適しているであろう。良好な結果が、典型的な加熱キャピラリー大気インターフェースを使用して得られている。良好な結果が、金属製または絶縁体製のいずれかの、延長された可撓性のイオン移動ラインを介してサンプリングする大気インターフェースを使用しても得られている。

【0043】

低温プラズマ
低温プラズマ（ＬＴＰ）プローブは、Ｏｕｙａｎｇら（米国特許出願特願１２／８６３，８０１およびＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０９／３３７６０）に記載されており、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。エレクトロスプレーまたはレーザーに基づくアンビエントイオン化源と異なり、プラズマ源は、エレクトロスプレー溶媒、補助ガスおよびレーザーを必要としない。ＬＴＰは、比較的低運動エネルギーであるが、反応性イオンおよび中性物質を含む、高エネルギー電子を有する非平衡プラズマとして特徴付けられ得；その結果が、表面から検体を脱離、イオン化し、検体の分子イオンまたはフラグメントイオンを生じさせる、低温アンビエントプラズマである。高温（平衡）プラズマと比較して、ＬＴＰの特徴的な特性は、ＬＴＰが、分子を原子にも小分子フラグメントにも分解しないことであり、分子の情報が、生じたイオンで保持される。ＬＴＰイオン化源は、小型化の可能性を有し、電力およびガスの消費が少ない（または周囲空気のみを使用する）。これらの利点により、操作コストが低減され得る。コスト節約に加えて、ＬＴＰに基づくイオン化法は、現場でのリアルタイム解析的分析用のポータブルな質量分析計に利用できる可能性を有する（Ｇａｏ，Ｌ．；Ｓｏｎｇ，Ｑ．；Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ，Ｇ．Ｅ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｄ．Ｏｕｙａｎｇ，Ｚ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００６，７８，５９９４−６００２；Ｍｕｌｌｉｇａｎ，Ｃ．Ｃ．；Ｔａｌａｔｙ，Ｎ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ２００６，１７０９−１７１１；および、Ｍｕｌｌｉｇａｎ，Ｃ．Ｃ．；Ｊｕｓｔｅｓ，Ｄ．Ｒ．；Ｎｏｌｌ，Ｒ．Ｊ．；Ｓａｎｄｅｒｓ，Ｎ．Ｌ．；Ｌａｕｇｈｌｉｎ，Ｂ．Ｃ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．，Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｔ ２００６，１３１，５５６−５６７）。

【0044】

図１２に、典型的なＬＴＰプローブを示す。このようなプローブは、放電ガス吸入口を有するハウジング、プローブチップ、２つの電極および誘電体バリアを含む。前記２つの電極は、誘電体バリアにより分離される。電源からの電圧の印加により、電場および低温プラズマを生成する。電場、またはガスの流れ、または両方により、低温プラズマを前記プローブチップの外側に押し出す。本願明細書に記載の前記プローブのイオン化源は、誘電体バリア放電（ＤＢＤ：Ｋｏｇｅｌｓｃｈａｔｚ，Ｕ．，Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ２００３，２３，１−４６）に基づいている。誘電体バリア放電は、高電圧シグナル、例えば、誘電体バリアにより分離された２つの電極間の交流電流の印加により達成される。非熱的な低電力プラズマが、変位電流を制限する誘電体を有する前記２つの電極間に形成される。このプラズマは、固体試料表面からの分子を脱離／イオン化する、ならびに、液体および気体をイオン化するのに使用され得る試料の周囲環境において、反応性イオン、電子、ラジカル、励起された中性物質および準安定種を含む。前記プラズマは、放電領域から取り出され、電場による力または電場およびガスの流れの組み合わせた力により試料表面に導入される。

【0045】

ある実施形態において、前記プローブは、さらに、電源を含む。前記電源は、直流または交流を供給し得る。ある実施形態において、前記電源は、交流を供給する。ある実施形態において、放電ガスは、放電ガス吸入口を通して前記プローブに供給され、前記電場および／または前記放電ガスは、低温プラズマを前記プローブチップの外側に押し出す。前記放電ガスは、任意のガスであり得る。典型的な放電ガスとしては、ヘリウム、圧縮大気または外気、窒素およびアルゴンが挙げられる。ある実施形態において、前記誘電体バリアは、電気的に絶縁な材料から構成される。典型的な電気的に絶縁な材料としては、ガラス、石英、セラミックスおよびポリマーが挙げられる。他の実施形態において、前記誘電体バリアは、各端部が開口しているガラス管である。他の実施形態において、電場の変化は、試料中の検体から生成されるイオンのエネルギーおよびフラグメント化度合いを調整する。

