(57)【要約】本開示は、熱脱離（ＴＤ）チューブサンプル採取器を提供する。サンプル採取器は、サンプルを含むＴＤチューブに可逆的に接続するよう構成された第１のコネクタと、直接噴射質量分析器と連結するよう構成された第２のコネクタとを備える。ＴＤチューブサンプル採取器は、それに接続されたＴＤチューブ内のサンプルを脱離し、脱離されたサンプルがコールドトラップを通過しないようにＴＤチューブから直接噴射質量分析器に脱離されたサンプルを搬送するよう構成されている。【選択図】図４
2021529956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱脱離（ＴＤ）チューブサンプル採取器であって、
前記サンプル採取器は、サンプルを含むＴＤチューブと可逆的に接続するよう構成された第１のコネクタと、
直接噴射質量分析器と結合するよう構成された第２のコネクタと、を備え、
接続された前記ＴＤチューブ内で前記サンプルを熱脱離し、かつ前記熱脱離された前記サンプルがコールドトラップを通過しないように、前記ＴＤチューブから前記直接噴射質量分析器まで前記熱脱離された前記サンプルを搬送するよう構成された、ＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項２】
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、前記コールドトラップを備えない、請求項１に記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項３】
前記ＴＤサンプル採取器は、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとの間に広がる導管を備え、
前記導管は、前記導管の内部チャネルを外部環境に流動的に接続する開口部を内部に備える、請求項２に記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項４】
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、前記コールドトラップを備え、かつガスクロマトグラフィー質量分析器（ＧＣ−ＭＳ）と連結するよう構成されており、
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、前記ＴＤサンプル採取器が前記直接噴射質量分析器と連結されているときに使用され、
前記ＴＤサンプル採取器は、前記サンプルが前記コールドトラップを通過しないように前記ＴＤチューブから前記直接噴射質量分析器まで前記サンプルを搬送するよう構成されている第１の動作モードと、前記ＴＤチューブサンプル採取器が前記ＧＣ−ＭＳと連結されているときに使用され、前記ＴＤサンプル採取器は前記サンプルが前記コールドトラップを通過するように前記ＴＤチューブから前記直接噴射質量分析器まで前記サンプルを搬送するよう構成されている第２のモードと、を有する、請求項１に記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項５】
前記サンプルは、１以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項６】
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、１分と２０分の間で前記サンプルを脱離するよう構成される、請求項１〜５のいずれかに記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項７】
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、１００°Ｃと４５０°Ｃの間の温度まで前記ＴＤチューブを加熱するよう構成されることにより前記サンプルを脱離するよう構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項８】
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、５０ｓｃｃｍと２５０ｓｃｃｍの間のレートで不活性ガスに前記ＴＤチューブを通って流れさせるよう構成されることにより前記サンプルを脱離するよう構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項９】
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、複数のＴＤチューブを受け付けるよう構成されており、
各前記ＴＤチューブは、前記サンプルを含み、
前記ＴＤチューブサンプル採取器は、順に前記ＴＤチューブの各々と可逆的に連結されており、かつ前記サンプルが前記コールドトラップを通過しないように連結された前記ＴＤチューブから前記直接噴射質量分析器まで前記サンプルを搬送するよう構成されている、請求項１〜８のいずれかに記載のＴＤチューブサンプル採取器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の前記ＴＤチューブサンプル採取器と、それに連結された前記直接噴射質量分析器と、を備える装置。
【請求項１１】
前記直接噴射質量分析器は、選択されたイオン流チューブ質量分析器（ＳＩＦＴ−ＭＳ）、陽子移動反応質量分析器（ＰＴＲ−ＭＳ）、またはイオン移動度分析器（ＩＭＳ）を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記陽子移動反応質量分析器は、陽子移動反応飛行時間質量分析器（ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ）である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
