(57)【要約】実質的に大気圧で動作する直接試料分析（ＤＳＡ）イオン源システムは、質量分析又は他の気相イオン検出器による化学分析のために、多様な気体試料、液体試料及び／又は固体試料からの試料種のイオン化又は脱離及びイオン化を容易にするように構成される。ＤＳＡシステムは、試料をイオン化する１つ又は複数の手段を含み、かつ、高電圧及び有害蒸気からの保護を提供し、その中において局所バックグランドガス環境が監視されかつ良好に制御されてもよい密閉された筐体を含む。ＤＳＡシステムは、一度に１つ又は複数の試料を収容するように構成されており、かつ個々の試料位置決め、試料調節、試料加熱、位置検出及び温度測定の外部制御を提供するように構成されている。
2014517481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学種を分析するための装置であって、
ａ．帯電した又は励起した試薬種を発生させるための手段と、
ｂ．前記試薬種をほぼ大気圧で動作する筐体内に送達するための手段と、
ｃ．試料分析中における周囲空気との気体交換を防止するために前記筐体を密閉するための手段と、
ｄ．周囲汚染が前記筐体に入ることを最小限にする一方で１つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入するための手段と、
ｅ．試料化学種を前記帯電した又は励起試薬種によりイオン化し、イオン化試料化学種を発生させるための手段と、
ｆ．前記イオン化試料化学種を検出器に案内するための手段と、
を含む、装置。
【請求項２】
前記帯電した又は励起試薬種を発生させるための前記手段及び前記試薬種を前記筐体内に送達するための前記手段が、ガスヒータ又は蒸発器と、コロナ又はグロー放電領域とを備えて構成されている試薬イオン発生器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記試薬イオン発生器が、前記試薬イオン発生器のガス又は蒸気流路内部に構成されている前記コロナ又はグロー放電領域を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記試薬種を、帯電した液体滴の形態において発生させるための前記手段が、エレクトロスプレー式又は空気式噴霧器アシスト式エレクトロスプレーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記１つ又は複数の試料化学種が、固相試料、液相試料もしくは気相試料、又は乳濁液試料もしくは粉末試料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
１つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入するための前記手段が、１つ又は複数の試料保持器と、並進ステージと、密閉可能な試料導入扉又はポートと、からなる群から選択される要素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記試料化学種をイオン化するための前記手段が、帯電した又は励起された試薬種を生成するための、光源、もしくは前記試薬イオン発生器のコロナ又はグロー放電領域を通過する加熱されたガス又は蒸気による前記試料の蒸発と、前記帯電した又は励起試薬種との気相電荷交換反応による前記蒸発した試料化学種のイオン化と、を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記試料化学種をイオン化するための前記手段が、前記蒸発した試料を前記エレクトロスプレーされた帯電した液滴内に蒸発及び同伴させるための、光源、もしくは前記試薬イオン発生器を通過する加熱されたガス又は蒸気による前記試料の加熱及び蒸発を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記検出器が、質量分析器と、イオン移動度分析器と、からなる群から選択される要素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記イオン化試料化学種を前記検出器内に案内するための前記手段が、電極と、真空へのオリフィスとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、
ｂ．試料保持器を含み、１つ又は複数の試料の１次元〜複数次元の試料位置決めを提供する試料位置トランスレータであって、
前記試料位置トランスレータが前記筐体内部に化学汚染を導入することを最小限にする又は防止するように構成されている、試料位置トランスレータと、
ｃ．帯電した又は励起された試薬種を前記筐体内部において発生させるための手段と、
ｄ．周囲汚染が前記筐体に入ることを最小限にするか防止する一方で、１つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入するための手段と、
ｅ．イオン化試料化学種を発生させるために前記帯電した又は励起された試薬種を使用して前記試料化学種をイオン化するための手段と、
ｆ．前記イオン化試料化学種を検出器に案内するための手段と、
を含む、イオン源。
【請求項１２】
前記試料保持器が、１つ又は複数の固体試料、液体試料、粉末試料又は乳濁液試料を保持するように構成されている、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記試料位置トランスレータが、１次元〜４次元の試料の運動を含む、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１４】
帯電した又は励起された試薬種を発生させるための前記手段が、１つ又は複数の位置並進軸と、回転可能な角度をなした出口チャネルと、ヒータと、溶液試薬種を噴霧するための空気式噴霧器と、からなる群から選択される特徴を備えて構成されている試薬イオン発生器を含む、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１５】
前記検出器が質量分析器又は移動度分析器を含む、請求項１１に記載のイオン源。
【請求項１６】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、
ｂ．前記筐体内部に構成されている可動試薬イオン発生器と、
ｃ．１つ又は複数の試料を前記筐体内において位置決めするための試料位置トランスレータであって、密閉された筐体を提供するために、前記周囲外部環境と前記筐体内部との間にシールを含む、試料位置トランスレータと、
ｄ．１つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータを利用する手段と、
ｅ．前記１つ又は複数の試料を加熱するための少なくとも１つの手段と、
ｆ．前記１つ又は複数の試料の温度を検出するための手段と、
ｇ．試料イオンを発生させるために前記１つ又は複数の試料を前記筐体内部でイオン化するための手段と、
ｈ．前記試料イオンを検知するための手段と、
を含む、イオン源。
【請求項１７】
前記温度を検出するための前記手段が少なくとも１つの高温計を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記１つ又は複数の試料を加熱するための前記手段が、光ヒータと、前記試薬イオン発生器から生成された加熱されたガスと、からなる群から選択される要素を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
１つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すための前記手段が、前記１つ又は複数の試料の装填又は取り外しを可能にするために開く扉を含む、請求項１
６に記載の装置。
【請求項２０】
前記試料イオンを検知するための前記手段が、質量分析器と、移動度分析器と、からなる群から選択される要素を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、
ｂ．前記筐体内部に構成されている位置調節可能な帯電した又は励起された試薬種発生器と、
ｃ．１つ又は複数の試料を前記筐体内において位置決めするための試料位置トランスレータであって、密閉された筐体を提供するために、前記周囲外部環境と前記筐体との間にシールを含む、試料位置トランスレータと、
ｄ．前記１つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータを利用するための手段と、
ｅ．前記１つ又は複数の試料を加熱するための少なくとも１つの手段と、
ｆ．前記１つ又は複数の試料の温度を検出するための手段と、
ｇ．少なくとも１つの試料を保持するための試料保持器と、
ｈ．前記筐体内に装填される前記１つ又は複数の試料の数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための手段と、
ｉ．前記１つ又は複数の試料を前記筐体内部でイオン化するための手段と、
を含む、イオン源。
【請求項２２】
前記１つ又は複数の試料の前記温度を検出するための前記手段が高温計である、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記１つ又は複数の試料を加熱するための前記手段が、光ヒータと、前記試薬種発生器から生成された加熱されたガスと、からなる群から選択される要素を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
前記高温計からの出力が前記１つ又は複数の試料の加熱を制御するように構成されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記筐体内に装填される前記１つ又は複数の試料の前記数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための前記手段が、距離測定センサ又はビデオ画像センサからなる群から選択される要素を含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２６】
前記試料保持器を特定するための距離又はバーコードセンサをさらに含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．前記周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、ｂ．水分センサ又は湿度センサを含む前記筐体からのベントと、
ｃ．パージガスを前記筐体内に提供するための少なくとも１つの手段と、
ｄ．前記筐体内部に構成されている帯電した又は励起された試薬種発生器と、
ｅ．試料を前記筐体内において位置決めするための試料位置トランスレータと、
ｆ．前記試料を前記筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータを利用する手段と、
ｇ．前記試料を加熱するための少なくとも１つの手段と、
ｈ．前記試料の温度を検出するための手段と、
ｉ．少なくとも１つの試料を保持するための試料保持器と、
ｊ．前記筐体内に装填される前記試料の数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための手段と、
ｋ．前記試料を前記筐体内部でイオン化するための手段と、
を含む、イオン源。
【請求項２８】
前記試料位置トランスレータが、前記周囲外部環境と前記筐体との間のシールを含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記試料を加熱するための前記手段が、光ヒータと、レーザと、加熱されたガス流と、からなる群から選択される要素を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記試料をイオン化するための前記手段が試薬イオン発生器を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項３１】
前記試料の前記温度を検出するための前記手段が高温計を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項３２】
前記筐体内に装填される前記試料の前記数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための前記手段が、要素であって、距離センサと、ビデオセンサと、前記要素に対する前記試料保持器の運動と、からなる群から選択される要素を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項３３】
化学種の直接試料分析の方法であって、
ａ．大気圧又はその近辺で動作するイオン源を利用するステップであり、
前記イオン源が、
周囲ガスがイオン化領域に入ることを防止する筐体と、
試料装填領域と、
第１の位置トランスレータを含む試薬イオン発生器と、
少なくとも１つの光ヒータと、
試料保持器と、
前記試料保持器のための第２の位置トランスレータと、
可変流量パージガスと、
電極を含む質量分析器への入口及び真空へのオリフィスと、を含む、
ステップと、
ｂ．少なくとも１つの試料を前記試料保持器上に取り付けるステップと、
ｃ．前記試料装填領域内において前記試料保持器を前記第２の位置トランスレータ上に装填するステップと、
ｄ．前記筐体内部に配置された前記試料保持器により前記周囲ガスに対して前記試料装填領域を閉鎖するステップと、
ｅ．前記第２の位置トランスレータを使用して前記少なくとも１つの試料を分析のための位置に移動するステップと、
ｆ．試料種を蒸発させるために前記少なくとも１つの試料を加熱するステップと、
ｇ．前記試薬イオン発生器から出る励起された又はイオン化された種を使用して前記試料種から試料イオンを発生させるステップと、
ｈ．分析のために前記試料イオンを前記質量分析器内に案内するステップと、
を含む、方法。
【請求項３４】
前記試料保持器を分析のための前記位置に移動する前に、周囲ガスを前記密閉された試料装填領域からパージするために前記パージガスが使用される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記密閉された試料装填領域を出る前記パージガスの湿度が水分センサ又は湿度センサで
測定される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記水分センサ又は前記湿度センサからの読み取り値が前記少なくとも１つの試料を前記筐体の前記イオン化領域内に移動する前に前記少なくとも１つの試料を一貫して調整するために使用される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記試料保持器が分析のための前記位置に移動するときに、バーコードリーダと、距離センサと、からなる群から選択される要素を使用して前記試料保持器のタイプが特定される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記試料保持器が分析のための前記位置に移動するときに、前記試料の存在及び前記位置の検証が距離センサを使用して実施される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記試料分析の最適化のために前記試料保持器が移動する最適な位置を決定するために、前記試料の存在及び前記位置、表面プロファイル、形状及びサイズが、距離センサと、ビデオ画像センサと、表面プロファイリングソフトウェアと、からなる群から選択される要素を使用して検出及び測定される、請求項３３に記載の方法。
