(57)【要約】  種をイオン化してイオンを形成し、及び／またはイオン化を補助するための反応ガスを導入するための２つのチャンバを含む質量分析器の特定の構成が記載されている。場合によっては、第１のチャンバは、第１のガスの電子衝撃を可能にする電子を受け取ることができる。第２のチャンバが、第１のチャンバから第２のガス及びイオンを受け取り、イオンと第２のガスが相互作用することを可能し得る。第１のガスまたは第２のガス、あるいはその両方は、分析物を含み得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析器であって、
第１のガス注入口、前記第１のガス注入口の反対側のガス放出口、電子注入口、及び電子コレクタを含むチャンバ、
前記電子供給源と前記電子コレクタとの間の経路に沿って電子ビームとして前記チャンバの前記電子注入口に電子を供給するように構成された電子供給源、及び
前記反応セルの注入口を介して前記チャンバの前記ガス放出口に流体結合された反応セルであって、前記反応セルは、ロッドセット及び第２のガス注入口を含み、前記反応セルは、前記第２のガス注入口を介して第２のガスを受け取るように構成され、前記第２のガスが前記反応セルの前記注入口を通して受け取られた前記第１のガスと相互作用することを可能にする前記反応セル
を含む、前記質量分析器。
【請求項２】
前記ロッドセットが四重極ロッドセットを含む、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項３】
前記ロッドセットが六極ロッドセットを含む、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項４】
前記ロッドセットが八極ロッドセットを含む、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項５】
前記チャンバが、前記第１のガス注入口に隣接する帯電要素を含む、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項６】
前記ガス放出口と前記反応セルの注入口との間にイオン光学系をさらに備える、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項７】
前記反応セルの前記ロッドセットに熱的に結合された加熱要素をさらに備える、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項８】
前記電子供給源は、前記第１のガス注入口を通って導入されたガスの流れを横切る経路で前記チャンバに電子を導入するように構成される、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項９】
前記電子供給源は、前記第１のガス注入口を通して導入されるガスの流れと同軸である経路で前記チャンバに電子を導入するように構成される、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項１０】
反応セルの放出口に流体結合された質量フィルタをさらに備える、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項１１】
方法であって、
イオン化された第１のガス生成物を供給するために、第１のガス注入口、前記第１のガス注入口の反対側のガス放出口、電子注入口、及び電子コレクタを含むチャンバを含む質量分析器に第１のガスを導入し、
前記チャンバの前記ガス放出口に流体結合された下流の反応セルに前記イオン化された第１のガス生成物を供給することを含み、この場合前記反応セルはロッドセット及び第２のガス導入口を含み、第２のガスが前記第２のガス注入口を介して供給されて、前記第２のガスが、前記チャンバの前記ガス放出口から受け取った前記第１のガスと相互作用することを可能にする、前記方法。
【請求項１２】
前記イオン化された第１のガス生成物がイオン化された分析物を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のガスが、前記ガス放出口から前記反応セルによって受け取られたイオン化された分析物と反応して、前記分析物イオンを断片化する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のガスは、前記ガス放出口から前記反応セルによって受け取られたイオン化された分析物と反応して、前記分析物イオンの付加物を供給する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のガスが、アンモニア、メタン、及びイソブテンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
化学イオン化ガスを前記第１のガスと同軸に前記チャンバに供給することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
電子が、前記ガス注入口を通って入るガスの流れを横切る経路で前記電子供給源から前記チャンバに供給される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
電子が、前記ガス注入口を通って入るガスの流れと同軸の経路で前記電子供給源から前記チャンバに供給される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応セルが四重極ロッドセットを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
反応前記セルが、六極ロッドセットまたは八極ロッドセットを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
イオン供給源であって、
第１のガス注入口、前記第１のガス注入口の反対側のガス放出口、電子注入口、及び電子コレクタを含むチャンバ、及び
前記電子注入口を介して電子を前記チャンバ内に加速させる磁場を設けるように構成された導電性ヘリカルコイルを備える電子供給源を含む、前記イオン供給源。
【請求項２２】
質量分析器であって、
サンプル導入デバイス、
前記サンプル導入デバイスに流体結合された、請求項１〜１０のいずれかに記載の質量分析器、及び
