(57)【要約】  【課題】高分子用の装置で、テイラー円錐の体積を大きくすることなく再現することのできるエレクトロスプレー装置を提供する。  【解決手段】エレクトロスプレー装置（１０８）は、本体部分（１１６）と、本体部分（１１６）から延びて、高分子材料を含む先端部分（１１８）と、先端部分（１１８）をほぼ選択的に被覆する疎水性コーティング（１６０）とを有する。疎水性コーティング（１６０）は、非導電性の材料により形成される。【選択図】図１
2006134877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部分と、
該本体部分から延びて、高分子材料を含む先端部分と、
該先端部分をほぼ選択的に被覆する疎水性コーティングとを有することを特徴とする質量分析システムのためのエレクトロスプレー装置。
【請求項２】
前記先端部分は、前記本体部分と一体化して形成されることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項３】
前記高分子材料は、ポリイミド及びポリケトンから構成されるグループから選択されることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項４】
前記疎水性コーティングは、非導電性であることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項５】
前記疎水性コーティングは、０．００１Ω・ｃｍを超える抵抗率を有していることを特徴とする、請求項４に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項６】
前記抵抗率は、０．０１Ω・ｃｍを超えることを特徴とする、請求項５に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項７】
前記疎水性コーティングによって疎水性表面が得られることと、該疎水性表面は、水に対して９０°を超える接触角を示すことを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項８】
前記接触角は、１０５°を超えることを特徴とする、請求項７に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項９】
前記疎水性コーティングによって、前記先端部分は、少なくとも部分的に被覆されるが、前記本体部分は、ほとんど被覆されないことを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項１０】
前記疎水性コーティングは、過フッ化炭化水素、炭化水素、崩壊すると炭化水素を生じるガス、崩壊すると過フッ化炭化水素を生じるガス、フッ素を含むガス、及びそれらの混合物から選択される反応ガスのプラズマ蒸着によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
【請求項１１】
試料流を通すように構成された細長の導管を形成する高分子先端部分、及び該高分子先端部分を少なくとも部分的に被覆する疎水性コーティングを具備するエレクトロスプレー装置と、
前記エレクトロスプレー装置に隣接して配置された電極と、
前記エレクトロスプレー装置及び前記電極に電気的に接続されて、前記エレクトロスプレー装置と前記電極の間に電圧を印加し、前記試料流からイオンが生じるように構成された電源とを備えることを特徴とする質量分析システムのためのイオン源。
【請求項１２】
前記エレクトロスプレー装置に、さらに、本体部分が含まれることと、前記高分子先端部分は、前記本体部分から延びることを特徴とする、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記高分子先端部分は、前記疎水性コーティングによって、少なくとも部分的に被覆されるが、前記本体部分は、ほとんど被覆されないことを特徴とする、請求項１２に記載のイオン源。
【請求項１４】
前記高分子先端部分に、側面が含まれることと、前記疎水性コーティングによって、前記側面は、少なくとも部分的に被覆されることを特徴とする、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記高分子先端部分に、末端面が含まれることと、前記疎水性コーティングによって、前記末端面は、少なくとも部分的に被覆されることを特徴とする、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記疎水性コーティングによって、疎水性表面が得られることと、該疎水性表面は、２０ｍＮ／ｍ未満の表面エネルギを有することを特徴とする、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１７】
前記表面エネルギは、１５ｍＮ／ｍ未満であることを特徴とする、請求項１５に記載のイオン源。
【請求項１８】
前記疎水性コーティングは、過フッ化炭化水素、炭化水素、崩壊すると炭化水素を生じるガス、崩壊すると過フッ化炭化水素を生じるガス、フッ素を含むガス、及びそれらの混合物から選択される反応ガスのプラズマ蒸着によって形成されることを特徴とする、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１９】
本体部分、該本体部分から延びて高分子材料を含む先端部分、及び該先端部分を少なくとも部分的に被覆するが、前記本体部分はほとんど被覆しない、疎水性表面が得られるようにする、コーティングを具備する、試料流を通すように構成されたエレクトロスプレー装置、及び
該エレクトロスプレー装置に対して、該エレクトロスプレー装置とそれとの間に電圧が印加されると、前記試料流からイオンが生じて、それに向けて送られるように配置されている、電極を有する、
イオン源と、
該イオン源に対して、前記イオンを検出するように配置されている検出器とを備えることを特徴とする質量分析システム。
