(57)【要約】質量分析において、イオンを衝突冷却することがかなり以前から知られている。衝突冷却により、イオンガイドの軸に沿ったイオンの集束が促進されることが知られている。同様の方法を用いて、ＭＡＬＤＩソースのようなパルスイオン源と飛行時間型計測器とのカップリングの強化が図られている。ＭＡＬＤＩまたはその他のイオン源に対する最適イオン化条件を提供するためには、イオン源に隣接する位置に低圧力領域を設けることが望ましいことが明確に理解された。次に、この条件下において放出され自由になったイオンがイオン化領域に隣接する高圧力領域において比較的急速に衝突冷却される。これにより、余分なイオンの内部エネルギーが消散され、イオンの準安定分裂が大幅に低減される。次に、これらのイオンは、従来の質量分析ステップにおいて使用することができる。
2005502993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源、
イオン化を促進する条件を提供する前記イオン源に隣接する低圧力領域、および
前記イオン源に発生した内部励起イオンを冷却するための、前記低圧力領域の下流に位置する高圧力領域
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記イオン源がパルスイオン源から成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記パルスイオン源が、ターゲットプローブおよび放射線源を有するマトリックス支援レーザー脱離イオン化イオン源から成ることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記ターゲットプローブが、マトリックス支援レーザー脱離イオン化イオン源を搭載するための試料面を有し、軸に略平行な流線を周囲に形成する形状を成し、使用時、前記イオン源から発生した分子およびイオンから成る流体柱を飛沫同伴することを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記ターゲットプローブが、略円錐形状を成していることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記ターゲットプローブが、実質的に一定の横断面を有する柱を備えていることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】
オリフィスを有するスキマー・コーンを備え、前記試料面が、前記オリフィス上流の前記スキマー・コーンの外部、前記オリフィスと略同一平面、および前記オリフィス下流のスキマー内部のいずれか１つの場所に位置することを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項８】
前記試料面が、複数の個別試料を配置することを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項９】
前記イオン源が、表面イオン化質量分析（ＳＩＭＳ）、高速原子衝撃（ＦＡＢ）、レーザーアブレーション（ＬＡ）、電子衝撃（ＥＩ）、準安定原子衝撃（ＭＡＢ）、およびシリコン上脱離イオン化（ＤＩＯＳ）のいずれか１つのイオン源から成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記放射線源が、パルスレーザーから成ることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項１１】
前記イオン源から離間する方向に延びる軸を有するイオンパス、および前記高圧力領域に前記イオンパスの周囲に延びる少なくとも１つの壁および前記イオン源から離間する方向であってかつ該高圧領域内の方向に向けられている、該高圧力領域の圧力を維持するためのガス噴流を供給するアウトレットを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記アウトレットが、実質的に環形状を成していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記イオン源から離間する方向に延びる軸を有するイオンパスを備え、前記高圧力領域が、前記イオン軸の方向であってかつ前記イオン源から離間する方向に向けられているアウトレットを有するガス導管を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記イオン源から離間する方向に延びる軸を有するイオンパスを備え、前記高圧力領域が、該高圧力領域を画成し、前記イオン軸上に配され該高圧力領域を通してイオンを通過させるアウトレットおよび該高圧力領域にガスを供給する手段を有するハウジングを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記イオン源から離間する方向に延びる軸を有するイオンパスを備え、前記高圧力領域が、前記イオンパスの周囲に該高圧力領域を画成する少なくとも１つの壁および該高圧力領域内の方向であってかつ前記イオン源から離間する方向に向けられているアウトレットを有する少なくとも１つのガスノズルを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのノズルが、前記低圧力領域の周囲に位置し、前記軸に対し平行に前記高圧力領域内の方向に向けられている環状アウトレットを有する環状ノズルであることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
各々のアウトレットに一連のガスパルスを供給するための手段を備えることを特徴とする請求項１１、１２、１３、１５または１６いずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
前記イオンパスが、前記イオン源から離間する方向に延びる第１イオン軸部および少なくとも前記高圧力領域を貫通して延びる第２イオン軸部を有し、前記第１および第２イオン軸部が互いに一定の角度を成して配置されているか、またはオフセット配置されていることを特徴とする請求項６〜１１いずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
前記高圧力領域を画成する要素が、少なくとも前記イオン源と一体化されていることを特徴とする請求項１１〜１６いずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
前記ガスを供給する手段が、一連のガスパルスを供給する手段から成ることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項２１】
イオン流を生成する方法であって、
（１）検体およびキャリヤ材料から成る試料から該検体のイオン流を発生させるステップ、
（２）前記イオンおよびキャリヤ材料に低い圧力を与え前記キャリヤ材料から前記イオンの放出を促進するステップ、および
（３）前記イオンに比較的高い圧力を与え該イオンを冷却するステップ、
の各ステップを有して成ることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記検体を液体キャリヤ材料内に提供するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記検体を固体キャリヤ材料内に提供するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記固体キャリヤ材料および検体から成る試料をターゲットプローブに搭載し、該試料に放射線を照射して前記固体キャリヤ材料および検体を気化させるステップを含むことを特徴とする請求項２２または２３いずれか１項記載の方法。
【請求項２５】
試料をターゲットプローブに搭載し、該試料に放射線を照射してイオン流を発生させ、前記ターゲットプローブの周囲に、前記イオン流を継続して発生する前記イオン源から発生した分子およびイオンの流体柱を飛沫同伴する前記プローブの軸に略平行な流線の形成を促進するプロファイルを提供するステップを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
略円錐形状を成すターゲットプローブを提供するステップを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
実質的に一定の横断面を有するターゲットプローブを提供するステップを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
スキマー・コーンを提供し、前記ターゲットプローブの前記試料面を前記スキマー・コーンのオリフィス上流の該スキマー・コーンの外部、前記オリフィスと略同一平面、および前記オリフィス下流の前記スキマー内部のいずれか１つの場所に配置するステップを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記試料面に複数の試料を提供するステップを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３０】
前記試料にパルスレーザーを照射するステップを含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
