▶ パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシーズ・カナダ・インコーポレイテッドの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2022-01-18
(45)【発行日】2022-01-27
(54)【発明の名称】複数ガス流のイオン化装置
(51)【国際特許分類】
H01J 49/16 20060101AFI20220119BHJP
H01J 49/04 20060101ALI20220119BHJP
H01J 49/06 20060101ALI20220119BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20220119BHJP
【ＦＩ】
H01J49/16 700
H01J49/16 800
H01J49/04 500
H01J49/04
H01J49/04 860
H01J49/06 200
G01N27/62 G
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2020561733
(86)(22)【出願日】2019-05-02
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-07-15
(86)【国際出願番号】 IB2019053594
(87)【国際公開番号】W WO2019211788
(87)【国際公開日】2019-11-07
【審査請求日】2021-01-08
(31)【優先権主張番号】15/970,517
(32)【優先日】2018-05-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】518410032
【氏名又は名称】パーキンエルマー・ヘルス・サイエンシーズ・カナダ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＰＥＲＫＩＮＥＬＭＥＲ ＨＥＡＬＴＨ ＳＣＩＥＮＣＥＳ ＣＡＮＡＤＡ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100095898
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 満
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100168871
【弁理士】
【氏名又は名称】岩上 健
(72)【発明者】
【氏名】コーシャル フレニー
(72)【発明者】
【氏名】ジャヴァヘリー ゴーラムレザ
(72)【発明者】
【氏名】カズンズ リサ
(72)【発明者】
【氏名】ジョリッフ チャールズ
【審査官】中尾 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－１３５２６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０１５６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１１６４６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２１１５０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０８９２６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５３４３５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５３０６４１２（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０５８７９９４９（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ４９／１６
Ｈ０１Ｊ ４９／０４
Ｈ０１Ｊ ４９／０６
Ｇ０１Ｎ ２７／６２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオン化装置であって、質量分析装置への流入口と流体連通している流出口を有する外側のガス移送チューブと、
前記外側のガス移送チューブ内に延びる内側のガス移送チューブと、
前記内側のガス移送チューブ内に延び、前記外側のガス移送チューブの前記流出口の上流にある最も内側の分析物供給チューブであって、分析物源から前記最も内側の分析物供給チューブにより受け取られた溶媒和された分析物の液滴を、前記最も内側の分析物供給チューブの先端から前記内側のガス移送チューブ内に供給するように構成された、前記最も内側の分析物供給チューブと、
前記外側のガス移送チューブ、前記内側のガス移送チューブ、及び前記最も内側の分析物供給チューブに相互接続された少なくとも１つの電圧源と、を備え、
前記電圧源は、前記最も内側の分析物供給チューブに電圧を供給して、溶媒和された分析物を前記最も内側の分析物供給チューブの先端に輸送して案内し、前記溶媒和された分析物を前記内側のガス移送チューブに供給するように構成され、
前記電圧源は、前記内側のガス移送チューブに電圧を供給して、前記最も内側の分析物供給チューブから受け取られた前記溶媒和された分析物を第１のガス中で前記外側のガス移送チューブに噴霧するように構成され、
前記電圧源は、前記外側のガス移送チューブに電圧を供給して、前記内側のガス移送チューブから受け取られた前記噴霧された分析物を第２のガス中でイオン化するように構成され、
前記少なくとも１つの電圧源が、前記外側のガス移送チューブを維持するように動作可能であり、前記内側のガス移送チューブ及び前記最も内側の分析物供給チューブが、前記質量分析装置への前記流入口の電位からオフセットしたほぼ等しい電位にあり、前記イオン化された分析物を前記イオン化装置から前記質量分析装置の前記流入口にガイドする、
