(57)【要約】【課題】質量分析計による検体からの検体イオン及び中性分子の採取を誘導し、それによって所定の面積又は容積から採取し、かつ化学的予備段階の必要なく固体又は液体を採取する装置を提供する。【解決手段】本発明は、質量分析計による表面から検体イオン及び中性分子の採取を制限する装置であり、それによって所定の面積又は容積から採取する。本発明の様々な実施形態では、大気圧で又はその近くで脱離イオン化から所定の空間解像度で形成されたイオンを採取するのに、管が用いられる。本発明の一実施形態では、静電界は、分析されている試料の表面の近傍に位置決めされた個々の管又は複数の管のいずれかにイオンを誘導するのに用いられる。本発明の一実施形態では、分析のためにイオン及び中性分子を分光計に引き込むために、広直径試料採取管を真空注入口と共に用いることができる。本発明の一実施形態では、静電界と共に広直径試料採取管は、イオン収集の効率を改善する。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体を分析するための装置であって、
複数のイオン化種を発生させるための構成要素と、
近位端及び遠位端を有する管と、
を含み、
前記複数のイオン化種は、検体に向けられ、
前記検体は、約大気圧にあり、
前記管の前記遠位端は、１つ又はそれよりも多くの検体イオンを質量分析計内に移送するように位置決めされ、
前記管の前記近位端は、１つ又はそれよりも多くの検体イオンが該管を通過して前記質量分析計に入るように、前記複数のイオン化種が前記検体に向けられた位置から距離を離して位置決めされる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記管は、可撓性、湾曲、及びコイル状のうちの１つ又はそれよりも多くとすることができる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記管の長さは、
約１０-2ｍの下限と、
約３ｍの上限と、
の間である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記管は、
約１０-5ｍの下限と、
約２×１０-1ｍの上限と、
の間の距離だけ前記検体から離して位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のイオン化種を発生させるための構成要素は、実時間直接分析（ＤＡＲＴ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、大気レーザ脱離イオン化、コロナ放電、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、及びグロー放電源から成る発生源の群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記管の直径は、
約１０-4ｍの下限と、
約１０-1ｍの上限と、
の間にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記検体及び前記複数のイオン化種の一方又は両方に対する前記管の位置を正確に調節する器具、
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記管は、金属、ガラス、プラスチック、導電性被覆プラスチック、導電性被覆溶融シリカ、非導電性被覆プラスチック、非導電性被覆溶融シリカ、ガラス裏地金属管、及び抵抗被覆ガラスから成る群から選択された１つ又はそれよりも多くの材料から作られる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
内側導電性表面が導電性であり、第１の電位が該内側導電性表面に印加される、前記管の内面、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
１つ又はそれよりも多くの試料検体イオンが、前記内側導電性表面に印加された前記電位に引き付けられ、それによって前記管を通過して前記質量分析計に入ることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記内側導電性表面の内径は、
約１０-4ｍの下限と、
約１０-1ｍの上限と、
の間にある、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記内側管導電性表面は、前記検体及び前記複数のイオン化種の一方又は両方に対して、
約１０度の下限と、
約９０度の上限と、
の間の角度で位置決めされる、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記内側管導電性表面は、前記管の前記近位端から、
約１０-4ｍの下限と、
約１０-2ｍの上限と、
の間の距離だけ突出している、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記内側管導電性表面は、前記検体から、
約１０-5ｍの下限と、
約１０-1ｍの上限と、
の間の距離だけ離して位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記検体及び前記複数のイオン化種の一方又は両方に対する前記内側管導電性表面の位置を正確に調節する器具、
を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記内側管導電性表面は、前記管の内側で該管の前記近位端から、
約１０-4ｍの下限と、
約１０-1ｍの上限と、
の間の距離だけ延びている、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
前記検体を基準位置上に位置付ける段階と、
前記基準位置を見つけて、前記検体を分析するために該基準位置に対して前記内側導電性表面を位置決めするための器具と、
を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
外側導電性表面が導電性であり、第２の電位が該外側導電性表面に印加される、前記管の外面、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記管は、２つ又はそれよりも多くのセグメントから成り、
前記管の前記近位端を構成するセグメントは、近位セグメントであり、該管の前記遠位端を構成するセグメントは、遠位セグメントであり、
前記管の前記近位端は、
前記遠位セグメントの内径の１％の下限と、
前記遠位セグメントの前記内径の約５０％の上限と、
の間の、前記遠位セグメントよりも小さい内径を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
検体を分析するための装置であって、
複数のイオン化種を発生させるためのＤＡＲＴ源と、
近位端及び遠位端を有する管と、
を含み、
前記複数のイオン化種は、検体に向けられ、
前記検体は、約大気圧にあり、
前記管の前記遠位端は、質量分析計に接続され、
前記管の前記近位端は、１つ又はそれよりも多くの検体イオンが該管を通過して前記質量分析計に入るように、前記複数のイオン化種が前記検体に向けられた位置から約１ｍｍから約５ｍｍ離して位置決めされる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２１】
検体を分析する方法であって、
複数のイオン化種を検体に向ける段階と、
前記検体及び前記複数のイオン化種に対して管を配向する段階と、
を含み、
前記検体は、約大気圧にあり、
前記検体から形成されたイオンが、前記管を通して質量分析計内に移送される、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、以下の米国特許出願に対する優先権を主張するものである。
（１）２００６年５月２６日出願の発明者Ｂｒｉａｎ  Ｄ．Ｍｕｓｓｅｌｍａｎによる「表面イオン化技術で用いるための高解像度採取システム」という名称の米国特許仮出願出願番号第６０／８０８、６０９号、
（２）２００７年５月２５日出願のＢｒｉａｎ  Ｄ．Ｍｕｓｓｅｌｍａｎによる「表面イオン化技術で用いるための高解像度採取システム」という名称の米国特許出願出願番号第１１／７５４、１１５号、