前記低圧力領域に１０−７〜１０トルの圧力を供給し、前記イオンを１０−３〜１０トルの圧力でコリジョナルフォーカシングするステップを含むことを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項３２】
前記高圧力領域に１０−２〜１０００トルの圧力を供給するステップを含むことを特徴とする請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記ステップ（３）において、前記イオンを冷却した後、該イオンを前記ステップ（３）における圧力より低い圧力でコリジョナルフォーカシングするステップを含むことを特徴とする請求項２６または３１いずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
前記イオンを１０−３〜１０トルの圧力でコリジョナルフォーカシングするステップを含むことを特徴とする請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記イオンを多重極ロッドセット、二重螺旋イオンガイド、あるいは一連のリングを有するイオンガイド内でコリジョナルフォーカシングするステップを含むことを特徴とする請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
前記イオンを集束した後、該イオンを質量分析にかけるステップを含むことを特徴とする請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
前記質量を分析するステップが、プレカーサーイオンの質量選択ステップを含み、該プレカーサーイオンをガスによってコリジョンまたは反応させてプロダクトイオンを生成し、その後、該プロダクトイオンの質量分析を行うステップを更に含むことを特徴とする請求項３６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析に関するものである。具体的には、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化法）のような内部励起イオン、即ち“ホット”イオンを発生するイオン源を用いたイオンの生成、および不要なイオン分裂、即ち、早期イオン分裂の問題に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、イオンビームの質を向上する上において、衝突冷却が広く用いられている。特許文献１が開示しているようなＲＦイオンガイド、またはＲＦロッドを含まないガスチャンバー内でイオンを冷却することができる。前記いずれの方法においても緩衝ガスが用いられ、緩衝ガスの存在によってイオンが減速され、ＲＦイオンガイドの場合には、イオンビームのサイズが縮小される原因となることがある。前記冷却過程によってイオンの内部振動およびその他の自由運動を鎮静することもできる。
【０００３】
時として、イオン化またはその他の過程において、イオンが強い内部励起を得ることがある。励起されたままの状態で放置されると、イオンは最終的に分裂する。この過程は準安定分裂と呼ばれている。前記準安定分裂はＭＡＬＤＩを用いた巨大蛋白質およびＤＮＡのスペクトルの質を低下させる主な理由の１つとなっている（例えば、非特許文献１）。別のイオン化法（表面イオン化質量分析法ＳＩＭＳ、高速原子衝撃法ＦＡＢ、レーザーアブレーション法ＬＡ、電子衝撃法ＥＩ等）にも同様な問題があり、本発明は一般にこれ等の方法にも適用可能である。しかし、本発明は主にＭＡＬＤＩソースへの適用を意図したものであり、従って、本発明の説明は主としてＭＡＬＤＩソースとの関連においてなされている。準安定分裂は、イオンが質量分析計の任意の場所において常に自然発生的に分裂し得、このためスペクトルの質が低下することを意味する。
【０００４】
前記準安定分裂という制約があるため、現在、リニアＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ（飛行時間）および反射型ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦという２つの軸方向ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦシステムが販売されている。リニアＭＡＬＤＩ−ＴＯＦにおいては、イオンが抽出領域からパルス抽出されリニア・フライトチューブに導かれ、フライトチューブの末端で検出される。フライトチューブ内における飛行時間は抽出領域においてイオンに与えられた初期エネルギーおよびイオンの質量電荷（ｍ/z）比に左右される。