(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被分析物検出システムを用いて、試料の一部の原位置化学変換およびイオン化を提供する方法であって、該方法は、
ガスを、前記被分析物検出システムのイオン化源の入口を介して、イオン化源内へ導入する工程と、
前記イオン化源内でイオンを生成する工程と、
前記ガスおよび生成したイオンを、前記イオン化源を介して導く工程と、
前記イオンを、前記イオン化源の外へおよび前記試料へ導く工程であって、前記試料は、前記イオン化源に近接して位置し、前記試料は、周囲環境に位置する、工程と、を含み、
前記イオンは、前記試料と化学反応して前記試料から被分析物を脱離し、前記被分析物は、前記試料の一部から生成され、前記試料の一部は、前記被分析物よりも揮発性が低く、前記試料の一部が、無機酸化剤であり、前記無機酸化剤が、塩素酸塩または過塩素酸塩であり、前記生成したイオンが、硝酸イオンまたは硝酸クラスタイオンである、方法。
【請求項２】
脱離した被分析物を、前記被分析物検出システムの分析器を用いて受け取る工程をさらに含み、前記分析器は、イオン移動度分光計、質量分析計、またはこれらの組み合わせである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記脱離した被分析物を分析器を用いて受け取る工程が、
前記脱離した被分析物を、前記被分析物検出システムのキャピラリーインターフェイスを用いて受け取ることと、
前記脱離した被分析物を、前記キャピラリーインターフェイスを通って前記分析器へと導くこととを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記イオンを生成する工程が、
前記イオン化源の第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、前記イオンを生成する電界を生成することと、
前記電界を変化させて、生成したイオンのエネルギーおよび分裂度を調整することとを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１電極と前記第２電極とが、誘電体バリアによって分離されている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記被分析物が、前記試料の一部よりも低い融点を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガスが、前記イオン化源を通じて循環および再循環される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
被分析物検出システムを用いて、試料の一部の原位置化学変換およびイオン化を提供する方法であって、該方法は、
ガスを、前記被分析物検出システムのイオン化源の入口を介して、イオン化源内へ導入する工程と、
前記イオン化源内で、硝酸イオンまたは硝酸クラスタイオンであるイオンを生成する工程と、
前記ガスおよび生成したイオンを、前記イオン化源を介して導く工程と、
前記イオンを、前記イオン化源の外へおよび前記試料へ導く工程であって、前記試料は、前記イオン化源に近接して位置し、前記試料は、周囲環境に位置する、工程と、
脱離した被分析物を、前記被分析物検出システムの分析器を用いて受け取る工程であって、前記分析器は、イオン移動度分光計、質量分析計、またはこれらの組み合わせである、工程と、を含み、
前記イオンは、前記試料と化学反応して前記試料から被分析物を脱離し、前記被分析物は、前記試料の一部から同時に生成およびイオン化され、前記試料の一部は、前記被分析物よりも揮発性が低く、前記試料の一部は、無機酸化剤であり、前記無機酸化剤は、塩素酸塩または過塩素酸塩であり、前記被分析物は、塩素酸硝酸イオン、過塩素酸ニトリルイオン、または、過塩素酸ニトロシルイオンである、方法。
【請求項９】
前記脱離した被分析物を分析器を用いて受け取る工程が、
前記脱離した被分析物を、前記被分析物検出システムのキャピラリーインターフェイスを用いて受け取ることと、
前記脱離した被分析物を、前記キャピラリーインターフェイスを通って前記分析器へと導くこととを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記イオンを生成する工程が、前記イオン化源の第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、前記イオンを生成する電界を生成することを含む、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記被分析物が、前記試料の一部よりも低い融点を有する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
被分析物検出システムであって、
イオン化源と、
分析器と、を含み、
前記イオン化源は、イオン化源内でイオンを生成するように構成され、イオン化源の外へおよびイオン化源に近接して位置する試料へとイオンを導くようにさらに構成され、前記試料は、周囲環境に位置し、ここで、前記イオンは、前記試料と化学反応して前記試料から被分析物を脱離し、