【請求項４０】
前記試料保持器を、各取り付けられた試料の分析のための最適な位置に、手動で、又は前記試料保持器の特定、もしくは各取り付けられた試料の前記存在及び位置、表面プロファイル、形状及びサイズの前記検出及び前記測定に基づき前記第２の位置トランスレータを使用するソフトウェア制御により自動的に移動するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記試薬イオン発生器の出口端部を、各取り付けられた試料を分析するための最適な位置に、手動で、又は前記試料保持器の前記特定、もしくは各取り付けられた試料の前記存在及び位置、表面プロファイル、形状及びサイズの前記検出に基づき前記第１の位置トランスレータを使用するソフトウェア制御により自動的に移動するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記試料の加熱が、光ヒータと、レーザと、前記試薬イオン発生器から出る加熱されたガスと、の１つ又は複数を使用して実施される、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
加熱中、少なくとも１つの高温計及び少なくとも１つの熱電対の１つ又は複数を含む少なくとも１つの温度センサを使用して前記試料の前記温度が検出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの温度センサからの読み取り値が前記試料の前記加熱を制御するために使用される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記試料イオンを前記加熱された向流乾燥ガスに抗して真空への前記オリフィス内に移動させる電圧を前記電極に印加することによって前記試料イオンが前記質量分析器に案内される請求項３３に記載の方法。
【請求項４６】
試料キャリーオーバ又はクロストークを最小限にする又は除去するために、前記パージガス流と、前記試薬イオン発生器からの前記ガス流と、前記向流ガス流と、の１つ又は複数が、試料分析の間に前記試料種の汚染物質イオンの前記イオン化領域をパージするために使用される、請求項３３に記載の方法。
【請求項４７】
前記試料種から試料イオンを発生させるステップが、蒸発した試料種を、前記筐体内に構
成されている帯電した液滴の発生器から生成される帯電した液滴内に吸収するステップと、前記試料種のイオンを生成するために前記液滴を蒸発させるステップと、を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項４８】
化学種の直接試料分析の方法であって、
ａ．大気圧又はその近辺で動作するイオン源を利用するステップであり、
前記イオン源が、
イオン化領域に入ることを防止する筐体周囲ガスと、
試料装填領域と、
帯電した液滴の発生器と、
少なくとも１つの光ヒータと、
試料保持器と、
前記試料保持器のための位置トランスレータと、
可変流量パージガスと、
電極を含む質量分析器への入口及び真空へのオリフィスと、を含む、ステップと、
ｂ．少なくとも１つの試料を前記試料保持器上に取り付けるステップと、
ｃ．前記試料装填領域内において前記試料保持器を前記位置トランスレータ上に装填するステップと、
ｄ．前記筐体内部に配置された前記試料保持器により前記周囲ガスに対して前記試料装填領域を閉鎖するステップと、
ｅ．前記位置トランスレータを使用して前記少なくとも１つの試料を分析のための位置に移動するステップと、
ｆ．試料種を蒸発させるために前記少なくとも１つの試料を加熱するステップと、
ｇ．蒸発した試料種を前記帯電した液滴の発生器から生成される帯電した液滴に吸収させ、前記試料種のイオンを生成するために前記液滴を蒸発させることによって前記試料種から試料イオンを発生させる、ステップと、
ｈ．分析のために前記試料イオンを前記質量分析器内に案内するステップと、
を含む、方法。
【請求項４９】
前記試料の前記加熱が前記筐体内部にある試薬イオン発生器から出る加熱されたガスを使用して実施される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記試薬イオン発生器の出口端部が、第２の位置トランスレータを使用して前記筐体内部の前記イオン化領域内に配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記試料イオンを前記発生させるステップが、前記試薬イオン発生器から出る試薬イオン又は励起試薬種を使用して実施される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
直接試料分析の方法であって、
ａ．試料を試料保持器に取り付けるステップと、
ｂ．前記試料保持器を、周囲大気からの前記イオン化領域の分離を提供する、密閉可能な試料装填扉と、密閉されたイオン化領域と、を含む筐体内に装填するステップと、
ｃ．周囲ガスの、前記イオン化領域内のガスとの混合を防止するために前記試料保持器の装填後に前記密閉可能な試料装填扉を閉鎖するステップと、
ｄ．前記試料保持器を前記装填扉の近傍から前記イオン化領域に移動する前にバックグラウンド汚染を除去するために前記筐体の内部をパージガス流でパージするステップと、
ｅ．前記試料保持器を前記イオン化領域内に移動するステップと、
ｆ．前記試料をイオン化するためにイオン化試薬を発生させるステップと、
ｇ．前記試料の前記イオン化を促進するために前記試料を蒸発させるステップと、
ｈ．試料イオンを発生させるステップと、
ｉ．前記試料イオンを質量分析器又は移動度分析器内に案内するステップと、
を含む、方法。
【請求項５３】
化学種を分析するための装置であって、
ａ．ガスヒータ又は蒸発器、及び試薬イオン種を発生させるためのコロナ又はグロー放電領域と、
ｂ．前記試薬イオン種をほぼ大気圧で動作する筐体内に送達するためのガス流路又は蒸気流路と、
ｃ．試料分析中における周囲空気との気体交換を防止する前記筐体周囲のシールと、
ｄ．１つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入する一方で、周囲汚染が前記筐体に入ることを最小限にするための１つ又は複数のポート及び入口と、
ｅ．試料化学種を前記筐体内に配置するためのトランスレータアセンブリと、
ｆ．前記筐体内に導入された前記１つ又は複数の前記試料化学種の位置を測定し、かつタイプ及び幾何学的配置を特定するための位置センサと、
ｇ．前記試料化学種を制御可能に加熱し、前記試料種の蒸発を生じさせるための熱源と、ｈ．前記加熱された試料の温度を検出するための温度センサと、
ｉ．前記蒸発した試料化学種をイオン化するための手段と、
ｊ．前記イオン化試料種を前記筐体領域から真空内に案内するためにイオン光学部品に印加される電圧と、
ｋ．前記真空内の前記イオン化試料種の一部を質量電荷分析する質量分析器であって、前記蒸発した試料化学種をイオン化するための前記手段が、試薬イオンと、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突と、光イオン化と、からなる群から選択される、質量分析器と、
を含む、装置。
【請求項５４】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．前記周囲外部環境と前記筐体内部の前記イオン源領域との間にシールを提供する筐体と、
ｂ．前記イオン源筐体内部に構成されている可動試薬イオン発生器と、
ｃ．前記周囲環境と、前記筐体内部との間にシールを含む、前記筐体内における１つ又は複数の試料の位置決めのための試料位置トランスレータと、
ｄ．１つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータによって利用される試料保持器と、
ｅ．前記試料を加熱するための少なくとも１つの熱源と、
ｆ．前記試料の温度を検出するための温度センサと、
ｇ．前記筐体内に装填される前記試料の数、タイプ及び位置を測定するためのレーザ距離センサと、
ｈ．前記筐体内部の前記試料をイオン化するための手段であって、前記手段が、試薬イオンと、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突と、光イオン化と、からなる群から選択される、手段と、
を含む、イオン源。
【請求項５５】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．前記周囲外部環境と前記筐体内部の前記イオン源領域との間にシールを提供する筐体と、
ｂ．前記イオン源筐体内部に構成されている可動試薬イオン発生器と、
ｃ．前記イオン源筐体内部における１次元〜３次元の試料保持器の幾何学的配置の試料位置決めを提供することができる試料位置トランスレータと、
ｄ．１次元〜３次元で配置された位置において１つ又は複数の試料を取り付けるように構成されている試料保持器と、
ｅ．前記試料保持器のタイプを自動的に特定するための少なくとも１つのセンサと、
ｆ．前記試料の数、位置及び幾何学的配置を測定するための少なくとも１つのレーザ距離センサと、
ｇ．前記少なくとも１つの前記試料を加熱するための少なくとも１つの熱源と、
ｈ．前記少なくとも１つの試料をイオン化するための少なくとも１つの手段であって、少なくとも１つの前記手段が、試薬イオンと、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突と、光イオン化と、からなる群から選択される、手段と、
を含む、イオン源。
【請求項５６】
ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、
ａ．前記周囲外部環境と前記筐体内部の前記イオン源領域との間にシールを提供する筐体と、
ｂ．前記イオン源筐体内部における１次元〜３次元の試料保持器の幾何学的配置の試料位置決めを提供することができる試料位置トランスレータであって、前記試料位置トランスレータが前記筐体内部に化学汚染を導入することを防止するように前記試料位置トランスレータが構成されている、試料位置トランスレータと、
ｃ．１次元〜３次元で配置された位置に１つ又は複数の試料を取り付けるように構成されている試料保持器と、
ｄ．前記試料保持器のタイプを自動的に特定するためのセンサと、
ｅ．前記試料の数、位置及び幾何学的配置を測定するためのレーザ距離センサと、
を含む、イオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧で動作し、質量分析器又は他の気相検出器に接続されるイオン源を含む直接試料分析システムに関する。イオン源は、多種多様な性質を有する複数の試料からイオンを発生させることができる。試料は直接試料分析システムのイオン源に直接導入される。
【背景技術】
【０００２】
近年、特段の試料調製なく周囲大気圧条件で固体表面から試料種を脱離及びイオン化する技術、その後の質量分析による化学分析の普及及び多様性が急速に拡大している。そのような技術の例には、「脱離エレクトロスプレーイオン化」（ＤＥＳＩ：ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、「熱脱離大気圧化学イオン化」（ＴＤ／ＡＰＣＩ：ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、「実時間直接分析」（ＤＡＲＴ：ｄｉｒｅｃｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ）、「脱離大気圧化学イオン化」（ＤＡＰＣＩ：ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、及び「レーザ脱離／エレクトロスプレーイオン化」（ＬＤ／ＥＳＩ：ｌａｓｅｒ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）を含むが、これらに限定されない。そのような技術を列挙しかつ説明する最近のレビューは、（非特許文献１）、及び（非特許文献２）によって提供されている。
【０００３】
このような技術のほとんどは周囲に開放されたイオン源構成を用いて実践されている。オープン型構成は、試料の位置決め及び試薬源の位置決めなどの分析条件の簡便な最適化、分析中の加熱又は冷却などの簡便な試料処理、及び試料の直接の交換を可能にすることができるため魅力的である。しかしながら、オープン型イオン源構成は安全事項に関して重大な欠点を呈する場合があるため、未制御の施設におけるそれらの使用は除外されており、また、同じ理由から他の場所にも勧められない。例えば、オープン型の源構成は、そのような源に通常用いられている高電圧及び／又は高温へのオペレータの偶発的な曝露に対する適切な保護を提供することはできない。オープン型の源は、また、非常に有毒であることが多い蒸発した試料及び試薬材料の封じ込めに失敗する可能性がある。
【０００４】
そのような安全事項のほかに、大気圧で動作するイオン源は、水分、酸素及び／又は窒素などの局所的環境内に自然に存在する気体種を伴う化学反応に依存することが多い。したがって、そのような反応物の局所的濃度が制御不能に流動するとそのような源の性能は大幅に変化する可能性があり、結果として、性能の劣化及び／又は低品位の再現性につながる。試料バックグラウンド及びイオン化条件の実時間監視、フィードバック、調節及び制御を提供する直接試料分析システムに対する多大な需要がある。
【０００５】
現在までに、そのような大気圧イオン源を、安全な動作及び周囲環境をより良好に制御及び操作する機能を提供する筐体を備えて構成するようにした試みはほんのわずかであることが知られている。しかしながら、周囲大気イオン源に筐体を装備するそのような試みでは、同時に、動作中の最大のイオン化効率及び真空内へのイオン輸送のための試料の位置ならびに種々の脱離及び／又はイオン化構成要素の位置を容易に最適化するための機能、例えば、表面温度を監視するために、又は表面外観を視覚化するために試料表面に容易にアクセスための機能、及び複数の試料を同時に源に装填することを可能にする機構を構成するための機能、及び、したがって、自動化運転の可能性を提供するための機能などの、オープン型イオン源のより有利な特徴のいくつかを妥協してきた。したがって、オペレ