【請求項２０】
前記コーティングは、非導電性で、０．００１Ω・ｃｍを超える抵抗率を有していることを特徴とする、請求項１９に記載の質量分析システム。
【請求項２１】
前記コーティングは、過フッ化炭化水素、炭化水素、崩壊すると炭化水素を生じるガス、崩壊すると過フッ化炭化水素を生じるガス、フッ素を含むガス、及び、それらの混合物から選択される反応ガスのプラズマ蒸着によって形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の質量分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析機器に関し、とりわけ質量分析に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛋白質及び他の生体分子の分析には、さまざまな分析機器を利用することが可能である。最近になって、質量分析は、高い感度と高速処理能力で、多種多様な生体分子を取り扱うことができるので、目立つようになってきた。質量分析に用いるため、さまざまなイオン源が開発されている。これらのイオン源の多くには、噴霧によって荷電化学種を生じさせるあるタイプのメカニズムが含まれている。よく利用されるある特定タイプの技法は、エレクトロスプレー・イオン化（「ＥＳＩ」）である。ＥＳＩの利点の１つは、蛋白質のような多種多様な生体分子から荷電化学種を生じさせることができるという点である。ＥＳＩのもう１つの利点は、高速液体クロマトグラフィ（「ＨＰＬＣ」）のような多種多様な化学分離技法に関連して容易に利用することができるという点である。例えば、ＥＳＩは、蛋白質の同定のため、ＨＰＬＣに関連して用いられる場合が多い。
【０００３】
一般に、ＥＳＩによって、当初は液相の試料流から気相のイオン・スプレーが生じる。従来のＥＳＩ質量分析システムの場合、エレクトロスプレー装置の端部とエレクトロスプレー装置の端部に隣接して配置された電極との間に比較的高い電界が印加されている間に、試料流がエレクトロスプレー装置で吸入排出される。試料流がエレクトロスプレー装置の端部から噴射される際、試料流に表面電荷が生じ、そのため、試料流が電極の方に引き寄せられる。試料流は高電界に入ると、試料流に加わる結合された電磁的・流体力学的力がその表面張力によって相殺され、その結果、「テイラー円錐」が生じる。一般に、テイラー円錐は、エレクトロスプレー装置の端部近くに位置する底面を備え、エレクトロスプレー装置の端部からある特定の距離まで延び、それを越えて、小滴のスプレーが生じる。これらの小滴が電極に向かって移動する際、クーロン反発力及び脱溶媒によって、気相のイオン・スプレーが形成されることになる。
【０００４】
テイラー円錐の特性は、一般に、試料流とエレクトロスプレー装置の端部における表面との間のアフィニティによって決まる。このアフィニティに応じて、試料流によって湿潤させることが可能な表面領域が増減し、これがさらにテイラー円錐の体積に影響を及ぼす可能性がある。体積が大きいテイラー円錐は、いくつかの欠点を示す可能性がある。すなわち、テイラー円錐の体積が大きくなると、質量分析に必要な試料流の量が増大することになり、少量で存在する蛋白質及び他の生体分子を分析する場合に、問題を生じる可能性がある。また、テイラー円錐の体積が大きくなると、内部流体循環が生じる可能性のある「死空間」が形成される可能性もある。この「死空間」内では、試料流の異なるバンドが合流し、その結果、バンド分離度が損なわれる可能性がある。さらに、テイラー円錐の体積が大きくなると、イオン化効率が低下する可能性がある。従って、以上の及びその他の理由から、質量分析の結果が、所望のレベルの正確度、再現性、及び感度を備えるように、体積の小さいテイラー円錐を再現可能に作り出すのが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近、質量分析に用いられるエレクトロスプレー装置として、高分子用の装置を実施しようとする試みがなされている。こうした高分子用の装置は、多種多様な技法を利用して正確に形が作られる点で望ましい。こうした高分子用の装置を首尾よく実施するための課題の１つは、試料流と、一般にこれらの高分子装置の形成に用いられる高分子材料との間のアフィニティ（類似性または親近性）に関連する。すなわち、このアフィニティは、体積の大きいテイラー円錐の形成を促進する可能性があり、このため、上述の理由から不利になる可能性がある。そこで、本発明は、高分子用の装置で、テイラー円錐の体積を大きくすることなく再現することのできるエレクトロスプレー装置またはそのためのイオン装置、またはスプレー装置を含むシステムを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、ある質量分析システムが得られる。質量分析システムには、試料流を通すように構成されたエレクトロスプレー装置を含むイオン源が含まれている。エレクトロスプレー装置には、本体部分と、本体部分から延びる先端部分が含まれている。先端部分には、高分子材料が含まれる。エレクトロスプレー装置には、先端部分を少なくとも部分的に被覆するコーティングが含まれるが、本体部分は、コーティングによる被覆をほとんど施されていない。コーティングによって疎水性表面が得られる。イオン源には、エレクトロスプレー装置に関して配置された電極も含まれており、エレクトロスプレー装置と電極間の電圧が印加されると、試料流からイオンが生じ、電極に向けて送られる。質量分析システムには、イオン源に対してイオンを検出するように配置された検出器も含まれている。
【０００７】
