(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）質量分析システムであって、
（ａ）該ＧＣ質量分析システムにサンプルを導入するためのカラムと、
（ｂ）前記カラムによって分離されることになる前記サンプルを加熱するための加熱源と、
（ｃ）前記カラムによって分離された前記サンプルをイオン化するための前記加熱源の下流にあるイオン源であって、該イオン源の温度を求めるためのセンサを有し、動作中の温度を変更できるイオン源と、
（ｄ）前記イオン源及び前記加熱源に接続されるインターフェースと
を備え、該イオン源の温度は、データ収集中に追跡され、前記インターフェースを介して得られる前記加熱源の温度を追跡するように変更される、ＧＣ質量分析システム。
【請求項２】
イオンを検出するための検出器をさらに備える、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項３】
前記カラムは前記加熱源の中に配置される、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項４】
前記イオン源はハウジングをさらに備える、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項５】
前記加熱源はオーブンを含む、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項６】
前記センサは熱センサを含む、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項７】
前記センサは熱電対を含む、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項８】
前記加熱源はＩＲ源を含む、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項９】
前記ハウジングは金属を含む、請求項４に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項１０】
前記ハウジングは不活性材料を含む、請求項４に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項１１】
前記インターフェースはシステムソフトウエアを含む、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項１２】
前記インターフェースは、データを入力するためのユーザインターフェースを含む、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項１３】
前記加熱源は温度をランプ制御することができる、請求項１に記載のＧＣ質量分析システム。
【請求項１４】
ＧＣ質量分析のための装置であって、
（ａ）カラムに熱を加えて前記カラム内のサンプルを加熱し、該カラムによって分離されることになる分子を気化させるための加熱源と、
（ｂ）前記加熱源の下流にあり、前記カラムによって分離される前記サンプルをイオン化するためのイオン源であって、該イオン源の温度を求めるためのセンサを有し、動作中の温度を変更できるイオン源と、
（ｃ）前記イオン源を前記加熱源に接続するためのインターフェースと
を備え、該イオン源の温度は、データ収集中に、前記インターフェースを介して得られる前記加熱源の温度を追跡するように変更される、ＧＣ質量分析のための装置。
【請求項１５】
前記イオンを検出するための検出器をさらに備える、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項１６】
前記イオン源はハウジングをさらに備える、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項１７】
前記加熱源はオーブンを含む、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項１８】
前記センサは熱センサを含む、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項１９】
前記センサは熱電対を含む、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２０】
前記加熱源はＩＲ源を含む、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２１】
前記ハウジングは金属を含む、請求項１６に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２２】
前記ハウジングは不活性材料を含む、請求項１６に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２３】
前記インターフェースはシステムソフトウエアを含む、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２４】
前記インターフェースは、データを入力するためのユーザインターフェースを含む、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２５】
前記加熱源は温度をランプ制御することができる、請求項１４に記載のＧＣ質量分析のための装置。
【請求項２６】
ＧＣ質量分析データ収集を実行中にデータを収集するための方法であって、
（ａ）ＧＣ質量分析システムにサンプルを入力すること、
（ｂ）加熱源を用いて、前記サンプルを加熱すること、