前記分析器は、前記試料からの脱離した被分析物を受け取って分析するように構成され、前記分析器は、質量分析計、イオン移動度分光計、またはこれらの組み合わせであり、
前記試料は、無機酸化剤を含み、前記無機酸化剤は、塩素酸塩または過塩素酸塩であり、前記脱離した被分析物は、前記イオンと前記無機酸化剤との間の化学反応から生成され、前記脱離した被分析物は、前記無機酸化剤よりも揮発性が高く、
前記イオン化源が、前記分析器の入口の周りに同心円を形成する、被分析物検出システム。
【請求項１３】
被分析物検出システムであって、
イオン化源と、
分析器と、を含み、
前記イオン化源は、イオン化源内でイオンを生成するように構成され、イオン化源の外へおよびイオン化源に近接して位置する試料へとイオンを導くようにさらに構成され、前記試料は、周囲環境に位置し、ここで、前記イオンは、前記試料と化学反応して前記試料から被分析物を脱離し、
前記分析器は、前記試料からの脱離した被分析物を受け取って分析するように構成され、前記分析器は、質量分析計、イオン移動度分光計、またはこれらの組み合わせであり、
前記試料は、無機酸化剤を含み、前記無機酸化剤は、塩素酸塩または過塩素酸塩であり、前記脱離した被分析物は、前記イオンと前記無機酸化剤との間の化学反応から生成され、前記脱離した被分析物は、前記無機酸化剤よりも揮発性が高く、
前記イオン化源の一部が、前記分析器の入口を形成する、被分析物検出システム。
【請求項１４】
前記イオン化源が、誘電体バリア放電イオン源またはニッケル６３（Ｎｉ６３）ベースのイオン化源である、請求項１２または１３に記載の被分析物検出システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本願は、２０１３年７月２４日に出願された米国特許仮出願６１／８５７，７２１号（タイトル：“Ｉｎ  Ｓｉｔｕ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅｓ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ”）の優先権を主張するものであり、当該出願を、ここに参照のために取込む。
【背景技術】
【０００２】
脱離ベースの検出システムは、一般的に、試料中の化学物質を同定するために実施される。スワブ脱離ベースのイオン移動度分光分析システム等の、現在利用可能な脱離ベースの検出システムは、適度な温度（例：摂氏２５０度未満）まで加熱すると物質が蒸発することができる場合に、その物質を検出するのに優れている。あるいは、現在利用可能な脱離ベースの検出システムは、加熱時に物質が分解して、容易に蒸発し検出することができる特徴的な物質になる場合に、その物質を検出するのにも優れている。しかし、試料によっては、検出が望まれるものの上記の特性を持たない物質（例：被分析物、化学物質）を含むものもある。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書では、被分析物検出システムを用いて試料の無機酸化剤の原位置化学変換およびイオン化を提供する方法を開示する。当該方法は、ガスを、被分析物検出システムのイオン化源の入口ポートを介して、イオン化源内へ導入することを含む。当該方法はさらに、イオン化源を介してガスを導いて、イオンを生成することを含む。当該方法はさらに、イオンを、イオン化源の外へおよび試料へ導くことを含む。試料は、イオン化源に近接して位置し、また、周囲環境に位置する。イオンは、試料と化学反応して、試料から被分析物を脱離する。被分析物は、無機酸化剤から生成され、脱離した被分析物は、無機酸化剤よりも低い融点および／または良好な脱離動態を有する。当該方法はさらに、脱離した被分析物を、被分析物検出システムの分析器を用いて受け取ることを含む。
【０００４】
本明細書では、試料の無機酸化剤の原位置化学変換およびイオン化を提供する方法を行うための、被分析物検出システムを開示する。当該システムは、イオン化源を含む。イオン化源は、放電を利用してイオン化源内でイオンを生成するように構成され、さらに、ガス流を用いて、イオンを、イオン化源の外へおよびイオン化源に近接して位置する試料へと導くよう構成され、試料は、周囲環境に位置し、ここで、イオンは、試料と化学反応して試料から被分析物を脱離する。当該システムはさらに、試料から脱離した被分析物を受け取って分析するように構成された、質量分析計、イオン移動度分光計、またはこれらの組み合わせ等の分析器を含む。また、試料は、塩素酸塩または過塩素酸塩等の、無機酸化剤を含む。脱離した被分析物は、イオンと無機酸化剤との間の化学反応から生成され、無機酸化剤よりも低い融点または良好な脱離動態を有する。
【０００５】
この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される概念の一部を簡略化された形態で紹介するために提供されるものである。この概要は、特許請求の範囲の主題の重要なまたは必須の特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲の主題の範囲を決定するにあたって補助として用いられるものでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