抽出パルスが加えられる前に、イオンは一定のエネルギーおよび速度を有しているため、イオンがフライトチューブ内を飛行する際のｍ/z比による速度にこの運動が反映される。これが全体に及ぼす影響は、飛行時間計の分解能および線形時間精度の低下である。このため、反射型ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ計が開発された。反射型ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ計においても、イオンが抽出領域からパルス抽出され、パルス・エネルギーが与えられる。しかし、イオンはフライトチューブの第１部分を飛行した後、当初の抽出領域を除く後方にイオンを反射させるための電界が加えられている反射領域に入る。これによる全体的な効果は、イオンの移動方向における当初のイオン運動による影響がほぼ打ち消されるか、または少なくとも低減されることであり、従って、反射型ＴＯＦ計は優れた分解能および質量測定精度を備えている。
【０００５】
リニアＴＯＦ計と反射型ＴＯＦ計とは異なる特性を有しているため、準安定分裂は極めて異なる影響を及ぼす。リニアＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ計は、分解能および質量測定精度には一定の限界があるが、準安定分裂に対する耐性は強い。この理由は、イオンが一旦短い抽出領域から放出されると、電界が加えられていないドリフトチャンバーに入るからである。準安定イオンがドリフトチューブ内で分裂しても、フラグメントの速度は本来のイオン速度とあまり異ならない。従って、前記フラグメントは、依然として、分裂していないイオンと同時に検出器に到達するため、得られるスペクトルは殆ど影響を受けない、即ち、質が低下しない。
【０００６】
対照的に、反射型ＴＯＦ計の場合、反射器内またはそれ以前において準安定分裂が発生すると、フラグメントが検出器に到達するまでのドリフトチャンバー内を通過する時間が異なり、スペクトルの質が大きく低下する。準安定分裂が潜在的な問題であると捉えられる場合、リニアＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ計が使用されるのはこのためである。
【０００７】
大雑把な値として、リニアＭＡＬＤＩ−ＴＯＦデバイスは数ミリ秒（イオンが抽出領域から放出されるのに要する時間）後に発生した準安定分裂を許容するのに対し、反射型ＭＡＬＤＩデバイスは約１００マイクロ秒（イオンが反射器を離れる時間）の時間的尺度を有する準安定分裂に対してのみ耐えることができる。一般に、準安定分裂の時間的尺度はイオンの内部励起の度合いに依存し、内部励起の度合いが高い程早く分裂する。
【０００８】
特許文献２が開示しているＭＡＬＤＩイオンの衝突冷却により準安定分裂の問題をある程度解決することができる。１つの好ましい実施の形態において、イオンが１０ミリトルまでの圧力で冷却される。前記圧力における冷却時間は約１００μｓである。従って、一定の準安定分裂が依然として発生するため、スペクトルの分裂パターンは反射型ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦのものと似ている。唯一の違いは、衝突冷却ＭＡＬＤＩにおいて観測されるフラグメントの分解能および質量精度が、安定イオンのものと同じであるということである。フラグメントおよび主要イオンの両方が、冷却ステージにおいて冷却および集束された後ＴＯＦ部に入る。イオンが冷却されるため、以後ＴＯＦ部において準安定分裂は発生しない。
【０００９】
冷却時間が圧力に逆比例するので、別の実施の形態が特許文献２に開示されている。この形態においては、１トルまでの圧力で冷却することができる冷却ステージを備えている。この場合、冷却時間は１μｓまでであり、かなり短時間であるため分裂を大幅に低減することができる。
【００１０】
残念ながら、かかる高圧力はイオン化の過程に影響を及ぼし、クラスターが形成される可能性がある。幾つかのマトリックス分子と対象となるイオンのクラスターが圧力の上昇と共に現れ始める。一般的なＭＡＬＤＩ試料においては、過剰なマトリックス分子中に所定の材料が埋め込まれているので、クラスターは急激な冷却によってマトリックス分子が検体イオンから“消散”できなかった物質であると考えられている。
【特許文献１】
米国特許第４，９６３，７３６号明細書：Ｄｏｕｇｌａｓ他
【特許文献２】
国際公開第９９/３８１８５号パンフレット
【非特許文献１】