ータの保護及び周囲環境制御を提供する一方で、また、オープン型周囲イオン源において利用できるはずであったこれら有利な特徴を提供する筐体を備えて構成されている周囲圧力イオン源に対する需要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ヴァン・バーケル  ＧＪ（Ｖａｎ  Ｂｅｒｋｅｌ  ＧＪ）ら著「確立された及び台頭しつつある質量分析のための大気圧表面サンプリング／イオン化技術（Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ  ａｎｄ  ｅｍｅｒｇｉｎｇ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ／ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）」、ジャーナル・オブ・マススペクトロメトリー（Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．）、２００８年、第４３巻、ｐ１１６１〜１１８０
【非特許文献２】ベンター  Ａ（Ｖｅｎｔｅｒ  Ａ）ら著、「周囲脱離イオン化質量分析（Ａｍｂｉｅｎｔ  ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）」、トレンズ・イン・アナリティカル・ケミストリー（Ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）、２００８年、第２７巻、ｐ２８４〜２９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さらに、従来の周囲大気イオン源は固体試料、液体試料又は気体試料のうち１つのタイプのみに対応するように構成されている。したがって、大幅な機器再構成又はオペレータの介入を必要とすることなく比較的コンパクトなスペースで１つ又は複数の試料タイプの１つ又は複数の試料に対応することができる周囲大気イオン源に対する需要がある。さらに、脱離及び／又はイオン化プローブなどの試料及び補助構成要素の位置及び向きの自動化された特定及び自動化された最適化を提供する密閉された周囲大気イオン源に対する需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、大気圧で動作し、１つの試料又は複数の試料の直接導入を可能にする試料イオン化手段を含む直接試料分析（ＤＳＡ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓａｍｐｌｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）システムの実施形態に関する。これら試料は均質性が異なってもよく、物質の状態は気相、液相、固相、乳濁液相及び混合相を含むが、これらに限定されない。ＤＳＡイオン源システムは、イオン源内で試料種から生成されるイオンの質量電荷又は移動度を分析するイオン移動度分析器などの質量分析器又は他の気相検出器に接続されている。ＤＳＡイオン源システムは、ＤＳＡイオン源システムの筐体に直接導入された試料から大気圧又はその近辺で試料関連イオンを発生させるように構成されている。いくつかの実施形態では、イオン源は以下の要素の少なくとも部分集合を含む。
１．１つ又は複数の試料を装填及び保持するための手段、例えば、取り外し可能なグリッド試料保持器を有する試料保持器アセンブリ、
２．各１つ又は複数の試料の分析を最適化するために各試料を移動及び配置するための手段、例えば、１つ又は複数の線形及び回転自由度、又は種々のリンク又はギヤアセンブリを有する多軸（例えば４軸）トランスレータアセンブリ、
３．イオン源への汚染の導入を最小限にしつつ１つ又は複数の気体、液体又は固体又は変物性の試料を自動的に導入するための手段、
４．導入された各試料のタイプ、サイズ、物理的特徴及び位置を検出するための手段、例えば、位置センサ、
５．試料保持器のタイプを自動的に特定するための手段、例えば、レーザ距離センサ、
６．不要なバックグラウンド種又は汚染種を監視及び除去するための手段、例えば、向流
ガス流、質量分析器、
７．分析前に試料表面を乾燥させる又は調整するための手段、例えば、熱源、
８．試料関連気相分子を乾燥させる及び／又は形成するために試料を加熱するための手段、例えば、光源、
９．試料表面の温度を検出するための手段、例えば、高温計及び熱電対、
１０．試料関連分子のイオン化を促進するために試薬イオン、電子、励起状態の中性分子（準安定種）又は帯電した液滴を発生させるための手段、例えば、グロー放電、
１１．種々のタイプ及び形状の試料保持器に配置される複数の試料の導入及び分析を機械的又は熱干渉なく可能にする角度をなした試薬イオン発生器、
１２．試料イオン化及びイオンサンプリング効率を最大化するために、交換可能な出口チャネルを備えた回転する出口端部を含む角度をなした試薬イオン発生器、
１３．導入された液体の空気式噴霧化を伴う複数の気体入口及び液体入口を含む試薬イオン発生器、
１４．最適な性能を提供するために試薬イオン又はエレクトロスプレー帯電した液滴生成手段を手動で又は自動的に位置決めするための手段、例えば、トランスレータアセンブリとともに使用される位置センサ、
１５．大気圧で発生した試料関連イオンを、質量電荷分析のために真空中で動作する質量分析器内に案内するための手段、例えば、電極及びイオン光学部品に印加される電圧、
１６．イオン化領域及び装填済み試料を筐体外部の周囲環境から分離する、イオン源及び装填済みの試料保持器を囲む筐体、
１７．ＤＳＡシステムの筐体が密閉される一方で、試料保持器を自動的に制御し、試料関連イオンの検出、運動、パージング、イオン化及び質量スペクトル分析又はイオン移動度分析するための手段、例えば、自動化された同調アルゴリズムを含む制御ソフトウェア、１８．エレクトロスプレー法、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ：ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、光イオン化法及びレーザイオン化法の１つ又は複数に基づいて試料関連イオンを発生させる他の実施形態、１９．パージガスの水分含有量を測定するための水分センサ。
【０００９】
いくつかの実施形態では、直接試料分析用イオン源は、１つ又は複数の気体試料もしくは１つ又は複数の固体試料又は液体試料を導入するための手段を同時に含む。例えば、これら手段は１つ又は複数の気体入口及び液体入口を含む。気体試料は、直接コロナ放電領域内において又は気相試薬イオンとの電荷交換を通じてイオン化することができる。イオン源内に導入される固体試料又は液体試料は蒸発され、コロナ放電により発生した試薬イオンとの電荷交換を通じて、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突による電荷交換又はイオン化を通じて、又は光イオン化によってイオン化される。さらに、試料溶液は、溶液がコロナ放電領域を通過するときに溶液が噴霧され、蒸発し、イオン化される試薬イオン発生器に直接導入することができる。
【００１０】
１つ又は複数の固体、液体又は多相試料を保持するための手段は、分析される試料の形状、種類、組成及びサイズの変化に適応するために種々の形状及び構成の試料保持器を含む。試料保持器は、試料保持器をイオン源筐体に及びその中に移動させる自動化された並進ステージ上に配置される。いくつかの実施形態では、試料保持器トランスレータは、２つの回転軸及び２つの直線運動軸を有する４軸運動コントローラを含む。丸形のシャフトシールが３つの運動軸に提供され、イオン源内部とイオン源外部の周囲環境との間に効率的だが低摩擦のシールを提供する。１つの直線運動軸はイオン源筐体内に完全に収容されており、外部環境からの直線シールの必要を排除する。イオン源筐体内の試料トランスレータアセンブリには、化学的に不活性であり、取得した質量スペクトルの不要な化学的ノイズ又は干渉イオンの一因となりうる化学汚染を生成しない材料を含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、試料トランスレータは、閉じているときには密閉され、開い
ているときには周囲汚染の導入を最小限にする扉を通じて固相試料又は液相試料の装填及び取り外しを可能にするように構成される。イオン源の密閉された筐体を通過する清浄なパージングガス流の順序付けにより、試料保持器の装填及び取り外しのときの周囲汚染の導入が最小限になる。ガスのパージングは、また、密閉された筐体内でイオンを発生させるときの一連の試料間における相互汚染の低減を助ける。固体試料及び液体試料の装填及び取り外しのとき、パージガスは密閉されたイオン源筐体内において揮発した試料に使用者が曝露することを最小限にするように制御される。バックグラウンド汚染種のパージングプロセスは、質量分析器を使用して、又はパージガスの出口ベントの水分センサなどの追加のセンサにより直接監視することができる。制御システムへのデータ依存フィードバックを伴うこの監視の手法で、試料装填後、試料乾燥後又は試料分析の間に分析のための最適かつ再生可能な条件を実現することができ、試料から試料へのキャリーオーバが回避される。
【００１２】
本開示は、試料トランスレータの零点、装填された試料の数、各試料の形状及びサイズ、及びイオンが発生することになる各試料表面の位置を決定するための１つ又は複数の位置センサを有するシステムを含む。零点センサは試料並進の各軸のホーム又は零点を形成するように構成されている。いくつかの実施形態では、レーザ距離センサ、例えば、干渉計は、保持器の種類を特定し、試料保持器の表面輪郭をマッピングするように構成されている。このため、試料が装填されると、どの試料位置が充填されたか、各装填された試料のサイズ、及び各試料表面の位置についての決定がなされてもよい。距離センサによって提供された情報は、最大のイオン生成及び質量分析器サンプリング効率のための各試料の最適な配置を可能にするために、（特に大型の又は不規則な形状の試料において）試料とイオン源筐体内のあらゆる表面との間の衝突を回避するために、試薬イオン発生器をその最適な位置に配置又は移動するために、及び複数の試料分析のための試料保持器の最も効率的な動作順序を決定するために、ソフトウェア及び電子機器制御システムによって処理される。
【００１３】
試料位置の精密な並進制御は、フィードバック及び最適化のために位置検出及び質量分析又はイオン移動度信号応答の両方を使用する場合にいくつかの利点を提供する。表面の正確な位置及び質量スペクトル又はイオン移動度信号応答の両方の使用は、特に、広く異なるサイズ、表面形状、トポグラフィ及び融点などの特性を有する試料について、より均一かつ正確な分析結果の取得を可能にする。最適なイオン化及びイオン収集の幾何学的配置を得ることができ、試料毎のサイズ及び表面の相違とは無関係である。さらに、比表面積特徴を分析するために非均質な試料表面を位置的に操作することができる。表面分析は集束光又はレーザビームにより表面を加熱することによって良好な空間分解能で実施することができる。表面特徴（例えば、タブレット上のスポット）を化学的に調べるために表面トポグラフィのビデオ検出もまた実施することができる。
【００１４】
多くの液体試料又は固体試料では、気相イオン化のために試料を蒸発させるために熱を必要とする。試料の凝縮を防止するために気体試料もまた熱を必要としてもよい。実施形態には、試薬イオン発生器を通して加熱されたガスを送達し、向流乾燥ガスを加熱し、赤外線源、白色光源又はレーザ光源を使用して加熱し、及び試料保持器による直接試料加熱を含む、いくつかの異なる手法で熱を発生させるための手段を含む。送達される全エンタルピーは、ガスヒータ温度及びガス流、光又はレーザ強度、直接ヒータワット数又は複数の熱源の組み合わせを通じて制御される。エンタルピーはシステムの全エネルギの測度である。いくつかの実施形態では、イオン源は、フィードバック温度制御を提供するために試料の温度を測定するための手段を含む。そのようなフィードバックは試料イオン化の一貫性及び再現性を向上させる。試料の温度を測定するための手段の例には熱電対及び高温計などの温度センサを含む。熱電対は熱電対センサに接触しているガス及び試料の直接温度フィードバックを提供する。イオン源内に構成されている高温計センサは蒸発する試料
分子が放出される固体試料表面又は液体試料表面の温度を測定する。精密な温度測定及びフィードバック制御は、温度ランプ、乾燥（非結合水）、脱水（結合水）、後にイオン化される分析物の蒸発、及び最終的に、試料についての構造情報を提供してもよい熱分解すなわち熱による分解の段階を含む連続的な熱プロセスを適用することによって分析中における試料の段階的な調整を可能にする。
【００１５】
本開示は、準安定イオン化（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）、電子移動、電荷交換又はイオン分子反応により試料分子をイオン化するための試薬種を発生させるための複数の手段を記載する。これら手段の例にはグロー放電を含む。試料分析の間密閉されるイオン源筐体により、バックグランドガスの組成を最適なイオン化条件を提供するように制御することができる。特に、イオン源筐体内の水分の量は、プロトン化された水クラスタを最小限にする一方でプロトン化された水を効率的に発生させるように制御することができる。本開示は、試薬イオン発生器内における噴霧化を伴う、複数の気体入口及び液体入口を有する装置を特徴とする。液相種又は気相種の１つ又は複数の組み合わせを加熱された試薬イオン発生器内に導入及びイオン化することができる。試薬イオン発生器ヒータは噴霧された液体を蒸発させ、一部又は全ての蒸気及びガスが試薬イオン発生器出口端部近辺に配置されたコロナ放電領域を通過する。コロナ放電部は試薬イオン発生器内部に配置され、試料イオンを質量分析器内に案内するために印加される電界の歪みを最小化する。試料溶液は、噴霧化、蒸発及びイオン化のために、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ：ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）電荷交換反応により試薬イオン発生器内に直接導入することができる。いくつかの実施形態では、蒸発した液体試料は最大のイオン化効率のためにコロナ放電領域を直接通過する。
【００１６】