詳細な説明を、添付図面を参照しながら記載する。図面において、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れる図を示す。説明および図面における異なる例での同じ参照番号の使用は、類似または同一要素を示し得る。
【０００７】
【図１】本開示の実施例にかかるシステムのイオン化源の部分図を含む、被分析物検出システムの概略的な概念ブロック図である。
【図２Ａ】本開示の実施例にかかる被分析物検出システムのイオン化源の部分図である。
【図２Ｂ】本開示の実施例にかかる図２Ａに示すイオン化源の部分断面図である。
【図３】本開示のさらなる実施例にかかる被分析物検出システムの概念ブロック図である。
【図４】本開示のまたさらなる実施例にかかる被分析物検出システムの概念ブロック図である。
【図５】本開示の実施例にかかる図１に示す被分析物検出システムを用いた、被分析物検出システムを用いて試料の無機酸化剤の原位置化学変換およびイオン化を提供する方法を示すフロー図である。
【図６】本開示の実施例にかかる図４に示す被分析物検出システムを用いた、被分析物検出システムを用いて試料の無機酸化剤の原位置化学変換およびイオン化を提供する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、被分析物検出システム（例：試料分析システム、化学物質検出器）１００を示す。被分析物検出システム１００は、イオン化源（例：表面イオン化源）１０２を含む。実施形態において、イオン化源１０２は、試料材料（例：試料）１５０に含まれる少なくとも１つの被分析物を脱離およびイオン化するように構成される。実施形態において、イオン化源１０２は、誘電体バリア放電イオン源である。例えば、イオン化源１０２は、低温プラズマ（ＬＴＰ）プローブである。
【０００９】
図１、図２Ａ、および図２Ｂを全体的に参照して、実施形態において、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２は、ハウジング１０４を含み、当該ハウジングは、１つ以上の入口ポート（１０６、１０８）を含む。例示的な実施形態において、ポート１０６は、搬送ガス入口ポートであり、ポート１０８は、ドーパントガス入口ポートである。実施形態において、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２は、プローブチップ１１０を含む。実施形態において、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２は、第１電極１１２を含む。例えば、第１電極１１２は、針電極である。実施形態において、第１電極１１２は、ステンレス鋼等の導電性材料で構成される。
【００１０】
実施形態において、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２は、第２電極１１４を含む。例えば、第２電極１１４は、対電極、スリーブ電極、および／または外側電極１１４である。実施形態において、第２電極１１４は、銅テープ等の導電性材料で構成される。
【００１１】
実施形態において、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２は、誘電体バリア１１６を含む。実施形態において、誘電体バリア１１６は、電気絶縁材料で形成される。例えば、電気絶縁材料は、ガラス、石英、セラミックス、およびポリマーである。実施形態において、誘電体バリア１１６は、第２電極１１４から第１電極１１２を電気的に分離するように構成される。例えば、誘電体バリア１１６は、両端が開口したガラス管である。実施形態において、第１電極１１２は、ハウジング１０４内および誘電体バリア（例：ガラス管）１１６の近位端内に延伸する。実施形態において、第２電極１１４は、誘電体バリア（例：ガラス管）１１６の外側部分と接触してもしなくてもよい。いくつかの実施形態において、第１電極１１２は、誘電体バリア（例：ガラス管）１１６内で軸方向中心に置かれる。
【００１２】
実施形態において、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２は、交流（ＡＣ）電源１１８を含むかあるいは交流（ＡＣ）電源１１８に接続するように構成される。電源１１８は、第１電極１１２または第２電極１１４に電圧または電流を印加して、ガス内に電界を生成することによって低温プラズマを発生させるように構成される。例えば、印加電流は、交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）である。いくつかの実施形態において、第１電極１１２は接地され、第２電極１１４は電源１１８から電圧を受ける。他の実施形態において、第２電極１１４は接地され、第１電極１１２は電源１１８から電圧を受ける。他の実施形態において、両電極（１１２、１１４）は、第１ＤＣ電源９０３に接続され、第１ＤＣ電源９０３は、第２ＤＣ電源９０４によって計器入口に印加される電圧に類似するレベルに電圧を上げる。実施形態において、第２ＤＣ電源９０４は、適切に分析器１２４を動作させるために必要としてもよく、または、従来の分析器が設計されてきたような手段であってもよい。