本発明によれば、質量分析システム用のイオン源も得られる。このイオン源には、高分子先端部分を含むエレクトロスプレー装置が含まれており、高分子先端部分は、細長く、試料流を通すように構成された導管を形成している。エレクトロスプレー装置には、高分子先端部を少なくとも部分的に被覆する疎水性コーティングも含まれている。イオン源には、エレクトロスプレー装置に隣接して配置された電極も含まれている。イオン源には、さらに、エレクトロスプレー装置及び電極に電気的に接続された電源も含まれている。電源は、エレクトロスプレー装置と電極の間に電圧を印加して、試料流からイオンを生じさせるように構成されている。
【０００８】
本発明によれば、さらに、質量分析システム用のエレクトロスプレー装置も得られる。エレクトロスプレー装置には、本体部分と、本体部分から延びる先端部が含まれている。先端部には、高分子材料が含まれている。このエレクトロスプレー装置には、先端部をほぼ選択的に被覆する疎水性コーティングも含まれている。
【０００９】
好都合なことには、本発明の実施態様によれば、再現可能な特性を備えるようにテイラー円錐を生じさせることが可能であり、質量分析の結果が、所望のレベルの正確度、再現性、及び感度を示すようになっている。本発明の実施態様によっては、疎水性が高く、エレクトロスプレー装置に選択的に付着させられるコーティングを利用することによって、テイラー円錐の再現性を実現可能なものもある。
【００１０】
本発明の他の態様及び実施態様も検討されている。以上の要約及び下記の詳細な説明は、本発明を任意の特定の実施態様に制限することを意図したものではなく、ただ単に本発明のいくつかの実施態様の説明を意図したものにすぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のいくつかの実施態様の性質及び目的についてより深く理解するには、添付の図面に関連してなされる、下記詳細な説明を参照されるのが望ましい。
【００１２】
定義
下記の定義は、本発明の実施態様のいくつかに関連して説明される構成要素のいくつかに適用される。これらの定義については、同様に、本明細書において、さらに詳述するものとする。
【００１３】
本明細書で用いられる限りにおいて、「１つの」、「ある」、及び「その」といった単数形用語には、文脈において明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象が含まれている。従って、例えば、ある材料への言及には、文脈において明らかに別段の指示がない限り、複数材料が含まれている可能性がある。
【００１４】
本明細書で用いられる限りにおいて、「組」という用語は、１つ以上の構成要素の集合を表わしている。従って、例えば、１組の特徴には、単一特徴または複数特徴が含まれる可能性がある。ある組の構成要素は、その組のメンバと呼ぶことも可能である。ある組の構成要素は同じであることも、あるいは、異なることもあり得る。場合によっては、ある組の構成要素は、１つ以上の共通特性を共有することもあり得る。
【００１５】
本明細書において用いられる限りにおいて、「親水性の」及び「親水性」という用語は、水に関するアフィニティを表わしており、一方、「疎水性の」及び「疎水性」という用語は、水に関するアフィニティの欠如を表わしている。疎水性材料は、一般に、水が付着する傾向がほとんどまたは全くない材料に相当する。従って、疎水性材料上の水は、それ自体、玉のようになりがちである。疎水性材料は、非湿潤材料と呼ばれる場合もある。ある材料の疎水性の基準の１つは、材料の表面と、その表面との接触点において水滴に接する線との間の接触角である。こうした基準によれば、接触角が９０°を超えると、材料は、一般に、疎水性であるとみなされる。材料の疎水性のもう１つの基準は、ミリニュートン／メートル（「ｍＮ／ｍ」）で表わされる材料の表面エネルギである。こうした基準によれば、表面エネルギが２０ｍＮ／ｍ未満の場合、その材料は、一般に、疎水性であるとみなされる。
【００１６】
本明細書において用いられる限りにおいて、「導電性の」及び「導電性」という用語は、電流を輸送する能力を表わしており、一方、「非導電性の」及び「非導電性」という用語は、電流を輸送する能力の欠如を表わしている。導電性材料は、一般に、電流の流れに対する抵抗をほとんどまたは全く示さない材料に相当し、一方、非導電性材料は、一般に、電流が流れる傾向をほとんどまたは全く示さない材料に相当する。ある材料の導電性（または非導電性）の基準の１つは、オーム・センチメートル（「Ω・ｃｍ」）で表わされるその抵抗率である。一般に、その抵抗率が０．００１Ω・ｃｍ未満であれば、その材料は、導電性であるとみなされ、一方、その抵抗率が０．００１Ω・ｃｍを超えると、その材料は、非導電性であるとみなされる。ある材料の抵抗率は、温度と共に変動する場合もあり得る。従って、別段の指定のない限り、ある材料の抵抗率は、室温で定義される。
【００１７】
本明細書において用いられる限りにおいて、「不活性な」及び「不活性」という用語は、相互作用の欠如を表わしている。不活性材料は、一般に、本明細書において解説のエレクトロスプレー装置の典型的な動作条件のような、典型的な動作条件下において試料流と相互作用する傾向をほとんどまたは全く示さない材料に相当する。一般に、不活性材料は、イオン化プロセスに従って試料流から生じる小滴スプレーまたはイオン・スプレーと相互作用する傾向も、ほとんどまたは全く示さない。本明細書において、ある材料が不活性であると称される場合があるが、その材料は、特定の条件下において試料流と相互作用する、検出可能な傾向を多少とも示す可能性があるものと考えられる。材料の不活性の基準は、その化学反応性である。一般に、試料流との化学反応性をほとんどまたは全く示さない場合、その材料は、不活性であるとみなされる。
【００１８】
本明細書において用いられる限りにおいて、「頑強な」及び「頑強性」という用語は、機械的硬さまたは強さを表わしている。頑強な材料は、一般に、本明細書に解説のエレクトロスプレー装置の典型的な動作条件のような典型的な動作条件下において、壊れる傾向をほとんどまたは全く示さない材料に相当する。ある材料の頑強性の基準の１つは、キログラム／ミリメートル（「ｋｇ／ｍｍ」）で表わされるビッカース微小硬さである。一般に、そのビッカース微小硬さが１，０００ｋｇ／ｍｍを超えると、その材料は頑強であるとみなされる。