用途の一例では、イオン化領域から水を完全に除去することができ、水よりも低い陽子親和力を有する試料を分析することができる。メタン又はアンモニアなどの化学イオン化試薬は、従来のＡＰＣＩ源と比較した場合により高い度合いの選択性を提供するように導入することができる。このＤＳＡイオン源システムにおいて多様な試薬の化学作用を実施することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器、及びいくつかの用途では、ＡＰＣＩ試料イオン発生器は角度をなした幾何学的配置を有する。いくつかの実施形態では、噴霧器及び蒸発器の軸は発生器の出口チャネルの軸に対してある角度で構成される。装置は少なくとも１８０°回転するように構成されている角度をなした出口チャネルを含むことができ、これは、試薬イオン発生器本体及び出口チャネルの最適な位置決めを可能にし、これによって、分析性能を最大化する一方で複数試料保持器との干渉を最小限にする。出口チャネルは、種々の試料タイプのために最適化された出口チャネル幾何学的配置の取り付けを可能にするために取り外し可能である。角度をなした幾何学的配置は、試料タイプに対する、及び質量分析器の入口オリフィスに対する試薬イオン発生器出口の位置及び角度の最適化を可能にする一方で、試薬イオン発生器の本体が試料及び試料保持器と干渉することを防止する。角度をなした幾何学的配置は、また、イオン化の前の試料の予備加熱を回避するために試薬イオン発生器ヒータを試料保持器から離し、それによって、試料間における相互汚染を最小限にする。いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器は完全に直接分析源内に配置され、気体及び液体フローラインに必要とされるシール以外の筐体壁のあらゆるシールの必要を回避する。試薬イオン発生器は、取得した質量スペクトルのバックグラウンド化学的ノイズへの寄与を最小限にする材料を含む。
【００１８】
試料タイプ及び幾何学的配置に応じて、イオン化効率及び質量分析器内へのイオン輸送を最大化するために試薬イオン発生器出口面及び軸は位置調整を必要とする。いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器は、ＤＳＡ源筐体内における広範囲の位置調整を可能に
するために４軸並進アセンブリに取り付けられている。ＤＳＡ源の制御ソフトウェア及び電子機器への位置センサフィードバックにより試薬イオン発生器の位置は手動で又は自動的に設定することができる。いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器の位置は、距離センサの、イオン源筐体内に導入された試料保持器タイプ及び試料タイプのプロファイリングに基づきソフトウェア及び電子機器によって自動的に設定することができる。種々の試料タイプ、試料サイズ及び試料種のイオン化効率を最大化するために試薬イオン発生器の種々の直径及び幾何学的サイズの出口部分を交換することができる。試薬イオン発生器は交換可能なコロナ放電針アセンブリを備えて構成される。角度をなした出口端部の取り外しはコロナ又はグロー放電針アセンブリの取り外し及び取り付けを容易にする。
【００１９】
イオン源室内に異なる方法によって発生した試料イオンの一部は入口オリフィスに向かって案内されて真空中に入り、その後、それらが質量電荷分析される質量分析器内に入る。あるいは、ＤＳＡ源内において発生したイオンが移動度分析器内に案内される。ＤＳＡ源のいくつかの実施形態では、イオンを向流ガス流に抗してオリフィスを通じて真空中に案内するために１つ又は複数の電極に電界が印加される。向流ガス流は望ましくない中性種（微粒子及び分子）が真空に入ることを最小限にするか防止する機能を果たし、それによって、自由噴流膨張における試料イオンとの中性種の凝縮を最小限にするか排除するとともに、電極表面の中性種汚染を排除する。電界及び電極の幾何学的配置はＤＳＡイオン源の質量分析器感度を最大にするために最適化される。ＤＳＡ源の筐体は使用者の高電圧又は電界へのあらゆる曝露を最小限にする及び／又は防止する。試料保持器及び試薬イオン発生器並進部をイオン源内に制限するための、位置センサを使用した試料保持器のタイプ及び試料位置のマッピングは、試料分析中における試料又は移動するイオン源ハードウェアによる電極表面との不要な接触を最小限にする及び／又は防止する。
【００２０】
本開示は、周囲汚染がイオン源容積に入ることを低減する及び／又は防止する密閉された筐体を含む装置を特徴とする。そのような周囲種（ａｍｂｉｅｎｔ  ｓｐｅｃｉｅｓ）は試料種のイオン化に予測不可能に影響する可能性もあり、質量スペクトルの不要な干渉又は化学的バックグラウンドノイズの一因となる可能性もある。筐体は、イオン源容積内において発生した試薬イオン種のより厳密な制御を可能にし、所与の試料種の最大かつ再生可能なイオン化効率及びより高いイオン化特性を可能にする。
【００２１】
パージガス流は、試料分析の間に必要な時間を削減するために、及び試料間における相互汚染を最小限にするために気相試料分子のイオン源を掃引するように構成される。パージガスはそれが安全な実験室ベントシステムを通じて排出されるベントポートを通じて出る。安全なガスパージングを伴う密閉された筐体は使用者の揮発した試料種への曝露を最小限にする及び／又は防止する。いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器ガス流、向流ガス流及びパージガス流がそこを通じて出るイオン源ベントは試料装填領域内の試料装填プレート上方に配置される。試料装填時、ＤＳＡ源室へのガス流は試料装填プレートによって流れ、試料装填扉が開いている間に周囲ガス汚染がイオン源に入ることを低減する及び／又は防止する。試料装填扉が閉じられると、試料装填プレート上及び上方を流れ、試料をＤＳＡ源容積内に移動する前にベントを出るガスが周囲ガスの試料装填容積をパージするように機能する。所与の試料タイプにおいて乾燥が望まれる場合、この試料装填領域におけるパージプロセスを、新規に装填された試料を乾燥するためにも使用することができる。ベントポート又はライン内に配置される水分センサ又は湿度センサは新規に装填された試料をＤＳＡ源容積内に移動する前に達成された乾き度に関するフィードバックを制御システム及びソフトウェアに提供する。装填された各試料の乾き度の測定により、試料中に残った（又は残っていない）水分の一貫性を向上するための手法を提供し、これにより複数の試料分析における一貫性の向上を提供することができる。異なる日に調製された試料を同じ試料タイプの分析結果の一貫性を向上するためにＤＳＡシステム内で調整することができる。例えば、分析される試料ピル表面の一貫性を向上するために異なる日に
調製及び精製された同じタイプの医薬ピルを分析前に一貫して乾燥させることができる。
【００２２】
密閉された筐体はイオン源の洗浄を容易にするために取り外し可能である。いくつかの実施形態では、筐体は、閉じているときには密閉されるアクセス用扉を含む。アクセス用扉及び筐体は、ＤＳＡ源筐体シールが破損している場合に電圧及びヒータを切る安全センサを有する。
【００２３】
ＤＳＡ源のいくつかの実施形態では、試料保持器の並進及び試薬イオン発生器の並進は完全に自動化されたモード又は選択的に手動の位置調整により動作させることができる。位置センサによるソフトウェアへの入力は、ソフトウェア及び電子機器制御システムが試料保持器及び試薬イオン発生器の並進に制限を設け、自動化又は手動並進動作のいずれかにおけるハードウェアの衝突又は電気ショートを防止すること可能にする。イオン源制御システムは生じた質量分析器のデータと複数試料保持器上の試料位置との間に相関を提供するために試料リストにリンクしている。
【００２４】
いくつかの実施形態は、質量スペクトル取得時における空間走査を可能にする、ソフトウェアで制御された試料のｘ−ｙ−ｚ並進及び試料スポット位置を記録する機能を含む。例えば、試料分析スポットは試料混合物の薄層クロマトグラフィトレース上の試料分離線（ｓａｍｐｌｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｌｉｎｅｓ）に追従することができる。
【００２５】
本開示は、また、取得したデータのデータ評価を最適化するために、及び生成を報告するために試料毎の特定のイオン化法の情報を質量分析器のデータ評価ソフトウェアに提供するＤＳＡシステムコントロールソフトウェアを含む。試料イオン化条件を調整して性能を向上するためにＤＳＡシステムコントロールソフトウェアにデータ依存フィードバックを適用することができる。
【００２６】
本開示は、試料をイオン化する１つ又は複数の手段を特徴とする。イオン化手段は、単独で又は組み合わせて用いられるエレクトロスプレー、大気圧化学イオン化、光イオン化、コロナ放電及びグロー放電を使用する試薬イオン及び帯電した液滴の生成を含むが、それらに限らない。試料イオン化手段は、個々に又はイオン化タイプの組み合わせにより動作する、帯電した液滴の吸収及び蒸発する帯電した液滴からのイオン生成、気相電荷交換反応又はエネルギ交換反応、化学イオン化、光イオン化及びレーザイオン化を含むが、それらに限定されない。
【００２７】
ＤＳＡシステムは、固体、液体、気体、乳濁液、粉末、不均一試料及び多相試料及びそれらの混合物を含むが、それらに限定されない多くの物質の状態を分析するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】位置並進可能な試薬イオン発生器と、矩形の試料保持器と、複数穴スクリーン試料ターゲットと、質量分析器へのキャピラリオリフィスとを含む、直接試料分析（ＤＳＡ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓａｍｐｌｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）イオン源及びシステムの一実施形態の図である。
【図２】メッシュ式試料保持器を備えて構成されている、ＤＳＡ源試薬イオン発生器及び向流乾燥ガスヒータ内への気体及び液体導入手段の一実施形態の図である。
【図３】気体及び液体の供給部及び相互接続部を含むエレクトロスプレー電荷液滴源を備えた試薬イオン発生器及び真空内へのキャピラリオリフィスの一実施形態の断面図である。
【図４】下向きに角度をなした姿勢（ａｎｇｌｅｄ  ｄｏｗｎ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）で構成された試薬イオン発生器出口、集束光源加熱及び高温計の温度フィードバックを含むＤＳＡシステム内における薄層クロマトグラフィ試料ターゲットの拡大図である。
【図５】水平姿勢で構成された試薬イオン発生器出口、集束光源加熱及び高温計の温度フィードバックを含むＤＳＡイオン源内における薄層クロマトグラフィ試料ターゲットの拡大図である。
【図６】下向きに角度をなした姿勢で構成された試薬イオン発生器出口と、高温計の温度センサフィードバックと、ビデオモニタと、バネクリップ式試料保持器とを有する複数軸試薬イオン発生器位置トランスレータを含むＤＳＡイオン源システムの一実施形態の図である。
【図７】複数の試料メッシュターゲットと、フィードバック高温計を備えた光加熱源と、水平姿勢にある出口を備えて構成された複数軸トランスレータを備えた試薬イオン発生部と、を含むＤＳＡシステムの一実施形態の側面図である。
【図８】４軸試料保持器並進ステージと、複数軸試薬イオン発生器トランスレータと、試料位置センサと、フィードバック高温計を備えた光ヒータ源と、試料管保持器と、を含むＤＳＡシステムの一実施形態の部分切開図である。
【図９】固体ピル試料の分析のために配置された複数試料保持器が装填された４軸複数試料保持器トランスレータを含むＤＳＡイオン源システムの一実施形態の正面図である。
【図１０】シールを有する層状の回転及び並進シャフトを含む４軸試料保持器トランスレータの一実施形態の断面図である。
【図１１】パージガスが流れている状態で、ＤＳＡイオン源筐体内において試料分析の配置にあるピルの複数試料保持器の正面図である。
【図１２】パージガスが流れている状態で、ＤＳＡイオン源筐体内において試料分析の配置にある試料保持器の頂面図である。
【図１３】装填された固体ピル試料の分析が実施された後、パージガスが流れている状態で、ＤＳＡイオン源筐体の一実施形態からの取り外しの配置にある複数試料保持器の正面図である。
【図１４】パージガスが流れている状態で、ＤＳＡイオン源システム筐体の一実施形態からの取り外しの配置にある複数試料保持器の頂面図である。
【図１５】パージガス流がオフにされた状態で、ＤＳＡイオン源システム筐体の一実施形態から取り外されている複数試料保持器の正面図である。
【図１６】ＤＳＡイオン源システムの一実施形態に装填された複数試料保持器の正面図である。
【図１７】イオン源密閉容積及び試料装填領域容積が、新規の試料保持器の装填後、試料分析を実施する前にパージされるＤＳＡイオン源システムの一実施形態の正面図である。
【図１８】少なくとも１つの距離センサを使用するターゲット試料同定及び試料輪郭マッピングの工程時のＤＳＡイオン源システムの一実施形態の正面図である。
【図１９】少なくとも１つの距離センサ及び試料保持器並進部を使用する試料ターゲット同定及び試料輪郭マッピングの工程時のＤＳＡイオン源の一実施形態の頂面図である。
【図２０】分析を実施するための配置にある試料保持器と、垂直方向に配置された管に装填された試料に最適な試薬イオン送達を提供するために、下方位置に移動し、その出口端部が自動的に１８０°回転している試薬イオン発生器と、を備えて構成されているＤＳＡイオン源の一実施形態の正面図である。
【図２１】分析中のエレクトロスプレー用の液体の供給を伴う成形固体試料支持物（ｓｈａｐｅｄ  ｓｏｌｉｄ  ｓａｍｐｌｅ  ｓｕｐｐｏｒｔ）からのエレクトロスプレーイオン化を含むＤＳＡイオン源の一実施形態の正面図である。
【図２２】ＤＳＡイオン源システムの一実施形態を使用して分析したウコン粉末の質量スペクトルである。
【図２３】ＤＳＡイオン源システムの一実施形態で分析した３つの異なる料理用油の３つの質量スペクトルを示す。
【図２４】ＤＳＡイオン源システムの一実施形態を使用してダイエットコーク（Ｄｉｅｔ  Ｃｏｋｅ）の試料から取得した正及び負イオン極性質量スペクトルを示す。
【図２５】ＤＳＡイオン源システムの一実施形態を使用して３つの異なる種類のトウガラシ試料から取得した３つの質量スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
種々の図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
試料の直接分析のために構成されたオープン型イオン源（ｏｐｅｎ  ｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅｓ）はバックグラウンド大気の組成の変化にさらされるため、エンドユーザが分析される試料及び分析に導入される任意の試薬種に曝露する。分析を実施するエンドユーザが気体試薬種及び揮発した試料材料を吸入するおそれがある。この曝露は、薬剤、新規合成化合物、医薬試料、罹患組織、有毒物質、又はさらには利用可能な履歴のない法医学試料のような未知の試料を分析する場合に特に危険となる可能性がある。オープン型イオン源を操作する場合、バックグランドガスの組成の変化がイオン化効率に影響し、バックグラウンド汚染の一因となり、質量スペクトルに干渉成分ピーク（ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｐｅａｋｓ）を加え、薬イオンの組成及び温度を予測不可能に変化させ、予測不可能な分析結果に至るおそれがある。本開示は、密閉されたイオン源容積内に直接導入された複数の試料の分析を、バックグランドガスの組成、温度及び流れを精密に監視及び制御したうえで可能にする装置及び方法を特徴とする。ＤＳＡイオン源システム内における試薬イオン生成は厳密に制御されかつ再生可能であり、試料分析の頑健性及び再現性が増加する。使用者が電極に印加される任意の電圧に曝露する可能性のあるオープン型イオン源とは異なり、ＤＳＡイオン源システムは、密閉されたイオン源容積内に構成された電極に印加される電圧から形成された電界の印加を含む。これらの印加された電界は、イオンを、オリフィスを通じて真空中に案内することによって質量分析器の分析感度を増加する。
