(57)【要約】イオン化される分子の平均自由行程未満の間隙を有する一連の電極（１２０、１２２）を備えるソフトイオン化装置が開示される。幾つかの実施形態では、生物学または化学の反応器、イオンミリング、および従来の熱陰極システムを数多く置き換える場合のような、イオン源または電子源を必要とする多様な用途で、ソフトイオン化装置（９９）を用いる。別の実施形態では、分子（３０１）をその価電子に応じて可変イオン化するよう構成される価電子帯分析計が開示される。別の実施形態では、生体物質特性決定のためにイオン化装置を分析計と接続する。イオン化すべき生体物質を調製するプレコンディショナも開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの開口部を有する基板と、前記基板の第１面に延在する第１導電性電極および前記基板の第２面上に延在する第２導電性電極と、前記少なくとも一つの開口部で前記第１および第２導電性電極を隔てる１ミクロン未満の厚さを有する素子絶縁セパレータとを備え、前記第１および第２導電性電極が前記絶縁体の幅分だけ隔てられるようになしたイオン化装置と、
前記イオン化装置に接続されて遺伝子試料を特性決定する検出システムとを備えるシステム。
【請求項２】
前記遺伝子試料が、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、およびたんぱく質を含むグループから選ばれる、
請求項１のシステム。
【請求項３】
前記遺伝子物質の特性決定が、プロテオミクス、創薬、診断、遺伝子物質同定、代謝学、および科学捜査を含むグループから選ばれる用途の一つに利用される、
請求項１のシステム。
【請求項４】
イオンおよび電子を発生するシステムであって、
孔を形成された厚い支持部と、前記厚い支持部の表面に被覆され前記厚い支持部の前記孔内に延在する第１および第２金属電極とを有し、前記厚い支持部の前記孔内の前記第１および第２金属電極間の距離が、イオン化される分子の平均自由行程未満であるイオン化膜と、
前記イオン化膜により発生するイオンおよび電子を方向付ける電界発生素子とを備えるシステム。
【請求項５】
前記システムにより生成される前記イオンは、集束イオンミリング、マスクレスイオン注入、イオンビームリソグラフィ、半導体マスクの修正、半導体チップ配線の修正、イオン質量分析計、化学反応器、生物反応槽を含むグループから選ばれる用途に用いられる、
請求項４のシステム。
【請求項６】
前記システムにより生成される前記電子は、放電光源、フラットパネルディスプレイ、サイラトロン、マイクロ波スイッチ、ダイオード、三極管、四極管、五極管、熱陰極との置換、を含むグループから選ばれる用途に用いられる、
請求項４のシステム。
【請求項７】
少なくとも一つの開口部を有する基板と、前記基板の第１面上に延在する第１導電性電極および前記基板の第２面に延在する第２導電性電極と、前記少なくとも１つの開口部で前記第１および第２導電性電極を隔てる１ミクロン未満の厚さを有する素子絶縁セパレータとを含むイオン化装置を備え、前記第１および第２導電性電極は前記絶縁体の幅分だけ隔てられ、前記イオン化装置は通過分子を特定価電子帯レベル未満にイオン化するように構成されるシステム。
【請求項８】
イオン化分子数を決定するための、前記イオン化装置に接続される検出素子を更に備える、
請求項７のシステム。
【請求項９】
複数の試料を並列にイオン化するためのシステムであって、
内部に形成された孔と、表面に被覆され前記孔内に延在する第１および第２の金属電極とを有し、前記孔内の前記第１および第２の金属電極間の距離が、イオン化される物質の平均自由行程未満である厚い指示部を備えたイオン化膜と、
前記イオン化膜上の単一孔に各試料それぞれを供給するように構成された複数の入口とを備えるシステム。
【請求項１０】
特定の場所に至るイオンの通過を検出するように構成された各孔につき一つ以上の検出器素子を更に含む、