前記質量分析器から選択したイオンを受け取るように構成された検出器を含む、前記質量分析器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本願は、２０１８年４月２０日に出願された米国特許出願公開第１５／９５８，７８１号に関連しており、その優先権と利益を主張している。
【０００２】
これは、質量分析に関し、より具体的には、電子衝撃イオン化及び／または化学イオン化に依るイオン供給源に関連するイオン供給源に関する。イオン供給源と反応セルを備えた質量分析器について説明がなされている。
【背景技術】
【０００３】
従来の質量分析技法は、分析用の分析物イオンの形成に依拠している。エレクトロスプレーイオン化、化学イオン化、及び電子衝撃イオン化の技法など、多くのイオン化技法が知られている。しかし、既存の技法は、柔軟性に欠けることが多い。したがって、新規のイオン化技法、及びそのような技法に依存する装置及び質量分析器の必要性が依然としてある。
【発明の概要】
【０００４】
特定の態様は、イオン供給源、及びイオン供給源及び反応セルを含む質量分析器に言及して説明されている。
【０００５】
態様では、質量分析器は、第１のガス注入口、第１のガス注入口の反対側のガス放出口、電子注入口、及び電子コレクタを含むチャンバ、電子供給源と電子コレクタとの間の経路に沿って電子ビームとしてチャンバの電子注入口に電子を供給するように構成された電子供給源、及び反応セルの注入口を介してチャンバのガス放出口に流体結合された反応セルであって、反応セルは、ロッドセット及び第２のガス注入口を含み、反応セルは、第２のガス注入口を介して第２のガスを受け取るように構成され、第２のガスが反応セルの注入口を通して受け取られた第１のガスと相互作用することを可能にする反応セルを含む。
【０００６】
特定の実施形態では、ロッドセットは、四重極ロッドセット、六極ロッドセット、または八極ロッドセットを含む。特定の例では、チャンバは、第１のガス注入口に隣接する帯電要素を含む。いくつかの実施形態では、質量分析器は、ガス放出口と反応セルの注入口との間にイオン光学系を含む。特定の例では、質量分析器は、反応セルのロッドセットに熱的に結合された加熱要素を含む。いくつかの実施形態では、電子供給源は、第１のガス注入口を通って導入されたガスの流れを横切る経路でチャンバに電子を導入するように構成される。他の例では、電子供給源は、第１のガス注入口を通して導入されるガスの流れと同軸である経路でチャンバに電子を導入するように構成される。いくつかの実施形態では、電子供給源は、電子注入口を介して電子をチャンバ内に加速させる磁場を設けるように構成された導電性ヘリカルコイルを備える電子供給源を含む。
【０００７】
別の態様では、方法は、イオン化された第１のガス生成物を供給するために、第１のガス注入口、第１のガス注入口の反対側のガス放出口、電子注入口、及び電子コレクタを含むチャンバを含む質量分析器に第１のガスを導入し、チャンバのガス放出口に流体結合された下流の反応セルにイオン化された第１のガス生成物を供給することを含み、この場合反応セルはロッドセット及び第２のガス導入口を含み、第２のガスが第２のガス注入口を介して供給されて、第２のガスが、チャンバのガス放出口から受け取った第１のガスと相互作用することを可能にする。
【０００８】
特定の実施形態では、イオン化された第１のガス生成物は、イオン化された分析物を含む。場合によっては、第２のガスは、ガス放出口から反応セルによって受け取られたイオン化された分析物と反応して、分析物イオンを断片化する。他の例では、第２のガスは、ガス放出口から反応セルによって受け取られたイオン化された分析物と反応して、分析物イオンの付加物を供給する。追加の実施形態では、第２のガスは、アンモニア、メタン、及びイソブテンのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの例では、この方法は、化学イオン化ガスを第１のガスと同軸にチャンバに供給することを含む。特定の例では、電子は、ガス注入口を通って入るガスの流れを横切る経路で電子供給源からチャンバに供給される。他の例では、電子は、ガス注入口を通って入るガスの流れに同軸の経路で電子供給源からチャンバに供給される。場合によっては、反応セルは、四重極ロッドセット、六極ロッドセット、または八極ロッドセットを含む。
【０００９】
別の態様では、イオン供給源は、第１のガス注入口、第１のガス注入口の反対側のガス放出口、電子注入口、及び電子コレクタを含むチャンバ、及び電子注入口を介して電子をチャンバ内に加速させる磁場を設けるように構成された導電性ヘリカルコイルを備える電子供給源を含む。
【００１０】
追加の態様では、質量分析器は、サンプル導入デバイス、本明細書に記載の質量分析器、及び質量分析器から選択されたイオンを受け取るように構成された検出器を含む。
【００１１】
追加の側面、構成、及び例について説明がなされる。
【００１２】
特定の構成が、添付の図面を参照して説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】いくつかの実施形態による、質量分析器に存在し得る特定の構成要素のブロック図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、いくつかの例による、それぞれ、四重極、六極、及び八極のロッドセットの図解である。
【図３】いくつかの例による、質量分析器の一部を形成する２チャンバイオン化供給源の概略的なブロック図である。
【図４】図２のイオン化供給源の電子加速器の概略的なブロック図である。
【図５】質量分析器の一部を形成する、代替の電子衝撃イオン化供給源及び下流の反応セルの概略的なブロック図である。
【図６】いくつかの例による、反応ガスとの反応によって生成することができる特定のイオン生成物の図である。
【図７】いくつかの例による、特定の反応ガスとの反応によって生成され得る特定のイオン生成物の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