前記イオン化装置。
【請求項2】
前記外側のガス移送チューブ、前記内側のガス移送チューブ、及び前記最も内側の分析物供給チューブの各々が、導電性である、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項3】
前記少なくとも１つの電圧源が、前記内側のガス移送チューブ、前記外側のガス移送チューブ、及び前記分析物供給チューブを、前記質量分析装置の前記流入口に対し、０Ｖから６０００Ｖの間の電位に維持する、請求項２に記載のイオン化装置。
【請求項4】
前記質量分析装置の前記流入口が、接地に対し、０Ｖから５００Ｖの間に維持されている、請求項３に記載のイオン化装置。
【請求項5】
前記外側のガス移送チューブの前記流出口と、前記質量分析装置への前記流入口との間において、前記外側のガス移送チューブの外部に電極をさらに備え、前記少なくとも１つの電圧源が、前記電極に電位をさらに印加する、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項6】
前記少なくとも１つの電圧源が、第２のモードにおいて、前記外側のガス移送チューブ、前記内側のガス移送チューブ、前記最も内側の分析物供給チューブ、及び前記電極に電位を印加して、コロナ放電を発生させ、大気圧化学イオン化を可能にする、請求項５に記載のイオン化装置。
【請求項7】
前記外側のガス移送チューブの前記流出口と、前記質量分析装置の前記流入口との間に、光子イオン化装置をさらに備えている、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項8】
前記最も内側の分析物供給チューブが、５０ミクロンから２５０ミクロンの間の内径を有する、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項9】
前記内側のガス移送チューブが、前記第１のガスの流れを１ＳＬＰＭから５ＳＬＰＭの間でガイドする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項10】
前記第１のガスが、約３０℃から７００℃の間の温度を有する、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項11】
前記外側のガス移送チューブが、前記第２のガスの流れを５ＳＬＰＭから１００ＳＬＰＭの間でガイドする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項12】
前記第２のガスが、約３０℃から７００℃の間の温度を有する、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項13】
前記外側のガス移送チューブが、前記最も内側の分析物供給チューブの前記先端を超えて規定の距離だけ延びる、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項14】
前記規定の距離が、約１０ｍｍから約１０００ｍｍの間である、請求項１３に記載のイオン化装置。
【請求項15】
前記規定の距離が約３０ｍｍである、請求項１４に記載のイオン化装置。
【請求項16】
第１の電圧を有する分析物供給チューブから第２の電圧を有する内側のガス移送チューブに溶媒和された分析物の液滴を提供するステップと、前記内側のガス移送チューブ内の前記分析物供給チューブと同軸の第１のガスの流れを提供して、前記提供された液滴を剪断し、分析物の液滴と前記第１のガスとを含む噴霧を提供するステップと、
前記分析物の液滴と前記第１のガスとの噴霧を、第３の電圧を有する外側のガス移送チューブ内の第２のガスの流れ内に提供するステップであって、前記第１の電圧、前記第２の電圧及び前記第３の電圧が、前記外側のガス移送チューブ、前記内側のガス移送チューブ及び前記分析物供給チューブに相互接続された少なくとも１つの電圧源から提供されるステップと、
前記外側のガス移送チューブを用いて前記第２のガス中の前記提供された分析物の液滴の噴霧をイオン化し、前記外側のガス移送チューブから分析物のイオンを提供するステップと、
電界を用いて、前記提供された分析物のイオンを下流の質量分析装置の流入口にガイドするステップと、
を含む、分析物のイオンを生成する方法。
【請求項17】
イオン化装置であって、絶縁材料で形成され、質量分析装置への流入口と流体連通している流出口を有する外側のガス移送チューブと、
導電材料で形成され、前記外側のガス移送チューブ内に延びる内側のガス移送チューブと、
前記外側のガス移送チューブの外部から前記内側のガス移送チューブ内に延びる最も内側の分析物供給チューブであって、前記最も内側の分析物供給チューブは、前記外側のガス移送チューブの前記流出口の上流にあり、分析物源から前記最も内側の分析物供給チューブにより受け取られた溶媒和された分析物の液滴を、前記最も内側の分析物供給チューブの先端から前記内側のガス移送チューブ内に供給するように構成された、前記最も内側の分析物供給チューブと、
前記外側のガス移送チューブの前記流出口の近位の導電性シースと、
前記導電性シース及び前記最も内側の分析物供給チューブ、ならびに、前記質量分析装置への前記流入口と相互接続された少なくとも１つの電圧源と、を備え、
前記電圧源は、前記最も内側の分析物供給チューブに電圧を供給して、溶媒和された分析物を前記最も内側の分析物供給チューブの先端に輸送して案内し、前記溶媒和された分析物を前記内側のガス移送チューブに供給するように構成され、
前記電圧源は、前記内側のガス移送チューブに電圧を供給して、前記最も内側の分析物供給チューブから受け取られた前記溶媒和された分析物を第１のガス中で前記外側のガス移送チューブに噴霧するように構成され、