請求項９のシステム。
【請求項１１】
前記試料は生体物質であり、前記検出器素子は、イオンが中性化されてその素子上に堆積し、次いで特性決定のためにニトロセルロース紙に吸い取らせるように構成される、
請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記検出器素子は、その上で放電する前記イオンを定量化する、
請求項９のシステム。
【請求項１３】
各孔がイオン移動度分析計に接続される、
請求項１０のシステム。
【請求項１４】
核、生物学的、および化学的なテロリスト脅威物質の特性決定のためのソフトイオン化装置に接続される分析計。
【請求項１５】
分析計とともに用いるための生体物質を前処理する方法であって、
前記改良が、前記生体物質を超音波発生器に通すステップを含む方法。
【請求項１６】
イオン化器とともに用いるシステムであって、
懸濁有機物質を含む液体試料を受容するように構成された管状部材と、
前記管状部材に結合され、前記管状部材を超音波で共鳴させて前記液体を処理するように構成された圧電発生器と、
前記管状部材および前記イオン化器に接続される気化器とを備え、前記気化器は処理された液体を前記管状部材から受容して気化させ、そして前記液体を前記イオン化器へ送る気化器を備える装置。
【請求項１７】
温度の影響を受けない分子をイオン化するためのシステム。
【請求項１８】
通過する実質的にすべての媒体をイオン化して単極プラズマを発生する装置。
【請求項１９】
前記プラズマにより、含まれる分子すべての質量を分析するよう構成して、相対濃度を決定する一連の検出素子を更に含む請求項１８の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００１年１０月３１日出願の米国仮出願第６０／３３６,８４１号および２００２年１月８日出願の米国仮出願第６０／３４７,６８５号の特典を請求し、ともに引用して本明細書に組み込む。
【０００２】
発明の背景
気体状分子のイオン化は、従来から、フォトン衝撃、荷電粒子衝突、紫外線イオン化により、または熱電子ビームを用いて行なわれている。このようなイオン化手法は、典型的には質量分析計およびイオン移動度分析計で利用されている。イオン化操作中、衝突エネルギーレベルに応じて、２種類の事象、すなわち電子が原子または分子から追い出されるか、または分子自体が多様な荷電状態を持つ断片の相補体に細分化されるか、のどちらか一方が発生する。このプロセスはハードイオン化として周知であり、これを利用してイオン化試料中に含まれる原子および分子を示す測定を行えるが、測定できない成分も多い。更に、これらの「ハード」イオン化メカニズムは非効率であり、イオン化される原子または分子は約０．１％である。加えて、従来の質量分析計は、高速度イオンが低速度で移動する原子および分子（熱運動速度）に衝突して、イオン流が分析計を通過する間に検出可能限界未満に減衰してしまうのを防ぐように動作するためには低い圧力（「ハード真空」）を必要とする。
【０００３】
その上、従来のイオン化システムは、気体が高電界中でイオン化するときにアバランシェアークを生じやすい。この現象は、分子間の平均自由行程長（適切な気体圧での）が、イオン化装置内の電極間隔より大きいことに起因する（破壊電圧対気体圧の関係を表わした、実験による測定値を図１のパッシェン曲線で示す）。従来のシステムをパッシェン曲線より下で動作させるように構成できれば、アバランシェアークを生じずにイオン化されることになる。
【０００４】
検出システムに接続される既存のイオン化システムは、幅広い範囲の生体物質の特性決定をすることができない。大部分の生体物質は壊れやすい複雑な分子構造を持つことも一因となって、この特性決定を困難にしている。更に、バクテリア等の生体物質によっては、複製段階に従って異なる質量を持つ。従ってユーザは、必然的に生体物質を破壊してしまう従来の手法では、生体物質の全体の質量ではなく、被検体を作り上げている各種の原子および分子に一致する質量データのスペクトラム試験を強いられることになる。