【００１９】
本明細書において用いられる限りにおいて、「イオン化効率」は、イオン化プロセスで形成されるイオン数とイオン化プロセスで用いられる電子またはフォトン数の比を表わしている。
【００２０】
本明細書において用いられる限りにおいて、「一体化された」、「一体の」、及び「一体化して」といった用語は、ある物体の非個別性を表わしている。従って、例えば、本体部分と、本体部分と一体化して形成された先端部分を含むエレクトロスプレー装置は、本体部分と先端部分がモノリシック装置として形成されたエレクトロスプレー装置の実施例を表わすことが可能である。ある物体の一体化部分は、一般に、その物体の残りの部分と界面を形成しないので、その物体に取り付けられるものと異なる可能性がある。
【００２１】
本明細書において用いられる限りにおいて、「マイクロデバイス」という用語は、少なくとも１つの寸法がミクロンまたはサブミクロン範囲内の、１組の機能部分を含むデバイスを表わしている。マイクロデバイスは、質量分析、電気泳動、クロマトグラフィ、化学スクリーニング及び診断、生化学スクリーニング及び診断、化学合成、生化学合成等の多種多様な用途に利用可能である。例えば、マイクロデバイスは、エレクトロスプレー装置として利用することが可能であり、入口ポート、出口ポート、導管、電極等のような１組の機能部分を含むことが可能である。マイクロデバイスの機能部分は、一般に、マイクロデバイスの特定の用途に応じて導入される。例えば、エレクトロスプレーとして利用される場合、マイクロデバイスに、断面の直径が、例えば約５マイクロメートル（「μｍ」）〜約７５μｍといった約１μｍから約２００μｍで、長さが約０．１ｃｍ〜約１００ｃｍの導管を含むことが可能である。いくつかの用途では、マイクロデバイスに、それぞれ、例えば約１０ｎｌ（ナノリットル）〜約２００ｎｌといった、約１ｎｌ〜約１，０００ｎｌの容積を有することが可能な１組の試料調製領域または反応ゾーンを含むことが可能である。マイクロデバイスは、レーザ・アブレーション、光化学エッチング、プラズマ・エッチング、化学エッチング、電気化学エッチング、イオン・エッチング、電子ビーム・エッチング、フォトレジスト・マスキング、ドライ・エッチング、ウェット・エッチング、成形、エンボス加工等のような多種多様な技法を用いて形成することが可能である。レーザ・アブレーションは、寸法的に正確なマイクロデバイスの整形を可能にするので、とりわけ望ましい技法である。レーザ・アブレーションには、一般に、固体レーザ、あるいは、Ｆ2、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ、ＫｒＦ、またはＸｅＣｌのエキサイマ・レーザのような高エネルギ・レーザの利用が必要とされる。場合によっては、レーザ・アブレーションに、約１００ミリジュール／平方センチメートルを超えるパルス・エネルギと、約１マイクロ秒未満のパルス持続時間の利用が必要になることもある。光化学エッチングは、マイクロデバイスの形成にとりわけ望ましいもう１つの技法になる可能性がある。光化学エッチングの場合、物体を化学エッチング液に浸して、レーザからのような光エネルギを物体の選択部分に当て、それらの部分を除去することによって、物体の寸法的に正確な整形を実施することが可能になる。
【００２２】
まず、図１に注意を向けると、本発明の実施態様の１つに従って実施される質量分析システム１００が例示されている。質量分析システム１００には、イオンを生じる働きをするイオン源１０２が含まれている。例示の実施態様の場合、イオン源１０２は、ＥＳＩを利用してイオンを生じる働きをする。しかし、他の任意のイオン化プロセスを利用して、イオンを生じるイオン源１０２を導入できるように考慮されている。図１に例示のように、質量分析システム１００には、イオン源１０２に対して、イオンを受けるように配置された検出器１０６も含まれている。検出器１０６は、質量及び電荷の関数としてイオンを検出する働きをする。
【００２３】
例示の実施態様の場合、イオン源１０２には、エレクトロスプレー装置１０８と、エレクトロスプレー装置１０８に隣接して配置された電極１１０が含まれている。イオン源１０２には、エレクトロスプレー装置１０８及び電極１１０に電気的に接続された電源１１２も含まれている。電源１１２は、エレクトロスプレー装置１０８及び電極１１０に電圧を印加し、これによって、エレクトロスプレー装置１０８と電極１１０との間に電界を生じさせる働きをする。図１に例示のように、イオン源１０２には、その内部に、エレクトロスプレー装置１０８、電極１１０、及び電源１１２が配置される、内部チャンバ１０４を形成するハウジング１１４も含まれている。
【００２４】
図１に例示のように、エレクトロスプレー装置１０８は、マイクロデバイスとして実施される。すなわち、エレクトロスプレー装置１０８には、本体部分１１６と、細長く、エレクトロスプレー・エミッタの働きをする先端部分１１８が含まれている。先端部分１１８は、本体部分１１６から延びており、体積の小さいテイラー円錐の形成を促進するのに役立つ、比較的小さい断面積を有している。先端部分１１８は、円形、三角形、四角形、矩形等のような、多種多様な断面形状の任意の１つを有することが可能である。例示の実施態様の場合、先端部分１１８は、本体部分１１６と一体化して形成される。こうした実施例は、先端部分１１８と本体部分１１６の間の界面形成を回避するので望ましい可能性がある。この界面は、望ましくない混合容積を生じる可能性があり、接着剤を用いて先端部分１１８を本体部分１１６に取り付けると、汚染源となる可能性があるのは明らかである。しかし、本発明の他の実施態様に対しては、先端部分１１８を本体部分１１６に取り付けることができるように考慮されている。
【００２５】