【００３０】
市販されているオープン型イオン源では、一般に、試料から発生したイオンを真空中に引き出すために中性ガス流を使用する。この同じガス流が、イオン化されない汚染分子も同伴し、これら不要種を真空中に掃引し、そこで不要種が試料イオン上に凝縮したり、真空内の質量分析器の電極を汚染したりする可能性がある。本開示は、不要な中性汚染種（ｎｅｕｔｒａｌ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｅｓ）が真空に入らないように掃出するための向流ガス流を含む一方で、集束電界を使用して、オリフィスを通じて試料イオンを真空中に案内する装置及び方法を特徴とする。ＤＳＡイオン源システムは、電気的及び空間的の両方において入口端部と出口端部の分離を可能にする誘電キャピラリを含む。米国特許第４，５４２，２９３号明細書に記載されるように、この電気的な電極の分離により、キャピラリの入口電極と出口電極に同時に異なる電圧を印加することが可能になるため、大気圧イオン源内及び真空領域内の両方において最適な電圧が提供される。大気圧におけるイオンの電界集束は向流乾燥ガスに抗して真空へのイオンの効率的なサンプリングを可能にし、感度が増加する一方で、不要な中性汚染ガス又は蒸気分子が真空に入るのを低減する。
【００３１】
図１及び図２を参照すると、ＤＳＡイオン源システム１は、試薬イオン発生器アセンブリ２と、取り外し可能なグリッド試料保持器２０，２１，２２を備えた試料保持器アセンブリ３と、試薬イオン発生器トランスレータアセンブリ５と、光ヒータ７と、高温計８と、光ファイバ及び集束レンズ入力部１１を備えたビデオカメラ１０と、質量分析器キャピラリ入口電極１２と、前金具電極アセンブリ１３と、筐体アセンブリ１４と、を含む。試料保持器アセンブリ３は、３つの取り外し可能な試料保持器２０，２１，２２を含み、図に示されるように、そのそれぞれが２１個の個々の試料配置位置を有する。試料保持器アセンブリ３は１〜４つの取り外し可能な試料保持器を支持する。試料保持器２０，２１，
２２は、液体試料が充填される、通常、ステンレス鋼又は多孔質ポリマーのメッシュ２４を含む。メッシュ２４は支持及び取り付けのために金属プレート２５と金属プレート２６との間に挟まれている。試料保持器アセンブリ３は、図８，９，１０，１１に示される４軸トランスレータアセンブリ１８０により配置される。トランスレータアセンブリ１８０は、試料保持器アセンブリ３のＹ垂直軸１５、回転軸１６、Ｚ水平軸１７及びＸ水平軸１８の運動を生じさせる２つの直線並進運動度及び２つの回転並進運動度を含む。
【００３２】
図１に示しかつ図２により詳細に示すように、試薬イオン発生器２は、液体入口４０と、噴霧器気体入口４１と、補助気体入口４２と、空気式噴霧器４３と、ヒータ４４と、熱電対４５と、電気絶縁体５２を介して取り付けられたコロナ放電針４８と、角度をなした出口チャネル４９と、を含む。液体入口４０を通じて送達された単一成分又は液体の混合物が噴霧器入口４１内をガスが流れている状態で空気式噴霧器４３内に噴霧される。噴霧された液体及びキャリアガス５４はそれがヒータ４４を通過するときに蒸発及び加熱される。ヒータ４４を出るガスと蒸気の混合物の温度が熱電対４５を使用して測定され、制御ソフトウェア及び電子機器にフィードバックされて、ヒータ温度が調整される。加熱されたガスは取り外し可能な端部部品５１によって囲まれている角度をなした出口チャネル４９を流れ、コロナ又はグロー放電部４７を通過する。コロナ又はグロー放電部４７は、通常、出口端部部品５１を接地電位又はゼロボルト電位において維持する一方で、正極性又は負極性のキロボルトの電位をコロナ又はグロー放電針４８に印加することによって形成される。コロナ又はグロー放電針４８に印加される正極性電圧は正極性試薬イオンを生成する。負極性試薬イオンはコロナ又はグロー放電針４８に負極性電圧を印加することによって生成される。加熱された試薬イオンがコロナ放電部４７内において形成される。加熱された試薬イオン及びキャリアガスは試薬イオン発生器出口５０を通過し、試料保持器２２のグリッド２４上に収容された試料２７に向かって移動する。あるいは、グロー放電部４７は試薬ガス及び試料と相互に作用して試薬及び試料イオンを形成するイオン又は励起準安定原子又は分子を生成する。
【００３３】
噴霧化気体入口４１は、噴霧器４３を通じて噴霧するガスの流量を制御する噴霧化ガス圧力調整器又は流量調整器８１に連結されている。噴霧ガス圧力調整器８１は、ＤＳＡイオン源システム電子機器及びソフトウェア制御システム８２に接続され、かつそれにより制御される。噴霧ガスの成分は、通常、窒素又は乾燥浄化空気であるが、それらに限定されない。液体入口４０は、シリンジ６０及びシリンジ６１がそれぞれ装填されたシリンジポンプ５８及びシリンジポンプ５９に連結されている。シリンジポンプ５８及びシリンジポンプ５９は個々の液体種を制御された流量で送達するために別々に作動させることもできるし、混合液体成分流を発生させるために、又は試薬イオン発生器２に入る液体成分の勾配を形成するために同時に作動させることもできる。あるいは、シリンジポンプ５８及びシリンジポンプ５９の代わりに、液体クロマトグラフィポンプ又は加圧液体保持用バイアルなどの当技術分野において公知の任意の流体送達システムを使用することができる。多くの試料タイプでは、望ましい正極性試薬イオンはヒドロニウム又はプロトン化された水（Ｈ３Ｏ）＋である。なぜなら、ヒドロニウムは非常に低い陽子親和力を有するため、気相においてより高い陽子親和力を有する任意の分子と容易に電荷交換するからである。水クラスタの陽子親和力がクラスタ内の水分子の数とともに増加するためプロトン化された水クラスタは望ましさが劣る。結果として、気相においてプロトン化された水クラスタはプロトン化された試料イオンから陽子を取り除き、試料イオンの感度を低下させる可能性がある。ＤＳＡ源イオン化領域の密閉環境により、ヒドロニウムイオン生産を最大限にしつつプロトン化された水クラスタを最小限にするためにバックグラウンド試薬ガス中の水の割合を厳密に制御することができる。
【００３４】
出口チャネル４９内を流れるガス中の水の割合は、空気式噴霧器４３内に噴霧される液体入口４０内を流れる水の流量と、気体入口４１及び気体入口４２内をそれぞれ流れる噴
霧器ガスと補助ガスの総流とによって決定される。例えば、入口４１内を流れる１分あたり１リットルの噴霧器ガス、及び１分あたり１マイクロリットルの流量の水を噴霧器４３に送達するシリンジポンプ５８を用い、約１０００倍の体積膨張を生じる水の蒸発後、出口チャネル４９及びコロナ又はグロー放電部４７内を流れる水分は約０．１体積％濃度を有しうる。この試薬イオンガス流中の水の割合はシリンジ５８によって送達される流量又は気体入口４１及び気体入口４２を通過するガス流量を変えることによって正確に調整することができる。コロナ又はグロー放電部４７はその中を流れる窒素ガス分子をイオン化し、それがさらには、当業者に公知の一連の気相反応を通じてヒドロニウムイオンを形成する。試薬イオン発生器出口チャネル４９を出口５０において出る加熱された試薬イオンガスはグリッド２４内を流れ、試料スポット２７に堆積した試料を蒸発させる。蒸発した試料分子は、この試料分子が、通過するヒドロニウムイオンよりも高い陽子親和力を有する場合、ヒドロニウムイオンと電荷交換し、プロトン化された試料イオンを形成する。試料スポット２７の下流側の領域８４内において試料イオンが形成される。形成された試料イオンは、その後、前金具電極１３及びキャピラリ入口電極１２ならびに接地又はゼロボルト試料保持器２２に印加される電圧によって形成される集束する電界線に追従する。電界によって推進され、試料イオンは乾燥窒素向流ガス流６０に抗して移動する。向流ガス流６０はあらゆる中性水分子又は水クラスタを運び去り、電界により移動するプロトン化された水クラスタを乾燥し、それによって、中性水クラスタが新規に形成された試料イオンから電荷を取り除くことを低減及び／又は防止し、試料又は水の中性分子が真空に入ることを排除する。イオン及び中性窒素ガスは、キャピラリ８０内のキャピラリオリフィス３０の出口端部８５において形成される急速に冷却される自由噴流膨張を通じて真空に入る。試料イオン上の中性分子の凝縮はほぼ又は全く起こらない。本開示により構成されるＤＳＡイオン源システムは、試薬イオンの生産及び送達の正確な制御を提供し、頑健な、一貫した、再生可能な分析作業を可能にする。所望のように、再生可能な制御及び動作時に試料を取り巻く状況ゆえに、試料それ自体が分析される１つの変数である。
【００３５】
正イオンの場合に低い陽子親和力を有する試料は水とは異なる試薬イオンの成分を使用してイオン化してもよい。例えば、試料分子はそれがプロトン化部位を有しない場合ヒドロニウムイオンから陽子を受け取らなくてもよいが、付加アンモニアイオンを有する試料イオンを形成するためにプロトン化されたアンモニアイオンとのアタッチメントを形成してもよい。そのような気相反応は大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）及び真空化学イオン化（ＣＩ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）の分野において公知である。アンモニアは、水について上記したように、シリンジポンプ５８又はシリンジポンプ５９を使用して液体形態で試薬イオン発生器２内に送達することができるし、アンモニアはヘッドスペースガス９０又はヘッドスペースガス９１としてバイアル８７又はバイアル８８にそれぞれ抽出することができる。バイアル８７及びバイアル８８のヘッドスペースガスの流量制御は圧力調整器９２及び弁９５によって提供される。バイアル８７及びバイアル８８のいずれか１つ又は両方のヘッドスペースガス流は、弁９６及び弁９７それぞれを開く又は閉じることによって選択することができる。ヘッドスペースガス９０又はヘッドスペースガス９１は連結部９９及び入口４２内を流れヒータ４４に入る。あるいは、異なる補助ガス流種９８を、入口４２を通じて試薬イオン発生器２内に導入することができる。ガス流コントローラ９３及び弁９４を通じて制御される補助ガス流９８は加圧ガスタンクから供給されてもよい。例えば、試薬ガスとしてヘリウムを導入することが望ましい場合がある。なぜなら、コロナ又はグロー放電部４７内で形成されるイオン化された、準安定ヘリウムは高いイオン化電位を有し、これらヘリウム準安定種又はイオン種が気相原子又は分子と衝突した場合に電荷移動効率を向上するからである。ヘリウムは比較的高価なガスであり、多くの試料種のイオン化に必要とされなくてもよい。ヘリウムを窒素又は他のガスと混合して試薬イオン混合物を形成することができる。弁９４，９５，９６，９７、圧力調整器９２及びガス流コントローラ９３はＤＳＡ源の電子機器及びソフトウェアコントロ
ーラ８２に接続され、試薬イオン発生器２内に流れる気体及び液体の一部又は全てのソフトウェア及び自動制御を提供する。あるいは、補助ガスの組成及び流れは手動で制御することができる。
【００３６】
図１，２に示されるように、シリンジ又は流体送達ポンプ５８，５９ならびに流体Ｔ字管８３が、ＤＳＡイオン源システム１の密閉された筐体アセンブリ１４の外側に配置されている。同様に、付属の弁９４〜９７と、圧力調整器９２と、流量調整器９３とを備えた試薬溶液バイアル８７及び試薬溶液バイアル８８が、電子機器コントローラモジュール８２と同様に、密閉された筐体アセンブリ１４の外側に配置されている。質量スペクトルのバックグラウンド化学的ノイズに大きく寄与せず、気相試料分子のイオン化効率に影響しない不活性材料のみがＤＳＡイオン源システム１の密閉された筐体アセンブリ１４の内部に構成される。密閉された筐体アセンブリ１４内部に構成される材料は、一般には、金属、セラミック又はガラスであるが、これらに限定されない。筐体アセンブリ１４を通過する密閉された貫通部品（ｆｅｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈｓ）に流体又はガス流チャネルが連結される。筐体アセンブリ１４内に配置される、ヒータ４４、熱電対４５及び電極又はエレクトロスプレー針へのワイヤは、通常、セラミック絶縁体により電気的に絶縁されている。密閉されたＤＳＡイオン源筐体アセンブリ１４内部の電気絶縁体にはセラミック以外の他の材料を含んでもよいが、そのような材料は、脱ガスが試料イオン化を妨げる程度まで、又は脱ガスの結果取得した質量スペクトルに干渉ピーク又は化学的ノイズを生じる程度までそのような脱ガスをしないことを前提とする。
【００３７】
その代わりに、試薬イオン発生器２は、試料がその中で直接イオン化される大気圧化学イオン化プローブとして動作させることができる。試料保持器アセンブリ３を試薬イオン発生器出口５０と前金具入口７０との間の領域８４から離すことにより、コロナ放電部４７内において発生したイオンは上述のように印加された電界によって推進され、キャピラリオリフィス３０に直接送達することができる。事実上、米国特許第７，９８２，１８５号明細書に記載されるように、試薬イオン発生器２は零電界ＡＰＣＩ入口プローブとして動作することができる。例えば、試料成分の凝縮を回避するために、ガスクロマトグラフからの気体試料を、入口４０を通じて直接ヒータ４４内に送達することができる。ガスクロマトグラフィのキャリアガスは、通常、溶出気体試料がコロナ又はグロー放電部４７を通過するときにそれらの効率的なイオン化を提供するヘリウムである。その代わりに、イオン化効率を最大化するために、気体試料を試薬イオン発生器入口４１又は４２内に導入することができ、追加の試薬イオン種の同時の導入を可能にする。液体試料は、また、入口４０を通じて、液体クロマトグラフ、噴射弁又は当業者に公知の他の流体流システムから導入することができる。例えば、４０を通じてシリンジ５８から噴射される流れである校正溶液は空気式噴霧器４３内に噴霧され、噴霧された液滴がヒータ４４を通過するときに蒸発し、校正蒸気がコロナ又はグロー放電部４７を通過するときにイオン化する。キャピラリオリフィス３０を通じて質量分析器７８内に案内される校正イオンは質量分析器７８を調整及び校正するために使用することができる。同様に、より高い分解能の質量分析器での正確な質量測定のための内部標準校正イオン（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｉｏｎｓ）を提供するために、そのような校正イオンを、試料２７又は任意の他の試料のイオン化時にも添加することができる。質量分析器７８は、四極子型、トリプル四極子（ｔｒｉｐｌｅ  ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）型、飛行時間型（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）、ハイブリッド四極子飛行時間型、オービトラップ型（Ｏｒｂｉｔｒａｐ）、ハイブリッド四極子オービトラップ型、２次元又は３次元イオントラップ型、飛行時間飛行時間型又はフーリエ変換型の質量分析器であってもよいが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