前記電圧源は、前記導電性シースに電圧を供給して、前記内側のガス移送チューブから受け取られた前記噴霧された分析物をイオン化するように構成され、
前記少なくとも１つの電圧源が、前記内側のガス移送チューブと前記導電性シースとを、ある電位に維持して、前記外側のガス移送チューブの前記流出口から前記質量分析装置の前記流入口にイオンをガイドするように動作可能である、
前記イオン化装置。
【請求項18】
前記少なくとも１つの電圧源が、前記最も内側の分析物供給チューブの先端と、前記導電性シースとの間に、前記溶媒和された分析物の液滴をイオン化するために十分な電界を生成する、請求項１７に記載のイオン化装置。
【請求項19】
前記外側のガス輸送管の前記流出口と前記質量分析装置の前記流入口との間に、光イオン化装置をさらに備える、請求項１７に記載のイオン化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、質量分析に関し、より詳細には、質量分析のためのイオンを提供するためのイオン化装置、及びそのようなイオンを提供する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の質量分析／分光測定法は、イオン化された分析物を下流の質量分析装置に供給することに依存している。イオン化された分析物は、しばしば溶媒内にある、イオン化されていない分析物を気相のイオンに変換するイオン化装置によって供給される場合がある。
【0003】
下流では、イオンが、通常はそれらイオンを加速し、電場または磁場に曝すことにより、その質量電荷比に基づいて分離される場合がある。これにより、様々な化学サンプルの検出及び分析が可能になる。質量分析には、様々な用途が見出されており、未知の合成物の検出、または既知の合成物の識別において使用される場合がある。
【0004】
既知のイオン化技術には、電子衝撃（ＥＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、電気スプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）、及びマトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）が含まれる。
【0005】
既存のイオン化装置は、通常、これら技術の１つのみを使用する。これら技術の各々は、分析される分析物に応じて、感度等、いくつかの制限を受ける。
【0006】
したがって、新たなイオン化技術及びイオン化装置の要請が残ったままである。
【発明の概要】
【0007】
一態様によれば、溶媒和された分析物のイオン化を補助する、ガス流に依存するイオン化装置が提供される。そのようなガス流のイオン化は、ＡＰＣＩまたはＡＰＰＩと関連して使用される場合がある。単一のイオン発生源が、電気スプレー、ＡＰＣＩ、及びＡＰＰＩのイオン化を使用するイオンの生成に適切な、効率的かつ安定した分析物のイオンの生成のために、各モード間で、そしてひいては、複数のイオン化技術の内での切替えを可能にするように、複数モードで動作可能である。動作モードは、分析物に応じて選択される場合がある。これにより、方法の開発及び手順の分析との両方に関し、感度が向上し、コストが低減され、使いやすさが向上する。
【0008】
別の態様によれば、イオン化装置であって質量分析装置への流入口と流体連通している流出口を有する外側のガス移送チューブと、外側のガス移送チューブ内に延びる内側のガス移送チューブと、内側のガス移送チューブ内に延び、流出口の上流にある最も内側の分析物供給チューブであって、分析物供給チューブの先端から内側のガス移送チューブ内に溶媒和された分析物の液滴を供給する、最も内側の分析物供給チューブと、内側のガス移送チューブ内の第１の供給ガスであって、溶媒和された分析物を霧状にすること、及び分析物内のイオンを剪断することを補助する、第１の供給ガスと、質量分析装置の流入口にイオンを移送するための、外側のガス移送チューブ内の第２の供給ガスと、外側のガス移送チューブ、内側のガス移送チューブ、及び分析物供給チューブに相互接続された少なくとも１つの電圧源であって、少なくとも１つの電圧源が、外側のガス移送チューブを維持するように動作可能であり、内側のガス移送チューブ及び分析物供給チューブが、流入口の電位からオフセットしたほぼ等しい電位にあり、イオン化装置から流入口にイオンをガイドする、少なくとも１つの電圧源と、を備えたイオン化装置が提供される。
【0009】
別の態様によれば、分析物供給チューブから内側のガス移送チューブに溶媒和された分析物の液滴を提供することと、液滴を剪断するために、内側のガスチューブ内の分析物供給チューブと同軸の第１のガスの流れを提供することと、第１のガス流を第２のガスの流れ内に提供することと、電界により、第２のガス内のイオンを下流の質量分析装置にガイドすることと、を含む、分析物のイオンを生成する方法が提供される。
【0010】
別の態様によれば、絶縁材料で形成され、質量分析装置への流入口と流体連通している流出口を有する外側のガス移送チューブと、導電材料で形成され、外側のチューブ内に延びる内側のガス移送チューブと、外側のガス移送チューブの外部から内側のガス移送チューブ内に延び、流出口の上流にある最も内側の分析物供給チューブであって、分析物供給チューブの先端から内側のガス移送チューブ内に溶媒和された分析物の液滴を供給する、最も内側の分析物供給チューブと、外側のガス移送チューブの流出口の近位の導電性シースと、内側のガス移送チューブ内の第１の供給ガスであって、溶媒和された分析物の液滴を霧状にすること、及び分析物からイオンを剪断することを補助する、第１の供給ガスと、質量分析装置の流入口にイオンを移送するための、外側のガス移送チューブ内の第２の供給ガスと、導電性のシース及び最も内側の分析物供給チューブ、ならびに、質量分析装置への入口と相互接続された少なくとも１つの電圧源であって、少なくとも１つの電圧源が、内側のガス移送チューブ、外側のガス移送チューブを、溶媒和されたイオンをイオン化し、流出口からイオン化装置の流入口にイオンをガイドするように、ある電位に維持するように動作可能である、少なくとも１つの電圧源と、を備えている、イオン化装置が提供される。