（３）２００７年５月２５日出願のＢｒｉａｎ  Ｄ．Ｍｕｓｓｅｌｍａｎによる「表面イオン化技術で用いるための固体を保持する器具」という名称の米国特許出願出願番号第１１／７５４、１５８号、及び
（４）２００７年５月２５日出願のＢｒｉａｎ  Ｄ．Ｍｕｓｓｅｌｍａｎによる「表面イオン化技術で用いるための可撓性開放管採取システム」という名称の米国特許出願出願番号第１１／７５４、１８９号。
これらの出願（（１）−（４））は、その全体が引用により本明細書に明示的に組み込まれる。
本発明は、質量分析計による検体からの検体イオン及び中性分子の採取を誘導し、それによって所定の面積又は容積から採取し、かつ化学的予備段階の必要なく固体又は液体を採取する装置である。
【背景技術】
【０００２】
表面からの分子の脱離及びイオン化、液体から直接のイオン化、及び蒸気中の分子のイオン化を可能にする脱離イオン源は、全体が引用により明示的に組み込まれる米国特許第６、９４９、７４１号の「大気圧イオン源」に説明されているように、Ｃｏｄｙ他によって最近開発されたものである。Ｃｏｄｙ他は、検体試料の「実時間の直接分析（ＤＡＲＴ（登録商標））」を考慮している。この方法は、搬送ガスとして長寿命準安定原子として存在することができるヘリウム、窒素、及び他の気体を含む低質量原子又は分子を利用する。これらの搬送ガス種は、イオン化が起こる大気圧で多量に存在する。このイオン化方法は、検体試料の迅速分析のいくつか利点を提供する。
【０００３】
【特許文献１】米国特許仮出願出願番号第６０／８０８、６０９号
【特許文献２】米国特許出願出願番号第１１／７５４、１１５号
【特許文献３】米国特許出願出願番号第１１／７５４、１５８号
【特許文献４】米国特許出願出願番号第１１／７５４、１８９号
【特許文献５】米国特許第６、９４９、７４１号
【非特許文献１】Ｃｏｄｙ、Ｒ．Ｂ．、Ｌａｒａｍｅｅ、Ｊ．Ａ．、Ｄｕｒｓｔ、Ｈ．Ｄ．著「周囲条件下で外気中の材料の分析のための多用途新規イオン源」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、２００５、７７、２２９７−２３０２
【非特許文献２】Ｃｏｏｋｓ、Ｒ．Ｇ．、Ｏｕｙａｎｇ、Ｚ．、Ｔａｋａｔｓ、Ｚ．、Ｗｉｓｅｍａｎ．、Ｊ．Ｍ．著「周囲質量分析計」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００６、３１１、１５６６−１５７０
【非特許文献３】Ｔａｎａｋａ、Ｋ．、Ｗａｋｉ、Ｈ．、Ｉｄｏ、Ｙ．、Ａｋｉｔａ、Ｓ．、及びＹｏｓｈｉｄａ、Ｙ．著「レーザイオン化飛行時間による最大ｍ／ｚ１００、０００まで蛋白及びポリマー分析」、「Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．」、１９８８、２、１５１−１５３
【非特許文献４】Ｋａｒａｓ、Ｍ．、Ｈｉｌｌｅｎｋａｍｐ、Ｆ．著「１０、０００ダルトンを超える分子質量を有する蛋白のレーザ脱離イオン化」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、１９８８、６０、２２９９−２３０１、超真空中の「質量分析法」（ＭＳ）
【非特許文献５】Ｂａｒｂｅｒ、Ｍ．Ｂｏｒｄｏｌｉ、Ｒ．Ｓ．、Ｅｌｌｉｏｔ、Ｇ．Ｊ．、Ｓｅｄｇｗｉｃｋ、Ｒ．Ｄ．、Ｔｙｌｅｒ、Ａ．Ｎ．著「固体の高速原子衝撃（Ｆ．Ａ．Ｂ．）：質量分析のための新規イオン源」、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９８１、３２５
【発明の開示】
【０００４】
様々な試料及び様々な実験環境に対してＣｏｄｙのＤＡＲＴ技術の使用に対する制限が残っている。更に、質量分析システムで用いるためのこれらの効率的な脱離イオン源の開発により、試料からの分子の脱離の部位を判断する精度を増す必要性が発生している。現在の採取システムは、表面上の分子の選択的イオン化の手段を提供するが、これらの分子は、多くの場合、薄膜に又は材料のバルクの一部に存在する。結晶性粉末、不溶性材料、及び溶剤と反応する多くの化学種の場合には、表面イオン化は、分子がイオン化区域に保持されることが必要であるために困難である。現在の採取システムは、表面上のスポットからのイオンの選択的収集の手段を提供するが、それらは、関連の試料スポットに隣接する位置から必ずしも脱離されているイオンを除外することなくそれを行う。感度を失うことなく採取表面に対する空間解像度を増大させることは有利である可能性がある。空間採取の解像度の改善は、より高い収量の分析を可能にし、分析のために分子を隔離及び局在化するための選択的表面化学物質の使用の可能性をもたらすことができる。表面イオン化のための分子、粉末、及び非バルク材料を局在化する機能は、問題解決における技術のより幅広い適用と溶剤の使用が実際的でない通常の分析とに対して必要である。背景がない状態で、かつ試料を「清浄な」イオン化領域に導入する溶液を作る必要なく検体イオンを採取することも有利であるとすることができる。更に、脱離イオン源を質量分析計から有意な距離の検体試料に向けることができることも望ましいとすることができる。
【０００５】
本発明の様々な実施形態では、管を用いて、大気圧又はその近くで脱離イオン化から所定の空間解像度で形成されたイオンを採取する。本発明の一実施形態では、静電界を使用して、分析されている試料の表面の近傍に位置決めされた個々の管又は複数の管のいずれかにイオンを誘導する。本発明の代替的な実施形態では、分析のためにイオン及び中性分子を分光計に吸い込む真空注入口と組み合わせて、広直径の試料採取管を用いることができる。本発明の別の実施形態では、静電界と組み合わせた広直径試料採取管は、イオン収集の効率を改善する。本発明の一実施形態では、様々な直径を有するセグメントを収容する広直径試料採取管が、イオン収集の効率を改善する。本発明の様々な代替的な実施形態では、透過性障壁を使用して、表面脱離分析のために固体材料を物理的に保持し、同時にイオン収集の効率を改善する。本発明の一実施形態では、透過性障壁は、標準大気圧注入口又は広直径試料採取管のいずれかの開口部にわたって置かれ、透過性障壁と接触している検体の分析を可能にする。
本発明は、その特定的な実施形態に関して説明する。付加的な態様は、図面から認めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
「実時間直接イオン化（ＤＡＲＴ）」（Ｃｏｄｙ、Ｒ．Ｂ．、Ｌａｒａｍｅｅ、Ｊ．Ａ．、Ｄｕｒｓｔ、Ｈ．Ｄ．著「周囲条件下で外気中の材料の分析のための多用途新規イオン源」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、２００５、７７、２２９７−２３０２）と、「脱離エレクトロスプレー表面イオン化（ＤＥＳＩ）」（Ｃｏｏｋｓ、Ｒ．Ｇ．、Ｏｕｙａｎｇ、Ｚ．、Ｔａｋａｔｓ、Ｚ．、Ｗｉｓｅｍａｎ．、Ｊ．Ｍ．著「周囲質量分析計」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００６、３１１、１５６６−１５７０）とは、質量分析計システムを有する効率的な脱離イオン源のための２つの最近の進歩であり、これらは、各々、全体が引用により明示的に組み込まれている。ＤＡＲＴ及びＤＥＳＩは、検体試料の迅速実時間分析に対していくつかの利点を提供する。しかし、様々な試料及び様々な実験環境に対して、これらの技術の使用に制限が残っている。例えば、感度を失うことなく表面を採取するために空間解像度を増大させることは利点である可能性がある。空間採取における解像度の改善は、より高い収量分析を可能にし、分析のために分子を隔離及び局在化するための選択的表面化学物質の使用の可能性をもたらすことができる。従って、ＤＡＲＴ及びＤＥＳＩで試料からの分子の脱離の部位を判断する上で精度を増す必要がある。粉末試料、結晶性化合物、及び高温不溶性材料の信頼性があって再現可能な位置決めを可能にする装置の進歩も必要である。
【０００７】