図１，２を参照すると、向流ガス６１は初めに向流ガスヒータ６２を通過し、前金具出口７０において出る。向流ガス流量はソフトウェア及び電子機器コントローラ８２に接続
された流量調整器７２を通じて制御される。向流乾燥ガス６０に抗して移動する試料イオンをキャピラリオリフィス３０内に案内するためにキャピラリ入口電極１２及び前金具電極１３に電圧が印加される。真空中に膨張するキャリアガスが同伴したイオンを真空ステージ７４内に掃引する。キャピラリ出口電極７６及びスキマー電極７５に電圧が印加され、キャピラリオリフィス３１を出るイオンが質量電荷分析のために質量分析器７８内に案内される。通常、窒素又はドライエアであるがそれらに限定されない向流ガス流６０は不要な中性汚染分子を掃き出し、中性汚染種が真空に入ることを防止する。向流ガス流６０は、真空への自由噴流膨張内の試料イオン上における汚染分子の凝縮を排除するか最小にし、かつ真空内の電極の不要中性分子汚染を最小限にする。キャピラリ入口電極１２及び出口電極７６は空間的及び電気的に分離される。米国特許第４，５４２，２９３号明細書に記載されているように、キャピラリ入口電極１２及び出口電極１３のために異なる電圧値を同時に及び単独で最適化することができる。例えば、ＤＳＡイオン源の動作中における正イオン極性生成のために、前金具１３、キャピラリ入口電極１２及びキャピラリ出口電極７６に印加される電圧値はそれぞれ−３００ＶＤＣ、−８００ＶＤＣ及び＋１２０ＶＤＣに設定してもよい。前金具電極１３及びキャピラリ入口１２に印加される電圧から形成されるイオン集束電界（ｉｏｎ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）は接地試料ターゲット２７近辺に形成される試料イオンをキャピラリオリフィス３０内に案内する。キャピラリオリフィス３０内を流れるガスが、それぞれキャピラリ入口電極１２とキャピラリ出口電極７６との間の減速電界に抗してキャピラリオリフィス３０内においてイオンを押す。イオンは、ほぼキャピラリ出口電極７６に印加される電気電位に加え、シード化分子ビーム（ｓｅｅｄｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ）によって付与される速度でキャピラリオリフィス３１を出る。試料イオン化領域８４内の電界を変えることなくイオンのフラグメンテーションを選択的に生じさせるためにキャピラリ出口電極７６の電圧はスキマー７５に印加される電圧に対して増加させることができる。イオンのフラグメンテーションは、化合物の同定の確立において、又は化合物の構造を決定するために有用となりうる。
【００３９】
図３を参照すると、ＤＳＡイオン源システム１は、試料イオン化効率を高めるために試薬イオン又は帯電した液滴ためのさらなる供給源を備えて構成することができる。ＤＳＡイオン源システム１は、筐体１４内部に取り付けられたエレクトロスプレー針１０３を含む。１つ又は複数の流体送達システム、もしくはシリンジ６０及びシリンジ６１をそれぞれ備えたシリンジポンプ５８及びシリンジポンプ５９から送達された液体が、試薬液体又は試料溶液を、流体ライン１０７を通じてエレクトロスプレー針１０３内に供給する。試薬液体又は試料溶液はエレクトロスプレー針１０３の先端１０８からエレクトロスプレーされ、帯電した液滴１０４のプルームを形成する。エレクトロスプレープルーム１０４はエレクトロスプレー針１０３と前金具電極１３又は接地出口チャネル４９の壁１１０との間の印加電圧差によって形成される。いくつかの実施形態では、高圧電源をエレクトロスプレー針１０３に接続し、安定したエレクトロスプレープルームを維持する値に電圧を設定する。あるいは、エレクトロスプレー針１０３を大地電位に維持した状態で安定したエレクトロスプレーを提供するのに十分な電圧を前金具電極１３に印加することができる。エレクトロスプレー針１０３及び前金具１３の両方への電圧の印加は、通常、試料イオン化効率及び質量分析器７８内へのイオンサンプリングを最適化するために使用することができる。
【００４０】
加熱された試薬ガス及びイオン５５が試薬イオン発生器出口５０から出て試料管１０１に衝突することにより試料分子が試料１０２から蒸発する。試料１０２は試料保持器１１０に取り付けられたガラス管１０１上に堆積される及び／又はガラス管１０１内に充填される。蒸発した試料分子はエレクトロスプレーされた帯電した液体滴に吸収されてもよい。当技術分野において公知のように、試料イオンが、その後、帯電した液体滴が蒸発するにつれて形成され、加熱された向流乾燥ガス６０に抗して前金具電極オリフィス７０に向
かって移動し、帯電した液滴の蒸発が進むにつれてイオンを形成する。あるいは、上述のように、蒸発するエレクトロスプレー液滴から形成された複数の電荷を場合により有する試薬イオンが、その後、質量電荷分析のために、キャピラリオリフィス３０内に、及び質量分析器７８に案内される試料イオンを形成するために、気相試料分子と電荷交換することができる。試料１０２からの気相試料分子は、試薬イオン発生器２を出る試薬イオン５５、又はエレクトロスプレーにより発生した試薬イオン、又は帯電した液滴に、個々に又は同時に曝露させることができる。試薬イオン源又は帯電した液滴源の選択は、コロナ又はグロー放電針４８及びエレクトロスプレー針１０３に印加される電圧を制御することによって、及び流体の流れ又は噴霧化及び試薬ガス源１１１，５８，５９，８７，８８，９８を制御することによって実現される。
【００４１】
試料ガスは、コロナ又はグロー放電部４７源又はエレクトロスプレー１０３源から形成される試薬イオン又は準安定種との電荷交換を通じてイオン化が起こるイオン化領域８４に直接導入してもよい。生じた試料イオンは、その後、上述のように質量電荷分析のために質量分析器７８内に案内される。図３を参照すると、試料ガス供給部１１４が試料ガスを、ガス流管１１５を通じて送達し、試料ガスはイオン化領域８４の近位の端部１１７において出る。試料ガス供給部１１４は、密閉された筐体アセンブリ１４の外側に配置される、ガスクロマトグラフ、周囲ガスサンプラ又は呼気分析計とすることができるがこれらに限定されない。
【００４２】
試料加熱は、再生可能な、一貫した、信頼性の高い試料イオン化効率を達成するために制御される重要な変数である。異なる試料は異なる熱容量を有し、試料分子蒸発の実施に異なる温度を必要としてもよい。いくつかの実施形態では、試料表面の加熱に必要なエンタルピーを複数の源から制御可能に送達することができる。試料表面に印加される１つの熱源は上述のように加熱された試薬イオンガスとして試薬イオン発生器２から送達される。試薬イオン発生器２の出口５０を出る試薬イオン及びガス流５５から試料表面に送達されるエンタルピーの量は出口ガス及びイオン混合物５５の温度と流量の関数である。ガス及び試薬イオン温度は、コロナ又はグロー放電部４７からの熱を一部付加し、ヒータ４４の温度を設定することによって制御される。試薬イオン発生器２の出口５０を通過する合計ガス流量については上記されている。あるいは又はさらに、熱は、また、光源を使用して試料表面に送達することができる。
【００４３】
図１，２，４，５を参照すると、光源７には、図４に示すように電気接点１２０を含む赤外線光源、白色光源、又はレーザを含むが、これらに限定されない。加熱光源７のいくつかの実施形態は、反射性の覆い１２１内に構成された赤外線又は白色光石英電球を含む。太陽集熱器分野において公知のように、内部反射性の覆い１２１の上端部１２２には、内部反射性の光集線装置として内部に形成される近似放射面反射装置及び出口端部１２３を含む。加熱光源出口１２４は、試料及び分析要件に応じて、光集束レンズ、開口孔、又は内部反射性の光パイプを含んでもよい。加熱光源７から出る光１２５が分析される試料に照準を定めるように加熱光源７がＤＳＡイオン源システム１内に搭載されかつ配置されている。試料表面に衝突する光強度は、白熱電球電極１２０に印加される電圧、又は光源７がレーザであればレーザパワー、及び集束光点（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｓｐｏｔ）の大きさを制御することによって調整される。試料表面を制御可能に加熱するために光及び加熱された試薬ガスを個々に又は同時に使用することができる。試料タイプ及び組成によっては、成分の混合物を含む試料表面に印加される制御された加熱又は熱勾配は試料表面を離れる種々の試料成分の時間又は温度の分離を生じさせる。より低い蒸発温度を有する化合物種はより高い蒸発温度の試料種の前に試料表面から蒸発する。温度勾配による試料表面温度のランピングは試料成分の時間における分離を達成することができる。試料種のこの温度分離はイオン化プロセスにおける干渉を低減し、分析ピーク容量を増加し、キャピラリ内からスキマー領域までのイオンフラグメンテーションにおけるある程度の
選択性を可能にすることができる。熱脱離分光業者に周知の手法で温度に応じて種の脱離を監視することによって試料表面の組成についての追加の分析情報も得られる。
【００４４】
加熱光源７は、放射する光を、試料表面上において、加熱されたガス流を使用して実現することができるものよりも小さなスポットに集束する出口レンズを備えて構成することができる。この集束した熱源は、固相試料又は他の試料タイプを分析する場合に表面上における空間分解能の向上を可能にする。図４，５を参照すると、薄層クロマトグラフィ（ＴＬＣ：ｔｈｉｎ  ｌａｙｅｒ  ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）プレート１３０，１３１が試料保持器アセンブリ１３２に取り付けられ、バネクリップ１３３によって所定の位置に保持されている。試料種の混合物が薄層クロマトグラフィプレートの長手方向に分離され、空間的に分離された固相試料成分の線が生じる。試料保持器アセンブリ１３２に取り付けられている薄層クロマトグラフィプレート１３０，１３１は前金具１３の軸にほぼ垂直に入る試料分離線を有する。１つ又は複数の列の試料分離を単一のＴＬＣプレート上において実施してもよい。同じプレート上におけるＴＬＣチャネル間のクロストークを回避するため、最小限の過熱を伴う熱の集束印加（ｆｏｃｕｓｅｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）が必要である。試料保持器アセンブリ１３２がＴＬＣプレート１３０線を前金具電極１３の軸に垂直な方向に移動するときに集束加熱光１２４がＴＬＣ分離された試料の１つのチャネルにおいて案内される。ＴＬＣプレート１３０上の加熱された試料スポット１３７に照準を定める高温計８は加熱光１２５によって直接加熱される表面温度を測定する。高温計８の温度測定値は制御ソフトウェアにフィードバックされ、試料位置１３７の試料表面温度を所望の設定温度に維持するために加熱光源８の光強度が調整される。加熱光源７が赤外線光源を含む場合、赤外線に起因する表面温度の読取りエラーを回避するため、高温計の測定値をとるときにランプを一時的にオフにすることができる。試料表面温度は、高温計８で、又はその代わりに熱電対で直接測定することができる。ヒータ制御へのフィードバックを伴う試料表面温度の直接測定は、同じ試料タイプの複数の試料を分析する場合に、ＴＬＣプレート又は植物又は動物組織などの試料表面を分析する場合に、又は異なる試料タイプを測定する場合に、より一貫した、信頼性の高い、頑健なイオン源性能を可能にする。
【００４５】
試薬イオン発生器ヒータ４４の場合のようにヒータ素子の熱容量を条件としていないため、加熱光又はレーザ８の強度は迅速に調整することができる。試薬イオン発生器２内の総ガス流路の熱容量及びコロナ又はグロー放電部４７によって発生する熱が原因で出口チャネル４９を出る試薬ガス５５のガス温度の調整にはより長い時間がかかる。図４は、出口５０を通じて流れるガス及びイオン流を試料スポット１３７に対して直接案内する角度をなした出口端部１３４を備えて構成及び配置された試薬イオン発生器２を示す。試料表面位置１３７に衝突する加熱されたガス及びイオン５０が試料表面１３７に送達されるより集束した熱を補完する。図５を参照すると、試薬イオン発生器２及び角度をなした出口端部１３４は約１８０°回転し、角度をなした軸１３５に沿って下に移動している。出口５０を通じて流れるガス及び試薬イオン５０は試料表面位置１３７にほぼ平行して案内される。図５に示される実施形態では、試料表面位置１３７に送達されるエンタルピーの主要源を光ヒータ７が送達し、試料表面温度及び試料位置１３７において加熱される面積のサイズのより厳密な制御を可能にする。図４，５に示される実施形態では、加熱される試料位置１３７の温度を読み取るために高温計８が配置される。
【００４６】
ＤＳＡイオン源システム１は光ファイバプローブ１１を有する又は有しないビデオカメラ１０を備えて構成することができる。分析されている試料表面位置を見るために、及び分析中の任意の時間における表面の視覚ステータスをソフトウェア又は使用者にフィードバックするために正しい配置のビデオカメラ１０を使用することができる。４軸試料保持器アセンブリ３のトランスレータ制御部が質量分析器７８のキャピラリサンプリングオリフィス３０に対する特定の試料表面の正確な位置を決定する。既知の試料位置を取得した
質量スペクトルのデータに相関させるとともに、また、試料分析中にビデオ画像に相関させることもできる。ビデオカメラ１０は試料表面の拡大像を提供するために適切な光学顕微鏡レンズを含む。ビデオカメラ１０の試料環境への曝露を最小限にするために、及びカメラ筐体又は電子機器のあらゆる脱ガスを低減及び／又は排除するために、適切な光学部品類を用いて、ビデオカメラ１０を筐体１４の外部に構成することができる。そのような脱ガスは望ましくないバックグラウンド化学種をＤＳＡイオン源システム１の筐体１４内部に付加する。
【００４７】