【0011】
他の特徴は、以下の詳細な説明に関連して図面から明らかとなる。
【0012】
図には、例示的実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】下流の質量分析装置の構成要素と連通している例示的なイオン発生源の簡略化された概略ブロック図である。
【図3】下流の質量分析装置の構成要素と連通しているさらなる例示的なイオン発生源の簡略化された概略ブロック図である。
【図4】さらなる例示的なイオン発生源の簡略化された概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
各実施形態では、イオン化装置は、複数の同軸に整列された導管を有するプローブを含む。導管は、液体源からイオンを生成するために、液体、ならびに、霧状化ガス及び加熱ガスを様々な流量及び温度で搬送する場合がある。最も外側の導管は、導管の長さに沿う規定の距離に関し、ガス内でイオンを移送及び同伴させる同伴領域を規定する。各実施形態では、様々な電圧が、イオン化の補助をするため、及び、イオンをガイドするために、複数の導管に印加される場合がある。複数の導管及び電極に印加される電圧に応じて、イオン化装置は、電気スプレー、ＡＰＰＩ（大気圧光イオン化）、またはＡＰＣＩ（大気圧化学イオン化）発生源として作用することができ、イオン化装置は、光子イオン化の発生源またはコロナイオン化の発生源を含む場合がある。形成されたイオンは、下流の質量分析装置に提供される場合がある。
【0015】
図１は、イオン化された分析物を下流の質量分析装置１２に提供するために適切なプローブ１０を含む、例示的なイオン化装置１４を示す。イオン化装置１４は、質量分析装置１２の一部を形成するか、この質量分析装置１２とは分離されている場合がある。質量分析装置１２は、従来型の質量分析装置の形態を取る場合があり、例えば、米国特許第７，５６９，８１１号及び米国特許第９，３４３，２８０号に開示されているクワドラポール質量分光計である場合がある。これら文献の内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。質量分析装置１２への流入口３４が図示されている。
【0016】
図１に示すように、プローブ１０は、イオン化装置１４の一部である。プローブ１０は、３つの組重ね式のチューブ２０、２２、及び２４を含む。これらチューブは、溶媒和された分析物の発生源（明確には図示されていない）から、移送ガスＧ２に同伴された、イオン化された分析物を形成する。組重ね式のチューブ２０、２２、及び２４は、互いに同軸であり、概して筒状の形状である場合がある。チューブ２０、２２、及び２４の各々は、導電性材料または絶縁材料で形成されている場合がある。図１の実施形態では、チューブ２０、２２、２４は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属または合金で形成され、導電性である場合がある。他の幾何学形状及び材料が、当業者には明らかとなるであろう。
【0017】
イオン化装置１４は、ハウジング２６をさらに含み、プローブ１０を下流の質量分析装置１２に相互接続している。オプションの電極６２と、オプションの光子イオン化装置６０が、ハウジング２６に含まれる場合があり、以下に詳細に記載される。
【0018】
図１に図示される実施形態では、チューブ２０、２２、及び２４の各々は、導電材料で形成されている場合がある。最も内側の分析物供給チューブ２０は、その先端３０から、溶媒和された分析物の液滴を、第１の供給ガスＧ１を搬送する内側のガス移送チューブ２２内に提供する。先端３０は、チューブ２２の出口と同一平面に配置されている場合がある。代替的実施形態では、先端３０は、チューブ２２の出口より数ミリメートル内側とすることができるか、チューブ２２より外側とすることができる。しかし、チューブ２４は、先端３０を超えて規定の距離ｄだけ延びている。溶媒和された分析物は、イオン化装置１４の外の溶媒和された分析物の供給源（図示せず）から、分析物供給チューブ２０の先端３０に向けて流れる場合がある。通常、分析物の供給源は、複数桁を超える所望の濃度で、溶媒和された分析物を提供する場合がある。
【0019】
チューブ２２の流出口は、外側のガスチューブ２４の流出口２８から約１センチメートルから３センチメートルの距離ｄに配置されているが、この位置は、外側のチューブ２４内の移送ガスがイオンを同伴することを可能にし、生成されたイオン供給源の感度及び安定性を向上させるように、流出口２８の上流に１センチメートルから１０センチメートルの範囲にわたって変化される場合がある。
【0020】
１つまたは複数の電圧源（複数可）５０は、イオン化装置１４が複数モードの内の１つで機能できるように、チューブ２０、２２、２４に相対的な電位を印加する場合がある。説明の目的のために、電圧源５０は、電位Ｖinnermostをチューブ２０に印加し、Ｖinnerをチューブ２２に印加し、Ｖouterをチューブ２４に印加する。明らかになるように、Ｖinner及びＶouterに対するＶinnermostの関係により、プローブ１０の動作モードが制御される。各実施形態では、チューブ２０、２２、２４に印加される電圧は、同じである場合があるか、これら電圧が、異なる場合があり、どのように電界が形成されるか、または電界が形成される場合を規定する。
【0021】