以前の研究者は、「マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）」（Ｔａｎａｋａ、Ｋ．、Ｗａｋｉ、Ｈ．、Ｉｄｏ、Ｙ．、Ａｋｉｔａ、Ｓ．、及びＹｏｓｈｉｄａ、Ｙ．著「レーザイオン化飛行時間による最大ｍ／ｚ１００、０００まで蛋白及びポリマー分析」、「Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．」、１９８８、２、１５１−１５３、Ｋａｒａｓ、Ｍ．、Ｈｉｌｌｅｎｋａｍｐ、Ｆ．著「１０、０００ダルトンを超える分子質量を有する蛋白のレーザ脱離イオン化」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、１９８８、６０、２２９９−２３０１、超真空中の「質量分析法」（ＭＳ））のような脱離イオン化法の使用を含む研究を完了し、これらは、その全体が引用により各々明示的に組み込まれている。脱離部位の信頼できる判断による選択生体分子の脱離は、２次イオン脱離（ＳＩＭＳ）及び高速原子衝撃（Ｂａｒｂｅｒ、Ｍ．Ｂｏｒｄｏｌｉ、Ｒ．Ｓ．、Ｅｌｌｉｏｔ、Ｇ．Ｊ．、Ｓｅｄｇｗｉｃｋ、Ｒ．Ｄ．、Ｔｙｌｅｒ、Ａ．Ｎ．著「固体の高速原子衝撃（Ｆ．Ａ．Ｂ．）：質量分析のための新規イオン源」、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９８１、３２５）の質量分析のようなＭＡＬＤＩ及び他のイオン化システムに対して報告されており、これは、その全体が引用により明示的に組み込まれている。これらの実験は、質量分析計の内側の高真空脱離条件下で試料を用いることによって完了している。「大気圧ＭＡＬＤＩ（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）」、ＤＡＲＴ、及びＤＥＳＩの使用に関する報告はまた、報告された全ての場合に公開されているが、用いる採取システムは、脱離部位の正確な採取を提供するようにこの注入口の改質が殆どないか又は全くない、簡単な毛管又は３００ミクロン以下の大きさの注入口である。
【０００８】
他の実験では、研究者は、次の脱離のための分子の化学的分類の特定的なタイプを選択するために受容体を作り出すように、ＭＡＬＤＩターゲット表面の化学的修飾の使用を報告している。これらのシステムでは、互いに異なる検体タイプの分離は、表面に結合した化学及び生化学材料の作用によって完了している。試料表面又はその局所環境上の関連の分子の元の位置は、通常これらのシステムで保持されない。血清、血液、及び他の生体液から派生した特定的な蛋白及び蛋白複合体を選択的に保持するために、表面結合抗体の使用を組み込む高性能の分析は、分光法によって分析するための表面上にこれらの関連の分子を隔離するための手段を提供する。ＤＮＡ及びＲＮＡから派生したヌクレオチドの特定的な賞賛的ストランドを結合するために、表面上に固定された短いものから中等度の長さのオリゴヌクレオチドの使用も、表面上に関連の分子を隔離するための手段を提供する。これらのシステムは、検体を濃縮するために用いることができるが、これらは、多くの場合、検体が結合される分子の空間位置に関する情報に乏しい。アッセイ表面を崩壊させることなくこの検体を迅速に分析するための手段を有することは魅力的であろう。
【０００９】
高真空下の試料を有するＭＡＬＤＩの場合には、発生源からの光束と放射線をターゲットに集めるのに用いる光学器械とによって形成された寸法を有する、非常に小さい明確なスポットから有効に試料をイオン化することができる。スポットの直径の下限値は、使用した光学器械に基づく窒素ベースレーザに対して３０ミクロンから５０ミクロンに及び、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ計器の大多数で用いる３３７ナノメートル光源に集束させる。設計及びレーザは変化するが、イオン化レーザビームの直径を３０ミクロン未満に低下させると、質量分離後検出可能信号を提供するのに必要な十分多数のイオンをイオン化するのは困難である。ここでの意味は、現在の技術で典型的なＭＡＬＤＩ−ＴＯＦにおいて１００ミクロン、及び高解像度イオン化性能を考慮して設計された計器において５０ミクロンよりも大きな距離を置いて配置されない表面の構成要素を空間的に分解するのは困難であるということである。最近になってＤＡＲＴイオン化技術は、電位が殆どないか又は全く表面に印加されない接地電位又は試料において表面からイオンの脱離を完了するのに用いられている。ＤＡＲＴ技術は、効率的に試料をイオン化するために準安定原子又は分子の使用を含む。更に、ＤＥＳＩで提案されたようなエレクトロスプレーを用いることによる表面イオン化は、表面から安定イオンの脱離を可能にする。基本的にはこれらの技術は、これらが選択的に結合された表面から関連の分子の直接脱離を可能にするために、材料をイオン化する機能を研究者に提供する。実際に、公開された報告は、葉、生体組織、花弁、及び薄層クロマトグラフィープレートを含む、表面上の分子に対して適度な空間解像度を可能にするという主張と共にこのような結果を示している。ＤＥＳＩ及びＤＡＲＴの両方は、良好な効率で非常に小さなスポット中に存在する分子をイオン化することができるが、脱離が起こるスポットサイズは、ＭＡＬＤＩに比べて大きい。ＤＡＲＴ実験中の採取の正常域は、直径で約４ｍｍ2であり、これは、ＭＡＬＤＩ中に採取された面積よりも大きく１０００倍を超えている。その結果、ＤＡＲＴ及びＤＥＳＩの両方による高解像度採取の報告は、高解像度を有する表面の試験に対してこれらの技術の使用を支持していない。
【００１０】
ＡＰＩ−ＭＳにおける従来技術は、針、毛管注入口、及びレンズ、並びにイオン集束要素として作用する複数のレンズに印加された静電電位の作用を組み合わせる多くの異なる設計を含み、これらは、大気圧でイオン集束ポストイオン化を達成するようにイオン形成領域に位置決めされる。これらの静電集束要素は、発生源のこの領域中に発生した電界の作用により、質量分析計注入口に選択的にイオンを引き寄せるか又は押し出すように設計される。大気圧源は、関連のイオンが質量分析に対して許容可能なレベルまで移動する経路に沿ってガス圧力を低減する働きをする小さなオリフィスによって分離された複数のポンプ段を多くの場合に収容する。これらのオリフィスはまた、電位が表面に印加される時にイオン集束レンズとして作動する。
【００１１】
大気圧イオン化（ＡＰＩ）質量分析計注入口の現在の構成は、毛管又は小さな孔径のいずれかを使用するように設計されて、質量分析器へ透過するためにイオン及び中性分子を同様に質量分析計内に実質的に吸引する。質量分析計の高真空領域に対して大気圧で形成されたイオンを移送する金属及びガラス毛管の使用は、多くの市販の質量分析計上に実施され、かつ広く当業技術で応用されている。これらの金属及びガラス毛管は、通常これらの全長にわたって固定直径を有する。毛管の機能は、管を通過するガスの量のイオンの両移送を可能にすること、及び質量分析計に必要な大気圧から１０-3ｔｏｒｒ又はそれ未満の範囲の真空圧までガス圧力を低減することである。毛管内へのガス流及びこれを通るガス流は、毛管の長さ及び直径に依存する。
【００１２】
表面に印加された電位が実験の典型的な継続時間中残る場合、表面は、電位で荷電することができ、ここで表面における電位は、表面に印加された電位の５０パーセントよりも大きい。大気圧の真空は、７６０ｔｏｒｒである。一般的には、この圧力範囲の「約」は、１０1大気＝７．６×１０3ｔｏｒｒ未満から１０-1大気＝７．６×１０1ｔｏｒｒまでの圧力の範囲を包含する。１０-3ｔｏｒｒ未満の真空は、高真空を構成するであろう。一般的には、この圧力範囲の「約」は、５×１０-3ｔｏｒｒ未満から５×１０-6ｔｏｒｒまでの圧力の範囲を包含する。１０-6ｔｏｒｒ未満の真空は、超高真空を構成するであろう。一般的には、この圧力範囲の「約」は、５×１０-6ｔｏｒｒ未満から５×１０-9ｔｏｒｒまでの圧力の範囲を包含する。以下では、語句「高真空」は、高真空及び超高真空を包含する。
【００１３】
本発明の一実施形態では、採取システムは、より大径の管を利用して、より伝導性と、従って、測定のための分光計分析システムへのイオン及び分子のより効率的な移送とを提供する。本発明の一実施形態では、採取システムは、狭い又は制限入口に続いてより大きな径管領域を利用して、イオンが管の表面に衝突し、従って、測定のための分光計分析システムへのイオン及び分子のより効率的な移送を提供する電位を低下させる。より大きな径管構成の利用により、管の内側の静電界の実施を可能にして、システムの感度を更に改善した分光計システムへのイオンの収集及び移送を更に高める。
【００１４】