A.V. Loboda, A.N. Krutchinsky, M. Bromirski, W. Ens, K.G. Standing共著 “A tandem quadruple/time-of-flight mass spectrometer (QqTOF) with a MALDI source: design and performance”, Rapid Commun. Mass Spectrom. 14, 1047 (2000)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の結果、本発明者は、マトリックス物質を完全に“消散”させ、望ましい検体イオンを放出させるためにイオン化領域を低圧力に保持し、次いでイオンを急速冷却するための高圧領域、その次に質量分析を行うための低圧力領域を再度設けることが有利であることに気が付いた。また、ＭＡＬＤＩソースから放出されるイオンの速度が１ｍｍ/μｓの範囲であるため、前記第１低圧力領域と高圧力領域とが互いに接近している必要があることに気が付いた。イオン化と冷却との時間間隔を数マイクロ秒にする必要があるため、イオン化表面と前記高圧力領域との距離を数ミリメートル以内とする必要がある。本発明はかかる一連の低−高−低圧力条件を創出するための装置の実施の形態を幾つか提案するものである。別のイオン源（例えば、ＳＩＭＳ、ＦＡＢ、ＥＩ、ＬＡ）において、イオン化領域を低圧力に保持することがイオン源の良好な動作にとって不可である。従って、低−高−低圧力プロファイルを維持することが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を例として示す添付図面を参照しながら、本発明の理解を更に深めるため、本発明を実施に移す方法について更に詳細に説明する。
【００１３】
まず、図１は参照符号１０で示すＭＡＬＤＩソースからイオンを発生させるための一般的な形態を示す概略図である。周知の方法において、前記ソース１０はＭＡＬＤＩ試料１４が搭載されているターゲットプローブ１２を備えている。周知の方法において、ＭＡＬＤＩ試料１４は、検体分子、即ち、フォトン吸収が大きい小分子種から成る固体または液体マトリックスに埋め込まれている、一般に巨大分子であって中程度のフォトン吸収を呈する分子の試料である。
【００１４】
使用時には、一般にパルスレーザーである参照記号１６で示すレーザーが照射される。個々のレーザーパルスによって突発的にもたらされるエネルギーが試料１４のマトリックス分子に吸収されることにより、マトリックス分子が気化し、マトリックス分子および検体分子が飛沫同伴するイオンの小さな超音速噴流が生じる。前記のような噴流が参照符号１８で図式的に示してある。前記放出過程において、前記マトリックスが吸収したエネルギーの一部が検体分子に伝達される。その結果、検体分子がイオン化されるが、少なくとも理想的な場合には過度に分裂することはない。前に述べたしたように、この方法においては、検体分子が過剰に励起され強い内部励起を得、その結果準安定分裂が発生する可能性がある。
【００１５】
図２は試料１４からの軸方向の距離を横軸に取った、軸方向の圧力変化を示す図である（軸方向とは、ターゲットプローブ１２の面に直角の方向である）。図２のように、理想的な圧力プロファイルは、圧力が比較的低い（１０-７から１０トル）参照符号２０で示される第１低圧力イオン化領域を有している。これにより、気化物質の噴流、即ち、流体柱１８が自由に膨張でき、それによりイオンの放出およびマトリックス物質の気化消散が可能となる一方、不要なイオンクラスターの形成をできるだけ抑制することができる。前記領域のすぐ下流に比較的高圧力（１０‐２〜１０００トル）に保持され、コリジョナルプロセスによる検体イオンの急速冷却を促進するよう構成されている高圧力冷却領域２２がある。前記領域の目的は、イオンの不要な内部エネルギーを消散させ、準安定分裂の可能性を排除または少なくとも充分に低減することである。
【００１６】
更にその下流に参照符号２４で示されるコリジョナルフォーカシング領域がある。前記領域の圧力範囲は１０-３〜１０トルであり、一般に四重極またはその他の多重極ロッドセット、二重螺旋イオンガイド、あるいは一連のリングを有するイオンガイド内に設けられる。前記コリジョナルフォーカシング領域は、次の処理に備え、イオンを収集、平行化、および集束するための領域である。前記コリジョナルフォーカシング領域の後、例えば、質量分析部、コリジョンセル、飛行時間部等、質量分析計の通常の処理部にイオンをパスすることができる。
【００１７】
また、図では圧力が時間軸に沿って滑らかに変化しているよう描かれているが、実際はそうはならず、また実の所そうすることが最良の方法ではない。例えば、２つの領域の間にレンズや壁面の孔のような性質を有するものを配置すれば、それによって圧力プロファイルが階段状に変化し、各領域の圧力が変動するかまたは一定にならない。