例示の実施態様の場合、エレクトロスプレー装置１０８には、１組の機能部分、すなわち、入口ポート１５０、出口ポート１５２、導管１２０、及び電極１５４が含まれている。図１には例示されていないが、エレクトロスプレー装置１０８には、試料調整領域または反応ゾーンのような１つ以上の追加機能部分を含むことが可能なように考慮されている。図１に例示のように、本体部分１１６には、電極１１０に対して対電極の働きをする電極１５４が含まれている。本体部分１１６には、試料流１２２がエレクトロスプレー装置１０８に流入する入口ポート１５０が形成されている。試料流１２２には、質量分析システム１００によって分析される分析物が含まれている。例えば、試料流１２２には、水のような適合する溶媒中に分散した生体分子を含むことが可能である。先端部分１１８に関連して、本体部分１１６には、試料流１２２が通る導管１２０も形成されている。図１に例示のように、先端部分１１８には、試料流１２２がエレクトロスプレー装置１０８を出る出口ポート１５２が形成されている。先端部分１１８には、１組の側面１５６と、出口ポート１５２に隣接して配置された末端面１５８が含まれている。１組の側面１５６と末端面１５８は、ほぼ平面状に例示されているが、これらの表面の１つ以上は、湾曲させることができるように考慮されている。
【００２６】
一般に、エレクトロスプレー装置１０８は、高分子材料、セラミック、ガラス、金属、及びその複合材または積層品といった、多種多様な材料の任意の１つを用いて形成することが可能である。例示の実施態様の場合、エレクトロスプレー装置１０８の少なくとも先端部分１１８は、多種多様な技法の任意の１つを利用することによって先端部分１１８の正確な整形を可能にする、高分子材料を用いて形成される。本体部分１１６は、同じ高分子材料または異なる高分子材料を用いて形成することができるように考慮されている。高分子材料には、ホモポリマー、コポリマー、天然ポリマー、合成ポリマー、架橋ポリマー、非架橋ポリマー、及びそれらの混合物を含むことが可能である。高分子材料の特定の例には、ポリイミド、ポリエーテル・エーテル・ケトンのようなポリケトン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリフルオロカーボン、ポリスチレン、ポリ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、アクリラート、及びポリメチル・メタクリレート、置換または非置換ポリオレフィンのようなアクリル酸ポリマー、及びそれらの混合物またはコポリマーが含まれる。ポリイミド及びポリケトンは、耐生物付着性のため、とりわけ望ましい可能性がある。ポリイミドは、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標：米国のデラウェア州ウィルミントンのデュポン社による）及びＵｐｉｌｅｘ（登録商標：日本国の宇部興産社による）の商標名で市販されている。
【００２７】
例示の実際態様の場合、エレクトロスプレー装置１０８を負バイアスの電極１１０の近くに配置することによって、エレクトロスプレー装置１０８の先端部分１１８に電界勾配が生じる。試料流１２２が出口ポート１５２を出る際、変位電束密度のジャンプによって、試料流１２２の表面電荷が生じ、試料流１２２が電極１１０に引き寄せられる。これに関連して、試料流１２２に加わる結合された電磁的・流体力学的力がその表面張力によって相殺され、その結果、テイラー円錐１２４が生じる。図１に示すように、テイラー円錐１２４には、先端部分１１８の末端面１５８近くに位置する底面１２６が含まれている。テイラー円錐１２４には、フィラメント１３０内に延びる先端１２８も含まれている。フィラメント１３０はさらに電極１１０に向かって延びているので、表面張力、クーロン反発力、及び小さい摂動の組み合わせ効果によって、フィラメント１３０は崩壊し、小滴スプレー１３２を生じることになる。これらの小滴１３２が電極１１０に向かうと、クーロン反発力及び脱溶媒によって、イオン・スプレー１３４が生じることになる。
【００２８】
図１に例示のように、電極１１０には、その中心近くにアパーチャ１３６が形成されている。イオン１３４は、アパーチャ１３６を介して電極１１０を通過し、最終的には、検出器１０６に到達する。例示の実施態様の場合、窒素ガスのような乾燥ガス１３８が、イオン１３４と逆方向に流れてイオン化効率を高め、望ましくない材料がアパーチャ１３６に導入されるのを制限する。例示の実施態様の場合、電極１１０がエレクトロスプレー装置１０８に対して縦方向に配置されている。換言すれば、導管１２０の中心軸１４０とアパーチャ１３６の中心軸１４２によって形成される角度は、ほぼ０°になる。しかし、この角度は、約７５°〜約１０５°といった、０°とは異なる角度に調整できるように考慮されている。例えば、この角度がほぼ９０°になるように、エレクトロスプレー装置１０８に対して電極１１０を直交して配置することができるように考慮されている。
【００２９】
質量分析システム１００の動作中、テイラー円錐１２４の特性が、生じるイオン１３４の特性に影響する可能性があり、これによって、さらに、質量分析の結果が影響を受ける可能性がある。従って、質量分析の結果が、所望のレベルの正確度、再現性、及び感度を有するように、再現可能な特性を備えたテイラー円錐が得られるようにすることが望ましい。例示の実施態様の場合、エレクトロスプレー装置１０８の先端部分１１８の疎水性を制御することにより、再現可能な特性を備えたテイラー円錐が得られることが可能になる。特に、１組の側面１５６を十分な疎水性にすると、テイラー円錐１２４の底面１２６が１組の側面１５６に沿って広がらないように抑止することが可能になる。このようにして、体積の小さいテイラー円錐１２４が再現可能に得られることが可能になる。
【００３０】