質量分析器で使用できる質量分析器を提供するために反応セルと共に使用できる二重電離チャンバの特定の構成が説明されている。いくつかの例では、二重電離チャンバの１つのチャンバを使用して、下流の反応セルに供給される分析物をイオン化することができる。例えば、ガス状分析物は、イオン化されたガス（イオン供給源のチャンバで生成される）と共に反応セルに導入されて、反応セル内の分析物をイオン化することができる。あるいは、イオン供給源は無傷の分子イオンを生成し、無傷の分子イオンを下流の反応セルに供給することができる。「下流」という用語は、概して、システム内のガスの流れの方向を指し、下流の構成要素は、概して、ガスが導入される注入口から（上流の構成要素よりも）遠くにある。場合によっては、第１のチャンバは、第１のチャンバにおける第１のガスの電子衝撃を可能にするために電子を受け取ることができる。第２のチャンバは、第２のガス及び第１のチャンバからの生成されたイオンを受け取り、生成されたイオン及び第２のガスが相互作用すること、例えば、衝突または反応することを可能にし得る。第１のガスまたは第２のガス、あるいはその両方は、分析物を含み得る。必要に応じて、平均軸方向磁場を反応セル内に存在させることができる。光イオン化供給源は、ガスまたは分析物、あるいはその両方のイオン化を補助するために、軸方向の電子フラックス経路に沿って存在及び配置できる。
【００１５】
場合によっては、本明細書に記載のイオン供給源を使用してガスをイオン化することができ、ガスは次に下流の反応セルに供給される。ガス状分析物は、下流の反応セルに供給され、分析物をイオン化するため及び／または分析物付加物を形成するために相互作用すること、例えば、衝突または反応、あるいはその両方を可能にすることができる。得られたイオン化された分析物及び／または分析物付加物生成物は、質量電荷比（ｍ／ｚ）に基づいてイオンを選択するために、下流の質量フィルタ／セレクタに供給することができる。選択したイオンは、検出器を使用して検出できる。他の例では、イオン供給源は、分析物が下流の反応セルに供給される前に分析物をイオン化することができる。
【００１６】
電子衝撃イオン化法（「ＥＩ」）のイオン供給源は、様々な用途のＧＣ−ＭＳで広く使用されている。通常、ＥＩは、分析対象物の定量的及び構造的な情報を取得するために使用されるフラグメントイオンのより高いフラクションを生成する。ＥＩを使用すると、親イオンの量が少なくなる可能性がある。本明細書で説明するデバイスとシステムは、無傷の分子イオンを供給するために使用でき、また同時に、制御された圧力でイオン−分子反応を監視するためのチャンバとして機能する。必須ではないが、システムは通常、イオン供給源、反応セル、及び質量フィルタ／セレクタで構成される。例えば、イオン供給源は、一体型反応セルを含み得るか、または質量分析器は、イオン供給源及び反応セル（及び質量フィルタ／セレクタ）を含み得る。
【００１７】
特定の実施形態では、質量分析器の特定の構成要素の概略図が図１に示されている。システム５０は、サンプル導入デバイス５２、イオン供給源５４、反応セル５６、質量フィルタ／セレクタ５８、及び検出器６０を備える。場合によっては、イオン供給源５４、反応セル５６、及び質量フィルタ／セレクタ５８は、以下により詳細に記載されるように、質量分析器で一緒に存在することができる。例えば、イオン供給源５４、反応セル５６、及び質量フィルタ／セレクタ５８は、質量分析器５３内に存在することができる。以下でより詳細に説明するが、反応セル５６は、典型的には、四重極ロッドセット７２（図２Ａを参照）または六極ロッドセット７４（図２Ｂを参照）または八極ロッドセット７６（図２Ｃを参照）を含む。必要に応じて、ロッドセットをリングガイドと交換できる。例えば、リングガイドは、半径方向の場を閉じ込める広い質量範囲、平均的な軸方向の場、及び分析物を閉じ込める能力を備えることができる。ロッドセットのロッドは正方形の断面を有するものとして示されているが、代わりに他のロッドの形状を反応セルで使用することができる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、反応セルは、質量分析器においてイオン供給源と組み合わせて使用することができる。例えば、図３及び図５は、２チャンバ／セルイオン化供給源を組み込んだ質量分析器３００、３００’を示している。分析器３００は、電子衝撃、化学イオン化、またはその両方、あるいは他の手段によってイオンを生成することができる。そのために、例示的な質量分析器３００は、ハウジングに化学イオン化チャンバ３１６を含むイオン化セルを含む。ハウジングは、金属または合金などの一般に導電性の材料から形成された、（正方形または長方形の面を有する）略長方形または略円筒形の形状であり得る。ハウジングの例示的な寸法は、約１０ｍｍ〜２００ｍｍであってよい。実施形態では、ハウジングの寸法は、２４．５ｍｍ×１２ｍｍ×２５．４ｍｍであってよい。代替実施形態では、ハウジングは、好ましくは面に関して対称である他の形状を有してもよく、直円柱（円形、楕円形、長方形、またはその他の形状の底面を有する）、球形などであってよい。チャンバ３１６は、ガス注入口３４０と、チャンバ３１６のほぼ反対側に配置されたガス放出口３４２とを含む。チャンバ放出口３４２は、概して、質量分析器３００のガイド軸３２０と同軸である。
【００１９】
特定の構成では、チャンバ注入口３４０は、分析物の適切な供給源に流体結合することができ、例えば、図１に示すように、サンプル導入デバイス５２に流体結合することができる。例えば、サンプル導入デバイス５２は、ＧＣシステム、ＬＣシステム、ネブライザー、エアロゾルライザー、スプレーノズルまたはヘッド、またはガスまたは液体サンプルを質量分析器３００のイオン供給源に供給することができる他のデバイスであり得る。固体のサンプルが使用される場合、サンプル導入デバイス５２は、直接サンプル分析（ＤＳＡ）デバイスまたは固体サンプルから分析物種を導入することができる他のデバイスを含み得る。必須ではないが、チャンバ注入口３４０に供給される分析物は、通常、ガス状で供給される。分析物は、例えば、ガスクロマトグラフ、周囲サンプリングデバイス、または他の適切な分析物源から供給され得る。
【００２０】
さらに、チャンバ注入口３４０は、導入された分析物と相互作用し得、またチャンバ３１６の内部で化学イオン化を引き起こし得る第２のガスの導入を可能にし得る。第２のガスは、導入された分析物とチャンバ注入口３４０を通して同軸で導入できる。第２のガスは、ガス状分析物と化学的に反応し得（それによって反応ガスとして作用する）、または単に物理的にガス状分析物に衝撃を与えてもよい（それによって衝撃ガスとして作用する）。通常、化学イオン化には、分析物の最小限の断片化が伴う。非分析物ガスのイオン化ポテンシャルが分析物のイオン化ポテンシャルよりも大きい場合、分析物イオンの生成が有利になり得る。
【００２１】
第２のガスは、例えば、導入された分析物と同軸に導入されてもよい。理解されるように、好適な第２のガスは、別様で、例えば、チャンバ注入口３４０に近接するさらなるガス注入口（特には図示せず）か、またはチャンバ３１６の壁の他の場所において、チャンバ３１６に導入され得る。