【0046】

湿らせた多孔質材料を使用するイオン化
イオンを生じさせるために湿らせた多孔質材料を含むプローブは、Ｏｕｙａｎｇら（米国特許出願特願１３／２６５，１１０およびＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／３２８８１）に記載されており、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。図１３Ａ−Ｂに、典型的なプローブを示す。多孔質材料、例えば、紙（例えば、ろ紙もしくはクロマトグラフ紙）または他の同様の材料は、液体および固体を保持および移動するのに使用され、イオンは、高電圧が前記材料に印加された場合、前記材料の端から直接生成される。前記多孔質材料は、溶媒の流れ、例えば、連続性の溶媒の流れから離れた（すなわち、分離または切断された）状態を保たれる。または、試料が、前記多孔質材料上にスポットされるか、または、前記試料を含む表面からその上に塗りつけられる。ついで、前記スポットされた試料または塗りつけられた試料は、高電圧源に連結され、前記試料イオンを生じさせ、続けて前記イオンが質量分析される。前記試料は、分離溶媒流を必要とせずに、前記多孔質材料を通して輸送される。空気圧の支援を必要とせずに、検体が輸送され、むしろ、質量分析計の前に保持された前記多孔質材料に、電圧が印加されるのみである。

【0047】

ある実施形態において、前記多孔質材料は、任意のセルロースベースの材料である。他の実施形態において、前記多孔質材料は、非金属の多孔質材料、例えば、綿、リンネル、羊毛、合成繊維製品または植物組織である。さらに他の実施形態において、前記多孔質材料は、紙である。紙の利点としては、コスト（紙は安価である）；完全に市販されており、物理的および化学的特性を調整し得ること；液体試料から粒子（細胞およびゴミ）をろ過し得ること；容易に成形し得ること（例えば、切断、引き剥がしまたは折り畳みが容易であること）；毛細管作用により液体が流れること（例えば、外部のポンピングおよび／または電源を必要としないこと）および、使い捨てられることが挙げられる。

【0048】

ある実施形態において、前記多孔質材料は、スプレー用に最適化された、肉眼で見える角度を有する固体チップに一体化される。これらの実施形態において、前記多孔質材料は、ろ過、前濃縮、固体状でのスプレー用の検体を含む溶媒のウィッキングに使用される。

【0049】

特定の実施形態において、前記多孔質材料は、ろ紙である。典型的なろ紙としては、セルロースろ紙、無灰ろ紙、ニトロセルロース紙、ガラスマイクロファイバーろ紙およびポリエチレン紙が挙げられる。任意の孔径を有するろ紙が使用され得る。典型的な孔径としては、グレード１（１１μｍ）、グレード２（８μｍ）、グレード５９５（４〜７μｍ）およびグレード６（３μｍ）が挙げられる。孔径は、スプレー材料内部の液体輸送に影響を与えるだけでなく、前記チップにおけるテイラーコーンの形成にも影響を及ぼすであろう。最適な孔径は、適切なテイラーコーンを生成し、液体の蒸発を低減するであろう。前記ろ紙の孔径は、ろ過における重要なパラメータでもある。すなわち、前記紙は、直接接続された前処理装置として作用する。低ｎｍ範囲の孔径を有する、市販の再生セルロースの限外ろ過膜は、１０００Ｄａの粒子を保持するように設計される。１０００Ｄａから１００，０００Ｄａの範囲の分画分子量を有する限外ろ過膜を、商業的に入手し得る。

【0050】

本発明のプローブは、前記多孔質材料の端に生成される高い電場を単に使用することに基づいて、ミクロンスケールの液滴を生成するのに十分役立つ。特定の実施形態において、前記多孔質材料は、イオン生成用に、肉眼で見える鋭く尖った先、例えば、三角形の先を有する形状である。本発明のプローブは、種々のチップ幅を有してもよい。ある実施形態において、前記プローブチップ幅は、少なくとも約５μｍ以上の幅であり、少なくとも約１０μｍ以上の幅であり、少なくとも約５０μｍ以上の幅であり、少なくとも約１５０μｍ以上の幅であり、少なくとも約２５０μｍ以上の幅であり、少なくとも約３５０μｍ以上の幅であり、少なくとも約４００μ以上の幅であり、少なくとも約４５０μｍ以上の幅等である。特定の実施形態において、前記チップ幅は、少なくとも約３５０μｍ以上の幅である。他の実施形態において、前記チップ幅は、少なくとも約４００μｍである。他の実施形態において、本発明のプローブは、三次元形状、例えば、円錐形状を有する。