【００１３】
実施形態において、搬送ガス流は、イオン化源１０２の１つ以上の入口ポート（例：搬送ガスおよび／またはドーパントガス入口ポート）（１０６または１０８）を介してイオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２に供給され、イオン化源１０２を通過する。例えば、搬送ガスは、ヘリウム、窒素ガス、アルゴン、圧縮空気、周囲空気、乾燥空気等の任意のタイプのガスであってもよい。実施形態において、低温プラズマは、搬送ガス流（例：連続ガス流）によって、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２を通って外へと押し出される。特定のドーパント分子をポート１０６内のガス流に添加して、放電領域において、試料との反応および被分析物の形成に有用なイオンを形成してもよい。ドーパント分子をポート１０６を通るガス流に添加して、それ自体は放電の対象とならずに、放電領域において生成されたイオンとまたは試料と反応することができるようにしてもよい。
【００１４】
実施形態において、プラズマは、低温プラズマ（ＬＴＰ）である。ＬＴＰは、比較的低い運動エネルギーではあるが反応性のイオンと中性物質とを伴う、高エネルギー電子を有する不平衡プラズマとして特徴づけることができる。実施形態において、ＬＴＰは、表面から被分析物を脱離およびイオン化して被分析物の分子イオンまたは断片イオンを生成するために用いることができる周囲プラズマである。実施形態において、被分析物イオンは、乳酸硝酸イオン、乳酸・硝酸イオン、乳酸イオン、および／または硝酸イオンであってもよい。実施形態において、プラズマは、非熱低電力プラズマであり、電極（１１２、１１４）間に生成され、誘電体が変位電流を制限する。プラズマは、液体や気体（例：液相や気相の試料１５０）をイオン化するとともに、固体試料（例：固相の試料１５０）から原位置で分子を脱離／イオン化するのに用いることができる、試料１５０の周囲環境における反応性イオン、電子、ラジカル、励起中性物質、および準安定種を含有する。プラズマは、ガス流、補助拡散、および／または、プラズマが不平衡である場合に生成される空間電荷によって発生する電界により、放電領域（例：誘電体バリア１１６）から抽出されて、試料（例：試料表面）１５０へと導かれる。例えば、プラズマは、誘電体バリア（例：ガラス管）１１６の遠位端（例：プローブチップ１１０）の外へと押し出される。実施形態において、プラズマは、実質的に大気圧で、試料１５０と接触する。いくつかの実施形態において、プラズマは、周囲環境で、試料１５０と接触する。
【００１５】
実施形態においては、電界を変化させることで、試料１５０における被分析物から生成されるイオンのエネルギーおよび分裂度を調整する。
【００１６】
例示的な実験設定において、システム１００は、試料スライド１２２を配置可能な試料台１２０を含み得る。実施形態において、試料１５０は、スライド１２２上に配される。試料台１２０と、試料スライド１２２と、試料１５０とは、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２を出たプラズマが試料１５０と接触できるように、誘電体バリア（例：ガラス管）１１６の遠位端（下端）の出口と近位に位置し得る。実施形態において、システム１００は、プラズマによる試料１５０からの被分析物の脱離およびイオン化をさらに促進するために試料１５０を加熱する加熱要素（例：図示せず）を含み得る。
【００１７】
実施形態において、システム１００は、分析器（例：検出器）１２４を含む。実施形態において、分析器１２４は、イオン化源１０２と結合されていてもいなくてもよい。実施形態において、分析器１２４は、試料１５０に十分近接して位置し、イオン化源１０２によって生成される試料１５０の少なくとも１つの被分析物のイオンを収集し分析する。いくつかの実施形態において、分析器１２４は、質量分析計（例：質量分析システム）である。他の実施形態において、分析器１２４は、イオン移動度分光計（イオン移動度分光分析システム）である。
【００１８】
図１に示すような実施形態において、システム１００は、分析器１２４へのインターフェイス１２６を含む。実施形態において、インターフェイス１２６は、検出器（例：分析器）１２４の入口に直接接続される。実施形態において、分析器１２４の入口は、試料１５０から分析器１２４への脱離被分析物の連続移動のために構成される。実施形態において、インターフェイス１２６は、イオン化源１０２および試料１５０の近位にあり、試料１５０から分析器１２４へと脱離およびイオン化した被分析物を受け取って導くように構成される。図１に示すような実施形態において、インターフェイス１２６は、キャピラリーインターフェイスである。例えば、キャピラリーインターフェイス１２６は、キャピラリーケーシング１３０に接続されたキャピラリー１２８を含む。さらに、キャピラリーインターフェイス１２６は、試料１５０から受け取ったイオン化被分析物を加熱するように構成され得る（例：加熱キャピラリーインターフェイスである）。
【００１９】
上記のようにイオン化源１０２がＬＴＰプローブである実施形態において、図１に示すＬＴＰプローブ１０２は、検出器（例：分析器）１２４の入口からイオン化源１０２を分離するメカニズムを提供する。