（ｃ）インターフェースを介して該加熱源に接続され、センサを有し、動作中の温度を変更できるイオン源に前記サンプルを導入すること、及び
（ｄ）前記センサによって、前記イオン源の温度を、データ収集中に追跡し、前記インターフェースを介して得られる前記加熱源の温度を追跡するように変更すること
を含むＧＣ質量分析データ収集を実行中にデータを収集するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＣ質量分析インターフェースシステムに係り、特に、イオン源の温度を感知してサンプル加熱の温度へフィードバックすることを特徴とするインターフェースシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析システムにおける一般的なイオン源は、調整、使用を容易にするために、また安定性の問題を解消するために一定の温度において操作される。液体クロマトグラフィ（ＬＣ）及びイオン化の仕組み（エレクトロスプレー、大気圧化学イオン化等）に関連するサンプル導入形態、又はガスクロマトグラフィ若しくは挿入プローブ（安定性が低い場合）のような、その安定性に起因して熱揮発するのにより適しているサンプルのためのサンプル導入形態のような、質量分析イオン源のための数多くのサンプル導入形態がある。イオン源についてのこれらの考慮すべき事柄は、種々のイオン源の場合に当てはまるが、それらはガスクロマトグラフィ（ＧＣ）の技法によって例示するのが最も容易である。ＧＣでは、サンプルが、その揮発性、及び移動気相（キャリア相）とキャピラリカラムの壁のような或る支持体上に塗布される固定相との間の分配によって分離される。カラム及びキャリアガスの温度が変化するとき（通常は加熱された温度浴又はオーブン内で生じる）、２つの相間のサンプル成分の分布が変化し、分離が可能になる。温度が変化するとき、複数の成分がキャリアの中に分配され、種々のインターフェースを通して、ＭＳイオン源に入り、その中で、それらの成分はイオン化されて、最終的に検出される。別法では、複数の成分をプローブによってイオン源に導入することができ、その上にサンプルが存在するプローブ先端を単に加熱することによって、プローブが非常に粗い分離を実行する。揮発性が低い成分が気化する前に、揮発性が高い成分が気化する。これらの進め方のいずれにおいても、化合物をイオン源の中に「移動する」ために、温度が用いられる。ＬＣでは、移動相組成の変化を用いて、化合物をイオン化領域の中に溶離する。しかし、イオン源に入ると、多くの化合物が、その新たな環境の温度に対して異なる耐性を示す。イオン断片化及び全反応（信号）のパターンは、イオン源温度によって大きく影響を及ぼされる。熱の影響を受けやすい化合物は、非常に高温のイオン源の中で急激に劣化し、その反応が減少するであろう。非常に高い温度において（ＧＣ又はプローブから）溶離する化合物は、冷たすぎるイオン源では、クロマトグラフィの特性が大きく劣化し（そのピークが広がってガウス形状ではなくなり）、低い反応を示すであろう。動作におけるロバスト性を犠牲にして、イオン源の清浄度を損なう恐れのある分析物及びマトリックスの凝縮を防ぐためにイオン源は通常、非常に高い温度に保持されている。このような状況は、限定はしないが、電子衝撃イオン化、化学イオン化（正モード及び負モード）、電子捕獲負イオン化モード（ＥＣＮＩ）、光イオン化等を含む、全ての種類のイオン源及び動作モードにおいて多くの場合に生じる。この影響は、ＥＣＮＩモードにおいて特に顕著である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
分析物が、反応、スペクトル等に関して異なる「最適な」イオン源温度を有すること、及びロバストな動作等の他の分析上の懸念があることを認識するとき、分析中にイオン源温度を変更できるようにすることによって、イオン源温度を常に最適化できるようにすることが、依然として問題になっている。本発明により、これらの問題及び他の問題が回避され、対処されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ＧＣ質量分析システムであって、ＧＣ質量分析システムにサンプルを導入するためのカラムと、当該カラムによって分離されることになるサンプルを加熱するための加熱源と、カラムによって分離されたサンプルをイオン化するための加熱源の下流にあるイオン源であって、イオン源の温度を求めるためのセンサを有し、動作中の温度を変更できるイオン源と、イオン源及び加熱源に接続されるインターフェースとを備え、イオン源の温度は、データ収集中に追跡され、前記インターフェースを介して得られる前記加熱源の温度を追跡するように変更される、ＧＣ質量分析システムを提供する。
【０００５】
本発明は、また、ＧＣ質量分析のための装置であって、カラムに熱を加えて前記カラム内のサンプルを加熱し、当該カラムによって分離されることになる分子を気化させるための加熱源と、当該加熱源の下流にあり、カラムによって分離されるサンプルをイオン化するためのイオン源であって、当該イオン源の温度を求めるためのセンサを有し、動作中の温度を変更できるイオン源と、イオン源を加熱源に接続するためのインターフェースとを備え、イオン源の温度は、データ収集中に、前記インターフェースを介して得られる前記加熱源の温度を追跡するように変更される、ＧＣ質量分析のための装置も提供する。
【０００６】