【0051】

上記のように、液滴の輸送に空気圧の支援を必要としない。これらの荷電液滴の原理で実現される検体のアンビエントイオン化は、液相試料の質量分析についての簡易で便利な取り組みを提案する。試料溶液を、何の前処理もすることなく、質量分析計の入口の前に保持される前記多孔質材料に直接適用する。ついで、アンビエントイオン化を、前記湿らせた多孔質材料に高電位を印加することにより行う。ある実施形態において、前記多孔質材料は、紙である。前記紙は、液体輸送のための無数の孔および微小流路を含む多孔質材料の一種である。前記孔および微小流路が、前記紙をろ過装置として作用させる。これは、物理的に汚れた試料または汚染された試料を分析するのに有益である。他の実施形態において、前記多孔質材料は、前記多孔質材料に微小流路を生じさせるように、または、本発明のプローブとして使用するための前記材料の特性を向上するように処理される。例えば、紙は、パターン化されたシラン処理加工を受けて、前記紙上に微小流路または構造体を生じさせてもよい。このような加工は、例えば、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル−１−トリクロロシランに前記紙の表面を暴露して、前記紙のシラン処理をもたらすことを含む。

【0052】

他の実施形態において、ソフトリソグラフィー加工を、前記多孔質材料における微小流路を生じさせるのに、本発明のプローブとして使用するための前記材料の特性を向上するのに使用する。他の実施形態において、疎水性捕捉領域を、より少ない親水性化合物を予め濃縮するために、前記紙に形成する。疎水性領域を、フォトリソグラフィー、印刷法またはプラズマ処理を使用して、２００〜１０００μｍの側面素性を有する親水性流路を規定するために、紙上にパターン化してもよい。Ｍａｒｔｉｎｅｚら（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２００７，４６，１３１８−１３２０）；Ｍａｒｔｉｎｅｚら（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ２００８，１０５，１９６０６−１９６１１）；Ａｂｅら（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，６９２８−６９３４）；Ｂｒｕｚｅｗｉｃｚら（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，３３８７−３３９２）；Ｍａｒｔｉｎｅｚら（Ｌａｂ Ｃｈｉｐ ２００８，８，２１４６−２１５０）；および、Ｌｉら（Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００８，８０，９１３１−９１３４）を参照し、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。このような紙に基づく手段に載せられた液体試料は、毛細管作用により駆動されて、前記親水性流路に沿って移動し得る。

【0053】

ナノＥＳＩ（ｎＥＳＩ）
誘導ｎＥＳＩを、物理的な接触なしに、各種のｎＥＳＩアレイについて行い得る。図１３に、円形モードおよび直線モードの例を示す。回転式アレイにおいて、各スプレー放射体順に約２ｍｍで配置された電極を、イオンシグナルの順序を与える、２〜４ｋＶの正パルス（１０〜３０００Ｈｚ）で供給した。同時のイオンシグナルが、ｎＥＳＩ放射体の近くにおいて誘導的に生成されるパルス状の電圧を使用する直線アレイにおいて生成された。ナノエレクトロスプレーのスプレープルームが観察され、正および負の検出モードの両方における質量分析において、検体が検出される。

【0054】

参照による援用
本開示を通じてなされている、他のドキュメント、例えば、特許、特許出願、特許公開、ジャーナル、本、論文、ウェブコンテンツに対する、任意の全ての参照および引用は、全ての目的のために、それらの内容全体を参照により、本願明細書に援用される。

【0055】

均等物
本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態に具現化されてもよい。したがって、前述の実施形態は、全て配慮される例示であり、本願明細書に記載の発明を限定するものではないものと考えられる。

【実施例】

【0056】

実施例１：材料および方法
実験を、特注の小型の質量分析計（Ｍｉｎｉ１０；Ｇａｏら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００６，７８，５９９４−６００２）または、ＴｈｅｒｍｏＬＴＱ質量分析計（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ）を使用して行った。キャピラリー温度：１５０℃；キャピラリー電圧：１５Ｖ；チューブレンズ電圧：２４０Ｖとした。特注の電源から、５０〜５，０００Ｈｚおよび０〜８ｋＶのパルス状の出力を供給した。ＤＥＳＩ（Ｔａｋａｔｓら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００４，３０６，４７１−４７３）条件を、窒素ガス１５０ｐｓｉ、外側電極としての役割を果たす金属チューブ（ｉｄ２５０μｍ、長さ５ｃｍ）、スプレー放射体としての役割を果たす内側シリカキャピラリー（ｉｄ５０μｍ）とした。基材に対するＤＥＳＩスプレーの角度を４０°に設定した。スプレーチップと試料との間の距離を、２ｍｍに設定した。試料とＭＳ吸入口との距離を、３ｍｍに設定した。スプレー溶液を、ＭｅＯＨ／水（ｖ：ｖ＝１：１）とした。２０μｍの市販のシリカナノエレクトロスプレーチップを、Ｎｅｗ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ（Ｗｏｂｕｒｎ，ＭＡ，ＵＳＡ）から入手した。

【図1-1】

【図1-2】

【図2-1】

【図2-2】

【図3-1】

【図3-2】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】