【００２０】
上述の通り、イオン化源１０２は、表面から被分析物を脱離してイオン化し、質量分析のための被分析物の分子イオンおよび／または断片イオンを生成することができる。実施形態において、生成される異なるイオン間の比は、電界、搬送ガスタイプ、および／または搬送ガス流量を変化させることによって調整可能である。いくつかの実施形態において、生成される異なるイオン間の比は、電界を確立するために使用される電極（１１２、１１４）の重なりを調整することによって調整可能である。
【００２１】
実施形態において、表面から被分析物を反応的に脱離するため、試薬を、入口ポート１０６を介して搬送ガス流９０１に添加することができる。例えば、試薬は、表面から被分析物を反応的に脱離する試薬イオンを生成する。さらなる実施形態において、試薬を、ポート１０８を介してガス流９０２に添加して、試料１５０近傍のイオン搬送流９０１と混合し、表面から被分析物を反応的に脱離する一次イオンを生成する。さらなる実施形態において、中性物質としてイオンおよび試料被分析物と相互作用する試薬を添加する。さらなる実施形態において、イオン源１０２によって生成された中性物質を、試料へガス流９０１によって搬送し、そこで反応させて中性被分析物を形成し、分析器１２４に入る前にこれを再イオン化する。こうして、ＤＣオフセットを必要とせずに、高電位にある入口を持つ分析器１２４による分析が可能になる。実施形態において、被分析物の形成を促進するために、中性種を搬送ガス流９０１に加えてもよい。
【００２２】
実施形態において、試料１５０は、生体起源のものである。さらなる実施形態において、試料１５０は、産業用ワークピース、または、医薬製品や成分である。さらなる実施形態において、試料１５０は、食品または食品成分、毒素、薬物、爆発物、細菌、または生物組織である。
【００２３】
実施形態において、試料１５０は、塩素酸塩等の無機酸化剤を含む。例えば、試料１５０は、塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ３）等の塩素酸塩を含み得る。本明細書に記載の用語「塩素酸塩（ｃｈｌｏｒａｔｅ（ｓ））」は、塩素酸アニオン（ＣｌＯ３−）および塩素酸（ｃｈｌｏｒｉｃ  ａｃｉｄ）の塩を含有する化学化合物を包含する。さらなる実施形態において、試料１５０は、過塩素酸塩等の無機酸化剤を含む。例えば、試料１５０は、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、および／または過塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ４）等の過塩素酸塩を含み得る。本明細書に記載の用語「過塩素酸塩（ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ（ｓ））」は、過塩素酸（ｐｅｒｃｈｌｏｒｉｃ  ａｃｉｄ）（ＨＣｌＯ４）由来の塩を包含する。典型的に、塩素酸塩および過塩素酸塩は、非常に高い融点を有し、および／または、加熱されると蒸発するよりもむしろ分解する傾向があり、これにより分析器１２４を介して検出することが困難になる。実施形態において、プラズマは、硝酸イオン（ＮＯ３−）、ＨＮＯ３（ＮＯ３）−イオン、硝酸クラスタイオン、および／または硝酸（ＨＮＯ３）蒸気を含み得る。これらは、試料１５０の無機酸化剤よりも揮発性が高く、よって、分析器（例：質量分析計、イオン移動度分光計）１２４を介してより簡単に検出可能な、試料１５０からの化合物を同時に生成およびイオン化するために使用される。例えば、試料１５０に過塩素酸塩が含まれている場合、過塩素酸塩は、プラズマのイオン（例：硝酸イオン）と化学反応して、別の物質（例：塩素酸硝酸化合物（過塩素酸ニトリル等）や塩素酸硝酸イオン（（ＨＮＯ３）ＣｌＯ３−等）等の、塩素酸塩よりも低い融点を有する物質） を形成する。そして、この低融点物質（例：塩素酸硝酸化合物／イオンを含む蒸気）が、システム１００によって収集され分析（例：検出）される。このように、過塩素酸塩は、硝酸イオンとの反応によって変換され、はるかに揮発性の高い化学物質（例：塩素酸硝酸化合物／イオン）になり、試料１５０の表面から蒸発することができ、分析器１２４によってより簡単に収集され分析／検出される。いくつかの実施形態において、塩素酸硝酸化合物／イオンは、中性ガス原子との衝突によって硝酸基（ＨＮＯ３）を失うことを余儀なくされ、塩素酸イオン（ＣｌＯ３−）を検出・分析対象として残す。実施形態において、塩素酸硝酸化合物は、熱と、搬送ガス流と、電界との組み合わせを介して、試料１５０の表面から蒸発する。実施形態において、十分なエネルギーを提供して、イオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２が室温および大気圧でイオン（例：硝酸イオン）を生成できるようにする。さらに、搬送ガス流によって、イオン（例：硝酸イオン）が試料１５０（例：過塩素酸塩含有試料）へともたらされる。
【００２４】