サンプルを分析する方法であって、
熱脱離（ＴＤ）チューブから前記サンプルを脱離すること、
前記熱脱離された前記サンプルを、直接噴射質量分析器に搬送し、それにより前記サンプルを分析すること、を含み、
当該方法は、前記サンプルをコールドトラップに搬送しない、方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記サンプルが前記コールドトラップへ搬送されることを防ぐバルブを切り替えることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、患者サンプル、食品サンプル、化粧品サンプル、環境サンプル、または自動車の排ガスサンプルにおける１以上の特徴ＶＯＣを特定するために使用される、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱脱離（ＴＤ）チューブサンプル採取器、特に直接噴射質量分析計に接続されうる新規なＴＤチューブサンプル採取器に関する。本発明は質量分析計およびＴＤチューブ型サンプル採取器を備える装置、およびサンプルを分析する方法に及ぶ。
【背景技術】
【０００２】
吐き出された息の揮発性有機化合物(VOC)プロファイルにおける変化ががん型および良性疾患の異なる種類について報告されている（非特許文献１、２）。呼気テストは非侵襲、無リスクおよび非常に良好な患者受容性を有するので診断目的のために呼気解析を用いるという視点はヘルスケアシステムにおいて非常に魅力的である。検査所見および単一施設研究を大規模かつ多角的レベルに変換する必要性は多数の呼気サンプルの収集、運搬および解析におけるいくつかの課題をもたらす（非特許文献３）。熱脱離（ＴＤ）は環境分析および労働衛生の分野で確立された技術的基準であり（非特許文献４）、これはガスクロマトグラフィー−質量分析（ＧＣ−ＭＳ）と通常結合されている。ＴＤチューブはサンプル収集、運搬および保管のためのロバスト解を表しＴＤ−ＧＣ−ＭＳは呼気ＶＯＣ解析を実施するための信頼性のある手段を提供するが、クロマトグラフの分離に必要な時間はしばしば低い分析的スループットをもたらす。
【０００３】
選択イオンフローチューブ質量分析（ＳＩＦＴ−ＭＳ）または陽子移動反応飛行時間質量分析（ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ）といった直接噴射ＭＳ技法はＧＣ−ＭＳを超える低減された分析時間を伴う潜在的臨床的利点を提示する。四重極に基づくＳＩＦＴ−ＭＳおよびＰＴＲ−ＭＳは商業的、二段階脱離ＴＤシステムと既に結合されている（非特許文献５、６）。
【０００４】
二段階ＴＤにおいて、ＶＯＣはＴＤチューブからコールドトラップまで移動され、ＴＤチューブと同じ吸着材で一般的に満たされる。コールドトラップ材料は非常に急な温度傾斜を適用することによって脱離されている（４０°Ｃｓ−１以上）が、これは結局短パルス（典型的には数秒）によって分析器にＶＯＣを移動させることになる。これはＧＣ−ＭＳの条件に適合するものであり、ＶＯＣのカラム上への迅速な移動は最適なクロマトグラフィー分解能にとって必要不可欠である。これは報告されたＴＤ−ＳＩＦＴ−ＭＳおよびＴＤ−ＰＴＲ−ＭＳのための制限を構成するが、四重極質量分析器は制限された期間に渡る複数の質量対電荷信号の監視に不十分に適しているからである。
【０００５】
高い時間分解能を有する、ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳの導入（非特許文献７）はＴＤとの結合に関して性能の観点で相当な前進を示す。ハイフンでつながれたシステムが、ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳの集合−熱−脱離（ＣＴＤ）との結合に基づいて発展されてきた（非特許文献８、９）。ＣＴＤは単一、特注の集合セルに基づいており、連続的な吸着／脱離サイクルを受ける。これらのシステムはサンプルの濃縮と現場で自動化された測定に焦点を当てており、特に大気分析に適しているが、サンプルの運搬を可能にしない。
【０００６】
何百もの個人の呼気サンプルが多角的臨床試験の枠組みの中で毎週ＴＤチューブに集められうるので、大規模な分析的試験のための商業的に利用可能な技術の不在は分析的ワークフローの主要なボトルネックを示す。
【０００７】
本発明は従来技術に関連する課題を解決しようとする発明者の研究から生じている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａｍａｎｎ，  Ａ．；  Ｍｉｅｋｉｓｃｈ，  Ｗ．；  Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，  Ｊ．；  Ｂｕｓｚｅｗｓｋｉ，  Ｂ．；  Ｌｉｇｏｒ，  Ｔ．；  Ｊｅｚｉｅｒｓｋｉ，  Ｔ．；  Ｐｌｅｉｌ，  Ｊ．；  Ｒｉｓｂｙ，  Ｔ．  Ａｎｎｕ  Ｒｅｖ  Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  （Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ  Ｃａｌｉｆ）  ２０１４，  ７，  ４５５-４８２．
【非特許文献２】Ｓｍｉｔｈ，  Ｄ．；  Ｓｐａｎｅｌ，  Ｐ．；  Ｈｅｒｂｉｇ，  Ｊ．；  Ｂｅａｕｃｈａｍｐ，  Ｊ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ２０１４，  ８  （２），  ０２７１０１．
【非特許文献３】Ｍａｒｋａｒ，  Ｓ．  Ｒ．；  Ｌａｇｅｒｇｒｅｎ，  Ｊ．；  Ｈａｎｎａ，  Ｇ．  Ｂ．  ＢＭＪ  Ｏｐｅｎ  ２０１６，  ６  （１），  ｅ００９１３９．