図１〜７に示される角度をなした試薬イオン発生器２は、図１、２、３、６、７に示される取り外し可能な端部部品５１を備えた回転可能な角度をなした端部１３４と、図４，５に示される回転可能な縮径端部部品１４０と、を含む。図２，５を参照すると、試薬イオン発生器ヒータの軸１４１は出口端部１３４の軸１４２から角度をなしている。角度をなした試薬イオン発生器の幾何学的配置は、試薬イオン発生器２を妨げることなく試料を外縁全体に沿って装填することができる丸形、矩形又は他の形の試料保持器アセンブリの分析を可能にする。例えば、図１では、試料保持器２０，２１，２２が矩形の試料ターゲットアセンブリ３の外縁に沿って取り付けられている。各試料２７が分析のための位置に移動すると、試料保持器アセンブリ３に取り付けられている任意の他の試料による試薬イオン発生器２との接触は形成されない。角度をなした試薬イオン発生器２の幾何学的配置では、各試料分析の前又は後の不要な試料加熱を回避するために、絶縁したヒータ本体１４４を装填された試料から十分に離して配置する。試薬イオン発生器２の角度をなした幾何学的配置及び試料保持器３の４軸並進により、試料保持器アセンブリ３のコンパクトな幾何学的配置を使用して、異なる形状及びサイズを有する多数の試料を配置及び分析することができる。例えば、１５．２４センチメートル（６インチ）の矩形の試料保持器アセンブリの全周は６０．９６センチメートル（２４インチ）の長さである。同等の直線幾何学的配置の試料保持器は１つの方向において６０．９６センチメートル（２４インチ）の長さであるが、一部又は全ての試料を、イオン化領域８４を越えるライン内において通過させるには１２１．９２センチメートル（４８インチ）幅のイオン源が必要である。２次元ではなく３次元で配置された試料を取り付けた試料保持器アセンブリ３のよりコンパクトな幾何学的配置は、より小さく、よりコンパクトなＤＳＡイオン源１及び同様により小さな筐体１４の構成を可能にする。
【００４８】
ＤＳＡイオン源１及び筐体１４容積が小さいほど、各試料分析間及び試料保持器アセンブリ３  １１０，１３２，１６２の装填及び取り外しのときに気相汚染物質をパージするための容積が少なくなる。より小さな源の容積を効果的にパージするためにより少量のガスの使用が必要であり、新規の試料分析セットを開始する前、又は各試料が分析される間に汚染ガス種を除去するのにより少ない時間を必要とする。汚染物質種のより速いパージングにより、複数試料セットのより速い分析時間を可能にし、全体的なイオン源の分析効率が向上する。
【００４９】
図６，７を参照すると、回転可能な出口端部アセンブリ１３４を備える角度をなした試薬イオン発生器２の幾何学的配置により、種々の試料タイプにおける最適な動作のための迅速かつ自動化された出口５０の位置決めが可能になる。試薬イオン発生器出口５０は、キャピラリオリフィス３０へのイオンサンプリングの高い効率とともに各試料タイプの最大イオン化効率を提供するように配置される。ヒータ本体１４４は図１，３，４，６にそれぞれ示される試料保持器アセンブリ３，１１０，１３２，１６２に取り付けられた試料を妨げない。試薬イオン発生器ヒータ本体及び出口５０の直線及び角度をなした姿勢は試薬イオン発生器４軸トランスレータアセンブリ１５０により調整される。図６，７に示される試薬イオン発生器４軸トランスレータ１５０のいくつかの実施形態は、水平直線軸１５１と、回転軸１５２と、角度をなした直線軸１５３と、第２の回転軸１５４と、を含む。各軸は、手動で調整することも、各軸を駆動する、ソフトウェアで制御されたモータに
より自動的に調整することもできる。並進軸の種々の構成を、同様の、低減された又は増加された柔軟性及び機能を保持しつつ、１５２で示される実施形態に置換することができる。ソフトウェアに、試料位置に対する、及びノーズピース１３の固定された位置に対する試薬イオン発生器２の精密な位置決めを提供する、手動式又は自動化トランスレータアセンブリの各軸の位置を測定するためのセンサを付加することができる。後の段落に記載されるように、ソフトウェアへの、試料保持器アセンブリ３，１１０，１３２，１６２位置及び試薬イオン発生器２位置の位置センサフィードバックにより、ＤＳＡイオン源システム１の表面及び電極への接触を回避しつつも、分析中の試薬イオン発生器及び試料の位置決めの自動化及び最適化が可能になる。
【００５０】
図６は、角度をなした直線軸１５３が引き込まれ、角度をなした出口アセンブリ１３４が、可動試料保持器アセンブリ１６２に取り付けられた試料クランプ１６１によって把持された試料１６０の方を出口５０が下向きの角度で指す位置に回転した、上昇位置にある試薬イオン発生器２を示す。一例として、図６の試料１６０は一片のオレンジの皮であってもよい。オレンジの皮に殺虫剤又は防かび剤がもしあれば存在することを判定するための分析が実施される。図７は、角度をなした軸１５３が伸び、回転可能な角度をなした端部アセンブリ１３４が図６に示される位置から約１８０度回転した、下降位置にある試薬イオン発生器２を示す。取り外し可能な出口部品１６８の軸は試料保持器２０上のグリッド試料２７を最適にイオン化するためにほぼ水平姿勢で配置される。図６，７に示される実施形態では、上昇位置又は下降位置において水平面に対する試薬イオン発生器ヒータ本体１４４の角度は変化していない。リンク１５５が、角度をなしたリニアトランスレータ１５０の固定部分１６４に取り付けられたフレキシブル連結部１５６において取り付けられ、かつ回転する角度をなした端部アセンブリ１３４の回転リング１４１に取り付けられたフレキシブル連結部１５７において取り付けられている。角度をなした直線軸トランスレータ１５３が引き込まれた位置から伸びた位置に移動すると、リンク１５５は、回転する角度をなした端部アセンブリ１３４を回転させる。角度をなした直線軸トランスレータ１５３が伸びた位置から引き込まれた位置に移動すると、角度をなした端部アセンブリ１３４の回転は逆向きになる。あるいは、連結部１５８及び連結部１５７を備えたリンク１５５の代わりに、トランスレータアセンブリ１５０及び出口端部アセンブリ１３４に適切に取り付けられたラック及びピニオンギヤ又はウォームギヤアセンブリを使用することができる。各試料タイプの最適な位置決めの実現のために出口端部アセンブリ１３４を自動的に回転させるため、いくつかの異なるデザインのリンク又はギヤアセンブリを用いることができる。出口端部アセンブリ１３４は、また、出口５０の最適な位置決めのために手動で回転させることができる。
【００５１】
データフィードバックを使用してイオン信号を最大化するために、試薬イオン発生器出口５０の位置は捕捉中に手動で又は自動的に調整することができる。４軸トランスレータ１５０は取得した質量スペクトルデータ及び位置センサフィードバックに基づきソフトウェアによって調整することができる。そのような、試料位置及び試薬イオン発生器位置のデータ依存の機械的同調は適切なアルゴリズムを使用して自動化することができる。そのような自動化された同調アルゴリズムを利用可能なことで、種々のタイプ、形状及びサイズの試料を装填することができ、かつ使用者による介入がほぼ又は全くなく試料位置及び試薬イオン発生器位置を最適な性能に自動的に調整することができる。
【００５２】
試薬イオン発生器の回転可能な角度をなした端部アセンブリ１３４には、図４，５に示される取り外し可能な端部部品１４０及び図６，７に示される取り外し可能な端部部品１６８を含む。取り外し可能な端部部品１４０の出口内径は端部部品１６８の出口内径と比較すると低減されている。より小さな内径の端部部品１４０は加熱されたガス及び試薬イオンをより小さな直径の流れで送達し、これはいくつかの試料タイプに望ましくてもよい。加熱されたガス及び試薬イオン流のより大きな直径がより適している他の試料タイプに
は、大径の端部部品１６８が選択されうる。試薬イオン発生器２の回転可能な角度をなした端部アセンブリ１３４においてより短い又はより長い及び種々の直径の端部部品を入れ替えることができる。
【００５３】
端部アセンブリ１３４が回転した場合に加熱された試薬ガス及び試薬イオン流５５の方向に加熱光１２５が自動的に向いたままになるように回転リング１４１を含む回転可能な角度をなした端部アセンブリ１３４に１つ又は複数の加熱光源７を取り付けることができる。同様に、加熱光源７ならびに加熱されたガス及び試薬イオン５５が入射する試料位置を指すように配置される高温計８を、回転可能な角度をなした端部アセンブリ１３４に取り付けることができる。あるいは、１つ又は複数の加熱光源７及び１つ又は複数の高温計８を試薬イオン発生器２の位置とは無関係に配置することができ、及び代わりに、試料位置及び固定位置の前金具１３を適切な並進的に調節可能な取付ブラケットアセンブリとともに並進的に参照することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、図１，３，４，６にそれぞれ示される試料保持器アセンブリ３，１００，１３２，１６２は、試料の位置決め及び移動の自動化のため、図８に示される４軸トランスレータアセンブリ１８０に取り付けられている。４軸トランスレータアセンブリ１８０上のそのような試料保持器アセンブリのいくつかの実施形態は図８，９，１０に示される。４軸トランスレータアセンブリ１８０は、１つ又は複数の試料が３次元試料保持器アセンブリ３、１１０、１３２、１６２、１８１ならびに試料保持器アセンブリの他の構成及び実施形態に取り付けられた状態で種々の試料タイプを分析するための全可動域を提供する。４軸トランスレータアセンブリ１８０は、試料保持器アセンブリ１８１と、回転軸１８２と、水平直線並進軸１８３と、回転軸１８４と、垂直直線並進軸１８５と、を含む。複数シャフト回転シャフトアセンブリ１８８が下底板１８９から、密閉された開口部１９１を通じて底板１８９を通り、図１に示される筐体１４に類似する筐体１８７内に延びる。筐体１８７内部に構成されている４軸トランスレータ１８０の構成要素はバックグラウンド汚染ガス分子が試料分析を妨げることを防止するために金属又は他の不活性材料を含む。
【００５５】
図８，９，１０に示される実施形態では、水平直線並進軸１８３は、試料保持器アセンブリ１８１又は試料保持器アセンブリ１９０の水平直線並進を実施するためにギヤラック１９２及び回転ピニオンギヤ１９３を含む。回転ピニオンギヤ１９３はシャフトアセンブリ１８８内の中間シャフト３０１の上端部に取り付けられている。中間シャフトの回転は、チェーン又はコグベルト３４４を介して中間シャフトの下部スプロケット３１３に連結されたモータ及びスプロケットアセンブリ３１５によって駆動される。水平リニアトランスレータアセンブリ３１２は直線軸受ガイド３１８内をスライドして低摩擦の精密な直線運動を可能にする。スプロケット１９５及びスプロケット１９７は水平並進ラックアセンブリ３１２に回転自在に取り付けられている。試料保持器アセンブリ１８１又は試料保持器アセンブリ１９０のその全水平直線運動範囲全体にわたる回転は、スプロケット１９４を介してチェーン又はコグベルト１９３に連結された回転する内側シャフト３００によって実施される。チェーン１９３が、ばね式アイドラスプロケット１９５、従動試料保持器スプロケット１９７及びドライバスプロケット１９４に巻き付いている。内側シャフトの下部スプロケット１９８はチェーン又はリンク式ベルト３１０を通じてモータ及びスプロケットアセンブリ３１１によって駆動される。回転軸１８４の回転は、駆動チェーン又はコグベルト３２１を介して外側シャフトの下部スプロケット３２２に連結されたモータ及びスプロケットアセンブリ３２０によって駆動される外側シャフト３０２の回転によって実施される。軸受３２４により、外側シャフト３０２が軸受ブロック３２７内に取り付けられており、それがさらには、直線垂直軸１８５並進プレート３２８に取り付けられている。垂直並進プレート３２８の動きは、チェーン又はコグベルト３３４を介して親ネジの下部スプロケット３３１に連結されたモータ及びスプロケットアセンブリ３３２によって
駆動される親ネジ３３０を回転させることによって実施される。垂直並進プレート３２８は低摩擦の精密な動きを実施するためにレール３３５上を摺動する。軸受３２６及び軸受３２５にそれぞれ載る内側シャフト３００及び中間シャフト３０１の回転は低摩擦の回転する精密な動きを可能にする。
【００５６】
４軸試料保持器トランスレータアセンブリ１８０は、全４軸運動中に、覆い１８７、基部１８９全体に密なガスシールを提供する一方で、筐体１８７内部において検出可能な化学汚染を発生させない２つの回転シール及び１つのスライダ回転シールを含む。円形のシャフトシール３４０は回転及び摺動シールを外側シャフト３０２に提供する。シャフトシール３４１は中間シャフト３０１に対して回転シールを提供し、シャフトシール３４２は内側シャフト３００に対して回転シールを提供する。シール材には、効果的なガス密シールを提供する一方で、覆い１８７内部のバックグランド気相汚染に寄与しないテフロン（登録商標）又は他の材料を含む。回転及び円形摺動ガス密シールのみを含む４軸並進アセンブリ１８８は広範囲の回転及び直線運動を提供する。漏洩しやすい又は潜在的に粘着性の直線シールは使用されない。蒸発した試料分子は密閉された覆い１８７内に効果的に捕集され、ベントポート３４４から安全な実験室ベントシステム内に掃き出され、使用者のいかなる曝露も防止する。逆に、分析中、周囲汚染が筐体１８７に入ることが防止され、それによって、上述のような動作及び分析における利点を提供する。
【００５７】
４軸トランスレータアセンブリ１８０は、試料形状及び表面プロファイリング、試料位置確認、分析の最適化、試料保持器アセンブリの装填及び取り外し、ならびに試料保持器のタイプ、試料タイプ、数、位置及び高さを分析前に決定するための完全な試料保持器プレートのプロファイリングの実施に必要な全可動域を提供する。図１１〜２０は、試料分析、分析済み試料セットの取り外し、新規の試料セットの装填、新規の試料セットのセンサプロファイリング及び新規の試料セットの分析の自動化された進行を示す。
【００５８】
図１１を参照すると、丸形試料保持器アセンブリにピル試料一式が装填されている。このピル試料一式は試料保持器アセンブリを回転させて前金具１３の前にピルを通過させることによって順次分析される。試薬イオン発生器２は、図６に示されるものと同様に出口５０が下向きに角度をなした姿勢で配置されている。上述のように高温計８の試料温度フィードバックを伴う加熱された試薬ガス及びイオン５５ならびに加熱された光源７によって試料の制御された加熱が実施される。位置センサ３３４，３４５，３４７，３４８は試薬イオン発生器２の４軸トランスレータアセンブリの各軸の位置をそれぞれ検出し、試薬イオン発生器２の正確な位置をソフトウェアにフィードバックする。通常は窒素であるパージガス３５３は底板１８５内を流れ、ガスマニホールド３５１内に入る。ガスマニホールド３５１から流れるパージガス３５２は覆い１８７内部のイオン源容積３５４中を移動し、蒸発した試料分子をベント３４４から掃き出し、水分センサ又は湿度センサ１９９を通過し、安全な実験室ベントシステムに入る。パージガス３５２による蒸発した試料分子のベント３４４からの掃き出しは、試料間における試料の交差汚染を最小化する。
【００５９】