プローブ１０は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って調整可能であるために、内側の同軸チューブ２２、サンプルの最も内側のチューブ２０、またはプローブ１０が、下流の質量分析装置１２の流入口３４に対して独立して調整され得るように、機械的に構成されている場合もある。さらに、内側の同軸チューブ２２及びサンプルの最も内側のチューブ２０は、外側のチューブ２４に対し、ｚ軸に沿って配置可能である場合がある。この方法で、チューブ２０の先端３０と、外側のチューブ２４の端部／流出口との間の距離ｄが、感度及び信号の安定性を調整する／最適にするために、調整される場合がある。
【0022】
例えば、１フェムトグラム／μＬ未満の溶液から、１マイクログラム／μＬを超える溶液までのレンジの、溶液内の分析物の濃度が、内側の同軸チューブ２２を通して導入される場合がある。溶液は、イオンの形成及び遊離を促すように、水とアセトニトリルとの混合物（例えば、５０：５０または３０：７０）である場合がある。溶液は、０．１％の蟻酸及び２ｍＭの酢酸アンモニウムでさらに調整される場合があるが、明確な量は変化する場合がある。
【0023】
内側のガス移送チューブ２２は、第１のガスＧ１を、速度ｖ１で搬送する。このことは、最も内側の（供給）チューブ２０の先端３０において液滴で放出される分析物の分子イオンを霧状にする助けになり、スプレー３１を生成する。外側の（ガス移送）チューブ２４は、速度ｖ２の第２のガスＧ２を移送する。この第２のガスＧ２は、先端３０において溶媒和された分析物と相互作用し、かつスプレー３１と相互作用して、溶液から分析物のイオンを生成する。明らかとなるように、２つのガス流を使用することにより、分析物のイオンの放出及び移送が促進される。ガスＧ２は、ガス流の上流のヒータを使用することにより、イオンの放出をさらに補助するように、周囲の温度より高く加熱される場合がある。
【0024】
ガスＧ１は、例えば、容器（図示せず）等の加圧された供給源から提供されるゼロエアー／クリーンエアーの窒素である場合がある。
【0025】
ガスＧ２は、例えば、エアー／クリーンエアー、窒素等である場合がある。
【0026】
ガスＧ１及びＧ２は、約３０℃から７００℃の間の温度に維持されている場合があるが、より低い温度が可能である場合がある。通常の温度レンジは、２５０℃から７００℃の間であるが、より高い温度が可能である場合がある。
【0027】
内側のガス移送チューブ２２を出るガスＧ１は、外側のガス移送チューブ２４に入る。外側のガス移送チューブ２４は、ガスＧ２内に同伴された分析物のイオンをチューブ２４の出口２８に移送する。
【0028】
Ｇ２は、外側のガス移送チューブ２４内で第１のガスＧ１と混合され、同伴された、イオン化された分析物をガス移送チューブ２４からイオン化装置のハウジング２６内に移送する。
【0029】
内側のガスＧ１は、出口３０でスプレー３１を生成する。スプレー３１は、径方向外側に拡がり、通常は出口３０から下流に数ｃｍ（例えば、約１ｃｍから１０ｃｍの間）内で、外側のガス移送チューブ２４の壁によって境界が定められた外側のガスＧ２と混合され、外側のガスＧ２内に同伴されることになる。また、分析物のイオンは、出口２８まで、合わせられた流れの距離ｄ内で移送される。
【0030】
ハウジング２６は、少なくともプローブ１０の先端を収容し、イオン化された分析物を質量分析装置１２の下流の段階に移送及びガイドするための適切な環境を維持するためのエンクロージャを提供する。図示の実施形態では、イオンは、電界により、チューブ２４の出口２８と、質量分析装置１２の下流の要素の流入口３４との間をガイドされる。ハウジング２６の追加の電極（図示せず）が、流入口３４へイオンをガイドすることをさらに補助するために使用される場合がある。ハウジング２６は、導電材料で形成されている場合がある。ハウジング２６の内部は、おおむね大気圧に維持されている場合があるが、より高い圧力（例えば、１００Ｔから２０００Ｔまでの間）及びより低い圧力が可能である。ハウジング２６は、真空ポンプ（図示せず）によって真空にされる場合がある。
【0031】
図示の実施形態では、分析物のチューブ２０及び内側のガス移送チューブ２２とは、図２の断面図に最適に示されているように、同軸である場合がある。
【0032】
分析物の供給チューブ２０の先端３０は、溶媒和された分析物の液滴を放出する開口を有する。例えば、先端３０は、５０ミクロンから２５０ミクロンの間の内径を有するニードル開口の形態を取る場合がある。先端３０は、数ミリメートルだけ多く、または少なく、内側のガス移送チューブ２２の流出口から離間している場合があり、それにより、内側のガス移送チューブ２２からのガス流によって促されて液滴を放出する。
【0033】
内側のガス移送チューブ２２は、先端３０の開口の内径の数倍（例えば、２倍から２０倍の間）の内径を有する。外側のガス移送チューブ２４は、内側のガス移送チューブ２２の内径の数倍（例えば、２倍から５倍の間）の内径を有している場合がある。第１のガスＧ１は、プローブ１０の外側から、移送チューブ２２の長さに沿って、分析物供給チューブ２０と同軸の方向に流れる。したがって、ガスは概して、分析物供給チューブ２０から外側のガス移送チューブ２２に、分析物供給チューブ２０の先端３０において放出される分析物の液滴に対して接線方向である。
【0034】
図示の実施形態では、先端３０の近位の、移送チューブ２２内での第１のガスＧ１の流量は、通常、１基準リットル毎分（ＳＬＰＭ：ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｒｅｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）から５ＳＬＰＭの間である場合があり、移送チューブ２４内のガスＧ２の流量は、５ＳＬＰＭから１００ＳＬＰＭの間である場合がある。
【0035】
ガスＧ１及びガスＧ２は、１０１ｋＰａから１０００ｋＰａの範囲、通常は３００ｋＰａから７００ｋＰａの間の範囲の圧力で導入される場合がある。
【0036】