【００２２】
チャンバ３１６内部の化学イオン化では、導入した反応ガスから生成されたイオンとの（中性）分析物分子の衝突によってイオンが生成され得る。化学反応ガスの例には、メタン、アンモニア、イソブタンまたは他のガスが含まれる。反応ガスは、通常、標的分析物にはるかに過剰に導入されるため、入ってくる電子が反応ガスを優先的にイオン化する。反応ガスがイオン化されると、プロトン化［Ｍ＋ＸＨ＋  →Ｍ−Ｈ＋＋Ｘ］、水素化物の抽出［ＭＨ＋Ｘ＋  →Ｍ＋＋ＸＨ］、付加物形成［Ｍ＋Ｘ＋→Ｍ−Ｘ＋］、電荷交換［Ｍ＋Ｘ＋  →Ｍ＋  ＋Ｘ］など、標的分析物との様々な化学反応が起こり得る。この場合、Ｍ、ＭＨは分析物を表し、一方でＸＨ＋、Ｘ＋は反応ガスに由来する種である。
【００２３】
いくつかの例で、衝撃ガスは、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）、窒素などの不活性ガス、またはＮＯ、ＣＯなどの単純な二原子気体であり得る。衝撃ガスが使用される場合、衝撃ガスはイオン化され、その後、相対イオン化エネルギーに応じて選択的に分析物をイオン化するのに用いられ得る：Ｘ＋ｅ−→Ｘ＋（衝撃ガスのイオン化）。Ｘ＋＋Ｍ→Ｍ＋＋Ｘ（分析物Ｍのイオン化エネルギー＜衝撃ガスＸのイオン化エネルギーの場合）。それ以外の場合、反応は起こらない。様々な衝撃ガスが、様々な固有のイオン化エネルギーを有する。
【００２４】
特定の例で、分析物及び反応ガスは、チャンバ３１６の片側の注入口３４０から反対側に移動し、その経路に沿ってイオン化される。荷電要素３４６、例えば、レンズ又はイオン光学系は、それらがチャンバ放出口３４２に向かうように、電圧を印加して、チャンバ３１６内のイオンを加速することができる。荷電要素３４６は、円柱板の形態をとることができる、または中空の円柱として形成され、例えば、約２ｍｍから約４ｍｍの外径、及び約４ｍｍから約８ｍｍの長さを有し、円柱の軸は、チャンバ放出口３４２に向けられ、イオンがチャンバ放出口３４２を出るときに分析物が帯電要素３４６を通って移動するように配置され得る。印加される電圧は、−４００〜＋４００Ｖの範囲内であり得るが、他の電圧が使われてよい。
【００２５】
いくつかの例で、第２のチャンバ３１６のさらなる第３の側面に、複数の電子注入口３４４があり得（図５）、分析物注入口３４０とチャンバ放出口３４２との間の経路を概して横切る経路に沿って、ビームとして電子を導入できるようにする。しかし、必要に応じて、電子は、例えば、米国特許第７，０６０，９８７号に記載されているように、ガスの流れと同軸の方向に供給することができる。導入された電子は、分析物及び反応ガスがチャンバ放出口３４２に通過するときに、それらがチャンバ３１６内で衝突する可能性がある。特定の実施形態では、電子供給源及び加速器１００（図３を参照）の形態の例示的な電子供給源は、電子注入口３３４のそれぞれに供給することができる。電子注入口３３４は、加速器１００からチャンバ３１６への電子の集束レンズとして機能することができる。その目的のために、電子注入口３３４は、チャンバ３１６の残りの部分から電気的に絶縁され得る導電性板またはその一部に形成され得る。電子注入口３３４は、電子が通過できるように配置され得る。好適な電圧（例えば、０〜＋４００Ｖの範囲）を板に印加してもよく、または板を接地してもよい。電子コレクタ３５０は、電子注入口３３４と反対側に配置でき、導入された電子を操縦し得る。好適な電圧（例えば、０〜２５０Ｖ）が電子コレクタ３５０に印加され得る。場合によっては、軸方向の電子ビームは、チャンバ３１６内にガスがなくても、開口３４２を通して直接供給することができる。電子ビームは、反応ガスの有無にかかわらず開口部３６４を通ってキャリアガスと共に分析物を流入する反応セル３９０に入ることができる。いくつかの構成において、反応セルの容積部は、チャンバ３１６からのイオン化した原子に近接する容積部へと反応セル３９０に入る分析物を閉じ込めることができる。
【００２６】
特定の例では、電子加速器１００の図解を、より詳細に図４に示し、チャンバ３１６内の電子の移動軸と概ね平行な軸の周りに巻かれた導電性ヘリカルコイル１０２の形態を取る。コイル１０２は、ミリメートルサイズ程度（例えば、０．５〜３ｍｍ、つまり約１ｍｍ）の空隙を形成するように、ｃｍ毎に約１０ターンという巻線の密度で巻かれ得る。理解されるように、コイル１０２に加えられたいずれかの電流は、その結果として、概ね軸１０４に沿った磁場を生成する。コイル１０２の直列抵抗、または固有の抵抗は、コイル１０２に流れ込む電流を制限し得る。磁場の大きさは、当業者によって理解される方法で、コイル１０２に印加される電流によって制御し得る。コイル１０２は、タングステンなどの電子放出材料で形成され得るか、または別の供給源から導入され得る。電子は、軸１０４に沿って導入され、チャンバ３１６の電子注入口３３４への電子導入の前に、磁場によって加速されて、電子ビームとして集束する。したがって、加速された電子は、初期の明確な速度でチャンバ３１６に入って、チャンバ注入口３４０からチャンバ放出口３４２に横断する分析物（及び反応ガス）と衝突し得る。
【００２７】
場合によっては、加速器１００は、ローレンツ力Ｆ＝ｑｖ×Ｂによって電子を加速させ得る。式中、Ｆ、ｖ、及びＢは、電子速度ベクトル、及びコイル１０２によって生成される磁場の磁場ベクトルを表し、ｑは電荷を表す。それらのベクトルの外積（電子の電荷によってスケールが変更される）は、電子に及ぼす力を定める。合力Ｆは、電荷ｑの粒子の速度ｖと磁場ベクトルＢとの両方に垂直である。結果として、電子の速度は、軸１０４に沿った方向、またはＦが向心力として作用するコイル１０２の軸１０４を中心とする円運動に束縛される。コイル１０２は直線軸の周りに巻かれることになる。しかし、コイル１０２が非線形軸の周りに巻かれる他の幾何学的形状が可能であり得る。例えば、コイル１０２が、弧、曲線などの周りに巻かれてもよい。
【００２８】
再び図３を参照すると、チャンバ放出口３４２は、チャンバ３１６の壁に形成することができ、集束レンズ３６０として機能することができる。さらなる集束レンズ３５２は、チャンバ放出口３４２の周りに配置され得る。チャンバ放出口３４２でチャンバ３１６を出るイオンは、分析器の軸３２０と実質的に同様の軸において出ることができる。
【００２９】