図１に例示のように、エレクトロスプレー装置１０８には、基板の働きをして、先端部分１１８を少なくとも部分的に被覆する疎水性コーティング１６０が含まれている。一般に、疎水性コーティング１６０は、多種多様な技法の任意の１つを利用して形成可能である。疎水性コーティング１６０の形成には、プラズマ蒸着がとりわけ望ましい技法であり得ることが明らかになった。一般に、プラズマ蒸着は、プラズマを生じるために、１組の反応ガスに加熱または電気的破壊を施すことが必要であり、これを基板上に付着させて、例えば高分子フィルムの形態のコーティングを形成する。利用可能な反応ガスの例には、Ｃ3Ｆ8のような過フッ化炭化水素、ＣＨ4のような炭化水素、崩壊すると、（ＣＦ3）2ＣＯ及びヘキサメチル・ジシロキサン（「ＨＭＤＳＯ」）のような過フッ化炭化水素または炭化水素を生じるガス、ＳＦ6のようなフッ素を含むガス、及び、それらの混合物が含まれる。１組の反応ガス及び他の処理条件を適切に選択することによって、疎水性コーティング１６０は、例えば、疎水性、不活性、頑強性、非導電性等に関していくつかの望ましい特性を示すことが可能である。
【００３１】
すなわち、疎水性コーティング１６０は疎水性が高いので、体積の小さいテイラー円錐が再現可能に得られることが可能になる。すなわち、疎水性コーティング１６０によって、約１００°を超えるか、約１０５°を超えるか、または約１１０°を超えるといった、水に対して９０°を超える接触角を示す疎水性表面を得ることが可能になる。代わりに、またはそれに関連して、疎水性表面は、約１５ｍＮ／ｍ未満、約１０ｍＮ／ｍ未満、または約５ｍＮ／ｍ未満といった、２０ｍＮ／ｍ未満の表面エネルギを示すことが可能である。処理条件を適切に選択することによって、疎水性の程度は、容易に所望のレベルに調整することが可能である。また、疎水性コーティング１６０は、極めて不活性にすることが可能であり、従って、試料流１２２を含む分析物と相互作用する傾向をほとんどまたは全く示さない可能性がある。さらに、疎水性コーティング１６０は、極めて頑強にすることができる。従って、疎水性コーティング１６０は、エレクトロスプレー装置１０８の典型的な動作条件下において破砕する傾向をほとんどまたは全く示さず、そのため、エレクトロスプレー装置１０８の動作寿命を延長することになる。また、疎水性コーティング１６０は、非導電性とすることが可能であり、約０．０１Ω・ｃｍを超えるか、約０．１Ω・ｃｍを超えるか、または、約１Ω・ｃｍを超えるといったように、０．００１Ω・ｃｍを超える抵抗率を有することが可能である。実施例によっては、疎水性コーティング１６０の抵抗率が高くなると、イオン化プロセスに悪影響を及ぼす可能性のある放電の回避に役立つ可能性がある。しかし、疎水性コーティング１６０は、導電性にすることができるようにも考慮されている。処理条件を適切に考慮することによって、疎水性コーティング１６０の抵抗率は、所望のレベルに容易に調整することが可能になる。
【００３２】
プラズマ蒸着のもう１つの利点は、この技法によれば、基板のどの表面にコーティングを施すべきで、基板のどの表面は非コーティング状態のままにすべきかについて正確な制御が可能になるという点である。こうした制御は、例えば、マスク、またはプラズマ・ツール内における基板の適切な位置決めを利用して、実現可能である。図１に例示のように、疎水性コーティング１６０によって、先端部分１１８はほぼ選択的に被覆されるが、本体部分１１６はほとんど被覆されない。すなわち、疎水性コーティング１６０は、１組の側面１５６をほぼ選択的に被覆するように付着させられる。こうしたやり方により、電極１５４のようなエレクトロスプレー装置１０８の残りの部分の動作に悪影響を及ぼさないようにして、１組の側面１５６の疎水性を制御することが可能になる。図１には、疎水性コーティング１６０は１組の側面１５６を被覆するように例示されているが、疎水性コーティング１６０は、末端面１５８を少なくとも部分的に被覆できるようにも考慮されている。こうした実施例は、テイラー円錐１２４の底面１２６が末端面１５８に沿って広がらないように抑止する働きが可能である。このようにして、さらに体積の小さいテイラー円錐１２４が、再現可能に得られることが可能になる。
【００３３】
プラズマ蒸着は特に望ましい技法であり得るが、他の技法を利用して疎水性コーティング１６０を形成できるようにも考慮されている。例えば、疎水性材料が先端部分１１８に機械的に付着するように、疎水性材料を先端部分１１８に噴霧することも可能である。もう１つの例として、疎水性材料を適合する溶媒内に分散させて、「塗料」を生じさせることが可能であり、この塗料を先端部分１１８に塗布することが可能である。場合によっては、溶媒が比較的不活性である可能性もある。しかし、溶媒によって、疎水性材料と先端部分１１８との化学結合を促進できるようにも考慮されている。加熱により、溶媒を蒸発させるか、化学結合を促進することが可能である。もう１つの例として、疎水性コーティング１６０は、塗りつけコーティングまたは浸漬コーティングとして形成することが可能である。
【００３４】
通常の当該技術者に対して本発明の実施態様のいくつかを例示し解説するために、それらの実施態様の特定の様相が下記の実施例により明らかにされる。これらの例は、ただ単に、本発明のいくつかの実施態様を理解し実施する上において役立つ特定の方法を提示するものでしかないので、本発明を制限するものと解釈すべきではない。
【実施例１】
【００３５】
ポリイミド表面が、平行板プラズマ・ツールを利用して、過フッ化炭化水素プラズマ（Ｃ3Ｆ8）によって処理された。処理されたポリイミド表面及び処理されなかったポリイミド表面の界面化学は、過フッ化炭化水素プラズマ処理後に、ＸＰＳを利用して測定され、図２に例示のように、異なっていることが分った。ＸＰＳデータが示すように、処理済ポリイミド表面と未処理のポリイミド表面には異なる化学結合状態が生じた。処理済ポリイミド表面には、さまざまな過フッ化炭化水素種（例えば、２８７．２ｅＶのＣＣＦのＣ、２８９．７ｅＶのＣＦのＣ、２９１．８ｅＶのＣＦ2のＣ、及び２９３．７ｅＶのＣＦ3のＣ）が含まれており、一方、未処理のポリイミド表面には、ポリイミドの芳香環（例えば、２８５ｅＶのＣ＝Ｃ）及びカルボニル（例えば、２８８．６ｅＶのＣ＝Ｏ）が含まれていた。処理済ポリイミド表面について観測された実質的なＣＦ2のピークは、結果生じるコーティングがテフロン（登録商標）と同様の特性を備えることを示唆している。過フッ化炭化水素プラズマ処理後における、処理済ポリイミド表面に関する接触角測定結果は、接触角が１１０°であることを示した。