本発明の一実施形態では、電位がその内面に印加された状態の狭いオリフィス管は、管の外面に印加された２次電位が、管の採取注入口から離れて関連の領域内に発生しないイオンを偏向するように作用する間、関連の区域から選択的にイオンを収集するように試料の表面に近い状態で位置決めされる。本発明の一実施形態では、試料採取管の端部は、関連の領域から選択的にイオンを収集するように試料の表面に近接を与えるように成形される。本発明の一実施形態では、説明した様々な採取システムは、イオンを捕らえる真空システムの機能を改善することにより、脱離処理中にイオンのより効率的な収集を可能にする。
【００１５】
脱離イオン源１０１は、図１に示すように検体分子を含有するターゲット表面１１１に向けられた準安定中性励起状態種を含有する搬送ガスを発生する。実時間直接分析（ＤＡＲＴ）源によって生成された準安定中性励起状態種は、本発明の構成要素によって生成されたイオン種の例である。しかし、本発明は、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）源、レーザ脱離源、又はコロナ又はグロー放電源のような他の大気圧イオン源によって発生したイオンを含む他のイオン種を用いることができる。イオン種はまた、イオン及び準安定中性励起状態種の混合物を含むことができる。これらの検体分子は、表面１１１から脱離され、かつ搬送ガスの作用によってイオン化される。イオン化されると、検体イオンは、真空注入口１３０を通って分光計システムに運び込まれる。
【００１６】
脱離イオン化中にイオン化ガスを受けた試料の区域は、最近開発されたＤＡＲＴ及びＤＥＳＩシステムの両方においては比較的大きい。試料の特定的な区域の構成を判断する機能は、数立方ミリメートルに限定される。本発明の一実施形態では、小さな直径の毛管は、特定的な区域からより選択的にイオンを収集するために、試料に近い状態で位置決めすることができる。残念ながら、減少した直径の毛管は、分析のための収集効率の低下をもたらす。
【００１７】
空間採取の改善を可能にする代替的な手法は、図１３に示すように関連の区域の外にある区域内のイオン化を防止するために装備された透過性物理的障壁１３１６の使用を含む。透過性障壁は、検体が孔隙に挿入されるか又は他の方法で吸着又は吸収されることを可能にする透過性物理的障壁を有することができる。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ源１３０１を出る準安定原子又は準安定分子は、透過性物理的障壁１３１６によって試料表面１３１１から部分的に保護される。本発明の代替的な実施形態では、透過性物理的障壁は、イオン源とイオン化ガスが通過する試料表面の間に置かれたスリットとすることができる。本発明の一実施形態では、透過性物理的障壁は、可変幅のスリットである。本発明の別の実施形態では、金属板中のピンホールは、透過性物理的障壁とすることができる。ガスが障壁を通った状態で、それは、表面上の分子のイオン化を達成することができる。生成されたイオンは、真空注入口１３３０通って分光計システムに運び込まれる。
【００１８】
関連の区域に隣接する区域から分子の脱離を遮断するために透過性物理的障壁として用いられている材料は、表面のターゲット区域から分子を脱離してイオン化するのに用いられるのと同じイオン化原子又は分子に露出される。ＤＡＲＴの場合には、これらの原子及び分子はガスであって、同様に表面上で濃縮することはないが、ＤＥＳＩでは、これらの分子がその後イオン化され、従って、システムにイオンを生じさせる可能性があるために、透過性物理的障壁上で濃縮する可能性がある液体を除去するように特別な配慮が講じられる必要がある。次に、透過性物理的障壁上の液体の蓄積は、透過性物理的障壁表面から発生した新しいイオンをもたらす。障壁上の電界の存在効果は、従って、透過性物理的障壁としてその使用目的にそぐわないスリット又はオリフィスを通過しながら、ＤＥＳＩビーム中の荷電イオンが偏向される可能性があるために、それが、場合によっては採取システムの分解を低下させる可能性がある点である。明らかに、この状況は、表面の小さな区域を空間的に分解する精密測定に対して理想的ではない。
【００１９】
本発明の一実施形態では、表面から脱離されたイオンは、分光計の真空システムに接続した単一の管から作られた装置を通って分光計システムに引き込むことができる。本発明の一実施形態では、表面から脱離されたイオンは、分光計の真空システムに接続した複数の管から作られた装置を通って分光計システムに引き込むことができる。本発明の一実施形態では、管は円筒形である。本発明の一実施形態では、管は楕円形である。本発明の一実施形態では、円筒管を用いることができ、かつ円筒体の直径は、１００ミクロンよりも大きくすることができる。本発明の代替的な実施形態では、１センチメートルの円筒管の直径を用いることができる。本発明の様々な実施形態では、１００ミクロンよりも大きくて１センチメートルよりも小さな円筒管の直径を用いることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態では、管は、試料注入口でより大きな直径、及び質量分析器注入口で最小直径を有する円錐形とすることができる。本発明の一実施形態では、円錐管を用いることができ、かつより小さな直径は、１００ミクロンとすることができる。本発明の代替的な実施形態では、１センチメートルの最大直径を有する円錐管を用いることができる。本発明の様々な実施形態では、１００ミクロンよりも大きな最小直径と１センチメートルよりも小さな最大直径とを有する円錐管を用いることができる。本発明の一実施形態では、管を変化に富んだ形状にすることができる。本発明の一実施形態では、１つの管又は複数の管の内面は、脱離イオン化処理中に発生するイオンを保持し、かつ平行にするために印加することができる電位を支持することができる。図２は、抵抗被覆ガラス管２０２を用いることによって製作された装置を示し、この外面は、導電材料に接続した電極２１９を通して表面に電位を印加することができる金属２２２のような導電材料で被覆されている。別の電極２１７は、管２０２の内面への電位の印加を可能にするために抵抗被覆管に取り付けられる。管アセンブリは、試料の様々な部分の分析を可能にするように管アセンブリの横方向及び水平移動を可能にするホルダ２４５を用いることによって試料表面２１１上に位置決めすることができる。脱離処理中にイオン化された分子が蒸気相中にあると、これらが、管の外面に印加された電界の作用によって関連の区域の外側にある場合に、これらは、真空注入口２３０を通って分光計システムに運び込まれるか又は真空注入口に至る管の入口から離れて偏向されるかのいずれかである。
【００２１】
本発明の一実施形態では、管２２２内の内孔直径は、採取器装置中の管２０２の開口端内に脱離された表面２１１からイオン及び中性分子を捕らえるために、採取領域中の真空を増加させるように変更することができる。本発明の一実施形態では、管２３０内の内孔直径は、採取領域と質量分析計の間のガス流を増減させるように変更することができる。
ホルダ２４５を用いた管の移動は、表面２１１内に組み込まれた１つ又はそれよりも多くの光検出器と相互作用する管２０２又はホルダ２４５に付加されたレーザ又は発光ダイオードのような光源によって誘導することができる。集積回路が表面２１１上の様々な位置で管２０２の位置を感知した状態で、表面２１１の系統的試料分析を実施することができる。当業者は、このような装置が「ラボ・オン・チップ」装置の分析及び生体起源の試料の原位置スクリーニングの用途を有することができることを認めることができる。
【００２２】
抵抗被覆ガラスイオンガイドは、質量分析計の高真空領域で使用されている。設計により、ガラスは、真空システム中の位置間の移送のためのイオンガイドに注入されたイオンをもたらすアセンブリ又は質量分析器（例えば、リフレクトロン又はイオンミラーにおける）に製作される。生成されたイオンと同じ極性で作動する抵抗被覆ガラス面は、イオンを最低電位に誘導することによって作用し、これらを焦点イオンビーム内に視準する。
【００２３】