速度ｖ１及び速度ｖ２は、Ｇ１及びＧ２の上流の圧力、ならびに、チューブの直径に影響される。出口速度ｖ１は、亜音速または音速である場合がある。速度ｖ２は、通常、ｖ１よりかなり低い。
【0037】
流入口３４は、ハウジング２６の方向に流入口３４を出るか、流入口３４の上流かつ近位に配置された第２のコーン（図示せず）を出る向流ガスの追加により、下流の大きい液滴の移送を低減する助けになるように、向流ガスを提供するようにさらに構成されている場合がある。
【0038】
任意の特定の理論によって束縛されることを望むことなく、ガス移送チューブ２２内のガスＧ１と、移送チューブ２４内のガスＧ２との流れの相互作用により、先端３０において溶媒和された分析物の分子に剪断力が印加され、それにより、溶媒（例えば、水、メタノール等）分子から分析物を剥離し、分析物のイオンをさらに解放すると考えられる。とりわけ、図示の実施形態では、このことは、先端３０において顕著な電界がない状態で達成される場合がある。
【0039】
ガスＧ２は、分析物及びガスＧ１とさらに相互作用する場合がある。この相互作用は物理的または化学的である場合があり、それにより、形成されたイオンが、次いで、これらイオンが出口２８においてプローブ１０を出る際に、ガスＧ２に同伴される。
【0040】
論じたように、プローブ１０のチューブ２０への電圧Ｖinnermost、チューブ２２への電圧Ｖinner、及びチューブ２４への電圧Ｖouterは、チューブ２４の出口２８からハウジング２６を通して流入口３４内にイオンをガイドするために、電界を提供するように選択される場合がある。同様に、適切な電圧が、イオンを流入口３４にガイドすることをさらに補助するように、電極６２に印加される場合がある。
【0041】
図示の実施形態では、プローブ１０は、チューブ２０、２２及び２４が導電性であるように構成されている。第１の動作モードでは、電圧源５０は、外側のガス移送チューブ２４、内側のガス移送チューブ２２、及び分析物の供給チューブ２０の電位をほぼ等しく維持するように構成されている場合がある。各チューブ２０、２２、及び２４は、このため、各々が、一様な電位に維持されている場合がある。そのように構成されると、内側のガス移送チューブ２２の先端３０における電位は、先端３０を出る液滴に顕著な電圧／電界が印加されないことから、従来型の電気スプレーのイオン化で印加される電位とは異なっている。
【0042】
チューブ２０、２２、及び２４に印加される電圧は、質量分析装置１２へのイオンの移送を最大化するために、出口２８から流入口３４へガイドする電界をさらに形成するように、ゼロではない場合がある。
【0043】
電圧の極性は、分析されることになる分析物の電荷に応じて選択することができる。例えば、通常、正電荷の分析物に関しては、電圧源５０は、チューブ２０、２２、及び２４を、０Ｖから５０００Ｖの間の電位に維持する場合があり、負電荷の分析物に関しては０Ｖから－５０００Ｖの間に維持する場合がある。
【0044】
任意選択的に、電圧Ｖelectrodeが、分析物のイオンを出口２８から流入口３４にガイドすることをさらに補助するように、電極６２に印加される場合がある。電極６２は、流入口３４内にイオンをガイドする助けになるように、チューブ２０、２２、及び２４に印加される電圧に対して選択される、約１０Ｖから５０００Ｖの電圧の、尖っていないか鋭い先端のニードルを含む任意の形状のレンズである場合がある。任意選択的に、追加の電圧Ｖinlet（図示せず）が、約１０Ｖから２０００Ｖで、イオンをガイドすることのさらなる助けになるように、流入口３４で電極に印加される場合がある。このため、流入口３４の近位の質量分析装置１２の部分は、流入口３４を規定する導電材料で形成されている場合がある。代替的には、電極（図示せず）は、電位を印加することを可能にするように、流入口３４のすぐ下流に配置されている場合がある。
【0045】
イオン、及びいくつかの溶媒和された分析物を搬送する、内側のガス移送チューブ２２を出るガスＧ１は、外側の移送チューブ２４内で第２のガスＧ２と混合され、また、ガスＧ２内に同伴される場合がある。外側のチューブ２４内及び外側のチューブ２４の流出口へ向かう第２のガスＧ２の流れは、適切な圧力及び流れの管理体制によって同様に維持される場合がある。
【0046】
図示の実施形態で述べたように、外側のガス移送チューブ２４の出口の近位における第２のガスＧ２の流量は、約５ＳＬＰＭから１００ＳＬＰＭの間である。このことを達成するために、外側の移送チューブ２４の直径は、約３ｍｍである場合があり、ガスＧ２の流入圧力は、数気圧である場合があり、当該技術で既知であるように、可変オリフィス（図示せず）によって制御可能である。図１に示すように、外側の移送チューブ２４は、その出口２８の近位で直径にさらにテーパが付されている場合がある。この方法で、移送チューブ２４を出る移送ガスは、わずかに増大された速度で出る場合がある。
【0047】
イオン化された分析物を含む移送ガスＧ２が移送チューブ２４を出ると、分析物のイオンは、チューブ２４の出口２８と、質量分析装置１２の下流部分への流入口３４との間の適切な電界の勾配により、質量分析装置１２の下流の構成要素の入口にガイドされる場合がある。流入口３４は、同様に、導電性であり、ステンレス鋼等の材料から金属電極として形成される場合がある。電界の勾配は、例えば、チューブ２４の出口２８と、質量分析装置１２の下流の構成要素の流入口３４との間の適切な電圧差を印加することにより、ハウジング２６内で達成される場合がある。
【0048】
図示の実施形態では、電圧源５０は、チューブ２４の出口２８と、質量分析装置１２の下流部分の流入口３４との間に電位を印加する場合がある。述べたように、流入口３４の近位の質量分析装置１２の部分も、例えば、この電位を維持することを可能にするように、導電性である場合がある。
【0049】