【実施例２】
【００３６】
先端部分の端部からの数ミリメートルを除いて、エレクトロスプレー装置にマスキングを施して、エレクトロスプレー装置の高分子先端部分に疎水性コーティングを付着させた。マスキングを施したエレクトロスプレー装置をプラズマ・ツール内に配置し、適度な圧力及び電力で、数分の期間にわたって、Ｃ3Ｆ8プラズマを点火した。特定の例として、１５ｓｃｃｍのＣ3Ｆ8、５００ミリトルの気圧、及び１００ワットの電力を利用して、疎水性コーティングを付着させた。疎水性コーティングの付着後、極めて安定したエレクトロスプレーの挙動が観測された。さらに、安定したスプレーの開始電位が低下した。
【００３７】
認識しておくべきは、上述の本発明の実施態様は、一例として提示されたものであって、本発明には他のさまざまな実施態様が包含されるという点である。例えば、本明細書に解説のエレクトロスプレー装置は、イオン・スプレーを調整する制御機構と連係して有利に用いることができるように考慮されている。こうした制御機構の１つの例が、その開示が参考までに本明細書において全体として援用されている、２００４年７月２３日出願の、同時係属で、共同所有の米国特許出願公開第１０／８９６，９８１号明細書（Ｓｏｂｅｋ著、「Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」）に記載のフィードバック・コントローラである。
【００３８】
通常の当該技術者には、本明細書に解説のエレクトロスプレー装置を開発する上において、追加説明の必要はないが、その開示が本明細書で参考のためにそのまま援用される、以下の参考文献を検討することによって有用な情報が得られることもある。
Ｔａｙｌｏｒ  Ｇ．Ｉ．、「Ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ  Ｄｒｏｐｓ  ｉｎ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｌｏｎｄｏｎ、１９６４年、第Ａ２８０号、ｐ．３８３−３９７、
Ｂｒｕｉｎｓ  Ａ．Ｐ．、「Ｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃ  Ａｓｐｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ａ、１９９８年、第７９４巻、ｐ．３４５−３４７、
Ｊｕｒａｓｃｈｅｋ他、「Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、１９９８年、第１７７巻、ｐ．１−１５、
Ｃｅｃｈ他、「Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｓｏｍｅ  Ｒｅｃｅｎｔ  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｆｕｄａｍｅｎｔａｌｓ」、Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ、２００１年、第２０巻、ｐ．３６２−３８７、及び
Ｌｅｅ他、「Ｔａｙｌｏｒ  Ｃｏｎｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ＥＳＩ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｆｏｒ  ＬＣ−ＭＳ  ａｔ  Ｌｏｗ  Ｆｌｏｗ  Ｒａｔｅｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、２００２年。
【００３９】
通常の当該技術者であれば、その開示が、本明細書において、参考のために全体として援用される以下の参考文献を検討することによって、やはり、プラズマ蒸着に関して何らかの有用な情報が得られることもある。
Ｉｎａｇａｋｉ  Ｎ．、「Ｐｌａｓｍａ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ」、第２章２．４節、第４章４．７節、第５章、第６章６．６節、
Ｌａｎｃａｓｔｅｒ：Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃ、１９９６年、及びＤ’Ａｇｏｓｔｉｎｏ  Ｒ、Ｆａｖｉａ  Ｐ．、及びＦｒａｃａｓｓｉ  Ｆ．編、「Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」、Ｂｏｓｔｏｎ：Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ、１９９７年、ｐ．２８、ｐ．１２９−１４６、及びｐ．２２１−２３０。
【００４０】
上述の実施形態に即して本発明を説明すると、本発明は、本体部分（１１６）と、該本体部分（１１６）から延びて、高分子材料を含む先端部分（１１８）と、該先端部分（１１８）をほぼ選択的に被覆する疎水性コーティング（１６０）とを有することを特徴とする質量分析システム（１００）のためのエレクトロスプレー装置（１０８）を提供する。
【００４１】
好ましくは、前記先端部分（１１８）は、前記本体部分（１１６）と一体化して形成される。
【００４２】
好ましくは、高分子材料は、ポリイミド及びポリケトンから構成されるグループから選択される。
【００４３】
好ましくは、前記疎水性コーティング（１６０）は、非導電性とされる。
【００４４】