【０００５】
更に、実効仕事関数が低い物質を被覆した電界放射カソード等、低コストで効率的な置き換えが有用なイオン源または電子源を利用する用途は広い。しかし、こうしたカソードは製造が困難でコストがかさみ放射レンジが広いので、依然として改良電子源のニーズがある。
【０００６】
言うまでもなく、イオン化装置が十分に「ソフト」で、効率的で、小型低価格であれば、イオンをその価電子により特性決定することを含め、イオン化が望まれる用途は多い。本発明の他の局面はまさにこの点に向けられている。
【０００７】
発明の概要
本発明は、ロバストで、効率的かつ温度の影響を受けにくい、小型で製造容易な、少なくとも一つの開口を有するイオン化装置において開示される。基板は、第１面上の第１導電性電極と、第２面上に延在する第２導電性電極とを含み、両電極は絶縁素子で隔てられて、絶縁体幅の両電極間に開口を形成する。絶縁素子の厚さは１ミクロン未満であるのが好ましい。幾つかの実施形態では、イオン化装置を検出システムに接続して、プロテオミクス、創薬、診断、遺伝子物質の同定、代謝および科学捜査などの分野に用いるデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）およびたんぱく質等の遺伝子物質の特性決定を行う。更に、検出された遺伝子物質を収集するように検出システム内の検出器素子を構成して、後でニトロセルロース紙に吸い取らせることができるようにしてもよい。
【０００８】
別の実施形態では、イオンおよび電子を生成するシステムが開示される。このシステムは、孔を形成した厚い支持部を有するイオン化膜を含む。イオン化装置同様、膜は、孔内に延びる厚い支持部の表面上に被覆される第１および第２の金属電極を有する。厚い支持部の孔内の第１および第２の金属電極間の距離は、イオン化される分子の平均自由行程未満なので、孔によりイオン化される分子は二次衝突を被って破砕されることになる。イオン化膜により生成されるイオンおよび電子を方向付けるために電界発生素子も使用される。このシステムが生成するイオンは、化学反応器および生物反応槽のための純粋種の供給は無論のこと、集束イオンミリング、マスクレスイオン注入、イオンビームリソグラフィ、半導体マスクの修正、半導体チップ配線の修正、およびイオン質量分析計等、イオン源が必要ないずれの用途にも利用できる。更に、イオンが生成されるときに、電界発生素子により方向付けられる分子から「はぎ取られる」電子も、放電光源、フラットパネルディスプレイ、サイラトロン、マイクロ波スイッチ、ダイオード、三極管、四極管、五極管、およびその他熱陰極の置き換えなどの用途で使用される。
【０００９】
別の実施形態では、価電子帯レベルがイオン化電界強度と等しいか、またはそれ未満である分子すべてがイオン化されるように、イオン化電界を徐々に増加させるように構成された価電子帯分析計が開示される。上記実施形態と同様に、システムには、それを通過する特定価電子帯レベル未満の分子をイオン化するように構成した上記のようなイオン化装置が組み込まれる。前記イオン化装置に接続する検出素子はイオン化分子数を測定する。
【００１０】
孔のアレイを有する上記のようなイオン化膜を備えて多数の試料を並列にイオン化するシステムも開示される。イオン化膜に結合する複数の入口を構成して、試料をそれぞれイオン化膜上の単一の孔に供給する。加えて、孔を通って特定の場所まで通過するイオンを検出するように、孔毎に、並べて構成した一個以上の検出器素子を有してもよい（それにより、イオン移動度分析計と類似した測定が提供される）。検出器素子が検出する電流は、この素子上の物質の濃度に比例し、定量測定のために用いることができる。
【００１１】