本発明の一実施形態では、大気圧で作動された抵抗被覆ガラス管の内面に印加された電位は、その入口を制約し、かつイオンをこれに誘導するように作用すると同時に、電位が管の内面の長さに沿って減少する時にこれらを管の出口に向けて押し進める。本発明の一実施形態では、管を脱離の区域の近くに置き、かつ管の出口端に真空を加えることにより、結果としてより広い区域からより効率的なイオンの収集が生じる。本発明の代替的な実施形態では、イオンの収集は、管に印加された電位の作用によって抑制することができる。本発明の別の実施形態では、イオンの収集は、管出口に加えられた真空の作用によって抑制することができる。本発明の一実施形態では、電位を支持するように改質されている管の外面に対する電位の印加は、管の電気的及び真空構成要素の作用からの捕捉結果に対してターゲット位置にないイオンの偏向をもたらす。本発明の代替的な実施形態では、管への電位の印加は、イオンが形成されている表面の指定容積からのみの採取をもたらす。本発明の様々な実施形態では、管の直径の差とそれに加えられた真空は、採取システムの解像度を定めるように働く。本発明の一実施形態では、より小さな径管は、より高い解像度をもたらす。本発明の一実施形態では、より大きな径管は、より広い試料表面区域にわたる以外に、より多くのイオンの収集を可能にする。
【００２４】
図３は、金属管のような導電管を用いることによって製作された採取装置を示している。本発明の一実施形態では、表面から脱離されたイオンは、イオンが脱離イオン化搬送ガス（図示せず）によって表面３１１から脱離された１００ミクロンから１センチメートルに及ぶ直径の単一導電管３０２から作られた装置を通って分光計システムに引き込むことができる。本発明の一実施形態では、管の表面は、印加されると脱離イオン化処理中に発生するイオンを保持するように作用する電位を支持することができるべきである。関連の特定的試料区域内に形成されないイオンを管３０２内に収集されることからそらすために、絶縁材料３３６によって元の管から絶縁された第２の管３５０が、図示のように同軸構成で使用される。別の電極３１９は、外部導電性表面３５０に取り付けられる。第２の管３５０は、導電管３０２の外面の下部を覆う。同極性又は異極性の第２の電位は、この外面に印加されて、導電管３０２の採取端部に直接隣接する試料表面区域からは生成されないイオンの偏向方法を提供する。電極３１７は、管の内面への電位の印加を可能にするために管３０２に取り付けられる。外側管はまた、絶縁体の表面に付加された導電性金属から構成することができる。管アセンブリは、試料の様々な部分の分析を可能にするように管アセンブリの横方向及び水平移動を可能にするホルダ３４５を用いることによって試料表面３１１上に位置決めすることができる。イオン化された状態で、検体イオンは、真空注入口３３０を通って分光計システムに運び込まれる。
【００２５】
本発明の一実施形態では、内面に印加された電位は、負とすることができ、一方、外面に印加された電位は、正とすることができる。この構成では、導電性被覆（例えば、金属）ガラス管の端部に直接隣接する区域内に形成された陽イオンは、管内に引き付けることができ、その理由は、陽イオンが、負電位に引き付けられ、一方、管に直接隣接する容積の外側に形成された陽イオンは、採取区域から離れて偏向され、従って、これらが収集されて分光計に移送されることを防ぐからである。
【００２６】
本発明の一実施形態では、内面に印加された電位は、正とすることができ、一方、外面に印加された電位は、負とすることができる。この構成では、導電性（例えば、金属）被覆ガラス管の近位端に直接隣接する区域内に直接形成された陰イオンは、管内に引き付けることができ、その理由は、陰イオンが陽電位に引き付けられ、一方、管の近位端に直接隣接する容積の外側に形成された陰イオンは、採取区域から離れて偏向させることができ、従って、これらが測定されないようにするからである。
本発明の一実施形態では、抵抗ガラスの短い部分の使用は、異極性のイオンがガラスの内面に衝突する機会を低減し、従って、測定前の電位損失を低減することができる。
【００２７】
本発明の一実施形態では、可撓性又は剛性の管４４４のいずれかの複数セグメントの使用は、図４に示すように、導電性被覆（例えば、金属）管４０２から作られた装置を通じて、これらが採取器装置内に脱離された区域から分光計分析器４６８までのイオンのより効率的な移送を満足させる。本発明の一実施形態では、管は、直角で脱離イオン化採取を搬送ガスに提供するように位置決めすることができる。本発明の一実施形態では、管は、図１７に示すように脱離イオン化採取を提供するように分析される表面に対して４５度で配向することができる。本発明の一実施形態では、管は、分析される表面に対して図１６に示すように約１０度の下限から約９０度の上限で配向することができる。本発明の一実施形態では、管は、分析される表面に関して３６０度又はそれよりも大きく巻き付けることができる。本発明の一実施形態では、管は、一端を質量分析計真空システムに取り付けて、採取器装置内の管４０２の開口端内に脱離された表面４１１から、イオン及び中性分子の捕捉に吸引を与えることができる。脱離イオン源４０１は、検体分子を含有するターゲット表面に向けられた準安定中性励起状態種を含有する搬送ガスを発生する。管アセンブリは、試料の様々な部分の分析を可能にするように管アセンブリの横方向及び水平移動を可能にするホルダ４４５を用いることによって試料表面４１１上に位置決めすることができる。電極４１７は、管の内面への電位の印加を可能にするために、抵抗被覆管４０２に取り付けることができる。電極４１９は、管の外面への電位の印加を可能にするために、管４２２の内の導電性表面に取り付けることができる。
【００２８】
本発明の一実施形態では、多重セグメント管４４４の第１のセグメント４０２の使用内径は、多重管の次のセグメントの内径よりも有意に小さい。近位管４０２の減少した直径は、管４４４の次のセグメントに流れ込むガスの速度を増加させるように作用する。より大径の管４４４は、表面積対ガス容積の低比率を有するイオンが通過するための領域を提供する。容積の増加により、流動気体内に同伴されたイオンが、管４４４のセグメントの内壁と衝突することになる確率を低下させる。質量分析計への多重セグメント管の遠位端の接続は、管を通って気体及びイオンを吸い込むように真空を提供する。代替的に、管は、気体イオン分離器装置に接続して、より大量の気体及びイオンが管の近位端に入ることを可能にすることができる。本発明の一実施形態では、気体イオン分離器は、管の遠位端で接続することができる。代替的な実施形態では、気体イオン分離器は、管の近位端と遠位端の間のポイントで挿入することができる。
【００２９】
本発明の様々な実施形態では、様々な角度における試料脱離表面は、前に説明した（図１３）スリット及びオリフィスの使用に関連する厄介な問題を回避するのに用いられる。本発明の一実施形態では、分析される表面５１１がイオン源に対して位置決めされた角度により密接に一致する角度を有する開口部を備えた試料収集管は、脱離イオン化処理中に形成されたイオン及び中性分子のより効率的な収集を達成するのに用いられる（図５）。イオンが脱離されている表面５１１の呈示角度に対して補完的であるように端部が設計され、かつ製作されている管５０２の使用は、一端で質量分析計真空システムに取り付けられて、これらが採取器装置内の管５０２の開口端内に脱離されると、表面からのイオン及び中性分子のより効率的な収集を提供することができる。脱離イオン源５０１は、検体分子を含有するターゲット表面に向けられた準安定中性励起状態種を含有する搬送ガスを発生する。管アセンブリは、試料の様々な部分の分析を可能にするように管アセンブリの横方向及び水平移動を可能にするホルダ５４５を用いることによって試料表面５１１上に位置決めすることができる。電極５１７は、管の内面への電位の印加を可能にするために、抵抗被覆管５０２に取り付けることができる。イオン化されると検体イオンは、真空注入口５３０を通って分光計システムに運び込まれる。電極５１９は、管の外面への電位の印加を可能にするために、管５２２の内の導電性表面に取り付けることができる。
【００３０】