場合によっては、下流の反応セル３７０は、チャンバ３１６からイオン化ガス（例えば、分析物及び任意選択で反応ガス）を受け取ることができる。さらなるガスは、（第２の）ガス注入口３６４を経由して反応セル３７０に導入され得る。さらに、加熱要素３６６は、反応セル３７０を加熱して、それに追加の熱エネルギーを供給することができる。反応セル３７０は、例えば、摂氏３００度から５００度の間で加熱することができる。
【００３０】
いくつかの構成では、例えば、その内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，８６８，２８９号に記載されているように、反応セル３７０は、分析器の軸３２０の周りに四重極に配置されたロッドセット３８２を含む第１段階３８０と、第１段階３８０の下流で、さらに軸３２０の周りに四重極に配置されたロッドセット３９２を含む第２段階３９０とを有する２段階反応セルの形態をとることができる。必要に応じて、ロッドセットは、代わりに、図２Ｂと図２Ｃにそれぞれ示されるように、六極ロッドセットまたは八極ロッドセットであり得る。適切な電圧をロッドセット３８０に印加して、軸３２０の周りに略正弦波の封じ込め場をもたらし、軸３２０に沿ってイオンを誘導することができる。ロッドセット３８２は、例えば、当技術分野で知られているように衝突セルとして機能することができ、セルへのイオンの集束を補助するため、及び／またはイオンエネルギーを調整するためのプレフィルタを有することができる。軸方向の場はまた、ロッドセット３８２に適用され得る。適切なロッドセットは、例えば、米国特許第７，８６８，２８９号に詳述されている。
【００３１】
２段階反応セルを有する実施形態では、反応電位ＥＩＯＮが印加され、反応セル３７０の第１段階３８０と第２段階３９０それぞれの間に広がり、反応エネルギーを選択することができる。低い反応ポテンシャルは分子イオンの形成に有利に働き、一方で高エネルギーは断片化に有利に作用する。反応セル３７０内の反応ガスは、チャンバ３１６を出るイオン化された分析物と相互作用することができる。この反応は、チャンバ放出口３４２を出るイオン化された分析物のイオン化をさらに選択的に引き起こし得る。断片化された分析物はまた、チャンバ放出口３４２を出て、ガス注入口３６４を通して反応セル３７０に導入された反応ガスによって、下流の反応セル３７０においてさらにイオン化され得る。
【００３２】
別の実施形態では、例えば、図５に示される質量分析器３００’のように、チャンバ３１６（図３）は、電子衝撃チャンバ３１４に置き換えることができ、分析物の化学イオン化の代わりに電子衝撃を使用することを可能にする。したがって、イオン化されるガスは、チャンバ注入口３４０を経由して、反応ガスなしでチャンバ３１４に導入され得る。電子衝撃は、チャンバ注入口３４０を介して、導入されたこのガスをイオン化及び／または断片化する可能性がある。この場合も、導入されたガスは、チャンバ３１４の一方の側のチャンバ注入口３４０からチャンバ放出口３４２に向かって反対側に移動し、その経路に沿ってイオン化される。チャンバ放出口３４２に向かうとき、荷電要素またはリペラ３３６は、それに印加される適切な電圧があると、チャンバ３１４内部のイオンを加速し得る。
【００３３】
チャンバ３１４のさらなる第３の側に、複数の電子注入口３３４があり、チャンバ注入口３４０とチャンバ放出口３４２との間の経路を概ね横切る経路に沿って、電子を導入できるようにする。導入された電子は、ガスがチャンバ注入口３４０からチャンバ放出口３４２に通過するときにガスに衝突し、そのイオン化を補助するか、または引き起こし得る。
【００３４】
チャンバ３１４と共に使用することができる、電子供給源及び加速器１００の形態の例示的な電子供給源は、やはり図４に示されており、電子注入口３３４のそれぞれに供給することができる。電子注入口３３４は、導入された電子用の集束レンズとして機能し得る。電子注入口３３４に向かい合って配置された電子コレクタ３５０’が、電子の加速及び操縦を促進し得る。好適な電圧（例えば、０〜２５０Ｖ）が電子コレクタ３５０’に印加され得る。
【００３５】
チャンバ放出口３４２を出る分析物は、第１の集束レンズ３６０（例えば、チャンバ３１６の壁に形成される）及びさらに下流の集束レンズ３５２によって集束され得る。下流の反応セル３７０’は、チャンバ３１４からイオン化及び／または断片化されたガスを受け取る。相互作用ガスは、注入口３６４’を経由してセル３７０’に導入することができる。さらに、加熱要素３６６’は、反応セル３７０’を加熱することができる。反応セル３７０’は、軸３２０の周りに四重極に配置されたロッドセット３９２’を含む第１段階３９０’を有する単段階反応セル−例えば、衝突セルであり得る−の形態をとることができる。反応セル３７０’の相互作用ガスは、チャンバ３１４を出るイオン化ガスと相互作用し得る。この反応ガスは、さらに、チャンバ放出口３４２を出るイオン化ガスと、導入されたガスとの相互作用をさらに選択的に引き起こし得る。
【００３６】
例示のみの目的のために、チャンバ３１４に導入された分析物Ａの例示的な反応が図６Ｂ及び図６Ｃに示されており、衝撃／反応ガスである。任意選択で、反応セル３７０’は、セル３１４を出るイオンを冷却するために適切に加圧され得る。不活性ガス、例えば窒素、アルゴン、または周囲温度以下の他のガスを使用することができる。
【００３７】
別の場合、分析物ガスは、図５のチャンバ３１４のチャンバ注入口３４０に導入され得る。電子衝撃により、分析物ガスがイオン化及び／または断片化する可能性がある。イオン化及び／または断片化された分析物は、チャンバ放出口３４２を出て、注入口３６４’を経由して反応セル３７０’に導入されたガスとさらに相互作用することができる。
【００３８】
一実施形態では、分析物ガスは、注入口３６４’に導入され得、適切な化学イオン化または他の分析物ガスは、チャンバ注入口３４０を経由してチャンバ３１４に導入され得る。チャンバ３１４に導入された分析物Ａ、及び反応セル３７０’の注入口３６４’に導入された分析物ガスＡｎ１、Ａｎ２の例示的な反応が図７に示されている。当技術分野で知られているように、他の反応経路には、付加物の形成及び／またはクラスターイオンの形成が含まれ得る。
【００３９】