生体物質の試料をイオン化する場合には多くの困難がつきまとうので、試料を超音波で共鳴させて、生体物質構成の特性決定を乱す物質や有益でない物質を除去する手法が開示される（単独で用いても、イオン特性決定システムと組み合わせてもよい）。この手法は、懸濁した生体物質を含む液体試料を入れるよう構成した管状部材を含む装置を利用する。圧電発生器を管状部材の周囲に結合して、管状部材の内容を超音波で共鳴させて好ましくない物質を除外する。得られた液体は、イオン化に先立って、液体を気化する気化器に送られる。
【００１２】
単極プラズマを生成する手法はもとより、核、生物学的、および化学的脅威物質の特性決定のためのソフトイオン化装置およびイオン特性決定システムも開示される。
【００１３】
本発明の特徴、目的、および利点は、同一符号が全体を通してそれに相当するものを指し示す図面と併せ、以下に述べる詳細な説明から更に明らかとなろう。
【００１４】
例示の実施形態の説明
図を参照して本発明の実施形態を説明する。本発明はソフトイオン化装置および各種用途で具体化される。ここでは主に幾つかの実施形態との関連で本発明の詳細を述べるが、当業者にとっては、イオン化される分子間の「平均自由行程」を電極分離距離より長くすることによりイオン化だけを生じさせるという本発明が提供する手法等、効率的イオン化源を持つのが望ましい様々な用途に本発明を使用できることは言うまでもない。
【００１５】
図１を参照して、各種気体のパッシェン曲線１００を説明する。この曲線は様々な特性点での気体の破壊電圧を表す。各パッシェン曲線の左下側すなわち全体的には領域１０１では、ここで説明する特殊な膜を用いた気体のイオン化が起きるので、気体をこの場所で動作させるようにする。
【００１６】
本発明は、分子構造を断片化することなくイオン化するような、温度変動の影響を受けにくい「ソフトな」イオン化手法を提供する。この編成により、大きな有機化合物を小さな原子断片に破壊せずに分析できるようになる。
【００１７】
膜の詳細を図２Ｂに示すが、これは図２Ａの膜の断面図である。小型のソフトイオン化装置９９は、比較的薄い膜１０５に一つ以上の小孔１００（ここではアレイと称する）を微細加工することにより形成される。膜１０５は、例えばサブミクロンの厚さでもよい。基板自体の材料１０６はシリコン等の加工容易な材料であってよい。金属電極１２０、１２２は、膜１００のそれぞれの面に配置される。金属はクロムまたはチタンまたは金などの任意の材料でよい。
【００１８】
ソフトイオン化装置９９を形成する際、符号１３０のような複数の孔を底側１３２から形成する。孔は概ね図示のように孔１３３の上部に向かってテーパを付けてもよい（例えば、孔のフィーチャをフォトリソグラフィで生成する場合、孔をそれぞれエッチングして、略５５°のテーパで突出するピラミッド側面を持つピラミッド状に形成してもよい）。孔１３３の上部寸法１３６は、例えば２乃至３ミクロンであってよい。開口を、上側金属皮膜１２0に形成し、同一寸法の開口を下側金属皮膜１２０に形成してもよい。孔は、例えば、集束イオンビームミリング（マスクレスプロセス）により形成してもよい。
【００１９】
基板材料１０６は誘電体層１３４も含む。誘電体層の厚さ１３６は、金属電極１２０と１２２間の距離に設定する。誘電体層の厚さは、２００〜３００ｎｍとすることができ、誘電体は例えば窒化シリコン、アルミナ、または任意の他の類似材料でよい。この材料の重要な特徴は、その絶縁破壊にある。誘電体の厚さは、事実上２００ｎｍ未満で、５０ｎｍとすることができる。
【００２０】
電極１２０と１２２間の距離は１ミクロン未満が好ましい。この狭い分離距離が保たれると、電極１２０と１２２間のポテンシャル差の電圧毎にメガボルト／ｍの範囲の電界強度が生成される。
【００２１】