本発明の一実施形態では、イオンは、生成されたイオンと反対の電位が印加されている導電性被覆（例えば、金属）管のより長い部分から絶縁された導電管の短い部分に電極６５１を通して電位を印加することによって発生した静電界によって分光計に引き込むことができる（図６に示すように）。短い外部導電管は、試料とより長い内部導電管６０２との間に設けられ、かつ内部管６０２の直径よりも大きな直径を有する。内部管６０２の直径は、１００ミクロンから１センチメートルとすることができる。本発明の一実施形態では、イオン源６０１からの脱離イオン化搬送ガスによって表面６１１から脱離されたイオンは、最初に外側管６５１に引き付けられるが、外側管に印加された比較的低電位により、イオンは内側管６０２に移行する。本発明の一実施形態では、管６０２の表面は、印加されると脱離イオン化処理中に発生するイオンを保持するように作用する電位を支持することができる。電極６１９は、管の外面への電位の印加を可能にするために管６２２の外部の導電性表面に取り付けることができる。電極６１７は、管の内面への電位の印加を可能にするために内側管６０２の抵抗外部被覆に取り付けることができる。管アセンブリは、試料の様々な部分の分析を可能にするように、管アセンブリの横方向及び水平移動を可能にするホルダ６４５を用いることによって試料表面６１１上に位置決めすることができる。管６０２を通過するイオンは、真空注入口６６８を通って分光計システム内にイオンのより効率的な移送を提供する可撓性又は剛性のいずれかである移送管６４４に入る。
【００３１】
高収量採取
ＤＡＲＴ及びＤＥＳＩは、どのような試料の精密検査もなく試料を分析する魅力的な手段であるが、感度及び選択性は、予備段階が分析プロトコルに導入される場合は著しく改善される可能性がある。例えば、ＬＣＭＳは、クロマトグラフの保持時間及び質量スペクトル特性に基づいてイオンを検出する機能を増大させる。同様に、ＭＳ分析前の選択的試料保持は、試料を区別するためにＤＡＲＴ及びＤＥＳＩの機能を改善するために重要であるとすることができる。更に、選択的試料保持は、表面イオン化効率を改善するために重要である可能性がある。本発明の代替的な実施形態では、ＤＡＲＴ／ＤＥＳＩ分析のための試料は、親和性相互作用によって捕捉される。本発明の別の実施形態では、ＤＡＲＴ／ＤＥＳＩ分析のための試料は、非共有相互作用によって捕捉される。本発明の様々な代替的な実施形態では、ＤＡＲＴ／ＤＥＳＩ分析のための試料は、共有結合によって捕捉される。本発明の一実施形態では、共有結合は、試料測定前に加水分解することができる。本発明の代替的な実施形態では、共有結合は、試料測定の時間と同時に加水分解することができる。本発明の別の実施形態では、共有結合気化又は加水分解は、粒子又は光の脱離イオン化ビームの作用により起こすことができる。本発明の一実施形態では、化学的に修飾された表面は、ＤＡＲＴ／ＤＥＳＩ分析のための試料を捕捉するのに用いることができる。
【００３２】
本発明の一実施形態では、関連の分子を含有するプラスチック材料の薄膜は、イオン化粒子又は光のビームの通過軸に直列に又はこれに沿ってのいずれかで設置することができる。本発明の一実施形態では、イオン化粒子又は光の発生源を出る高温加熱ガスは、材料を液化又は気化させるのに十分とすることができる。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ実験に用いるためのガスを加熱するための高温の使用は、加熱ガスの作用によってイオン化することができる分子を放出するプラスチックポリマー材料の溶融及び／又は熱分解をもたらすことができ、ここで、イオン化分子は、分光計を用いることによって検出することができる。
【００３３】
本発明の一実施形態では、試料が透過性である場合に、すなわち、一方の表面上の試料から形成されたイオンが試料の他方の表面から出ることができる場合に、イオン種のビームは、試料採取管の内側に位置決めされた試料に誘導することができる。図７に示すように、管７６０は、イオン種の経路の一直線に試料７６３を有することができる。これらの試料では、ＤＡＲＴ及びＤＥＳＩそれぞれにおける場合のように、脱離ガス又は荷電イオンの相互作用は、ガス又は荷電イオンが試料を貫流するとその試料で完了する。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ源又はＤＥＳＩ脱離イオン流７０１を出る準安定原子又は準安定分子は、図７に示すように試料７６３から脱離中に作り出されたイオンをより有効に制約する静電界を確立するために、電位を印加することができる管７６０に導かれる。
【００３４】
図７によって同様に示す本発明の一実施形態では、１つの管又は複数の平行管７６３から作られた障壁は、これらが管内に形成されると、イオンが脱離する区域を制約しながら脱離のための表面を提供するように作用する。１つの管又は複数の管は、金属又は伝導的に被覆されたガラスから作ることができる。電位は、１つの管又は複数の管７６３の遠位端から離れてイオンを付勢するように印加することができる。試料は、イオン種の発生源７０１と質量分析計７６８の間に位置決めされた１つの管又は複数の管７６３に付加される。試料は、脱離分析のための表面全体又は表面の特定的な区域の呈示を可能にするように移動させることができる。導電性被覆（例えば、金属）管７０２から作られた装置は、形成されたイオンをこれらがＡＰＩ様入口７６８を通って分光計に引き込まれる移送管７４４に伝達する。電極７１７は、管の表面への電位の印加を可能にするために抵抗被覆管７０２に取り付けることができる。
【００３５】
本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ源又はＤＥＳＩ脱離ガス８０１を出る準安定原子又は準安定分子は、図８に示すように試料８６３から脱離中に作り出されたイオンをより有効に制約する静電界を確立するために、電位を印加することができる管８６０に導かれる。本発明の一実施形態では、表面のより高い解像度採取の完了を可能にするために、図８に示すように試料表面の特定的な区域への脱離イオン化ガスの流れを制約するために、管８６３の直径が低減され、かつシールド８４７が導入される。導電性被覆（例えば、金属）管８０２から作られた装置は、イオンを移送管８４４を通って分光計システムのＡＰＩ様入口８６８に伝達する。電極８１７は、管の内面への電位の印加を可能にするために抵抗被覆管８０２に取り付けることができる。本発明の一実施形態では、管８６０と電極８０２の間の距離を調節して、最適イオン収集、並びに非イオン化材料及び分子の排出をもたらすことができるので、これらは、質量分析計注入口に浸透しない。
【００３６】
本発明の様々な実施形態では、試料７６３、８６３は、ガラス、金属、及びプラスチックから作られた固体材料に巻き付いたフィルム、ロッド、膜とすることができる。プラスチック膜の場合には、試料は、膜を通るガスの流れを可能にするように穿孔を有することができる。本発明の一実施形態では、イオン源から搬送ガスの作用は、低搬送ガス温度で膜から検体の脱離を可能にするのに十分とすることができる。本発明の一実施形態では、搬送ガスの作用は、関連の膜及び分子の両方の同時気化を提供するのに十分とすることができる。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴガス温度は、気化を達成するように上昇する。本発明の一実施形態では、試料ホルダは、膜、導電性被覆管、金属管、ガラス管、及び抵抗被覆ガラス管から成る群から選択することができる。本発明の一実施形態では、これらの試料支持体の機能は、関連の分子を含有する試料に対して物理的マウントを提供することとすることができる。本発明の一実施形態では、膜ホルダは、可変電圧を印加して、これらが形成された後に質量分析計の大気圧注入口に向けてイオンの静電集束を達成することができる５００ミクロンから１０センチメートルに及ぶ直径のワイヤメッシュとすることができる。
【００３７】