ハウジング２６は、電圧源５０により、外側のガス移送チューブ２４（そしてひいては、チューブ２０及び２２）の電位またはこの電位に近い電位に維持される場合もあるか、単に、移送チューブ２４に電気的に伝えられる場合がある。
【0050】
オプションの光子イオン化装置６０は、ハウジング２６内に配置されている場合がある。上述の第１の動作モードでは、光子イオン化装置６０は作動していない場合があり、電圧源５０は、電位Ｖelectrodeを電極６２に印加して、流出口２８から流入口３４へのイオンのガイドを補助する場合がある。代替的には、電極６２も作動していない場合がある。一実施形態では、電圧源５０は、代替的に、ゼロ電位をチューブ２０、２２、及び２４に印加する場合がある。
【0051】
第２の動作モードでは、高い電圧Ｖelectrodeが、例えば電圧源５０により、電極６２に、先端が鋭い電極に印加されて、コロナ放電を発生させる場合もある。ガスＧ１及びＧ２、ならびに溶媒和された分析物は、第１の動作モードで記載したように流れる場合がある。例えば、１０００Ｖから６ｋＶの間の適切な電圧が、電極６２に、その先端の近位で、例えば１μＡから５００μＡの間のある電流で印加される場合があり、コロナ放電を発生させる。ガスＧ２に同伴される分析物は、こうして、電極６２におけるコロナ放電によってさらにイオン化される場合がある。
【0052】
この第２の動作モードでは、ガスＧ２に同伴された分析物は、分析物の極性、分極率、溶液マトリックス、溶液の組成、ｐＨ等に応じて、低い効率でイオン化される場合があり、また、イオン化が代わりに、電極６２において有効にされる場合がある。電極６２に印加される電圧Ｖelectrodeは、ここで、電流で制御されて、コロナイオンの形成を促す場合がある。この構成では、イオン化装置１４は、サンプル流入チューブ内で液体を気化し、電極６２の近位でのコロナイオンの形成により、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源として作用する。
【0053】
さらなる第３の動作モードでは、光子イオン化装置６０にエネルギが与えられる場合があり、電圧源５０によってチューブ２０、２２、及び２４に印加される電圧は、上述の電圧よりわずかに低い場合があるが、比較的等しいレベルに維持される。例えば、（接地に対して）５００ボルトが、チューブ２０、２２、及び２４の各々に印加される場合がある。光子イオン化装置６０は、ガスＧ２に同伴される分析物を光イオン化する場合がある。明らかであり得るように、最も効率的であるように、分析物または付加される試薬ガスの種類は、光イオン化の影響を受けやすいものとする。
【0054】
このモードでは、プローブ１０は、光子イオン化装置６０と組み合わせて、大気圧光イオン化源として作用する。質量分析装置１２の下流部分の流入口３４に印加される電圧は、外側のガス移送チューブ２４の出口２８と流入口３４との間でガイドする電界の勾配を維持するために、例えば５００ボルト未満に、状況に応じて調整される場合がある。
【0055】
第４の動作モードでは、電源５０は、チューブ２０の先端３０において電気スプレーのイオン化を有効にする電界を形成するように、チューブ２０及び２４に十分な電位差を印加する場合がある。例えば、１０００ボルトから６０００ボルトの間の電位差Ｖｉｎｎｅｒｍｏｓｔ－Ｖｏｕｔｅｒは、陽イオンの形成のために電界を確立するように印加される場合がある（同様に、－１０００ボルトから－６０００ボルトが陰イオンの形成のために印加される場合がある）。外側のチューブ２４に印加される電位は、イオンのガイドをさらに補助する場合がある。一実施形態では、内側のチューブ２２に印加される電位は、最も内側のチューブ２０に印加される電位と等しい（Ｖinnermost－Ｖinner＝０）。例えば、正の電気スプレーイオンを生成するために、１０００から６０００の間の電圧が、最も内側のチューブ３０に印加される場合があり、０から１０００の間の電圧が、外側のチューブ２４に印加される場合があり、それにより、電気スプレーの電界が、チューブ３０とチューブ２４との間で確立されるようになっている。こうして生成される電気スプレーイオンは、ガスＧ２に同伴される場合があり、さらに流入口３４にガイドされる。他の電圧の組合せが可能である。電極６２は、さらにバイアスがかけられて、イオン化された分析物を流入口３４にさらにガイドする場合がある。適切な電圧が、電源５０によって流入口３４及び電極６２（ならびに、図示されていない、任意の他のオプションのガイド電極）に印加されて、イオンを質量分析装置１２に向けることを補助する場合もある。
【0056】
実際には、異なるモードにより、向上された感度、検出限界、及び再現性を含む、異なる分子の組のための良好なイオン化が提供される場合がある。
【0057】
例えば、第１のモードは、高い感度で、高い極性の分子イオンを効率的に生成する場合がある。第２のモード及び第３のモードは、ＡＰＣＩ及びＡＰＰＩ等に良好に反応する、極性の少ない分子を効率的に生成する場合がある。第４のモードは、従来型の電気スプレーに良好に反応する、極性の少ない分子イオンを効率的に生成する場合がある。
【0058】
このため、電圧源５０によって印加される電圧（例えば、Ｖouter、Ｖinner、Ｖinnermost、及びＶelectrode、ならびに光子イオン化装置６０のオン／オフ制御／電圧）は、例えば、液体クロマトグラフィ分析のコラムから抽出時間に相関させるように、時間的に継続的に印加される場合がある。特有の方法が、対象の合成物に関して確立される場合があり、最適な電圧が、印加される場合があり、処理量を向上させる。
【0059】
代替的には、クロマトグラフィの流れの中で、１つまたは２つのみのイオン化モードを利用することも可能である。次いで、物理的にイオン発生源を切り替える必要なしに、第２のクロマトグラフィの流れに迅速に移行することが有益である場合がある。
【0060】