当業者には言うまでもく、膜がサブミクロンの薄い素子だけで形成されるのは好ましくない。このように形成される膜は脆すぎて、膜両側の圧力差を支えきれないし、さもなければ些細な機械的衝撃で破壊してしまうことが多い。本実施形態では、より厚い支持基板部１０５を用いて、膜まで背面エッチングする。背面エッチング孔１００により分離された比較的厚い基板部１０５、１０６をともなって、かかる手法で基板を形成することにより、電極間距離が比較的狭くても装置の構造を保全することができる。
【００２２】
別の実施形態では、本発明のソフトイオン化装置を利用してイオンおよび電子を発生する。図３に示すように、中性荷電分子３０１は、ソフトイオン化装置９９が生成する電界（符号３０３で示す）によりイオン化される。中性荷電分子から電子３０５がはぎ取られてイオン３０７を形成し、それらの電荷に従って電子およびイオンが拡散する。言うまでもないが、この編成は、効率的な電子源またはイオン源として用いることができる。例えば、このイオン源は、集束イオンミリング、マスクレスイオン注入、イオンビームリソグラフィ、半導体のマスク修正、半導体チップの配線修正、およびイオン質量分析計などの用途に使用できる。更に、純粋な分子源が望ましい状況において本発明のソフトイオン化装置を利用できるので、化学反応器または生物反応槽へ供給するために所望分子を質量荷電により分散できる。電界が電子を所定の場所に偏向するようにこの実施形態を変えてもよい。かかる電子源を、仕事関数が低い材料で処理した熱電子放射カソード（熱陰極）などの従来の電子源に代えて動作させることができる。特に、ソフトイオン化装置を用いて、各種気体放電光源（蛍光管など）、サイラトロン、マイクロ波スイッチ、低圧ダイオード、三極管、四極管または五極管内で電子を発生させてもよい。
【００２３】
別の実施形態はここに記載のイオン化手法を利用して、同様な質量／荷電の分子を区別できない質量分析計や他の測定器に接続して使用可能な価電子帯分析計を形成する。価電子帯分析計はソフトイオン化装置を内蔵し、狭い間隔で歩進的に増大するイオン化フィールドを生成して、同様な質量を持つが価電子帯状態が異なる分子を区別することができる（ソフトイオン化装置に隣接して置かれたファラデーカップからのイオン（電）流測定によるか、またはソフトイオン化装置に隣接して置かれた陽極からの電子（電）流測定による）。例えば、ＣＯ分子とＮ分子は同様な質量であるものの価電子帯状態はそれぞれ１４．０１４と１５．５８１ｅＶである。最初に、ユーザは１４．０１３ｅＶを選択してソフトイオン化装置に印加し、１４．０１３ｅＶ未満の価電子帯状態を持つ分子をすべてイオン化する（分析計はファラデーカップで検出されるものを区別できないので）。次にユーザは、電界を１４．０１４ｅＶに調整して試料中のＣＯ量を測定する。次いで、適切なイオン化フィールド強度（１回目は１５．５８０ｅＶで、２回目は１５．５８１ｅＶで）でこのプロセスを反復して、試料中のＮ量を決定する。価電子帯分析計は単に、ソフトイオン化装置、およびカソード（ファラデーカップ等）または陽極だけがあればよいので、本装置の大きさは１ｍｍ×１ｍｍ未満で済む。
【００２４】
ソフトイオン化装置の更に別の利用は、膜に加わる電界強度が十分高く、かつシステムが閉じている場合の単極プラズマ（つまり一次イオン化プラズマ）生成である。プラズマが一旦発生して、そこでプラズマが中性分子に衝突してそれらがシステムから排出されるまでの初期始動期間後、プラズマは加速電界（または磁界）で強化され、ファラデーカップに収集される電子による並進または回転電界により偏向される。分子が依然として衝突しているｍＴｏｒｒレベル以下の真空で動作する従来の装置とは異なり、ここで説明する単極プラズマ内の分子には、高速移動イオンに衝突する低速の（優勢な部分に対して）中性ターゲット分子がほとんど含まれず、イオンを中性化する自由電子もない（実際、単極イオンが互いに反発し合うので衝突する可能性は更に減る）。その上、単極プラズマを発生するシステムは、含まれる分子すべての質量をプラズマにより分析して相対濃度を決定できる一連の検出素子を含む。従って、ハードイオン化効果および二次イオン化を被る従来システムとは違って、本発明のシステムは、電子あるいは区別をつけてイオン化した分子が実質的に無いプラズマを提供する。