イオン種のビーム（ＤＡＲＴ、ＤＥＳＩ、及びＤＡＰＣＩを含む）は、ガラス、金属、プラスチック、及び更に皮膚の固体表面から直接分子の脱離に用いられている。しかし、これらのイオン種は、主に固体表面からイオンの脱離に利用されている。本発明者は、固体粉末の表面脱離結果を発生させようと試みる時にかなりの困難に遭遇し、化学的製剤をカプセル封入した。他の者は、分析中に固体を適切な位置に保持するために両面テープ、接着剤、粘性液、及び他の物理的手段を使用している。これらの手法は、他の種及び可能な不純物を加え、これらの理由のために魅力がないと考えられ、かつあらゆる処理制御分析に組み込むのは困難でもあろう。これらの分子をイオン化しようとする本発明者の初期の試みは、粉末が最初に溶剤中で溶解されるか又は他の方法で修飾され、採取ターゲットにこれらの粉末を付加するために異物を用いて表面を忠実に保護した時には成功した。残念ながら、溶剤の使用により、多くの場合に試験された材料の溶解性が未知であるので、分析に何らかの複雑性が付加される。いわゆる「バッキーボール」又はフラーレンを含むある一定の材料の分析の実施においては、溶剤の付加が、材料の可溶化をもたらさず、溶剤分子がフラーレンによって捕捉された時に、場合によっては材料の化学的特性をその分析前に変化させる場合もある。特にＤＡＲＴ実験では、試料を表面に固定する必要性は、試料に向けられる高流量のガスの使用と、ガスが検体をそれがイオン化される前にその同じガスによって単に吹き飛ばすことになる可能性とに起因する。試料が、脱離イオン化を可能にするように表面上で十分な時間保持されなかった場合には、分析の失敗の可能性が高いことを考慮して、本発明者は、表面イオン化を支持し、かつ試料をその化学構造を変更するか又は溶剤中のその溶解の必要性なしに保持すると考えられる材料の開発にその研究を向けた。
【００３８】
本発明の一実施形態では、固体材料が接触している多孔質表面を有する透過性物理的障壁は、脱離イオン化によって採取するための手段を提供するように利用されている。本発明の一実施形態では、透過性物理的障壁の多孔質表面間の接触は、結果として孔隙中に少量の固体を含めることになる。固体試料の付加は、多孔質材料の表面を横切って固体試料を移動させる段階を含むことができ、その場合に材料の少量の残留物は、透過性物理的障壁のチャンネル内に捕捉される。本発明の一実施形態では、透過性物理的障壁は、ガスのようなイオン種がガラスの長さだけ自由に貫流することを可能にすることができるように、試料が付加された前面から後面まで延びるチャンネルの存在をもたらすガラス管から製作される。本発明の一実施形態では、透過性物理的障壁は、試料が付加された前面上の大きなポケットの存在をもたらす金属メッシュから製作される。金属メッシュは、ガスが最小抵抗でその長さだけ自由に貫流することを可能にすることができるような密度から成る。採取器の多孔質材料中に固体を保持するのに十分な力の印加は、固体の堆積をもたらすのに十分とすることができるが、透過性物理的障壁を必ずしも完全に被覆することはできない。
【００３９】
ＤＡＲＴ法のための試料表面としてマイクロチャネルガラスプレートを用いた初期実験中に、本発明者は、水中でこれらを溶解した後に試料を付加した。表面のこのタイプからの試料イオンの脱離は、同様のサイズ及び質量のガラスプレートを用いることによって観察されたよりも、遥かに長い期間持続することが観察された。その後、本発明者は、脱離処理に対するガス温度の効果を研究して、同じ温度で透過性物理的障壁から脱離された試料が、ガラスプレート表面からのそれらよりも遥かに長く続いたと判断した。透過性物理的障壁中の検体分子の捕捉は、より長い採取時間を可能にすると思われ、結果として、より長い採取時間により、広範な分光学的調査の実施を可能にし、従って、脱離イオン化技術をより有用にする。
【００４０】
本発明の一実施形態では、表面脱離イオン化実験のための採取器として用いられる透過性物理的障壁は、ＤＡＲＴ源を出るイオン化準安定原子及びイオンの経路に対して共線にマイクロチャネルと位置決めされる。イオン化ガスは、その後プレートを通って又はその周囲で分光システムの注入口に引き込まれる検体のイオン化をもたらす多孔質ターゲットの表面に衝突する。図１５の質量スペクトルは、マイクロチャネルガラス面の表面に付加された「ベラパミル」の固体製剤のＤＡＲＴイオン化によって得られた質量スペクトルを示している。図１４は、固体試料の付加前にマイクロチャネルガラス面の脱離イオン化から得られた質量スペクトルである。背景上の有意な数及び量の種の存在が注目される。この構成における固体試料のイオン化は、図１５の背景イオンの発生を抑制することが観察される。同様の結果は、透過性金属メッシュ及び金属スクリーンを用いて観察されている。
【００４１】
本発明の一実施形態では、表面脱離イオン化実験のための採取器として用いられる透過性物理的障壁は、マイクロチャネルが、ＤＡＲＴ源を出るイオン化準安定原子及びイオンの経路に対して直角又はある一定の角度になるように位置決めされる。イオン化ガスは、その後プレートを通って又はその周囲で分光システムの注入口に引き込まれる検体のイオン化をもたらす多孔質ターゲットの表面に衝突する。
【００４２】
本発明の一実施形態では、試料は、図９に示すように脱離イオン源９０１の前にある角度で設置することができる。本発明の一実施形態では、採取装置９０２は、管に印加された電圧によって維持された静電界の作用によって脱離イベント中に形成されたイオンに集束させるように作用する管９６０を通り、試料表面上に向けられた脱離ガスを用いることによってイオンが固体表面９１１から脱離されている高採取効率を提供するように設計された角を成す表面を有する。管は、管から離れるようにイオンを付勢する電位を印加することができる導電性被覆（例えば、金属）又は抵抗被覆ガラスから作ることができる。管アセンブリは、試料の様々な部分の分析を可能にするように管アセンブリの横方向及び水平移動を可能にするホルダ９４５を用いることによって試料表面９１１上に位置決めすることができる。電極９１７は、管の内面への電位の印加を可能にするために、抵抗被覆管９０２に取り付けることができる。イオン化されると検体イオンは、真空注入口９３０を通って分光計システムに運び込まれる。ターゲット試料は、ターゲットから分子の気化が起こる位置内にＤＡＲＴガスの流れの通過経路に沿って位置決めされる。試料は、脱離分析のための表面全体又は表面の特定的な区域の呈示を可能にするように移動させることができる。以下に限定されるものではないが、薄層クロマトグラフィープレート、ペーパーストリップ、金属ストリップ、プラスチック、「コンパクトディスク」を含む試料、並びに以下に限定されるものではないが、皮膚、髪、及び組織を含む生体起源の試料は、本発明で説明した様々な直径の試料採取管及び採取装置を用いることによって達成される異なる空間解像度で分析することができる。
【００４３】
本発明の一実施形態では、ホルダは、同じか又は異なるタイプの複数試料の保持を可能にするように設計することができる。本発明の様々な実施形態では、試料は、ガラス、金属、及びプラスチックから作られた固体材料に巻き付いたフィルム、ロッド、及び膜とすることができる。本発明の一実施形態では、これらの試料支持体の機能は、関連の分子を含有する試料に対して物理的マウントを提供することとすることができる。
本発明の別の実施形態では、採取区域は、領域からの非イオン化試料及びガスの除去を達成するように、真空を用いることによって排気することができる。本発明の一実施形態では、真空は、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取前に印加することができる。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取を付加する前の遅延は、１０ミリ秒から１秒とすることができる。本発明の一実施形態では、真空は、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取と同時に印加することができる。本発明の一実施形態では、真空は、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取の後に印加することができる。本発明の一実施形態では、試料を真空にした後の遅延は、１０ミリ秒から１秒とすることができる。
【００４４】