【非特許文献４】Ｃｈｏｗ，  Ｊ．  Ｃ．；  Ｙｕ，  Ｊ．  Ｚ．；  Ｗａｔｓｏｎ，  Ｊ．  Ｇ．；  Ｈａｎｇ  Ｈｏ，  Ｓ．  Ｓ．；  Ｂｏｈａｎｎａｎ，  Ｔ．  Ｌ．；  Ｈａｙｓ，  Ｍ．  Ｄ．；  Ｆｕｎｇ，  Ｋ．  Ｋ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｈｅａｌｔｈ，  Ｐａｒｔ  Ａ  ２００７，  ４２  （１１），  １５２１-１５４１．
【非特許文献５】Ｃｒｅｓｐｏ，  Ｅ．；  Ｄｅｖａｓｅｎａ，  Ｓ．；  Ｓｉｋｋｅｎｓ，  Ｃ．；  Ｃｅｎｔｅｎｏ，  Ｒ．；  Ｃｒｉｓｔｅｓｃｕ，  Ｓ．  Ｍ．；  Ｈａｒｒｅｎ，  Ｆ．  Ｊ．  Ｍ．  Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ２０１２，  ２６  （８），  ９９０-９９６．
【非特許文献６】Ｈｒｙｎｉｕｋ，  Ａ．；  Ｒｏｓｓ，  Ｂ．  Ｍ．  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ２００９，  ２８５  （１-２），  ２６-３０．
【非特許文献７】Ｊｏｒｄａｎ，  Ａ．；  Ｈａｉｄａｃｈｅｒ，  Ｓ．；  Ｈａｎｅｌ，  Ｇ．；  Ｈａｒｔｕｎｇｅｎ，  Ｅ．；  Ｍａｒｋ，  Ｌ．；  Ｓｅｅｈａｕｓｅｒ，  Ｈ．；  Ｓｃｈｏｔｔｋｏｗｓｋｙ，  Ｒ．；  Ｓｕｌｚｅｒ，  Ｐ．；  Ｍａｒｋ，  Ｔ．  Ｄ．  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ２００９，  ２８６  （２-３），  １２２-１２８．
【非特許文献８】Ｅｒｉｃｋｓｏｎ，  Ｍ．  Ｈ．；  Ｇｕｅｎｅｒｏｎ，  Ｍ．；  Ｊｏｂｓｏｎ，  Ｂ．  Ｔ．  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ２０１４，  ７  （１），  ２２５-２３９．
【非特許文献９】Ｈｏｌｚｉｎｇｅｒ，  Ｒ．；  Ｗｉｌｌｉａｍｓ，  Ｊ．；  Ｈｅｒｒｍａｎｎ，  Ｆ．；  Ｌｅｌｉｅｖｅｌｄ，  Ｊ．；  Ｄｏｎａｈｕｅ，  Ｎ．  Ｍ．；  Ｒｏｃｋｍａｎｎ，  Ｔ．  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ２０１０，  １０  （５），  ２２５７-２２６７．
【非特許文献１０】Ｒｏｍａｎｏ，  Ａ．；  Ｈａｎｎａ，  Ｇ．  Ｂ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ２０１８，  １０．１００２／ｊｍｓ．４０６３．
【非特許文献１１】Ｄｏｒａｎ，  Ｓ．；  Ｒｏｍａｎｏ，  Ａ．；  Ｈａｎｎａ，  Ｇ．  Ｂ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ２０１７．
【非特許文献１２】Ｋｕｍａｒ，  Ｓ．；  Ｈｕａｎｇ，  Ｊ．；  Ａｂｂａｓｓｉ−Ｇｈａｄｉ，  Ｎ．；  Ｓｐａｎｅｌ，  Ｐ．；  Ｓｍｉｔｈ，  Ｄ．；  Ｈａｎｎａ，  Ｇ．  Ｂ．  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２０１３，  ８５  （１２），  ６１２１-６１２８．
【非特許文献１３】Ｋｕｍａｒ，  Ｓ．；  Ｈｕａｎｇ，  Ｊ．；  Ａｂｂａｓｓｉ−Ｇｈａｄｉ，  Ｎ．；  Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ，  Ｈ．  Ａ．；  Ｖｅｓｅｌｋｏｖ，  Ｋ．  Ａ．；  Ｈｏａｒｅ，  Ｊ．  Ｍ．；  Ｌｏｖａｔ，  Ｌ．  Ｂ．；  Ｓｐａｎｅｌ，  Ｐ．；  Ｓｍｉｔｈ，  Ｄ．；  Ｈａｎｎａ，  Ｇ．  Ｂ．  Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｓｕｒｇｅｒｙ  ２０１５，  ２６２  （６），  ９８１-９９０．
【非特許文献１４】Ｍａｒｋａｒ，  Ｓ．  Ｒ．；  Ｃｈｉｎ，  Ｓ．−Ｔ．；  Ｒｏｍａｎｏ，  Ａ．；  Ｗｉｇｇｉｎｓ，  Ｔ．；  Ａｎｔｏｎｏｗｉｃｚ，  Ｓ．；  Ｐａｒａｓｋｅｖａ，  Ｐ．；  Ｚｉｐｒｉｎ，  Ｐ．；  Ｄａｒｚｉ，  Ａ．；  Ｈａｎｎａ，  Ｇ．  Ｂ．  Ｂｒｅａｔｈ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｌｏｒｅｃｔａｌ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｆｌｏｗ−Ｔｕｂｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．  Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｓｕｒｇｅｒｙ  ２０１７，  １．
【非特許文献１５】Ｈｏｒｖａｔｈ，  Ｉ．；  Ｂａｒｎｅｓ，  Ｐ．  Ｊ．；  Ｌｏｕｋｉｄｅｓ，  Ｓ．；  Ｓｔｅｒｋ，  Ｐ．  Ｊ．；  Ｈｏｇｍａｎ，  Ｍ．；  Ｏｌｉｎ，  Ａ．−Ｃ．；  Ａｍａｎｎ，  Ａ．；  Ａｎｔｕｓ，  Ｂ．；  Ｂａｒａｌｄｉ，  Ｅ．；  Ｂｉｋｏｖ，  Ａ．；  Ｂｏｏｔｓ，  Ａ．  Ｗ．；  Ｂｏｓ，  Ｌ．  Ｄ．；  Ｂｒｉｎｋｍａｎ，  Ｐ．；  Ｂｕｃｃａ，  Ｃ．；  Ｃａｒｐａｇｎａｎｏ，  Ｇ．  Ｅ．；  Ｃｏｒｒａｄｉ，  Ｍ．；  Ｃｒｉｓｔｅｓｃｕ，  Ｓ．；  ｄｅ  Ｊｏｎｇｓｔｅ，  Ｊ．  Ｃ．；  Ｄｉｎｈ−Ｘｕａｎ，  Ａ．−Ｔ．；  Ｄｏｍｐｅｌｉｎｇ，  Ｅ．；  Ｆｅｎｓ，  Ｎ．；  Ｆｏｗｌｅｒ，  Ｓ．；  Ｈｏｈｌｆｅｌｄ，  Ｊ．  Ｍ．；  Ｈｏｌｚ，  Ｏ．；  Ｊｏｂｓｉｓ，  Ｑ．；  Ｖａｎ  Ｄｅ  Ｋａｎｔ，  Ｋ．