【００２５】
ソフトイオン化装置の一用途は、図４に示す小型イオン移動度分析計４０１での使用である。従来のイオン移動度分析計は、シャッターゲートを用いて短パルスイオンを提供する。短パルス化されたイオンは、検出に利用できる全イオン数の約１％に限られることが多い。しかし、このような装置の分解能はイオンのパルス幅に関連する。そのため、イオンのパルス幅は、それに対応して分解能を低下させずに広げることはできない。
【００２６】
図４の改良システムでは、試料気体の全イオン化および連続イオン化、そしてチャンバへの全イオン連続導入が可能である。試料気体は符号４００として、先に説明した形式のソフトイオン化装置４０５に導入される。一般に、ソフトイオン化装置４０５は単一孔の装置を含むことができるであろうし、あるいは装置内に複数の孔を有することもできよう。
【００２７】
膜からのイオン４１０は、イオン流として膜を出る。対照的に、電子は膜の背面（つまり膜の他面に）に移動し、入ってくる気体のイオン化にさらに貢献する。原子または分子は、気体搬送系４２５により分析計本体を通じて運ばれる。この気体搬送系は、上流の搬送気体供給装置およびベンチュリサンプラ、または下流の蠕動ポンプのいずれかを含む。
【００２８】
イオンは、イオンを横断方向で分散させる交流および／または掃引ＤＣ電界を受けるフィルタ電極４１５に向けて引き寄せられる。ＤＣ電界は、イオン種のスペクトラムを通過する掃引をランプ状に反復する。
【００２９】
本発明のイオン移動度分析計４０１の重要な特徴は、得られる電界強度が高いことである。例えば、１００,０００Ｖ／ｍ未満の中程度のイオン化電界強度では、大気圧および中程度の圧力でのイオン移動度が一定である。しかし、２百万Ｖ／ｍ程の高いイオン化電界強度では、イオン移動度が非線形となる。この移動度は、高移動度イオンと低移動度イオンとの間で変化する。この変化は例えば２０％である。従って、短くて高い電圧、および長くて低いか負の電圧で形成される波形をフィルタ電極へ印加することにより、フィルタ電極間でイオン種が分散（disburse）される。この波形を選択して、ゼロの時間平均電界を与える。動作において、イオンは、搬送気体流により横方向へ移送される。低強度のＤＣ電界を他方の電界と反対に供給できる。フィルタ電極に印加されたこの電界は特定イオン種の軌跡を真直にし、フィルタを通過させることができる。他のイオン種は電極に衝突する。ＤＣ電界の掃引により完全なイオンスペクトラムの検出が容易になる。
【００３０】
検出器電極４２０のアレイはフィルタ電極４１５の下流に配置される。選択イオンは真直な軌跡を有し、これらのフィルタ電極は直線軌跡のイオンを検出電極に向けて偏向し、検出電極でイオンが検出される。検出電流はイオン数の直接的な指標を提供する。イオン数は蒸気濃度に事実上比例する。
【００３１】
本システムは概ね従来のイオン移動度分析計として動作するが、ソフトイオン化装置（イオン移動度分析計、および他の種類の分析計に接続して）は可能最小イオン質量（１原子質量単位の質量を持つ水素）のサンプリングから、１０,０００ＡＭＵを超える質量を持つ大きな断片まで許容する。例えば、イオン特性決定システムと組み合わせたソフトイオン化装置は、毛細管ノズルを通して低圧マニホールド内へ射出した生体高分子、糖鎖、および薬品化合物（ここに開示するソフトイオン化手法を用いても破砕や分解の影響を受けない）はもとより、水溶性懸濁たんぱく質、約５００ｋ塩基のＲＮＡおよびｓｓＤＮＡ、ならびに２５０ｋ塩基対のＤＮＡを特性決定することができ、その場合、懸濁分子、バッファー錯体などはエアロゾル粒子に昇華または気化されてから、ソフトイオン化装置を通過する間にイオン化される。測定器のＭＷ範囲は１０7を超え（ゲル電気泳動法の１０未満に比べ）、これは、全てのたんぱく質（メガダルトン量を超える）、約５００ｋ塩基のＲＮＡおよびｓｓＤＮＡ、ならびに約２５０ｋ塩基対のＤＮＡに適合する。さらに、ここで開示する発明は並行に実施できるので（以下に更に詳細に説明する）、ゲル電気泳動法と同様に数千種類を数分間で同時に処理でき（ゲル電気泳動法および吸い取り法での１日当り１００種類に比べ）、質量に関してリニアに分散でき、１ｎｇより高い分解能で定量化できる。従来システムと違い、分子の同定にアプリオリなＤＮＡ断片も抗原も必要としない。