【００１８】
次に、図３〜６について説明する。これらの図は本発明を実施する装置のそれぞれ異なる実施の形態を示す図である。図はすべて基本的なＭＡＬＤＩソースを示しており、説明を簡潔明瞭にするため、図１と同じ参照符号を用い、ＭＡＬＤＩソースの共通する基本的要素の説明は省略する。また、図３〜６において、適切な場合、参照符号２０、２２、および２４を用いて異なる圧力領域を示しているが、それぞれの場合、圧力プロファイルは図２に示すものと厳密に対応するものではない。
【００１９】
まず、図３は外側コーン３０および内側コーン３２を有するデュアルコーンを示している。前記コーンは参照符号３４で示す位置において閉鎖されている。短い円筒部３６が外側コーン３０に取り付けられており、円筒部３６と内側コーン３２との間に環状アウトレット３８を画成している。コーン３０、３２、および環状アウトレット３８は、ＭＡＬＤＩ試料からターゲットプローブ１２に対し直角に延びるイオン軸と同軸であり、高圧力領域の周囲に壁を形成している。
【００２０】
その結果、使用時において、矢印で示すように、環状ガス流が膨張途上にある気化物質の噴流または流体柱１８から離間する方向に環状アウトレット３８から供給される。前記により、参照符号２０で示す噴流１８の近傍に低圧力領域が確保される。イオンが噴流１８から遊離し、前記軸の下流方向に向けて移動して環状アウトレット３８からのガス噴流によって飛沫同伴される。従って、前記によりアウトレット３８の下流に比較的高い圧力の冷却領域２２が形成され、そこにおいてイオンが衝突冷却過程を経ることにより内部エネルギーが低減され、準安定分裂の可能性が低減される。
【００２１】
図４の実施の形態において、ある角度を成してガス流をアウトレット４４の方向に曲げる屈曲部４２を有するパイプまたは導管４０を通して冷却ガスが供給される。図に示すように、アウトレット４４は参照符号４６が示すイオン流の軸に交差するよう斜めに向けられている。
【００２２】
再度、図３において、この構成により低圧力領域２０において、噴流１８の初期膨張が可能となる。噴流１８の下流の軸上において、前記イオンがガス・アウトレット４４からのガス流に衝突することにより、図２の冷却領域２２に相当する高圧冷却領域２２が形成される。
【００２３】
図５において、外部ソース（図示せず）からガスが供給される高圧チャンバー５０が示されている。チャンバー５０は、軸５６上に設けられている参照符号５２および５４で示す第１および第２アウトレットを有している。
【００２４】
図５の構成により、図２の冷却領域２２に相当し、ここでは参照符号５９で示される、更に明確に規定される冷却領域が形成される。その結果、参照符号５５で概略示されるハウジング５２の周辺が適切な圧力にポンプ・ダウンされる。次に、高圧チャンバー５０は少なくとも初期冷却領域の圧力を規定する。チャンバー５２内に高い冷却圧力５９を保持することができ、矢印で示すように、ガスがチャンバー５０のアウトレット５２、５４から軸方向に流れ出す。
【００２５】
図６において、本発明の第４の実施の形態は、参照符号６２で示す環状ガス・アウトレット６２に接続されている参照符号６０で示すガス・インレットを備えている。前記ガスは円筒型スリーブ６４内に導かれる。
【００２６】
従って、この場合も、使用時において、比較的低圧の領域２０が噴流１８の周囲に形成される。円筒型スリーブ６４内部の噴流１８の隣接下流において、気化物質およびイオンがガス・アウトレット６２からのガス流によって飛沫同伴され、冷却領域２２が昇圧される。次に、前記ガス流は、例えば、圧力が減じられコリジョナルフォーカシングが行われる図２の領域２４のような下流領域に導かれる。一部のアプリケーションにおいて、必要な圧力形態および排気速度が許せば、円筒型スリーブ６４を省略することができる。
【００２７】
また、これまで説明してきた実施の形態（図３、４、５、および６）では、圧力プロファイル形成要素がＭＡＬＤＩターゲットとは別に設けられていた。しかし、事情によっては、前記圧力プロファイル形成要素を前記ターゲットに完全にまたは部分的に関連付けること、即ち、イオン源との事実上の一体化が期待されている。
【００２８】