本発明は、また、ＧＣ質量分析のための方法であって、ＧＣ質量分析システムにサンプルを入力すること、加熱源を用いて、サンプルを加熱すること、インターフェースを介して加熱源に接続され、センサを有し、動作中の温度を変更できるイオン源にサンプルを導入すること、及びセンサによって、イオン源の温度を、データ収集中に追跡し、前記インターフェースを介して得られる前記加熱源の温度を追跡するように変更することを含む、ＧＣ質量分析データ収集を実行中にデータを収集するための方法も提供する。
【０００７】
本発明は、添付の図面を参照しながら、以下に詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を詳細に説明する前に、本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるときに、構成要素について、単数、複数の区別をしていないが、その文脈において明確に別段の指示がない限り、単数、複数、両方を意味することに留意されたい。したがって、たとえば、「ハウジング」と言うときは、１つのハウジングである場合と、２つ以上の「ハウジング」を含むことがあり、「イオン源」と言うときは、１つのイオン源である場合と、２つ以上の「イオン源」を含むことがある。
【０００９】
本発明を説明し、且つ特許請求する際に、以下の用語は、以下に述べられる定義を含んで用いられる。
【００１０】
用語「隣接する」は、近くにあること、隣にあること、又は接触していることを含む。
【００１１】
用語「カラム」は、サンプルを分離するために用いることができる分析用カラム又は調製用カラムのいずれのタイプをも含んでいる。
【００１２】
用語「インターフェース」又は「質量分析インターフェース」は、加熱デバイスをイオン源に接続するために用いることができる任意のハードウエア又はソフトウエアの一方または両方を含んでいる。詳細には、これは、１つのデバイスの温度パラメータを他のデバイスの温度パラメータに関連付けることができるようにするための任意の構成要素又はデバイスを含む。
【００１３】
用語「オーブン」は、分析物を加熱又は気化させるために使用又は採用することができる任意のデバイス、装置又は構造を含んでいる。本明細書で用いる用語「オーブン」は、当該技術分野で用いられる定義の同義語である。
【００１４】
図１に、本発明の全体的なブロック図を示す。その図は縮尺どおりに描かれているわけではなく、例示の目的を果たすためだけに用いられるものとする。図１は、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）質量分析システム１を示す。そのＧＣ質量分析システムは、質量分析システム５に接続されるガスクロマトグラフ（ＧＣ）３を備える。ＧＣ３は、インターフェース６によって、質量分析システム５に接続される。インターフェース６は、これらのデバイスを外部入力に直に接続できるようにするハードウエア及びソフトウエアの一方又は両方、あるいは任意の器具（material）若しくはデバイスを含むことができる。
【００１５】
図１及び図２を参照すると、ＧＣ３は、カラム７と、加熱源９とを備えており、加熱源は通常オーブン又は類似のタイプのデバイスである。質量分析システム５は、イオン源１１と、イオン源１１の下流にある検出器１３とを備える。
【００１６】
ＧＣ質量分析システム１には、当該技術分野において知られている任意のシステムを用いることができる。ＧＣ質量分析システム１は、ガスクロマトグラフィを用いてサンプルを分離及び（又は）調製するための種々の構成要素及び部品を備えることができる。これらの構成要素及び部品は必ずしも近接して接続される必要はないことにも留意されたい。或る特定の構成では、それらの構成要素が離隔して接続されること、又は種々の空間的な配列及び（若しくは）向きにあることを想像することができる。
【００１７】
本発明にとってインターフェース６は重要である。インターフェース６は、加熱源９をイオン源１１に接続するために用いることができる任意の数のハードウエア構成要素及び（又は）ソフトウエア構成要素を含むことができる。たとえば、インターフェース６は、ユーザが種々のパラメータをＧＣ及び（又は）質量分析システム５に入力できるようにするソフトウエア及び（又は）ユーザインターフェースを含むことができる。また、そのインターフェースは、加熱源９とイオン源１１とを関連付けるためのフィードバックループを有するセンサ１５も備えることができる（センサ１５は図面には示されない）。センサ１５は通常、イオン源１１の適切な位置に配置されるであろう。図１及び図２は、２つのデバイスを接続する１つ又は複数のケーブルを含むフィードバックループを示す。
【００１８】
カラム７は、ガスクロマトグラフィによって分析物を分離するための当該技術分野において知られている任意のカラムを含むことができる。これは、分析タイプ及び（又は）調製タイプの両方のカラムの場合がある。カラム７は、全体的に加熱源９の中に、あるいは部分的に加熱源９の中に配置することができる。
【００１９】
加熱源９は、当該技術分野において知られている任意の数の加熱デバイスを含むことができる。たとえば、加熱源９は、オーブン又は類似のタイプのデバイスを含むことができる。このデバイスは通常、化合物を気化させるために、迅速に、或る特定の高い温度を達成できなければならない。本発明とともに、１つ又は複数の加熱源９を用いることができる。加熱源９は、ＧＣ３内の任意の数の位置に配置又は配列することができる。
【００２０】