；  Ｋｎｏｂｅｌ，  Ｈ．  Ｈ．；  Ｋｏｓｔｉｋａｓ，  Ｋ．；  Ｌｅｈｔｉｍａｋｉ，  Ｌ．；  Ｌｕｎｄｂｅｒｇ，  Ｊ．  Ｏ．；  Ｍｏｎｔｕｓｃｈｉ，  Ｐ．；  Ｖａｎ  Ｍｕｙｌｅｍ，  Ａ．；  Ｐｅｎｎａｚｚａ，  Ｇ．；  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ，  Ｐ．；  Ｒｉｃｃｉａｒｄｏｌｏ，  Ｆ．  Ｌ．  Ｍ．；  Ｒｏｓｉａｓ，  Ｐ．；  Ｓａｎｔｏｎｉｃｏ，  Ｍ．；  ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｓｃｈｅｅ，  Ｍ．  Ｐ．；  ｖａｎ  Ｓｃｈｏｏｔｅｎ，  Ｆ．−Ｊ．；  Ｓｐａｎｅｖｅｌｌｏ，  Ａ．；  Ｔｏｎｉａ，  Ｔ．；  Ｖｉｎｋ，  Ｔ．  Ｊ．  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ２０１７，  ４９  （４），  １６００９６５．
【非特許文献１６】Ｒ  Ｃｏｒｅ  Ｔｅａｍ．  Ｒ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａ．  ２０１７．
【非特許文献１７】Ｋｌｏｏｓ，  Ｄ．；  Ｌｉｎｇｅｍａｎ，  Ｈ．；  Ｍａｙｂｏｒｏｄａ，  Ｏ．  Ａ．；  Ｄｅｅｌｄｅｒ，  Ａ．  Ｍ．；  Ｎｉｅｓｓｅｎ，  Ｗ．  Ｍ．  Ａ．；  Ｇｉｅｒａ，  Ｍ．  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ−Ａｃｔｉｖｅ，  Ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ  Ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．  ＴｒＡＣ  Ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２０１４，  ６１，  １７-２８．
【非特許文献１８】Ｓｃｈｉｅｂｅｒｌｅ，  Ｐ．；  Ｍｏｌｙｎｅｕｘ，  Ｒ．  Ｊ．  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｎｓｏｒｙ−Ａｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｆｏｏｄ：  Ａ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  ａｎｄ  Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  ａｎｄ  Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ２０１２，  ６０  （１０），  ２４０４-２４０８．
【非特許文献１９】Ｓｐａｎｅｌ，  Ｐ．；  Ｄｒｙａｈｉｎａ，  Ｋ．；  Ｓｍｉｔｈ，  Ｄ．  Ａｃｅｔｏｎｅ，  Ａｍｍｏｎｉａ  ａｎｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｃｙａｎｉｄｅ  ｉｎ  Ｅｘｈａｌｅｄ  Ｂｒｅａｔｈ  ｏｆ  Ｓｅｖｅｒａｌ  Ｖｏｌｕｎｔｅｅｒｓ  Ａｇｅｄ  ４-８３  Ｙｅａｒｓ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ２００７，  １  （１），  ０１１００１．
【発明の概要】
【０００９】
本発明の第１の態様によると熱脱離（ＴＤ）チューブサンプル採取器が提供され、サンプル採取器はサンプルを含むＴＤチューブと可逆的に接続するよう構成された第１のコネクタと、直接噴射質量分析器と結合するよう構成された第２のコネクタとを備え、ＴＤチューブサンプル採取器は接続されたＴＤチューブ内でサンプルを熱脱離し、かつ熱脱離されたサンプルがコールドトラップを通過しないようにＴＤチューブから直接噴射質量分析器まで熱脱離されたサンプルを搬送するよう構成されている。
【００１０】
有利には、サンプル採取器は従来技術に比してより高いスループットを示す。さらに、サンプル採取器に結合された直接噴射質量分析器はそれが従来技術のサンプル採取器に結合された場合に比してより大きな感度を示す。
【００１１】
コールドトラップはＴＤチューブから解放された後サンプルを吸収するように構成された部品とみなされてもよい。例えば、コールドトラップは吸着床を含んでもよい。吸着床は樹脂および／または炭素を含んでもよい。コールドトラップは吸着床に配置されたサンプルを脱離させるよう構成された温度傾斜を適用するよう構成されてもよい。
【００１２】
１つの実施形態において、ＴＤチューブサンプル採取器はコールドトラップを備えない。したがって、ＴＤサンプル採取器は第１のコネクタと第２のコネクタとの間に広がる導管を備えてもよい。導管は鉄、好ましくはステンレス鋼を備えてもよい。
【００１３】
好ましくは、導管は導管の内部チャネルを外部環境に流動的に接続する開口部を内部に備えてもよい。好ましくは、開口部は０．０１から１５ｍｍの間、０．０２５から１２．５ｍｍの間、０．０５から１０ｍｍの間、または０．０７５から７．５ｍｍの間、より好ましくは０．１から５ｍｍの間、０．２から４ｍｍの間、０．３から３ｍｍの間、または０．４から２ｍｍの間、最も好ましくは０．５から１．５ｍｍの間の直径を有してもよい。有利には、脱離されたサンプルの流れにおける変位の場合開口部は導管内の液体が外部環境へ排出されるまたは外部環境の液体が導管に向けて流れることを可能にし、これによりＴＤチューブサンプルおよび／または直接噴射質量分析器への損傷を防ぐ。
【００１４】