実施形態において、試料１５０は、硝酸塩（ＮＯ３）含有試料である。実施形態においては、硝酸塩を検出するために、イオンが、放電を介してイオン化源１０２によって生成される。例えば、アンモニア（ＮＨ３）、乳酸塩、乳酸、または尿素が、ガス流９０１を介してイオン化源（例：ＬＴＰプローブ）１０２に導入され、これは、例えば、ポート１０６に入る前にガス流が固相カートリッジ（図示せず）を通るように導くことによって行われる。さらに、その後、アンモニアをイオン化するために、アンモニアは、放電へと導かれる。ＬＴＰプローブ１０２を出る低温プラズマは、試料（例：硝酸試料）１５０と反応して硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）を形成するイオン化アンモニアを含む。その後、硝酸アンモニウムは、表面から（例：試料１５０から）蒸発し、分析器（例：イオン移動度分光計および／または質量分析計）１２４によって収集され分析される。他の例においては、乳酸イオンが、ポート１０８を通してガス流９０２に添加され、プラズマをバイパスするが、試料と相互作用する直前に、ガス流９０１と混合する。
【００２５】
他の実施形態において、イオン化源１０２は、多数の異なるタイプのうちの１つであってもよい。多数の異なるタイプは、次を含むが、これらに限定されない：コロナ放電イオン化源、グロー放電イオン化源、アメリシウム２４１（Ａｍ２４１）からのα線を実装するイオン化源、および、エレクトロスプレーイオン化源。実施形態において、上記のタイプのイオン化源は全て、硝酸イオンを生成することができる。他の実施形態において、イオン源は、マイクロプラズマ放電、または、ガスからイオンを生成するために使用可能なその他任意の種類の放電である。実施形態において、イオン化源１０２は、イオンを生成するために、非限定的に、次のうちの１つ以上を用いてもよい：コロナ放電、誘電体バリア放電、低温プラズマ、大気圧化学イオン化、流れ大気圧残光、および／または、微小中空陰極放電。
【００２６】
図４を参照して、本開示のさらなる例示的実施形態にかかる被分析物検出システム４００が示される。実施形態において、被分析物検出システム４００は、イオン化源４０２を含み、イオン化源４０２は、ニッケル６３（Ｎｉ６３）ベースイオン化源である。実施形態において、Ｎｉ６３ベースイオン化源４０２は、入口４０６と出口４０８と（例：２つの開口端）を有する管（例：金属管）４０４を含む。実施形態において、ガス（例：キャリアガス）が、管４０４の入口（例：加熱されたガス入口）４０６内に導入される。例えば、ガスは、容器入り二酸化窒素（ＮＯ２）である。実施形態において、ドーパントも、管４０４の入口４０６内に導入することができる。例えば、ドーパントは、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）ドーパントである。実施形態において、イオン化源４０２は、Ｎｉ６３膜４１０を含み、これは、管４０４の内面上に配置される。実施形態において、ガス（または、ガス＋ドーパント）が管４０４を通ってＮｉ６３膜４１０を超え出口４０８へと向かうにつれて、ガスは、イオン化される（例：ガスから反応イオンが生成される）。他の実施形態において、管４０４によって硝酸中性物質が提供される。実施形態において、発生したイオンまたは硝酸中性物質は、出口４０８を介して管４０４の外に出て、試料１５０へと向かう。実施形態において、発生したイオンまたは硝酸中性物質は、試料１５０と反応して、１つ以上の被分析物を脱離およびイオン化させる。脱離・イオン化された被分析物は、その後、分析器（例：検出器、質量分析計、イオン移動度分光計）１２４によって収集され、分析される。Ｎｉ６３ベースイオン化源４０２を用いる場合、分析器１２４へのインターフェイス（例：キャピラリーインターフェイス）１２６は不要であるため、試料の脱離・イオン化被分析物は、分析器（例：質量分析計）１２４の入口内へ直接蒸発することができる。
【００２７】
実施形態において、電極（１１２、１１４）間の無線周波数（ＲＦ）電力を変化、変更、または調節して、イオン化源１０２に異なるイオン化学物質（例：硝酸塩以外のイオン）を生成させ、試料１５０の異なる被分析物を同様の方法で検出できるようにすることができる、こうして、イオン化源１０２は、ＲＦ電力を切り替えることで、イオン化学物質を切り替えることができる。さらなる実施形態において、揮発性化合物（例：揮発性化学物質）を、種ガス（例：搬送ガス）と混合して、同様の効果（例：イオン化学物質を切り替える）を得ることもできる。例えば、ポート１０６を通して添加することによって、揮発性化学物質を、種ガス９０１内に混合して、ＡＣ放電へ導き、有利な化合物を生成することが可能である。他の実施形態において、もしＡＣ放電によって分解される場合は、ポート１０８を介して導入することによって、揮発性化学物質を、ＡＣ放電の後に（例：ＡＣ放電の下流で）、種ガス内に混合してもよい。またさらなる実施形態において、オンデマンド蒸気発生器（図示せず）を用いて、揮発性化学物質を、断続的に添加（例：種ガス流９０１および／または９０２へ混合、導入）してもよい。
【００２８】