イオン源１１は、当該技術分野において知られている任意の数のイオン源を含むことができる。たとえば、イオン源１１は、イオントラップ、三連四重極、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）、化学イオン化（ＣＩ）及びエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ），大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）、又はＧＣ３の下流において通常用いることができる他のタイプのイオン源を含むことができる。
【００２１】
検出器１３は、イオン及び（又は）分析物を検出するために当該技術分野において知られており、使用されている任意の数の検出器を含むことができる。たとえば、検出器１３は、飛行時間検出器、Ｑ−ＴＯＦ検出器又は他の類似のタイプのデバイスを含むことができる。本発明は、これらのデバイスに限定されるものと解釈されるべきではない。当該技術分野において知られている他のデバイスを用いることもできる。検出器１３は、必要に応じて、光電子増倍管又は類似のタイプのデバイスと結合することができる。
【００２２】
本発明にとってセンサ１５は重要である。センサ１５は、温度変化を検出及び（又は）求めるために用いることができる、当該技術分野における任意の数のセンサを含むことができる。たとえば、センサ１５は、熱電対、サーミスタ又は温度及び温度変化を検出することができる類似のタイプのデバイスを含むことができる。センサ１５は、センサ較正結果又は情報を中継するために用いられる任意の数のケーブル、ワイヤ又は他のデバイスを備えることができる。センサ１５は通常、クローズドフィードバックループを用いて、加熱源９及びイオン源１１に接続される。
【００２３】
本発明の装置及びシステムを説明してきたが、ここで、本発明の方法を説明することが妥当である。ＧＣ質量分析のための方法は、ＧＣ質量分析システムにサンプルを入力すること、加熱源を用いてサンプルを第１の温度まで加熱すること、サンプルをインターフェース及び加熱源に接続されるセンサを有するイオン源に導入すること、及びイオン源の温度を第２の温度に変更することを含む。通常、この第２の温度は、加熱源の第１の温度に一致する温度又は範囲である。
【００２４】
その方法は、最初に、分析物をＧＣ質量分析システム１に導入することによって開始する。これは通常、サンプルをカラム７に注入することによって達成される。サンプルがカラム７に注入された後に、分析物はカラムの中を進み、分離される。これは、分析物を加熱し、分析物を液相から気相に気化させる加熱源９によって果たされる。加熱源９は通常、低温から高温まで加熱する。これは通常、短時間で果たされる。種々の分析物成分及び化学物質が、異なる温度において気相に達する。たとえば、ある化合物又は分析物は、他のものよりも揮発性である。これは、化合物がいかに分離され、カラムから溶離されるかに影響を及ぼす。分離及び溶離した後に、分析物は質量分析システム５のイオン源１１に入る。図３に示されるように、標準的なＧＣ質量分析システムの種々の温度パラメータを観測することができる。たとえば、加熱源９又はオーブンが、分析物に基づいて、低い温度又は高い温度にあるとき、イオン源は、一定の温度に保持される。これは、大部分のＧＣ質量分析システムによって用いられる標準的な手順であるが、理想的とは言えない。この手順は、実現可能な最良の結果を与える際に理想的ではない。通常、導入された成分の凝縮を低減し、且つロバストな長期の動作を与えるために、イオン源は大抵の場合に、取り得る最も高い温度において動作する。これは、電子衝撃イオン化、正、負の化学イオン化、及び電子捕獲負イオン化モード（ＥＣＮＩ）、光イオン化等を含む全ての動作モードにおいて概ね当てはまる。温度に伴う影響は、ＥＣＮＩモードにおいて最も明らかに例示することができる。図４Ａ及び図４Ｂは、初期に溶離するポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）及び後に溶離するポリ塩化ビフェニルの場合に、２つの異なるイオン源温度のＮＣＩモードにおいて収集する場合の、この状況を示す。初期に溶離するＰＣＢ（下段の区画、図４Ｂ）は、イオン源が高温になるほど、ピークの高さ及び面積が減少し（低感度）、それゆえ、イオン源温度が低い場合に好ましい。後に溶離するＰＣＢ（上段の区画、図４Ａ）は、高温のイオン源温度において、改善されたクロマトグラフィ及び向上したピーク高を示す。一度の収集においてこれを果たすために、本発明は、インターフェース６を使用して、収集中にイオン源１１の温度をプログラミングすることによって、これを果たすのを助けることを提案する。図３は、イオン源１１の温度を加熱源９にいかに関連付けることができるかを示す。言い換えると、インターフェース６を用いることによって、イオン源１１の温度が、加熱源９の相対温度を追跡することができる。これは、分析物を気化させ、分離する場合に、最も有効な結果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の全体的なブロック図である。
【図２】本発明の第２のブロック図である。
【図３】種々の温度パラメータ、及び種々のデバイス及びモードを用いるイオン源への影響の比較を示す図である。
【図４Ａ】イオン源がＥＣＮＩモードにある場合の種々の温度及び捕獲パラメータにおける、ＰＣＢへの温度変化及びオーブン温度の影響を示す図である。
【図４Ｂ】イオン源がＥＣＮＩモードにある場合の種々の温度及び捕獲パラメータにおける、ＰＣＢへの温度変化及びオーブン温度の影響を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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