ＴＤチューブサンプル採取器はコールドトラップを備えてもよい。ＴＤチューブサンプル採取器はガスクロマトグラフィー質量分析器（ＧＣ−ＭＳ）と連結するよう構成されてもよい。したがって、ＴＤチューブサンプル採取器はＴＤサンプル採取器が直接噴射質量分析器と連結されているときに使用され、ＴＤサンプル採取器はサンプルがコールドトラップを通過しないようにＴＤチューブから直接噴射質量分析器までサンプルを搬送するよう構成されている第１の動作モードと、ＴＤチューブサンプル採取器がＧＣ−ＭＳと連結されているときに使用され、ＴＤサンプル採取器はサンプルがコールドトラップを通過するようにＴＤチューブから直接噴射質量分析器までサンプルを搬送するよう構成されている第２のモードと、を有してもよい。好ましくは、ユーザは第１および第２の動作モードの間で選択できる。有利には、ＴＤチューブサンプル採取器は様々な質量分析器とともに使用されることができる。
【００１５】
したがって、ＴＤサンプル採取器は、バルブと、第１のコネクタとバルブとの間に広がる第１の導管と、バルブと第２のコネクタとの間に広がる第２の導管と、バルブとコールドトラップとの間に広がる第３の導管と、を備えてもよい。
【００１６】
バルブは３点バルブであってもよい。バルブはソレノイドバルブ、好ましくは３点ソレノイドバルブであってもよい。
【００１７】
導管は鉄、好ましくはステンレス鋼を含んでもよい。
【００１８】
１以上の導管は導管の内部チャネルを外部環境に流体的に接続する開口をその中に備えてもよい。好ましくは、第１の導管および／または第２の導管は開口を備えてもよい。
【００１９】
ＴＤチューブサンプル採取器が第１の動作モードである場合、バルブは第１の配置であるように構成されてもよい。第１の配置では、バルブは第１の導管を第２の導管に流体的に接続するよう構成されてもよい。第１の配置では、バルブは第１の導管を第３の導管に流体的に接続しないよう構成されてもよい。第１の配置では、バルブは第２の導管を第３の導管に流体的に接続しないよう構成されてもよい。したがって、サンプルはコールドトラップを通過することなくＴＤチューブから質量分析器まで搬送されることができる。
【００２０】
ＴＤチューブサンプル採取器が第２の動作モードである場合、バルブは第２または第３の配置であるように構成されてもよい。第２の配置では、バルブは第１の導管を第３の導管に流体的に接続するよう構成されてもよい。第３の配置では、バルブは第２の導管を第３の導管に流体的に接続するよう構成されてもよい。第２および第３の配置では、バルブは第１の導管を第２の導管に流体的に接続しないよう構成されてもよい。ＴＤチューブサンプル採取器が第２の動作モードである場合、バルブは第２と第３の配置の間で切り替わるよう構成されてもよい。したがって、サンプルはＴＤチューブからコールドトラップまで、続いて、コールドトラップから質量分析器まで搬送されることができる。ただし、サンプルはＴＤチューブから質量分析器まで直接搬送されることはできない。
【００２１】
ＴＤチューブサンプル採取器はユーザが第１の動作モードを選択した場合にバルブを第１の配置に切り替えるよう構成されたコントローラを備えてもよい。コントローラはユーザが第２の動作モードを選択した場合にバルブを第２または第３の配置に切り替えるよう構成されてもよい。コントローラはＴＤチューブサンプル採取器が第２の動作モードである場合にバルブを第２と第３の配置の間で切り替えるよう構成されてもよい。バルブがソレノイドバルブである実施形態において、コントローラは電子的信号をバルブに送ることによってバルブを切り替えるよう構成されてもよい。
【００２２】
直接噴射質量分析器はイオンフローチューブ質量分析器（ＳＩＦＴ−ＭＳ）、陽子移動反応質量分析器（ＰＴＲ−ＭＳ）、またはイオン移動度質量分析器（ＩＭＳ）を備えてもよい。好ましくは、陽子移動反応質量分析器は陽子移動反応飛行時間質量分析器（ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ）である。
【００２３】
ＴＤチューブは吸着床を備える容器とみなされてもよい。吸着床は樹脂および／または炭素を含んでもよい。
【００２４】
サンプルは１以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含んでもよい。ＶＯＣは室温で高い蒸気圧を有する有機化合物であることが理解されるであろう。
【００２５】
ＴＤサンプル採取器は少なくとも１分、好ましくは少なくとも２分、少なくとも４分または少なくとも６分、最も好ましくは少なくとも８分の間サンプルを脱離するよう構成されてもよい。ＴＤサンプル採取器は２０分未満、好ましくは１８分未満、１６分未満または１４分未満、最も好ましくは１２分未満の間サンプルを脱離するよう構成されてもよい。前記ＴＤチューブサンプル採取器は１分と２０分との間、好ましくは２分と１８分との間、４分と１６分との間、または６分と１４分との間、最も好ましくは８分と１２分との間で前記サンプルを脱離するよう構成されてもよい。有利には、発明者は評価された全ての検体について１０分の脱離時間が８０％以上の回収の達成を可能にすることを発見した。
【００２６】
したがって、ＴＤチューブサンプル採取器はＴＤチューブを昇温まで加熱するよう構成されることによりサンプルを脱離するよう構成されていてもよい。ＴＤチューブサンプルはＴＤチューブを少なくとも１００°Ｃ、より好ましくは少なくとも１５０°Ｃ、少なくとも２００°Ｃまたは少なくとも２５０°、さらに好ましくは少なくとも２６０°Ｃまたは少なくとも２７０°Ｃまで加熱するよう構成されてもよい。ＴＤチューブサンプル採取器は１００°Ｃと４５０°Ｃとの間、より好ましくは１５０°Ｃと４００°Ｃとの間、２００°Ｃと３５０°Ｃとの間、２５０°Ｃと３１０°Ｃとの間、最も好ましくは２６０°Ｃと３００°Ｃとの間、または２７０°Ｃと２９０°Ｃとの間の温度までＴＤチューブを加熱するよう構成されることによりサンプルを脱離するよう構成されていてもよい。
【００２７】