得られたイオン化された分析物は、質量分析器３００の下流段階でのさらなる分析のために、軸３２０に沿って下流に渡され得る。したがって、質量分析器は、例えば、質量フィルタ／セレクタ５８（図１を参照）及び／または反応セル３７０の下流の他の構成要素を含み得ることが理解され得る。例えば、質量分析器は、下流の走査型質量分析器、磁気セクタ分析器（例えば、単集束型及び二重集束型ＭＳ装置に使用される）、四重極質量分析器、イオントラップ分析器（例えば、サイクロトロン、四重極イオントラップ）、飛行時間分析器（例えば、マトリックス支援レーザ脱離イオン化飛行時間分析器）、及び質量対電荷比が異なる化学種を分離することができる他の適切な質量分析器を含んでもよい。質量分析器は、イオンを選択し及び／または同定するために、直列に配置された２つ以上の異なる下流のデバイス、例えばタンデムＭＳ／ＭＳデバイスまたはトリプル四重極デバイスを備えてもよい。下流の検出器は、質量分析器からイオンを受け取ることができる。例示的な検出器には、電子増倍管、ファラデーカップ、コーティングされた写真乾板、シンチレーション検出器など、また本開示の利点を所与とすると当業者によって選択される他の適切なデバイスが含まれるが、これらに限定されない。必要に応じて、他の質量分析器構成要素も含めることができる。
【００４０】
システム及び質量分析器を操作するために使用される様々な電圧、ガス圧などは、１つ以上のプロセッサを使用して制御することができる。例えば、プロセッサは、システムまたは機器の一部であり得る存在であってよく、または機器と共に使用される関連するデバイス、例えばコンピュータ、ラップトップ、モバイルデバイスなどの存在であり得る。例えば、プロセッサは、反応セルのロッドに供給される電圧、反応セル内の圧力、チャンバ３１６に供給されるガスのタイプまたは量を制御するために使用でき、質量フィルタ／セレクタを制御することができ、及び／または検出器で使用できる。このようなプロセスは、使用者の介入を必要とせずにプロセッサによって自動的に実行されるか、使用者がユーザインターフェイスを介してパラメータを入力することができる。例えば、プロセッサは、信号の強度とフラグメントのピークを、１つ以上の検量線と共に使用して、サンプルに存在する各分子の同一性と量を決定及び特定できる。特定の構成では、プロセッサは、１つ以上のコンピュータシステム及び／または共通ハードウェア回路に存在していることがあり、例えば、システムを動作させるためのマイクロプロセッサ及び／または適切なソフトウェア、例えばサンプル導入デバイス、イオン供給源、質量分析器、検出器などを含む。いくつかの例では、検出デバイス自体は、様々な分子の検出を可能にするために、それ自体のそれぞれのプロセッサ、オペレーティングシステム、及び他の特徴を含んでもよい。プロセッサは、システムに一体化されていてもよく、またはシステムの構成要素に電気的に結合された１つ以上の付属品ボード、プリント回路ボード、もしくはコンピュータ上に存在していてもよい。プロセッサは、概して、システムの他の構成要素からデータを受け取り、必要または所望に応じて様々なシステムパラメータを調節できるように、１つ以上のメモリユニットに電気的に結合される。プロセッサは、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｉｎｔｅｌ  ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）タイププロセッサ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ  ＰｏｗｅｒＰＣ、Ｓｕｎ  ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  ＰＡ−ＲＩＳＣプロセッサ、またはその他の任意のタイプのプロセッサをベースとした汎用コンピュータの一部であってもよい。本技術の様々な実施形態に従って、１つ以上の任意のタイプのコンピュータシステムを使用し得る。さらに、システムは、単一のコンピュータに接続されていてもよく、または通信ネットワークによって接続された複数のコンピュータの間で分散されていてもよい。ネットワーク通信を含む他の機能を実行することができ、本技術はいずれかの特定の機能または機能のセットを有することに限定されないことを理解されたい。様々な態様が、汎用コンピュータシステムで実行される専用ソフトウェアとして実装され得る。コンピュータシステムは、ディスクドライブ、メモリ、またはデータを格納するためのその他のデバイスなど、１つ以上のメモリデバイスに接続されたプロセッサを含み得る。メモリは通常、システムの動作中にプログラム、検量線、電圧値、圧力値、及びデータ値を保存するために使用される。コンピュータシステムの構成要素は、１つ以上の（例えば、同���マシン内に組み込まれた構成要素間の）バス及び／または（例えば、別個の分散したマシン上に存在する構成要素間の）ネットワークを含み得る相互接続デバイスによって結合され得る。相互接続デバイスは、システムの構成要素間で交換すべき通信（例えば、信号、データ、命令）を提供する。コンピュータシステムは、概して、システムの迅速な制御を可能にするために、例えば数ミリ秒、数マイクロ秒以下などの処理時間内にコマンドを受信し及び／または発行することができる。例えば、コンピュータ制御を実装して、サンプルの導入、各ロッドに供給される反応セルロッドの電圧および／または周波数、検出器パラメータなどを制御できる。プロセッサは、典型的には、例えば、直流電源、交流電源、電池、燃料電池または他の電源または電源の組み合わせであり得る電源に電気的に結合されている。電源は、システムの他の構成要素によって共有され得る。システムはまた、１つ以上の入力デバイス、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン、手動スイッチ（例えば、オーバーライドスイッチ）、及び１つ以上の出力デバイス、例えば、印刷デバイス、ディスプレイ画面、スピーカを含んでもよい。さらに、システムは、コンピュータシステムを通信ネットワークに接続する１つ以上の通信インターフェイスを（相互接続デバイスに加えて、またはその代替として）含んでもよい。システムはまた、システムに存在する様々な電気デバイスから受け取る信号を変換するために、好適な回路を含んでもよい。そのような回路は、プリント回路板に存在してもよく、あるいは好適なインターフェイス、例えばシリアルＡＴＡインターフェイス、ＩＳＡインターフェイス、ＰＣＩインターフェイスなどを介して、または１つ以上の無線インターフェイス、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、近距離無線通信、もしくはその他の無線プロトコル及び／またはインターフェイスを介してプリント回路板に電気的に結合される別個のボードまたはデバイス上に存在してもよい。