【００３２】
ここに記載の手法で分析計を形成すると、この種の他の装置よりも小型、軽量、そして低コストのシステムを形成することができる。この編成は、インシトゥの生物医学的なサンプリング等、広範な応用が可能である。一つの用途は、小型質量分析計を用いる代謝分野（代謝分子の研究）での測定である。電子ビームフィラメント等がないので、どのシステム構成部品も比較的高い圧力、例えば、５乃至７Ｔｏｒｒ以上の圧力で動作可能である。ファラデーカップ電位計イオン検出器により、サブヘムトアンペアレベルの感度が得られる。更に、比較的小型かつ低電力な装置にすることができる。例えば、完成システムは重量１ｋｇ、消費電力１０Ｗとなる。毎秒サブリッターのイオンポンプ、またはメンブレン式メカニカルポンプにより十分なポンピングが与えられる。このシステムは、代謝を同定するための一つの手法である呼気の各種特性を調べる携帯型装置として使用できよう。例えば、呼気の一酸化炭素検出は、糖尿病または代謝指標を持つ他の健康状態のスクリーニング診断として用いられる。
【００３３】
図５に示す別の実施形態は、複数の直線状に離間した孔５０９を有するソフトイオン化装置５０５による並列イオン移動度分析計５０１を提供する。各孔は、そこに入れた試料が他の孔から隔離されるように構成した入口５１３を備えるレーンに沿って位置決めされている。並列な孔はそれぞれ、そこを通って送り込まれる試料をイオン化し、次いで試料は先に説明した状況で加速器により加速される。ゼロの時間平均分散電界は、一連の列を有する検出器電極５１７のアレイ上にイオン化試料を偏向させ、そこで、分散したイオン化試料のイオン（電）流が測定される。検出器電極は、二次元ＣＣＤまたはＡＰＳに変更を加えたマトリックスイメージャの金属プレートが好ましい。
【００３４】
並列イオン移動度分析計を用いて、電気泳動法に類似する用途を含む並列分析を行ってもよい。プロテオミクスのような用途を望む場合、フィルタ電極に接触して放電する試料を、後続の未汚染種の「切り取り」（検出器マップを経て）のために、ニトロセルロース紙に吸い取るようにしてもよい。分析計は、ニトロセルロース紙による吸い取りの代用として、導電性（電気的）シートに分子を分散でき、そのシート上で旧来からの放射線によるプローブまたは染色を行うことができよう。分析計へ更に、集積電極を持つマイクロチャネルプレートを組込んで、様々な質量の分子をその上へ直接堆積させ、電流値に基づいて定量化することができる。これらの編成により、所望試料への、蛍光性、放射性その他のマーカーでのタグ付けを必要とせずに、空間マップが提供される。
【００３５】
更に、別の実施形態では、図６で説明するように、先に開示したソフトイオン化装置と結合する分析計に接続して用いるプレコンディショナ６０１が開示されている。プレコンディショナは、質量分析計による分析前に試料を前処理して、所望しない物質（たんぱく質、細胞壁の破片、および多糖類等）から所望物質を隔てるための手法を提供する。プレコンディショナは、好ましくはチタン製の一つ以上の管６０５を直列に備え、内側円管６０９を有する。最大１ＭＨｚの超音波を発生する１つ以上の円筒状圧電発生器６１３（リング）が、管の外面円周上に結合されている。円管の直径は略１ｍｍであり、さもなければ圧電発生器の軸共振キャビティ寸法（水溶性懸濁電荷用）と一致する他の大きさである。
【００３６】