実施形態において、上記の硝酸塩生成放電は、代替の配置を用いて生成することもできる。図３は、イオン化源のための代替の配置を含む例示的な代替被分析物検出システム３００を示す。実施形態において、図３に示すイオン化源（例：低温プラズマプローブ）３０２は、概して、上述のイオン化源１０２と同様に構成され機能する。実施形態において、対電極３１４は、誘電体バリア（例：２つの開放端を有するガラス管）３１６の外面上に配置される。また、中央電極３１２は、誘電体バリア（例：ガラス管）３１６内部で、誘電体バリア（例：ガラス管）３１６に対して同心に配置される。図３に示すイオン化源３０２の中央電極３１２は、図１に示すイオン化源１０２の針電極１１２と、次の点で異なる：中央電極３１２は、試料１５０のガス、蒸気、化学物質、イオン等（例：被分析物）が中央電極３１２内へおよび中央電極３１２を通って連続移動できるように構成される（例：中央電極３１２が中空である）。さらに、図３に示すイオン化源３０２は、図１に示すイオン化源１０２と、次の点で異なる：図３のイオン化源３０２は、分析器（例：検出器、質量分析計、イオン移動度分光計）１２４の入口に直接接続するように構成される。さらに、例示的実施形態において、図３に示すイオン化源３０２は、分析器１２４の入口の周りに同心円を形成する。さらなる例示的実施形態において、イオン化源３０２の中央電極３１２は、分析器１２４の入口に直接接続してもよい。他の実施形態において、中央電極は、分析器１２４の入口であってもよい。さらに、図３に示すように、イオン化源３０２は、イオン化源３０２を通るガス、蒸気等の再循環流を可能にする。実施形態において、Ｎｉ６３ベースイオン化源４０２（図４）を、イオン化源３０２（図３）と組み合わせて実装してもよい。
【００２９】
他の実施形態において、塩素酸硝酸化合物以外の化合物または中間体を、試料１５０とイオン化源１０２を介して提供されるイオンとの間の相互作用を通じて生成してもよい。例えば、試料１５０とイオン化源１０２を介して提供されるイオンとの間の相互作用を通じて生成され得る化合物または中間体は、次を含む：過塩素酸ニトリル（ＮＯ２ＣｌＯ４）、過塩素酸ニトロシル（ＮＯＣｌＯ４）、塩素酸ニトリルイオン、ニトリルイオン、塩素酸ニトリル中性物質、過塩素酸ニトリル中性物質、および塩素酸イオン。実施形態において、上記化合物や中間体の１つ以上は、その後イオン化されて、上記化合物や中間体由来のイオンを形成する。当該イオンは、分析器１２４によって検出されるのに適したイオンである。例えば、分析器１２４によって検出可能な、塩素酸硝酸イオン、塩素酸ニトリルイオン、過塩素酸ニトリルイオン、過塩素酸ニトロシルイオン、過塩素酸イオン、および／または塩素酸イオンが形成されてもよい。他の実施形態において、過塩素酸ニトリルイオンおよび／または過塩素酸ニトロシルイオンは、塩素ガス（Ｃｌ２）と二酸化塩素（ＣｌＯ２）とに分解可能である。実施形態において、塩素酸ニトリルイオンを用いて、ニトリル基を取り除いて（例：除去して）、塩素酸イオンを形成することができる。実施形態において、塩素酸ニトリル中性物質および過塩素酸ニトリル中性物質は、イオン化源によって提供／生成された硝酸中性物質が、試料に存在する塩素酸塩および過塩素酸塩とそれぞれ反応した時に、生じる。実施形態において、硝酸中性物質は、流れのみを介して、イオン化源から試料１５０（例：塩素酸試料、過塩素酸試料）へと向けられてもよい。実施形態において、塩素酸ニトリル中性物質および／または過塩素酸ニトリル中性物質は、熱および流れを経由して試料表面から蒸発する。実施形態において、塩素酸ニトリル中性物質および／または過塩素酸ニトリル中性物質は、イオン化される。
【００３０】
さらなる実施形態において、有利な場合、複数の硝酸塩生成放電（例：イオン化源）を並列に配置して、大きな表面積をカバーすることができる。他の実施形態において、イオン化源は、表面をまずスワブで標本抽出してその後スワブを分析するワークフローで、実装可能である。例えば、誘電体バリア放電イオン化源１０２を用いて硝酸イオンを生成し、硝酸イオンを、ガス流（例：連続ガス流）を用いてイオン化源１０２の外へ出し、スワブ上の試料１５０へと向けることができる。硝酸イオンは、試料１５０と相互作用し、スワブからの１つ以上の被分析物の脱離およびイオン化を引き起こす。脱離・イオン化された被分析物は、分析のため分析器１２４に提供される。
【００３１】
本明細書に記載の被分析物検出（例：試料分析）システムの実装は、独立型システムであってもよく、または、携帯型化学検出装置等、より大きなシステムに組み込まれてもよい。例えば、携帯型化学検出装置は、プロセッサと、メモリと、ディスプレイと、ユーザーインターフェイスと、ハードウェアと、ソフトウェアモジュールと、ファームウェアとを備えるコンピュータシステムと共に構成されてもよい。
手順例
【００３２】
次に、上記の被分析物検出システム（例：試料分析システム）１００、３００、および４００の実装を利用して実装可能な手順を説明する。手順は、１つ以上の装置で行う操作を特定する一連のブロックとして示され、それぞれのブロックにより操作を行うために示された順番に必ずしも限定されない。下記の考察の一部では、図１、３、および４の試料分析システムの実装に対する参照が行われる。
【００３３】
図５は、図１および３に示す被分析物検出システム１００および３００を介して表面上の試料（例：無機酸化剤）の一部の原位置化学変換およびイオン化を提供する実装例における手順（例：方法、プロセス）５００を示す。実装において、手順５００は、自動化された（例：コンピュータ）制御下で行われてもよい。