あるいは、または追加で、ＴＤチューブサンプル採取器はＴＤチューブを介して不活性ガスを流れさせるよう構成されることによりサンプルを脱離するよう構成されてもよい。不活性ガスは窒素であってもよい。ＴＤチューブサンプルはＴＤチューブを介して不活性ガスを少なくとも５０ｓｃｃｍ、好ましくは少なくとも６０ｓｃｃｍ、少なくとも８０ｓｃｃｍまたは少なくとも１００ｓｃｃｍ、最も好ましくは少なくとも１１０ｓｃｃｍまたは少なくとも１２０ｓｃｃｍの率で流れさせるよう構成されてもよい。ＴＤチューブサンプル採取器は５０ｓｃｃｍと２５０ｓｃｃｍとの間、８０ｓｃｃｍと１８０ｓｃｃｍとの間または１００ｓｃｃｍと１６０ｓｃｃｍとの間、最も好ましくは１１０ｓｃｃｍと１５０ｓｃｃｍとの間または１２０ｓｃｃｍと１４０ｓｃｃｍとの間の率で不活性ガスに前記ＴＤチューブを通って流れさせるよう構成されることにより前記サンプルを脱離するよう構成されていてもよい。
【００２８】
好ましくは、ＴＤチューブサンプル採取器は複数のＴＤチューブを受け付けるよう構成されており、各チューブはサンプルを含む。好ましくは、ＴＤチューブサンプル採取器は順にＴＤチューブの各々と可逆的に連結されておりかつサンプルがコールドトラップを通過しないように連結されたＴＤチューブから直接噴射質量分析器までサンプルを搬送するよう構成されている。有利には、ＴＤチューブサンプル採取器は複数のＴＤチューブを自動的にサンプルすることができる。
【００２９】
第２の態様によると、第１の態様のTDチューブサンプル採取器とそれに連結された直接噴射質量分析器とを備える装置が提供される。
【００３０】
第３の態様によると、サンプルを分析する方法であって、熱脱離（ＴＤ）チューブからサンプルを脱離すること、および熱脱離されたサンプルを直接噴射質量分析器に搬送しそれによりサンプルを分析すること、を含み、サンプルをコールドトラップに搬送しない、方法が提供される。
【００３１】
ＴＤチューブ、サンプルおよび直接噴射質量分析器は第１の態様に関して定義されたものであってもよい。
【００３２】
好ましくは、第１の態様の方法は第２の態様の装置を用いて実施される。
【００３３】
この方法はサンプルを少なくとも１分、好ましくは少なくとも２分、少なくとも４分または少なくとも６分、最も好ましくは少なくとも８分の間脱離することを含んでもよい。この方法はサンプルを２０分未満、好ましくは１８分未満、１６分未満または１４分未満、最も好ましくは１２分未満の間脱離することを含んでもよい。この方法はサンプルを１分と２０分との間、２分と１８分との間、４分と１６分との間または６分と１４分との間、最も好ましくは８分と１２分との間脱離することを含んでもよい。
【００３４】
この方法はＴＤチューブを昇温まで加熱することでサンプルを脱離することを含んでもよい。この方法はＴＤチューブを少なくとも１００°Ｃ、より好ましくは１５０°Ｃ、少なくとも２００°Ｃまたは少なくとも２５０°Ｃ、最も好ましくは２６０°Ｃまたは２７０°Ｃの温度まで加熱することでサンプルを脱離することを含んでもよい。この方法はＴＤチューブを１００°Ｃと４５０°Ｃとの間、より好ましくは２００°Ｃと３５０°Ｃとの間、２５０°Ｃと３１０°Ｃとの間、最も好ましくは２６０°Ｃと３００°Ｃとの間または２７０°Ｃと２９０°との間の温度まで加熱することでサンプルを脱離することを含んでもよい。
【００３５】
あるいは、または追加で、この方法はＴＤチューブを介して不活性ガスを流れさせることによりサンプルを脱離することを含んでもよい。不活性ガスは窒素であってもよい。この方法はＴＤチューブを介して不活性ガスを少なくとも５０ｓｃｃｍ、好ましくは少なくとも６０ｓｃｃｍ、少なくとも８０ｓｃｃｍまたは少なくとも１００ｓｃｃｍ、最も好ましくは少なくとも１１０ｓｃｃｍまたは少なくとも１２０ｓｃｃｍの率で流れさせることによりサンプルを脱離することを含んでもよい。この方法は５０ｓｃｃｍと２５０ｓｃｃｍとの間、８０ｓｃｃｍと１８０ｓｃｃｍとの間または１００ｓｃｃｍと１６０ｓｃｃｍとの間、この方法は５０ｓｃｃｍと２５０ｓｃｃｍとの間、８０ｓｃｃｍと１８０ｓｃｃｍとの間または１００ｓｃｃｍと１６０ｓｃｃｍとの間、最も好ましくは１１０ｓｃｃｍと１５０ｓｃｃｍとの間または１２０ｓｃｃｍと１４０ｓｃｃｍとの間の率で不活性ガスにＴＤチューブを通って流れさせることによりサンプルを脱離することを含んでもよい。
【００３６】
この方法は最初にＴＤチューブをＴＤチューブサンプル採取器に接続することを含んでもよい。ＴＤチューブサンプル採取器は第１の態様で定義されたものであってもよい。
【００３７】
この方法はサンプルがコールドトラップへ搬送されることを防ぐバルブを切り替えることを含んでもよい。好ましくは、この方法はＴＤチューブからサンプルを脱離する前にバルブを切り替えることを含んでもよい。
【００３８】
一実施形態において、この方法は患者サンプルにおける１以上の特徴ＶＯＣを特定するために使用されてもよい。したがって、この方法は病気を診断するために使用されてもよい。患者サンプルは呼気サンプル、血液サンプルまたは尿サンプルであってもよい。
【００３９】
他の実施形態において、この方法は食品サンプルにおける１以上の特徴ＶＯＣを特定するために使用されてもよい。したがって、この方法は食料品が関係する安全要件を満たすことを確認するために使用されてもよい。
【００４０】
さらに他の実施形態において、この方法は化粧品サンプル、例えば香水における１以上の特徴ＶＯＣを特定するために使用されてもよい。したがって、この方法は化粧品が規定の製品仕様に適合することを確認するために使用されてもよい。
【００４１】
さらに他の実施形態において、この方法は患者サンプル、食品サンプル、化粧品サンプル、環境サンプル、または自動車の排ガスサンプルにおける１以上の特徴ＶＯＣを特定するために使用されてもよい。環境サンプルは水サンプル、土サンプルまたは空気サンプルを含んでもよい。したがって、この方法は環境における毒素を特定するために使用されてもよい。