【００４１】
特定の実施形態では、本明細書で説明されるシステムで使用されるストレージシステムは、典型的には、プロセッサが実行すべきプログラムによって使用され得る、ソフトウェアのコードが格納され得るコンピュータ可読媒体及び書き込み可能な不揮発性記録媒体、またはプログラムが処理すべき媒体もしくは媒体の中に格納された情報を含む。媒体は、例えば、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、またはフラッシュメモリであってもよい。プロセッサによって実行されるプログラムまたは命令は、ローカルまたはリモートに配置することができ、相互接続メカニズム、通信ネットワーク、または必要に応じて他の手段を介してプロセッサによって検索することができる。通常は、動作の際に、プロセッサは、データが不揮発性記録媒体から、媒体よりも高速なプロセッサによる情報へのアクセスを可能にする別のメモリに読み出されるようにする。このメモリは、概して、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）またはスタティックメモリ（ＳＲＡＭ）などの揮発性のランダムアクセスメモリである。このメモリは、ストレージシステム内またはメモリシステム内に設置され得る。プロセッサは、概して、集積回路メモリ内のデータを処理し、次いで処理が完了した後に、データを媒体にコピーする。媒体と集積回路メモリ要素との間のデータ移動を管理するための様々な機構が知られており、本技術はそれに限定されない。また、本技術は、特定のメモリシステムまたはストレージシステムにも限定されない。特定の実施形態では、システムは、特別にプログラムされた専用ハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含む場合もある。本技術の態様は、ソフトウェア、ハードウェア、もしくはファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。さらに、そのような方法、行為、システム、システム要素、及びその構成要素は、上記のシステムの一部として、または独立した構成要素として実施されてもよい。特定のシステムは、一例として、本技術の様々な態様を実施し得る１つのタイプのシステムとして説明されているが、態様は、説明されたシステム上での実施に限定されないことを理解されたい。様々な態様が、異なるアーキテクチャまたは構成要素を有する１つ以上のシステム上で実施され得る。システムは、高水準コンピュータプログラミング言語を使用してプログラム可能な汎用コンピュータシステムを含んでもよい。システムはまた、特別にプログラムされた特殊用途のハードウェアを用いて実施されてもよい。本システムにおいて、プロセッサは、概して、Ｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な広く知られたＰｅｎｔｉｕｍクラスプロセッサなどの市販のプロセッサである。他にも多くのプロセッサが市販されている。このようなプロセッサは通常、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＷｉｎｄｏｗｓ  ９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＮＴ、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ２０００（Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＭＥ）、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰ、Ｗｉｎｄｏｗｓ  Ｖｉｓｔａ、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ７、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ８、もしくはＷｉｎｄｏｗｓ  １０オペレーティングシステム、Ａｐｐｌｅから入手可能なＭＡＣ  ＯＳ  Ｘ、例えば、Ｓｎｏｗ  Ｌｅｏｐａｒｄ、Ｌｉｏｎ、Ｍｏｕｎｔａｉｎ  Ｌｉｏｎ、もしくはその他のバージョン、Ｓｕｎ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓから入手可能なＳｏｌａｒｉｓオペレーティングシステム、または様々なソースから入手可能なＵＮＩＸ（登録商標）もしくはＬｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステムであり得るオペレーティングシステムを実行する。他の多くのオペレーティングシステムを使用してもよく、特定の実施形態では、コマンドまたは命令の単純なセットがオペレーティングシステムとして機能する場合がある。さらに、プロセッサは、１つまたは複数の量子ビットを使用して１つまたは複数の機能を実行するように設計された量子プロセッサとして設計することができる。
【００４２】
特定の例では、プロセッサ及びオペレーティングシステムは、高水準プログラミング言語でアプリケーションプログラムを記述し得るプラットフォームを共に定義し得る。本技術は、特定のシステムプラットフォーム、プロセッサ、オペレーティングシステム、またはネットワークに限定されないことを理解されたい。また、本開示の利点を考慮すれば、本技術は特定のプログラミング言語またはコンピュータシステムに限定されないことは、当業者には明らかであろう。さらに、他の適切なプログラミング言語及び他の適切なシステムを使用できることも理解されたい。特定の例では、ハードウェアまたはソフトウェアを、認知アーキテクチャ、ニューラルネットワーク、または他の好適な実装を構築するように構成してもよい。必要に応じて、コンピュータシステムの１つ以上の部分を、通信ネットワークに結合された１つ以上のコンピュータシステム全体にわたって分散させてもよい。これらのコンピュータシステムはまた、汎用コンピュータシステムであり得る。例えば、様々な態様は、１つ以上のクライアントコンピュータにサービス（例えば、サーバ）を提供するように、または分散型システムの一部として全体的なタスクを実行するように構成された１つ以上のコンピュータシステム間に分散させてもよい。例えば、様々な実施形態による様々な機能を実行する１つ以上のサーバシステムの間に分散された構成要素を含むクライアントサーバシステムまたは多層システムで、様々な態様を実行してもよい。これらの構成要素は、通信プロトコル（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）を使用して通信ネットワーク（例えば、インターネット）を介して通信する、実行可能コード、中間コード（例えば、ＩＬ）、または解釈済みコード（例えば、Ｊａｖａ）であり得る。また、本技術は、特定のシステムまたはシステムのグループでの実行に限定されないことも理解されたい。また、本技術は、特定のいかなる分散アーキテクチャ、ネットワーク、または通信プロトコルにも限定されないことを理解されたい。