【００３４】
実装において、手順５００は、次を含んでもよい：搬送ガスを、イオン化源の入口ポートを介して、イオン化源の誘電体バリア内へ導入する（ブロック５０２）。例えば、搬送ガスは、ヘリウム、窒素ガス、アルゴン、圧縮空気、周囲空気、乾燥空気等の任意のタイプのガスであってもよい。また、イオン化源は、低温プラズマプローブ１０２等の誘電体バリア放電イオン化源である。さらに、誘電体バリア１１６は、両端が開放されたガラス管である。
【００３５】
実施形態において、手順５００はさらに、次を含む：電圧または電流をイオン化源の第１電極と第２電極との間に印加して電界を生成し、電界がイオンを生成し、第１電極と第２電極とは、誘電体バリアによって分離されている（ブロック５０４）。例えば、電圧／電流は、ＬＴＰプローブ１０２に接続された電源１１８を介して印加される。電圧／電流は、ガラス管１１６内に配されるＬＴＰプローブ１０２の第１電極（例：針電極）１１２と、ガラス管１１６の外面上に配されるＬＴＰプローブ１０２の第２電極（例：スリーブ電極）１１４との間に印加される。
【００３６】
実施形態において、手順５００はさらに、次を含む：搬送ガスおよび生成イオンを、電界を介して導く（ブロック５０６）。例えば、生成イオンは、硝酸イオンであってもよい。実施形態において、手順５００はさらに、次を含む：試料から被分析物を脱離するため、イオンを、イオン化源の外へおよび試料へ導く（ブロック５０８）。試料は、周囲環境にあり、無機酸化剤を含む。イオンは、無機酸化剤から被分析物を生成するのに適し、被分析物は、無機酸化剤よりも揮発性が高い。例えば、無機酸化剤は、塩素酸塩または過塩素酸塩とすることができ、被分析物は、塩素酸硝酸化合物とすることができる。
【００３７】
実施形態において、手順５００はさらに、次を含む：脱離した被分析物を、分析器を用いて受け取る（ブロック５１０）。例えば、脱離被分析物は、被分析物を分析して試料に関する情報を提供することが可能な、質量分析計、イオン移動度分光計、または両者の組み合わせを用いて受け取ることができる。いくつかの実施形態において、脱離した被分析物を分析器を用いて受け取るステップは、脱離した被分析物を、キャピラリーインターフェイスを用いて受け取るサブステップ（ブロック５１２）と、脱離した被分析物を、キャピラリーインターフェイスを通って分析器へと導くサブステップ（ブロック５１４）とを含む。例えば、キャピラリーインターフェイス１２６は、分析器１２４（例：質量分析計）に接続された加熱されたキャピラリーインターフェイスである。
【００３８】
図６は、図４に示す被分析物検出システム４００を介して表面上の試料（例：無機過塩素酸塩）の一部の原位置化学変換およびイオン化を提供する実装例における手順（例：方法、プロセス）６００を示す。実装において、手順６００は、自動化された（例：コンピュータ）制御下で行われてもよい。
【００３９】
実装において、手順６００は、次を含んでもよい：ガスをイオン化源内へ導入する（ブロック６０２）。例えば、ガス（例：二酸化窒素）は、イオン化源４０２の金属管４０４内に導入され、金属管４０４は、２つの開放端（４０６、４０８）を有する。実施形態において、手順６００はさらに、次を含む：ドーパントをイオン化源内へ導入するステップ（ブロック６０４）。例えば、ドーパント（例：硝酸アンモニウム）は、イオン化源４０２の金属管に導入される。
【００４０】
実施形態において、手順６００はさらに、次を含む：ガスおよびドーパントを、イオン化源を介してニッケル６３（Ｎｉ６３）で形成された膜を超えるように導いてイオンまたは硝酸中性物質を生成し、膜は、イオン化源上に位置する（ブロック６０６）。
【００４１】
実施形態において、手順６００はさらに、次を含む：試料から被分析物を脱離してイオン化するため、イオンまたは硝酸中性物質を、イオン化源の外へおよび試料へ導く（ブロック６０８）。試料は、周囲環境にあり、無機酸化剤を含む。イオンまたは硝酸中性物質は、無機酸化剤から被分析物を生成するのに適し、被分析物は、無機酸化剤よりも揮発性が高い。
【００４２】
実施形態において、手順６００はさらに、次を含む：脱離した被分析物を、分析器を用いて受け取る（ブロック６１０）。例えば、脱離した被分析物は、被分析物を分析して試料に関する情報を提供することが可能な、質量分析計またはイオン移動度分光計の入口を用いて受け取ることができる。
【００４３】
本明細書に記載の方法５００、６００は、過去に実施されてきた検出方法よりも、検出感度の向上を促進する。
【００４４】
本願の対象は、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の表現で記載されているが、添付の請求項で規定される対象は、記載された特定の特徴または行為に必ずしも限定されないことは、理解されよう。種々の構造が考察されているが、装置、システム、サブシステム、要素等は、本開示から逸脱せずに種々の方法で構成可能である。むしろ、特定の特徴および行為は、請求発明を実施する形態の例として開示されるものである。
【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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