【００４２】
さらに他の実施形態において、この方法は自動車の排ガスサンプルにおける１以上の特徴ＶＯＣを特定するために使用されてもよい。したがって、この方法は自動車が関係する排ガス要件に適合しているか否かを決定するために使用されてもよい。
【００４３】
ここで説明された特徴の全て（添付の請求項、要約書および図面を含む）、および／または開示された方法または工程のステップの全ては、かかる特徴および／またはステップの少なくともいくつかが互いに排他的である組み合わせを除き、あらゆる組み合わせにおける上記の態様のいずれとも組み合わせうる。
【００４４】
本発明のよりよい理解のため、および上記と同じ実施形態がいかにして実行されるかを示すため、例として、添付の図面が言及される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１はＨ３Ｏ＋およびＮＯ＋を用いた脱離のオンラインモニタリングを示す。このグラフは基準（それぞれ、連続した点線）が搭載された熱離脱（ＴＤ）チューブの反復測定の平均プロファイルおよび復元を示す。
【図２】図２は熱離脱陽子移動反応飛行時間質量分析（ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ）および熱離脱ガスクロマトグラフィー（ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）を用いた選択されたアルデヒドおよび脂肪酸で得られる較正曲線を示し、ここで□＝プロパナール／ブタン酸、●＝ブタナール／ペンタン酸、および■＝デカン／ヘキサン酸である。
【図３】図３はＨ３Ｏ＋（上）およびＮＯ＋（下）を用いた脱離のオンラインモニタリングを示す。このグラフは空白ＴＤチューブ減算後の呼気サンプル再現の平均プロファイルおよび回復（それぞれ、連続および点線）を示す。
【図４】図４は、ａ）従来技術の装置およびｂ）本発明に係る質量分析計の略図である。
【図５】図５は、従来技術の装置および本発明に係る質量分析計の一部の図面である。
【図６】図６は１段階ＴＤセットアップ対２段階ＴＤセットアップを用いて得られた較正曲線（それぞれ左および右）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
・材料および方法
ＰＴＲ−ＴＯＦ１０００機器（Ｉｏｎｉｃｏｎ  Ａｎａｌｙｔｉｋ  ＧｍｂＨ，  Ｉｎｎｓｂｒｕｃｋ，  Ａｕｓｔｒｉａ）を用いて測定が実施された。揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の特定および定量化のための最適条件が、呼気関連の条件下の方法最適化専用の前述の実験ワークフロー（非特許文献１０）にしたがって定義された。簡潔に、ワークフローは（ｉ）異なる試薬イオンを用いた低減されたドリフト現地条件をスクリーニングすること、（ｉｉ）分岐比における湿度の変化の影響を評価すること、および（ｉｉｉ）浸透または拡散チューブを用いた重量測定の較正からなる。ドリフト管の最適条件は、温度１１０°Ｃ、圧力２．３０ｍｂａｒおよび電圧３５０Ｖであり、８４ＴｄのＥ／Ｎとなった（１Ｔｏｗｎｓｅｎｄ＝１０−１７Ｖｃｍ２）。この書面全体に渡るＶＯＣ決定で用いられる試薬および検体イオンは表１に要約されている。直接噴射および熱脱離のためのサンプル注入口流動率は２００および１３０ｓｃｃｍに設定された。
【００４７】
表１：呼気で観測された質量ピークおよび特定に関する基準
【００４８】
【表１】
2021529956.tif 000003
【００４９】
ＰＴＲ−ＭＳ解析に適した、ＴＤ自動サンプル採取器（ＴＤ１００−ｘｒ，Ｍａｒｋｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｔｄ，  Ｌｌａｎｔｒｉｓａｎｔ，ＵＫ）が採用された。ＴＤ解析のオリジナル構成が図４ａに示されている。オリジナル構成において、点線は通常閉じたまままたは過剰なサンプルを除去または繰り返しの解析のため第２のＴＤにＶＯＣを再び集めるために用いられる。図４ｂおよび図５（下の画像）に示したように、変更された構成において、ＴＤチューブはＰＴＲ−ＭＳの注入口に直接接続する特注のアダプタによって置換された。
【００５０】
特注のアダプタは、
・ａ  ＰＥＥＫＴＭ  ｔ−ｐｉｅｃｅ  １，  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  １／１６”；  ＰＥＥＫＴＭ  ｔ字型部品１、内径１／１６インチ、
・ａ  ＰＥＥＫＴＭ  ｆｉｎｇｅｒｔｉｇｈｔ  ｆｉｔｔｉｎｇ  ２，  ｗｈｉｃｈ  ｈａｓ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  １／１６”；  ＰＥＥＫＴＭ手できつく締めた接続金具２、内径１／１６インチ、
・ＰＥＥＫＴＭ  ｔｕｂｉｎｇ  ３，  ｗｈｉｃｈ  ｈａｓ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  ０．０４”；  ＰＥＥＫＴＭ管３、内径０．０４インチ、
・ａ  ＳｗａｇｅｌｏｋＴＭ  ｎｕｔ  ４，  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  １／１６”；  ＳｗａｇｅｌｏｋＴＭナット４、内径１／１６インチ、
・ａ  ＳｗａｇｅｌｏｋＴＭ  ｕｎｉｏｎ  ５，  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  １／１６”  ａｔ  ｉｔｓ  ｆｉｒｓｔ  ｅｎｄ  ａｎｄ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  １／４”  ａｔ  ｉｔｓ  ｓｅｃｏｎｄ  ｅｎｄ；  ＳｗａｇｅｌｏｋＴＭ継ぎ手５、第１の端で内径１／１６インチ、第２の端で４内径１／４インチ、