連続的に流れるパージガス３５２とともに、試料間における交差汚染の最小化は試料保持器３、１１０、１３２、１６２、１９０又は３７１を試薬イオン発生器出口ガス流５５又は任意の光熱源が試料位置又は試料保持器表面上に入射しない位置に移動することによって実現することができる。例えば、図１１において、試料を流した後に試料保持器アセンブリ１９０の位置を下げると、分析されることになる次の試料の予備加熱を防止する一方で、前に流された試料からの汚染がパージガス流３５２によって掃き出される時間がある。また、光ヒータ７の強度を一時的に増加し、加熱された試薬ガス５５の流れを増加すると、次の試料を分析する前に凝縮した試料種を前金具１３の表面及びキャピラリ電極１２表面から蒸発させる。出口５０が下向きの姿勢で配向された状態で試薬イオン発生器２が配置されると、試料分析の間に試薬イオン発生器２の位置を迅速に移動させて水平出口
５０姿勢を提供することができる。水平姿勢で配向された試薬イオン発生器出口５０により、加熱された試薬ガス流５５及び／又は光ヒータ７は前金具１３の正面及びキャピラリ入口電極１２の方に案内される。前金具１３又はキャピラリ入口電極１２に蓄積している可能性のあるあらゆる汚染はこの直接加熱によって再蒸発し、前の試料汚染分子は向流乾燥ガス流７０及びパージガス流３５２によって掃き出され、次の試料を流す前にベント３４４から出る。光ヒータ７の強度及び加熱された試薬ガス流５５の流量を増加して汚染分子の蒸発速度を加速し、電極清浄化の時間を効果的に低減することができる。この清浄化及びパージ工程中に質量スペクトルを取得して残ったバックグラウンド又は汚染試料のレベルを監視することができる。このパージステップは取得したスペクトルのバックグラウンド化学的ノイズが許容レベルに低減されるまでデータ依存フィードバックアルゴリズムを使用して継続することも、その代わりに、データ依存フィードバックなしでプログラムされた時間継続することもできる。バックグラウンド又は汚染信号の許容可能な低減が実現されると、光ヒータ７の強度が弱められ、加熱された試薬ガス及びイオン流５５は分析のための最適なレベルに低減する。試料保持器アセンブリ１９０を、その後、分析のための最適な位置に移動し、回転させて分析のために次の試料ピルを提示する。試料分析及び試料分析間における汚染低減工程は、ソフトウェアによる自動化運転用にプログラムすることも手動制御により実施することもできる。試料保持器は、試料表面又は試料保持器表面内に間隙が現れる領域を提供するように構成することができる。試料保持器トランスレータ１８０は、分析の間に試料保持器内の間隙に移動し、パージ又は清浄化ステップを実施することができる。この手法で、試料保持器位置は試料分析の間において最小限の移動を必要とする。
【００６０】
図１２は、試料分析中における、円形パターンで取り付けられたピル試料３６０を備えた試料保持器アセンブリ１９０を含む、ＤＳＡイオン源１の筐体１８７の頂面図を示す。シールド３５８が４軸並進アセンブリ１８０及び複数シャフトアセンブリ１８８をカバーする。マニホールド３５１から流れるパージガス３５２は筐体１８７内部の全容積３５４を掃引するために案内される。
【００６１】
試料保持器アセンブリ１９０に取り付けられたいくつか又は全てのピル３６０が分析されると、試料保持器アセンブリ１９０は試料装填及び取り外し領域３６３の開口部３６４内の取り外し位置に移動する。パージガス流３６５は試料保持器１９２と開口部３６４との間の間隙３９１及び出口ベントポート３４４を通じて試料保持器アセンブリ１９０の掃引を継続する。試料保持器アセンブリ１９０がその装填及び取り外し位置に移動されると、４軸トランスレータアセンブリ１８０は位置センサ３６７，３５０，３６８を通過する又はそばを通り過ぎ、水平直線軸トランスレータアセンブリ３１２及び試料保持器アセンブリ１９０の回転軸１８２それぞれの基準位置にリセットする。４軸トランスレータ垂直直線軸１８５及び回転軸１８４の零点が、また、覆い１８７の外側の底板１８５の下にある位置センサによって再確認される。図１３を参照すると、試料保持器アセンブリ１９０が開口部３６４内にある場合、その位置はソフトウェアによって正確に知られ、かつ確認される。図１４は、取り外しの直前に開口部３６４内に配置されている試料保持器アセンブリ１９０の頂面図を示す。
【００６２】
図１５を参照すると、試料保持器アセンブリ１９０はＤＳＡイオン源１の筐体１８７から取り出されている。試料保持器アセンブリ１９０の自動化又は手動のいずれかでの取り出しを容易にするために上蓋３７０がヒンジ３７３に沿って開かれている。４軸トランスレータ１８０に取り付けられた残りの試料参照プレート３７１は位置参照取付ピン３７２を含む。マニホールド３５１から流れるパージガス３５２は筐体１８７内に依然存在するあらゆる残留蒸発試料種に使用者が曝露することを避けるためにオフにしてもよい。あるいは、上蓋３７０を開く前の源のパージング時間が任意の残留気相試料分子の源を除去するのに十分であれば、試料の装填又は取り外し時、周囲汚染がＤＳＡ源容積３５４に入る
ことを最小限にするため又は防止するためにパージガス流３６５をオンにしたままとすることができる。図１６を参照すると、新規の試料保持器アセンブリ３８０が装填領域３６３内の試料参照プレート３７１上に装填されている。試料保持器アセンブリ３８０は、装填された粉末試料３８３を有する試料管３８２とプレート識別用孔パターン３８１とを含む。参照アライメントピン３７２及び試料参照プレート３７１の頂面３８４が試料保持器アセンブリ３８０の正確な位置を設定し、この位置はソフトウェアに知られている。ソフトウェアはいくつの試料が装填されているか、及び各試料の特定の位置及び高さが何であるかを未だ確認していない。パージガス流３５２は使用者又は方法の好みに応じてオン又はオフに維持される。
【００６３】
図１７を参照すると、上蓋３７０が閉じられており、閉じられているときは密閉されている。試料保持器３８０の装填中、パージガス流３６５を形成するガスマニホールド３５１からのパージガス流３５２はそれが前にオフにされていた場合はオンにされ、前の状態がオンであった場合はオンのままに維持される。パージガス流３６５は装填領域３６３に入り、ベント３４４から出て、水分センサ又は湿度センサ１９９のそばを通過し、試料３８３を有する下げられた試料保持器アセンブリに達する。ベントライン３４４内に構成された、又はその代わりに試料装填領域３６３内に配置された湿度センサ１９９は出口パージガス３６５の水分含有量を測定する。新規に装填された試料保持器３８０及び試料３８３はパージガス３６５によって乾燥され、水分接触のフィードバックは水分センサ１９９によってソフトウェアに提供される。導入される水分レベルが所望のレベルまで低減されると、試料保持器アセンブリ３８０をＤＳＡ源容積３５４内に移動させることができる。あるいは、流された液体又は濡れた試料はいずれの場合においても試料装填後のパージガス３６５による試料の予備乾燥が最小限となることが好ましかろう。所望であれば、湿度センサ１９９からの水分センサフィードバックを伴うパージング領域３６３及び試料のさらなる乾燥は分析前に試料を一貫して予備調節するための制御された手段を提供する。分析前の制御された試料の調製及び調節は試料評価において一貫性及び再現性を向上することを可能にする。
【００６４】
この試料装填領域後の領域３６３のパージングの間、試薬イオン発生器２はオンにされたままであり、ＤＳＡ源容積３５４内のバックグラウンド化学汚染のレベルを確認するために質量スペクトルが取得される。上述のような試料装填パージサイクルを周囲バックグラウンド信号がポスト試料装填パージサイクル中に取得した質量スペクトルの評価によるデータ依存フィードバックによって決定されるほど十分に低減されるまで継続することができる。上述のように、試料３８３が流される前に質量分析器７８を調整及び校正するために校正溶液を試薬イオン発生器２内に導入することができる。継続的なパージングにより、取得した質量スペクトルにおいて観測されたバックグラウンド化学的ノイズレベルが許容レベルに低下すると、及び／又は、所望であれば、排出パージガス３６５中の水分レベルが十分に低くなると、試料３８３が装填された試料保持器アセンブリ３７１がＤＳＡイオン源領域３８７内に下ろされる。
【００６５】
図１８，１９を参照すると、試料保持器アセンブリ３７１は距離測定センサ３５０の下に移動される。距離測定センサの一実施形態ではセンサの下に移動した物体の高さを測定するためにレーザビーム及び光センサを使用する。試料保持器アセンブリ３７１の位置は距離測定センサ３５０の下において並進移動されかつ回転され、試料プレート識別用孔パターン３８１が試料保持器アセンブリ３９０の種類を特定するためにマッピングされる。あるいは、試料保持器３８０の頂面３９３が試料プレート保持器３８０の種類を特定するためのバーコード３９４を含んでもよい。図１２，１９に示される光学バーコードリーダ３９２は試料保持器３８０がバーコードリーダ３９２の下を並進的に移動するときにバーコード３９４を読み取るために使用される。
【００６６】
距離センサ１５０及び試料保持器トランスレータ１８０を使用して、各試料管３８２の数、位置及び高さがマッピングされ、ソフトウェアに搭載された試料リストと整合される。距離測定センサ３５０及びバーコードリーダ３９２によって生成され、ソフトウェア及び電子機器コントローラ８２に送られた試料保持器プレートの特定及び試料位置マッピング情報を使用して、ソフトウェアが試薬イオン発生器２及び回転可能な角度をなした出口アセンブリ１３４の位置を調整する。図７について記載したように、試薬イオン発生器４軸トランスレータアセンブリ内において電動式の角度をなした直線軸トランスレータ１５３の姿勢がその伸びた姿勢に移行する。ソフトウェアに送られた位置測定センサ３４４のフィードバック情報により、ソフトウェアは新規の試薬イオン発生器プローブ位置を自動的に確認する。複数のセンサからの入力に基づき、ＤＳＡイオン源１の構成要素が新規に装填された試料管３８２の最適な分析を提供するように自動的に調整される。バックグラウンド汚染を低減するために、及び試料分析を開始する前に筐体１８７内の既知のバックグラウンドガスの組成を設定するために、パージガス流３５２はオンにされたままである。図１９は、試料保持器アセンブリ３９０の種類を特定するため、及び新規に装填された試料保持器アセンブリ３９０の試料位置をマッピングするために使用される位置測定センサ３５０を含むＤＳＡシステム１の頂面図を示す。あるいは、さらに、ＤＳＡシステム１は試料保持器アセンブリ３９０の種類を特定するためのバーコードリーダ３９２を含む。
【００６７】
試料表面の輪郭をマッピングするために距離センサ１５０を使用することができ、ソフトウェアのアルゴリズムが試料の分析に最適な位置を設定することを可能にする。４軸トランスレータ１８０が試料を距離センサ１５０のレーザビームの下に移動し、試料の表面高さ及び縁のマップを生成する。例えば、図６に示すように、クリップ１６１によって把持されたオレンジの皮がＤＳＡイオン源システム１に装填された場合、表面及び縁が距離センサ１５０を使用してマッピングされる。試料は、その後、感度を最大化するために、及び前金具１３又は試薬イオン発生器の取り外し可能な端部部品５１に試料が接触することを回避するために、真空へのオリフィス３０に対して最適に配置される。さらに、最適な試料イオン化条件を提供するように試薬イオン発生器２の位置を試料に対して設定することができる。各試料は距離センサ１５０又は追加のセンサを使用してプロファイルすることができ、そこから、その位置を自動的に試料毎のベースで分析のために最適化することができる。
【００６８】
図２０を参照すると、新規に装填された試料保持器アセンブリ３９０が特定され、装填された試料３８３の一部又は全ての位置がマッピングされた後、試料保持器アセンブリは装填された試料３８３の試料分析を実施するための最適な位置に４軸トランスレータ１８０によって移動される。さらに、試薬イオン発生器２は試料分析を実施するためにソフトウェア制御により自動的に最適に配置されている。試料３８２の分析中、上述のように試料分析の間においてパージサイクルを用いて試料汚染キャリーオーバを最小限にするためにパージガス３５２はオンにされたままである。前の試料保持器アセンブリ１９０について上記したように、前の試料汚染のキャリーオーバを低減するために、例えば、試料の分析後、試料保持器アセンブリ３９０を試料間の位置まで下げるか移動させることができる。
【００６９】
ＤＳＡイオン源システム１は試薬イオン発生器２を必要とせず試料イオンを発生させるための手段を備えて構成することができる。図２１を参照すると、変更されたＤＳＡイオン源４００は、流体送達針１０３と、４軸トランスレータアセンブリ１８０に連結された試料保持器アセンブリと、試料が各スプレー器に配置された状態の紙製又はポリマー製試料スプレー器４０２と、試料スプレー器保持器４０３と、シリンジ６０及びシリンジ６１をそれぞれ備えて構成されているシリンジポンプ５８及びシリンジポンプ５９と、上記したようなキャピラリ入口電極１２を備えた前金具１３と、を含む。前金具電極１３及びキャピラリ入口電極１２に印加される電圧が各スプレー器４０２からの試料エレクトロスプ
レーを維持する。エレクトロスプレー時に、配置された試料をスプレー器４０２のスプレー先端４０５に向かって移動するために液体滴４０４を針１０３から試料が配置されたスプレー器４０２に送達してもよい。エレクトロスプレー時に針１０３を通じてスプレー器４０２に送達される流体流量及び溶液組成はシリンジ６０及びシリンジ６１をそれぞれ備えたシリンジポンプ５８及びシリンジポンプ５９を使用して制御される。
【００７０】
図２２は、図３，１６，２０に示される試料管３８２に類似するガラス管試料保持器を使用し、ウコン粉末をＤＳＡイオン源１内において加熱したときに正イオン極性モードにおいて取得した質量スペクトルを示す。図２３は、正イオン極性モードにおいて、ＤＳＡイオン源１内に流される料理用油の３つの試料から取得した３つの質量スペクトルを示す。料理用油が小さなガラス先端に吸い上げられることによって充填された後、ガラス管のドローダウンされた（ｄｒａｗｎ  ｄｏｗｎ）先端から液体料理用油を蒸発させた。図２４は、図２に示されるメッシュアセンブリ２２に類似するメッシュターゲット上に装填された、ＤＳＡイオン源１内において流されたダイエットコーク（Ｄｉｅｔ  Ｃｏｋｅ）液体試料の、正イオン極性モード及び負イオン極性モードにおいて取得した質量スペクトルを示す。図２５は、ＤＳＡイオン源１内における試料のワークアップ（ｗｏｒｋｕｐ）なしで流された固体トウガラシ植物試料の３つの質量スペクトルを示す。カプサイシンのピーク高さの振幅は分析されるトウガラシの辛みとともに増加する。カプサイシンはトウガラシを辛い味にする主成分である。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態を記載した。しかし、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく種々の改良を施してもよいことは理解されよう。したがって、他の実施形態も以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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