好ましくは、前記疎水性コーティング（１６０）は、０．００１Ω・ｃｍを超える抵抗率を有する。
【００４５】
好ましくは、前記抵抗率は、０．０１Ω・ｃｍを超える。
【００４６】
好ましくは、前記疎水性コーティング（１６０）によって疎水性表面が得られ、その疎水性表面は、水に対して９０°を超える接触角を示す。
【００４７】
好ましくは、接触角は、１０５°を超える。
【００４８】
好ましくは、先端部分（１１８）は、疎水性コーティング（１６０）によって、少なくとも部分的に被覆されるが、本体部分（１１６）は、ほとんど被覆されない。
【００４９】
好ましくは、疎水性コーティング（１６０）は、過フッ化炭化水素、炭化水素、崩壊すると炭化水素を生じるガス、崩壊すると過フッ化炭化水素を生じるガス、フッ素を含むガス、及びそれらの混合物から選択される反応ガスのプラズマ蒸着によって形成される。
【００５０】
さらに、本発明は、試料流（１２２）を通すように構成された細長の導管（１２０）を形成する高分子先端部分（１１８）、及び高分子先端部分（１１８）を少なくとも部分的に被覆する疎水性コーティング（１６０）を具備するエレクトロスプレー装置（１０８）と、エレクトロスプレー装置（１０８）に隣接して配置された電極（１１０）と、エレクトロスプレー装置（１０８）及び電極（１１０）に電気的に接続されて、エレクトロスプレー装置（１０８）と電極（１１０）の間に電圧を印加し、試料流（１２２）からイオンが生じるように構成された電源（１１２）とを備えることを特徴とする質量分析システム（１００）のためのイオン源（１０２）を提供する。
【００５１】
好ましくは、エレクトロスプレー装置（１０８）に、さらに、本体部分（１１６）が含まれ、高分子先端部分（１１８）は、本体部分（１１６）から延びる。
【００５２】
好ましくは、疎水性コーティング（１６０）によって、高分子先端部分（１１８）は、少なくとも部分的に被覆されるが、本体部分（１１６）は、ほとんど被覆されない。
【００５３】
好ましくは、高分子先端部分（１１８）に、側面（１５６）が含まれ、その側面（１５６）は、疎水性コーティング（１６０）によって、少なくとも部分的に被覆される。
【００５４】
好ましくは、高分子先端部分（１１８）に、末端面（１５８）が含まれ、その末端面（１５８）は、疎水性コーティング（１６０）によって、少なくとも部分的に被覆される。
【００５５】
好ましくは、疎水性コーティング（１６０）によって、疎水性表面が得られ、その疎水性表面は、２０ｍＮ／ｍ未満の表面エネルギを有する。
【００５６】
好ましくは、表面エネルギは、１５ｍＮ／ｍ未満とされる。
【００５７】
好ましくは、疎水性コーティング（１６０）は、過フッ化炭化水素、炭化水素、崩壊すると炭化水素を生じるガス、崩壊すると過フッ化炭化水素を生じるガス、フッ素を含むガス、及びそれらの混合物から選択される反応ガスのプラズマ蒸着によって形成される。
【００５８】
さらに本発明は、本体部分（１１６）、本体部分（１１６）から延びて高分子材料を含む先端部分（１１８）、及び先端部分（１１８）を少なくとも部分的に被覆するが、本体部分（１１６）はほとんど被覆しない、疎水性表面が得られるようにする、コーティング（１６０）を具備する、試料流（１２２）を通すように構成されたエレクトロスプレー装置（１０８）、及びエレクトロスプレー装置（１０８）に対して、エレクトロスプレー装置（１０８）とそれとの間に電圧が印加されると、試料流（１２２）からイオンが生じて、それに向けて送られるように配置されている、電極（１１０）を有する、イオン源（１０２）と、イオン源（１０２）に対して、前記イオンを検出するように配置されている検出器（１０６）とを備えることを特徴とする質量分析システム（１００）を提供する。
【００５９】
好ましくは、コーティング（１６０）は、非導電性で、０．００１Ω・ｃｍを超える抵抗率を有している。
【００６０】
好ましくは、コーティング（１６０）は、過フッ化炭化水素、炭化水素、崩壊すると炭化水素を生じるガス、崩壊すると過フッ化炭化水素を生じるガス、フッ素を含むガス、及び、それらの混合物から選択される反応ガスのプラズマ蒸着によって形成される。
【００６１】
本発明については、その特定の実施態様に関連して説明してきたが、当該技術者には当然明らかなように、添付の請求項によって定義される本発明の真の精神及び範囲を逸脱することなく、さまざまな変更を加えることもできるし、同等物に置き換えることも可能である。さらに、ある特定の状況、材料、組成物、方法、プロセス操作を本発明の目的、精神、及び範囲に適応させるため、多くの修正を加えることも可能である。こうした全ての修正は、添付の請求の範囲内に含まれることを意図したものである。すなわち、本明細書に開示の方法は、特定の順番に実施される特定の操作に関連して解説されたが、もちろん、これらの操作を組み合わせ、細分し、あるいは、再順序付けして、本発明の教示を逸脱することなく、同等の方法を形成することが可能である。従って、本明細書において特に指示のない限り、操作の順序及びグループ化は本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施態様の１つに従って実施される質量分析システムを例示した図である。
【図２】本発明の実施態様の１つによる、処理を施さない場合、及び過フッ化炭化水素プラズマ処理を施した場合の、ポリイミド表面に関するＸ線光電子分光法（「ＸＰＳ」）データを例示した図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００  質量分析システム
１０２  イオン源
１０８  エレクトロスプレー装置
１１０  電極
１１２  電源
１１６  本体部分
１１８  先端部分
１２０  導管
１２２  試料流
１５６  先端部分の側面
１５８  先端部分の末端面
１６０  疎水性コーティング
【図１】
2006134877.tif 000003
【図２】
2006134877.tif 000004