また、図３〜６の構成においては、イオン化領域の軸が、必要な圧力プロファイルを形成する要素の軸、およびそれに続くイオンガイドを画成する軸と位置合わせされていたが、必ずしもそうする必要はなく、場合によっては、これらの軸に互いに一定の角度を持たせるか、または多少オフセットする、即ち、イオン源から延びる第１イオン軸部、および少なくとも高圧力領域まで延びる、好ましくは下流のイオンガイドまで延びる第２イオン軸部を設け、これら２つのイオン軸部を互いに一定の角度を持たせて配置すると共に/またはオフセット配置することが有利な場合がある。前記のような構成を採用することにより、ニュートラルおよびイオン源に形成される帯電した重いクラスターからのイオンの分離が容易になる。前記イオンはガス流および/または静電気力によってイオンガイドに導かれる一方、ニュートラルおよび重いクラスターは一様に第１イオン軸部の軸に沿ってイオンガイドから去る。
【００２９】
図７について説明する。図７は、図３の装置内におけるガス濃度分布を示す直進ガス動的シミュレーション結果である。説明を簡潔明瞭にするため、図３と同じ構成要素には同一参照符号を付し、説明は繰り返さない。照符号２０が示す領域が低圧力領域であり、高圧力領域２２が濃い陰影で示してあり、更にその下流に衝突冷却が起きる低圧力領域がある。
【００３０】
次に、本発明の第５の実施の形態を示す図８Ａ〜８Ｃについて説明する。第５の実施の形態は、マトリックス物質およびイオンの超音速噴流が一旦形成されると、前記噴流は主としてターゲットプローブの面に直交する軌道を通るが、あらゆる方向に膨張または拡散する傾向があることに気付いたことに基づいている。前記噴流が冷却領域に達するまでの距離が著しく長い場合、またはイオンの伝搬経路の開口部（スキマー・オリフィス）が膨張途上の噴流直径と比較して小さい場合には、検体分子の大部分が検出されなくなる。
【００３１】
それ故、参照符号９０で全体を概略的に示す、前記問題を克服するための第５の実施の形態を図８Ａに示す。本実施の形態は円錐形のターゲットプローブ９２を備えている。ターゲットプローブ９２は軸に直角な部分に円形部分を有している。ターゲットプローブ９２は、これまで説明してきた実施の形態のものと同様の試料採取コーンまたはスキマー９８の開口部またはオリフィス９６と同軸な位置に円形ＭＡＬＤＩ表面９４を有している。コーン９８外部のイオン化領域には前記コーン内部の圧力Ｐ２よりも一般に高い圧力Ｐ１が与えられている。ＭＡＬＤＩ試料がＭＡＬＤＩ表面９４に搭載されており、レーザー１０２によってイオン化される。
【００３２】
その結果、矢印１００で示すように、比較的圧力が高いイオン化領域から試料採取コーンまたはスキマー９８内部にガスの流れが生じる。矢印１００はガス流を表す流線を図式的に示したもので、ターゲットプローブ９２のプロファイルに沿ってガスが流れることを示している。前記ガス流がＭＡＬＤＩ試料からの分子およびイオンの噴流、即ち、流体柱    を飛沫同伴し、スキマー開口部またはオリフィス９６を通してスキマーまたはコーン９８に移送する。
【００３３】
前記飛沫同伴は、前記流体柱の拡散を防止する封じ込め効果を有している。これに反し、先に説明した実施の形態においては、ＭＡＬＤＩ資料が平面に搭載されているため、試料近傍に流体柱を封じ込める強い流れが生じない。
【００３４】
図８Ａは、試料採取コーン９８の外部、即ち、インレット９６の隣接上流に配置されたＭＡＬＤＩ試料面９４を示す図である。ＭＡＬＤＩ試料面９４は、コーン９８に対し、前記と異なる位置に配置することができ、別の構成を図８Ｂおよび８Ｃに示す。説明を簡潔明瞭にするため、図８Ｂ、８Ｃにおいて、同じ参照符号を用い、図８Ａと区別するため添え字“ｂ”および“ｃ”が付してある。図８Ｂの第２変形体９０ｂにおいては、ターゲットプローブ９２ｂの試料面９４ｂが開口部またはオリフィス９６と略同一平面に位置するよう配置されている。図８Ｃにおいて、変形体は参照符号９０ｃで示され、この場合には、円推型ターゲットプローブ９２ｃのＭＡＬＤＩ試料面９４ｃが開口部９６の丁度内側に配置されている。
【００３５】
図８Ｂおよび８Ｃにおいて、流線がそれぞれ矢印８ｂおよび８ｃで示されており、ガスの流れを表している。この場合も図式的に示したものであり、詳しいガスの流れは、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示す変形体によって僅かに異なる。
【００３６】
更に別の簡単な形態を図９Ａに示す。ここでもスキマーまたはコーンが参照符号９８で示してあり、開口部またはオリフィス９６を有している。また、レーザービームも参照符号１０２で図式的に示してある。
【００３７】
図９Ａにおいては、前記円錐型ターゲットプローブに代えて、平面支持体１０４に取り付けられている柱１０５が用いられている。柱１０５は、ＭＡＬＤＩ試料を搭載するＭＡＬＤＩ支持面となる横断面１０６を有している。柱１０５は矢印１０８で示す噴流を飛沫同伴する流線を発生するのに充分な長さを有している。この構成は、ターゲットプローブの構造がより簡単なる一方、図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃの構成と同様の効果が得られるものと想定されている。