動作において、試料を脱イオン水のような液体中に懸濁させ、管６０５の円管６０９を通過させる。このプロセスを、必要に応じて所望物質（ダブルポアたんぱく質、ＤＮＡ、脂質、およびバクテリア（ウイルス）の糖質等）が試料から分離されるまで反復する。次に、この流体を低圧マニホールド内で気化し、そこからソフトイオン化装置へ引き込んで、イオン特性決定システム（すなわち質量分析計、イオン移動度分析計）により検出する。
【００３７】
炭疽菌検出を含め、いくつかの用途では、望ましくない背景物質を除去することが重要である。イオン特性決定システムは、その感度を十分に高くして、これらの相互作用を消散させ、ＢＷの最低濃度と背景生体エアロゾルの最高背景濃度とを弁別しなければならない。例えば、炭疽菌の浮腫たんぱく質の分子サイズは９２，４７７ａｍｕであり、他方、炭疽菌毒素致死因子前駆体の分子サイズは９３，７８５ａｍｕである。このレンジで、サンプリングシステムは１０ａｍｕ程に近接する分子サイズを区別できる。枯草菌（B. subtillis）は、９２，０９８ａｍｕのｇｙｒＡたんぱく質を持ち、電気泳動法やクロマトグラフ分析法で区別するのは難しいが、このサンプリングシステムでは容易に分離できる。更に、試料の成分によっては、例えば暖めた脱イオン水（ほぼ６５℃）に試料を曝すなど、他の前処理手法をプレコンディショナに先立って利用してもよい。
【００３８】
例示の上記実施形態は、主として、それらの関係構成要素を説明する図を参照して説明した。留意すべき点は、実用装置の完全実施における構成要素は必ずしもすべてが詳細に図示され説明されているわけではなく、それらの配置のスキームも全て図示および説明されているわけではないということである。例えば、ソフトイオン化装置は、分子量が大きい範囲にある核／化学的／生物学的な原因物質の検出装置等、精確な特性決定を必要とする多様な用途に用いられる。更に、ここに開示したソフトイオン化装置を、四重極質量分析計、磁気セクター質量分析計、およびイオン移動度分析計を含む幅広い多様なイオン特性決定システムに接続して用いることができることは言うまでもない。従って、本発明の完全な理解に必要なこれら構成要素および構造に限って詳細に図示して説明した。現実的な実施は更に多くの構成要素を含むこともあり、実施に応じて、より少ない構成要素を含むこともある。好適な実施形態の改変は当業者には明らかである。従って、本発明の範囲は、先に説明した特定の実施形態に限定されず、先に記載の特許請求の範囲およびそれと等価のものによってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は各種気体のパッシェン曲線を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明のシステムのソフトイオン化装置を示し、図２ｂは図２Ａの２Ｂ−２Ｂ断面である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明のシステムのソフトイオン化装置を示し、図２ｂは図２Ａの２Ｂ−２Ｂ断面である。
【図３】図３は、図２Ａ〜２Ｂのソフトイオン化装置の電界の詳細を伴う断面を示す。
【図４】図４は、図２Ａ〜２Ｂのソフトイオン化装置を用いたイオンアレイ移動度分析計を示す。  図４は、図２Ａ〜２Ｂのソフトイオン化装置を用いた価電子帯分析計を示す。
【図５】図５は、図２Ａ〜２Ｂのソフトイオン化装置９９を用いた並列イオン移動度分析計の断面を示し、図中、各孔は、それに対応する、検出器の個別レーンを有する。そして、
【図６】図６は、図２Ａ〜２Ｂのソフトイオン化装置を利用した分析計によるイオン化および特性決定のために生体物質を前処理するように構成したプレコンディショナを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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