【００４３】
場合によっては、様々な実施形態が、例えばＳＱＬ、ＳｍａｌｌＴａｌｋ、Ｂａｓｉｃ、Ｊａｖａ、Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ、ＰＨＰ、Ｃ＋＋、Ａｄａ、Ｐｙｔｈｏｎ、ｉＯＳ／Ｓｗｉｆｔ、Ｒｕｂｙ  ｏｎ  Ｒａｉｌｓ、またはＣ＃（シーシャープ）などのオブジェクト指向プログラミング言語を使用してプログラムされてもよい。他のオブジェクト指向プログラミング言語を使用することもできる。あるいは、関数型プログラミング言語、スクリプトプログラミング言語、及び／または論理型プログラミング言語を使用してもよい。様々な構成を、プログラムされていない環境で実施することができる（例えば、ブラウザプログラムのウィンドウで表示したときに、グラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）の一部をレンダリングし、またはその他の機能を実行する、ＨＴＭＬ、ＸＭＬ、またはその他の形式で作成されたドキュメント）。特定の構成は、プログラムされた要素もしくはプログラムされていない要素、またはそれらの任意の組み合わせとして実装され得る。場合によっては、システムは、有線または無線のインターフェイスを介して通信し、必要に応じてリモートでのシステムの操作を可能にする、モバイルデバイス、タブレット、ラップトップコンピュータ、またはその他のポータブルデバイスに存在するようなリモートインタフェースを備えてもよい。
【００４４】
特定の例では、プロセッサはまた、分子量、質量電荷比、及び他の一般的な情報を含むことができる、分子、それらのイオン化パターンまたは断片化パターンなどに関する情報のデータベースを含むか、またはデータベースにアクセスすることができる。メモリに格納された命令は、システムのソフトウェアモジュールまたは制御ルーチンを実行でき、事実上、システムの制御可能なモデルを提供できる。プロセッサは、データベースからアクセスされた情報を、プロセッサで実行される１つまたはソフトウェアモジュールと共に使用して、システムの様々な構成要素の制御パラメータまたは値、例えば様々なロッド電圧、様々な圧力などを決定できる。制御命令を受信する入力インターフェイスと、システム内の様々なシステム構成要素にリンクされた出力インターフェイスとを使用すると、プロセッサはシステムのアクティブな制御を実行できる。例えば、プロセッサは、検出器デバイス、サンプル導入デバイス、イオン供給源、及びシステムの他の構成要素を制御できる。
【００４５】
本明細書で説明される技術の用途の一部を説明するために、特定の特異的な例を説明する。
【００４６】
実施例１
アルゴンガス及び揮発性有機化合物を含むサンプルは、質量分析器３００のチャンバ注入口３４０を通してチャンバ３１６に導入することができる。使用される電圧及び圧力に応じて、供給源は、無傷の分子イオンまたはフラグメントイオンを下流の反応セル３７０に供給することができる。
【００４７】
実施例２
質量分析器を動作する別のモードでは、アルゴンガス自体を、いかなる分析物もなしでチャンバ３１６に（例えば、チャンバ注入口３４０を介して）供給することができる。約１２ｅＶのエネルギー分布を有する生成されたアルゴンイオンビームは、反応セル３７０に導くことができる。その後、分析物の蒸気は、５から１０ミリトールの圧力で（例えば、注入口３６４を介して）反応セルに導入することができる。アルゴンイオンとの衝突時にイオン化ポテンシャルが１２ｅＶ未満の分析対象物分子はイオン化され、無傷の分子イオンとして残る。これらのイオンは、下流の四重極質量フィルタまたは他の質量フィルタを使用して質量分解できる。
【００４８】
実施例３
実施例２で使用されたものと同様の設定であるが、下流の反応セル３７０に供給される前にアルゴンイオンをさらに励起したものを使用することができる。アルゴンイオンは、反応セル３７０に入る前に約４０ｅＶまでエネルギーで励起でき、その場合それらはサンプル分子と衝突する。
【００４９】
実施例４
チャンバ３１６で使用される条件は、無傷の分子イオンに有利である、またはそれを生成するように最適化することができる。チャンバ３１６で生成されたイオンのエネルギーは、反応セルに供給される前に約３ｅＶに調整することができる。アンモニア試薬ガスは、所望の圧力、例えば、１５ミリトールで反応セルに加えることができる。アンモニアのプロトン親和力（８５４ＫＪ／ｍｏｌ）が高いため、分子イオンとの衝突により、分子イオンに対するアンモニア付加物が形成される可能性がある。これらのイオンは、下流の四重極質量フィルタまたは他の質量フィルタを使用して分解できる。
【００５０】
本明細書に開示された例の要素を紹介する際に、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素のうちの１つ以上が存在することを意味することを意図している。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、及び「ｈａｖｉｎｇ（有する）」という用語は、非制限的であることを意図しており、記載された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。本開示の利点を考慮すれば、本例の様々な構成要素を、他の例の様々な構成要素と交換または置換し得ることが、当業者によって認識されるであろう。
【００５１】
特定の態様、例、及び実施形態を上で説明したが、本開示の利点を考慮すると、開示された例示的な態様、例、及び実施形態の追加、置換、修正、及び変更が可能であることが、当業者によって認識されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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