質量分析装置のデータは、作動しているイオン化モードに対応する電子識別及びタイムスタンプを伴う場合がある。この方法で、各モードからのデータを、分析物の定量化に関する適切な濃縮曲線と相関させることができ、各モードに関する迅速なデータ分析を可能にする。
【0061】
代替的なプローブ１００が図３に記載されている。プローブ１００は、構造的にプローブ１０（図１及び図２）と同様であり、イオン化装置１１４の一部を形成する。プローブ１００は、プローブ１０のチューブ２０、２２、及び２４に類似の３つの同心のチューブ１２０、１２２、及び１２４を含む。分析物供給チューブ１２０は、第１のガス供給チューブ１２２に囲まれており、第１のガス供給チューブ１２２は、第２のガス供給チューブ１２４によって囲まれている。ガスＧ２は、同様に、電気スプレーからのイオンの脱溶媒和及び解放をさらに補助するように、加熱される場合がある。
【0062】
しかし、ガス供給チューブ１２４は、プローブ１０のチューブ２４とは異なり、絶縁材料で形成されている。導電性の端部１３０は、金属の環状リングとして形成される場合があり、スリーブまたはシースが取り付けられるとともに、チューブ１２４から延びている。端部１３０は、テーパが付される場合があり、また、その頂部が先端１２５と整列され得るように配置されている。先端１３０’の長さは、混合、同伴、層流化、及び／または、形成されたイオンの効率的なイオンの搬送を可能にするために、先端１２５から、１ｍｍから１０ｍｍで変化する場合がある。
【0063】
電圧源１５０は、チューブ１２０、１２２、及び端部１３０に電位を印加する場合がある。電位は、サンプル流入チューブ１２０と導電性の端部１３０との間に印加される場合があり、それにより、電気スプレーのイオン化がされる。
【0064】
チューブ１２０上の電圧は、０Ｖから５０００Ｖの間とすることができ、端部１３０の電圧は、０Ｖから５０００Ｖの間とすることができ、１つまたは複数の電圧源１５０によって供給される。例えば、陽イオンを放出するために、チューブ１２０の電圧は、陽イオンに関し、端部１３０の電圧よりプラスに数千ボルト高い場合があり、また、陰イオンを生成するために、マイナスに数千ボルト高い場合がある。先端１２５と、質量分析装置の下流の段の流入口１３４と、オプションの電極１６２との間の電界は、電極６２が構成されるのと同じ方法で、端部１３０から流入口１３４にイオンをガイドするように構成されている。
【0065】
代替的実施形態では、端部１３０は、チューブ１２４から別様に絶縁させることができる。この方法で、チューブ１２４を任意の材料で形成することができる。端部１３０は、チューブ１２４からこの端部１３０を物理的に分離すること、または端部１３０とチューブ１２４との間にスペース（例えば、絶縁材料の環状スペーサの形態）を介在させることにより、チューブ１２４から絶縁される場合がある。
【0066】
プローブ１０及び１００は、イオンの１つの極性に関して構成されたチューブ２０／１２０とともに作動することができるが、質量分析装置の下流の段の流入口３４／１３４にイオンをガイドする電界が、逆の極性で構成されている。例えば、プローブ１００に関し、－３０００Ｖがチューブ１２０に印加される場合があり、＋２０００Ｖが端部１３０に印加される。これにより、負の電気スプレーから生成された陽イオンが、流入口１３４にガイドされ、＋５００Ｖに維持される。同様に、印加される電圧の極性を切り替えることにより、陰イオンを正の電気スプレーから流入口１３４に、－５００ Ｖでガイドすることが可能である。これら電圧は、単に例示的範囲であることを理解されたい。
【0067】
しかし、第２のガス供給チューブ１２４は、チューブ２４とは異なり、導電性の端部１３０を伴い、絶縁材料で形成されている。端部１３０にはテーパを付す必要はない。
【0068】
図４は、イオン化装置１１４’の一部を形成するさらなるプローブ１００’を示す。プローブ１００’は、イオン化装置１４のプローブ１０の機能的構成要素に類似であるが、コンパクトに配置された機能的構成要素を含む。このため、チューブ１２０’、１２２’、及び１２４’、１つまたは複数の電圧源（複数可）１５０’、ならびにガス流Ｇ１及びＧ２は、プローブ１００（図３）における対応するものと概して同じであり、電気スプレーの電界が先端１２５’と端部１３０’との間に形成されている。しかし、導電性の端部１３０’は、電気スプレープロセスから形成されたイオンの同伴及びガイドを可能にするために、先端３０より長くなっており、絶縁体（明確には示されていない）によって端部１３０’から絶縁された流入口１３４’にガイドし、こうして、感度を向上させ、ハウジング（ハウジング２６に類似）の必要性を除去している。
【0069】
図４に記載の実施形態では、ＥＳＩイオンを生成するために、チューブ１２０’に５０００Ｖ、チューブ１３０’に１０００Ｖ、流入口１３４’に０Ｖから５００Ｖの電圧が印加される場合がある。逆の極性が陰イオンに使用される場合がある。さらに、電極１６２’（電極６２に類似）及び光子イオン化装置１６０’（光子イオン化装置６０に類似）が、外側のガス移送チューブ２４’（図１の外側のガス移送チューブ２４に類似）内に配置されており、また、図１を参照して記載したように選択的に作動される場合がある。
【0070】
イオン化装置１４の同様の細長いチューブ２４も、イオン化装置１４に適用される場合があり、それにより、チューブ２４は、３４を通してイオンをガイドする助けになるように、細長くなっている場合があり、流入口３４及びチューブ２４に別々の電圧を許容するための絶縁体を利用する。
【0071】
当然、上述の実施形態は、説明的ものに過ぎず、いずれの方法でも限定するものではない。記載の実施形態は、形態、パーツの配置、詳細、及び動作の順番に多くの変更の余地がある。本発明は、そのような変更形態すべてを、特許請求の範囲によって規定されるその範囲に包含することを意図している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】