【００３８】
柱１０５は略円形であることが好ましいが別の形状も可能である。例えば、略楕円横断面を有する柱１０５が図９Ｂおよび９Ｃに示してある。図９Ｂおよび９Ｃに図式的に示してあるように、ＭＡＬＤＩ支持面１０６には１つのＭＡＬＤＩ試料１０９のみ、または複数の個別試料１１０を搭載することができる。ガスが乱流せず連続した滑らかな流れが得られるよう、柱１０５および円錐型ターゲットプローブの縁部が鋭角になっていないことが好ましい。それ故、図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃにおいて、柱１０５の表面１０６の縁部が一様に丸みを帯びている。
【００３９】
図１０は異なるイオン源条件下におけるインスリンのＭＡＬＤＩスペクトルを示したものである。図１０Ａは、イオン化領域の圧力が約８ミリトルの低圧力時のスペクトルである。図１０Ｂはイオン化領域の圧力が約１トルの高圧力時のスペクトルであり、図１０Ｃは、図３の構成を用いた、図２に示す圧力プロファイル（即ち、低圧力イオン化領域２０、高圧力冷却領域２２、および低圧力コリジョナルフォーカシング領域２４）時のスペクトルである。図１０Ａにおいて、フラグメントイオン８２が大量に見られ、更に圧力を上昇させた方がよいことを示している。図１０Ｂにおいて、検体物質とマトリックスとのクラスター・イオン８４が大量に見られ、ＭＡＬＤＩの初期ステージを低圧にする必要性を物語っている。前記すべての実施の形態において、ガス流を連続的またはパルス状に供給することができる。前記パルス状のガスは、平均のガス負荷が低減されるので、構成体に必要な排気速度を低減するのに役立つ。あるいは、パルス状のガス流によって、連続的にガスを取り入れる設計になっている構成体において、より高いピーク圧力を得ることができる。前記パルス状のガスは、パルスバルブまたは同様のデバイスによって得ることができる。前記バルブの開放をイオン化事象に同期させ、ガス圧が必要なレベルに達するまでイオン化事象の発生を若干遅らせる。
【００４０】
区域２０および２４の圧力は異なっていてもよい。図３、５および６の構成に壁を追加して前記区画を分離してもよい。区画２０および２４に所望の圧力を得るための特別な排気を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ＭＡＬＤＩによるイオン発生の基本原理を示す概略図。
【図２】ＭＡＬＤＩイオン源の軸方向に沿った理想的圧力分布を示す概略図。
【図３】冷却ガス流を供給するためのダブルコーンを備える、本発明の第１の実施の形態を示す図。
【図４】イオンパスと斜めに交差する高密度ガスを備える、本発明の第２の実施の形態を示す図。
【図５】ガス放出用の２つのアウトレットを有する別体の高圧チャンバーを備える、本発明の第３の実施の形態を示す図。
【図６】冷却ガス用の環状アウトレットを備える、本発明の第４の実施の形態を示す図。
【図７】図３の装置におけるガスの動的シミュレーションを示す図。
【図８】図８Ａ〜８Ｃは本発明の第５の実施の形態の３つの変形体を示す図。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、複数の試料スポットを示す、本発明の第５の実施の形態の更なる変形体を示す図。
【図１０】図１０Ａ〜１０Ｃは、異なるイオン源条件の影響を示す、インスリンの質量スペクトル図。
【符号の説明】
【００４２】
１２、９２    ターゲットプローブ
１４          試料
１６          レーザー
１８          噴流/流体柱
２０          低圧力イオン化領域
２２          高圧力冷却領域
２４          低圧力コリジョナルフォーカシング領域
３０          外側コーン
３２          内側コーン
３８          環状アウトレット
４０          パイプ/導管
５０          チャンバー
６０          ガス・インレット
６４          円筒型スリーブ
９４          試料面
９６          オリフィス
９８          コーン/スキマー
１０５        柱
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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