本発明の一実施形態では、関連の分子のある一定のタイプに対する化学反応性を有する試薬ガスは、ガスの化学的付加体の形成を促進して、分析のための安定な擬似分子イオン種を形成することができる。この反応ガスの導入は、試料の分析中に様々な時間で関連の分子の選択的イオン化を提供するのに用いることができる。本発明の一実施形態では、関連の分子のある一定のタイプに対する分析のために選択された試薬ガスは、試薬ガス原子と関連の分子との間で化学的付加体の形成をもたらす特定的化学反応性を有して、分光分析のための安定擬似分子イオン種を形成する。本発明の一実施形態では、試薬ガスは、化学材料群に対して選択的とすることができる。本発明の一実施形態では、試薬ガスは、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取前に採取区域に導入することができる。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取前の遅延は、１０ミリ秒から１秒とすることができる。本発明の一実施形態では、試薬ガスは、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取と同時に採取区域に導入することができる。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ採取の開始の後に採取区域に導入することができる。本発明の一実施形態では、試薬ガスを導入した後の遅延は、１０ミリ秒から１秒とすることができる。本発明の一実施形態では、試薬ガスは、ある一定の分子と反応することができる。
【００４５】
本発明の一実施形態では、図７−９に説明した試料ホルダは、試料の操作用手段を提供するようにＸＹ、及びＺ方向に移動可能にすることができる。本発明の一実施形態では、移動可能採取段階は、図２及び図３に説明したイオン収集装置又は図９に説明したイオン採取のいずれかで用いることができる。
本発明の一実施形態では、採取表面は、単一穿孔（図１０）又は同じか又は様々な直径の複数の孔（図１１）のいずれかを有することができる。孔は、金属グリッド、金属スクリーン、繊維性材料、一連のガラスから製作された密接に整列した管（図１２）、一連の金属から製作された密接に整列した管、及び一連の繊維性材料から製作された密接に整列した管によって覆うことができ、これらの全ては、分析のために試料を付加することができる表面として働く。本発明の一実施形態では、試料支持材料の設計は、この構造によって支持された表面上の材料をイオン化するために、孔の穿孔に隣接するこれらの表面上のイオン化ガスの流れを可能にする。本発明の一実施形態では、これらの表面上のイオン化ガスの流れは、ガスの正圧を提供して、表面から脱離されたイオン及び分子を試料採取管又は質量分析計の真空注入口の容積に効率的に押し込む。
【００４６】
広範な材料を用いて、混合物の特定的成分の互いからの選択的隔離を完了し、表面上にこれらの隔離物を広げる。本発明の一実施形態では、試料表面内の孔１００３に直接隣接する区域は、化学材料１０１２を含む層、特定の蛋白に対する抗体、又は関連特定的分子に対する選択性を有する他の分子で被覆することができる（図１０）。本発明の代替的な実施形態では、図１０のようなウェルの側面を被覆するのではなく、ウェルの底部（１００３に対応する）を被覆することができる。通常のＤＡＲＴ又はＤＥＳＩ実験では、これらの孔は、一度に１つのスポットだけからのイオン化を可能にするために、少なくとも１ミリメートルの間隔で離間させることができる。本発明の一実施形態では、採取システムの解像度の増大は、試料の間隔を２から２０ミクロン離すことができるＤＮＡ及び蛋白マイクロアレイ、並びに他のラボ・オン・チップ装置で利用することができるような近傍に関連の試料を位置決めすることができる、より高い空間選択機能を可能にする。本発明の一実施形態では、より大きな間隔が想定されている。本発明の一実施形態では、採取の解像度の増大は、これらが生体組織及びナノ材料のような複合試料中に現れるので、高密度アレイ及び分子中に配向された関連の分子の判断を可能にする。本発明の代替的な実施形態では、図１０のようなウェルの側面は、粉末及び／又は結晶性材料の物理的圧縮を可能にするために、多孔質材料で製作又は被覆することができる。
【００４７】
本発明の一実施形態では、採取装置の解像度の増大は、採取装置を認識して誘導するために装置と互いに連結することができる。本発明の一実施形態では、採取装置を認識して誘導するための装置は、分析される表面から発する光源を読む光センサとすることができる。本発明の一実施形態では、採取装置を認識して誘導するための装置は、分析される表面に組み込まれた光センサ上に向けられた光源とすることができる。
本発明の一実施形態では、図１０−１２に説明の穿孔した採取表面は、図７及び８それぞれの試料採取管７０２及び８０２の近位端に物理的手段によって直接取り付けられ、脱離イオン化で使用するための採取プローブの貫流を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】イオンの収集及びこれらの発生部位から分光計システム注入口までのイオンの伝達をもたらすイオン採取装置の図である。
【図２】改質外面を有する抵抗被覆ガラス管を組み入れた採取システムの概略図である。
【図３】第２の金属管が上に設けられた絶縁外面を有する金属管を組み入れた採取システムの概略図である。
【図４】脱離イオン化を受けている試料に対する採取装置の位置の柔軟性を可能にするために、イオンのための経路を可撓性管又はセグメント化された管を通って採取装置からＡＰＩ質量分析計の注入口に供給するように構成されたイオン採取装置の概略図である。
【図５】試料のより緊密な採取を考慮した成形入口を有する採取装置の構成の概略図である。
【図６】試料のより高い解像度採取を考慮した採取端部に制限寸法入口を有する採取装置の構成の概略図である。
【図７】試料からのイオンの脱離のために試料の位置決めを可能にするように採取装置が堆積された貫通チャンネルを有する透過性物理的障壁であって脱離イオン源と分析されている試料との間に置かれた平行管を示す概略図である。
【図８】イオンが脱離されている位置を限定するために遊離イオン化準安定原子及びイオンが採取装置に衝突するのを阻止するように機械的シールドが取り付けられた平行管を有する高解像度採取器を示す概略図である。
【図９】分光システム注入口の入口が軸外であり、脱離イオン源と分析されている試料との間に設けられた平行管を含む軸外採取装置の概略図である。
【図１０】表面イオン化のために試料が堆積され、孔が貫通した試料プレートの概略図である。
【図１１】関連の分子の親和性に基づく選択から作り出された試料のための支持体を提供するのに用いる試料プレートの概略図である。
【図１２】関連の分子の親和性に基づく選択から作り出された試料のための支持体を提供するのに用いる試料プレートの概略図である。
【図１３】脱離イオン化を達成するのに用いられるガスの物理的制限を示す、イオンの収集とそれらの発生部位から分光計システム注入口までのイオンの伝達とをもたらすイオン採取装置の概略図である。
【図１４】励起ガス供給源と質量分析計の大気圧注入口と間に直列に位置決めされた時のマイクロチャネルガラスプレートの試料に対する表面脱離イオン化質量スペクトルである。
【図１５】励起ガス供給源と質量分析計の大気圧注入口との間に直列に位置決めされたマイクロチャネルガラスプレートの表面へのベラパミルの試料の付加後に得られた試料に対する表面脱離イオン化質量スペクトルである。
【図１６】管の近位端がＤＡＲＴ源のイオン化領域に位置決めされ、遠位端が質量分析計の大気圧注入口に取り付けられた図２に説明した可撓性管採取システムの線画である。
【図１７】管の近位端がＤＡＲＴ源によって利用されるイオン化ガスのための出口開口部に対してある一定の角度で位置決めされた図２に説明した可撓性管採取システムの線画である。
【図１８】可撓性管採取システムを用いて得られた「タイレノール超強力急速放出ジェルキャップ」の試料の表面脱離イオン化質量スペクトルである。
【図１９】可撓性管採取システムを用いて得られた「タイレノール超強力急速放出ジェルキャップ」のゲル表面で１．７分及びポリマー賦形剤を主とした粉末コアで２．３分を含む様々な位置での表面脱離イオン化中に得られた「全イオンクロマトグラム」である。
【図２０】可撓性管採取システムを用いて得られたキニーネの試料の表面脱離イオン化質量スペクトルである。
【図２１】図２１（Ａ）は、可撓性管採取システムを用いて得られたキニーネの試料の表面脱離イオン化質量スペクトル中に得られた「全イオンクロマトグラム」である。図２１（Ｂ）は、可撓性管採取システムを用いて得られたキニーネの試料の表面脱離イオン化質量スペクトル中に得られた選択イオンクロマトグラムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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