・ａ  ｆｕｒｔｈｅｒ  Ｓｗａｇｅｌｏｋ  ｎｕｔ  ６，  ｗｉｔｈ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  １／４”；  ａｎｄ  さらなるＳｗａｇｅｌｏｋナット６、内径１／４インチ、および
・ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ｔｕｂｉｎｇ  ７，  ｗｉｔｈ  ａ  ｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ２２  ｍｍ  ａｎｄ  ａｎ  ｉｎｎｅｒ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｏｆ  ６．３  ｍｍ．ステンレス鋼管７、長さ２２  ｍｍおよび内径６．３  ｍｍを備える。
【００５１】
ｔ字型部品１はＴＤ自動サンプル採取器からの流れがＰＴＲ−ＭＳの流れと釣り合うことを確保するよう構成された直径１ｍｍのオーバーフロー開口を備える。
【００５２】
アダプタはＴＤチューブから直接ＶＯＣの収集を可能にした。最終的に最適化されたＴＤ方法において、Ｓｕｐｅｌｐｕｒｅ  ＨＣ  炭化水素トラップ（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ，  Ｓｔ  Ｌｏｕｉｓ  ＭＯ，ＵＳＡ）によって生成されたゼロ等級窒素を用いてＴＤチューブは２８０°Ｃおよび１３０ｓｃｃｍで１０分間脱離された。
【００５３】
ＴＤ−ＰＴＲデータに基づく呼気ＶＯＣ濃度（［ＶＯＣ］ｂｒｅａｔｈ）の計算のため、発明者は以下の等式を採用した。
［ＶＯＣ］ｂｒｅａｔｈ＝（［ＶＯＣ］ＴＤ×ｔＤ×φ）／Ｖｂ
ここで［ＶＯＣ］ＴＤは測定された濃度であり、ｔＤおよびφはそれぞれ脱離時間および流れであり、Ｖｂはチューブに充填された呼気体積または標準体積である。信頼できる標準を扱う際に同じアプローチが充填および脱離されたＶＯＣ量を比較するために使用された。
【００５４】
発明者はＴｅｎａｘ  ＴＡ  ／  Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ  ５ＴＤ（Ｂｉｏ−Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｃ４−Ｃ３０，  Ｍａｒｋｅｓ  Ｌｔｄ）からなる吸着床を含む混合ステンレス鋼ＴＤチューブを採用した。ＴＤチューブはＴＣ２０コンディショニングステーション（Ｍａｒｋｅｓ  Ｌｔｄ）を用いて調整された。信頼できる標準が特注の浸透チューブによってＴＤチューブに充填された。浸透チューブはＰＴＦＥ管からなり、両端は密閉されている。浸透チューブは浸透ユニット（ＥＳ  ４０５０Ｐ，  Ｅｃｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，  Ｓｔｒｏｕｄ，  Ｇｌｏｕｃｅｓｔｅｒｓｈｉｒｅ  ＵＫ）を用いて一定流量で３０°Ｃで培養された。清浄な空気が膜ポンプ（ＫＮＦ  Ｎｅｕｂｅｇｅｒ  ＵＫ，  Ｗｉｔｎｅｙ，Ｏｘｆｏｒｄｓｈｉｒｅ）を用いて供給された。チューブ充填の前に、浸透ユニットがＰＥＥＫ継ぎ手接続によってＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳに接続され計測が３分間実施された。そして継ぎ手は浸透ユニットと質量分析器との間に配置されたＴＤチューブによって切り替えられた。切り替え直後にＶＯＣ信号のベースラインレベルへの降下が観測された。標準充填が２００ｓｃｃｍの流れで２．５分間実施され、その間、関心ＶＯＣの信号の増加が観測された。これはサンプルＶＯＣ充填が検出可能な飛躍なく実施されうることを示した。充填後、ＴＤチューブは除去され装置はＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳに接続しなおされて平衡となるよう２分間放置された。
【００５５】
化合物の選択はＳＩＦＴ−ＭＳ（非特許文献１２、１３、１４）によって食道胃がんおよび結腸直腸がんの診断に関する以前の研究に基づいた。発明者は３つのアルデヒド（プロパナール、ブタナール、デカナール）、３つの脂肪酸（ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸）およびフェノールを選択した。これらの化合物について臨床的に関係のある濃度は低いｐｐｂＶレベルから数百ｐｐｂＶまで幅がある。
【００５６】
１段システムの脱離時間を最適化するため、ＶＯＣが固定された参照濃度でＴＤチューブに充填された。この実験において、前述の７つの酸化ＶＯＣに加え、アセトンがＴＤチューブに充填された。充填濃度は、アセトン２８３．５ｐｐｂＶ、ブタン酸２１．０ｐｐｂＶ、ペンタン酸７．１ｐｐｂＶ、ヘキサン酸８．８ｐｐｂＶ、フェノール８８．７ｐｐｂＶ、プロパナール１２．５ｐｐｂＶ、ブタナール４．９ｐｐｂＶ、デカナール２．３ｐｐｂＶであった。その後チューブが２０分まで脱離時間を延長するＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳによって解析された。
【００５７】
方法の有効性のための性能パラメータおよびそれらを評価する技術が、定量下限（ＬＯＱ）、検出限界（ＬＯＤ）および再現性に関する方法性能の評価を推奨する、欧州呼吸器学会により確立された肺病における呼気バイオマーカー解析の技術標準（非特許文献１５）を採用して選択された。較正曲線が信頼できる標準の充填および脱離量の間の比較に基づいて確立された。異なる充填濃度が浸透オーブンに適合された流量を変化することで達成された。５つの濃度レベルに対応し、各々２重で１０のＴＤチューブが用意された。
・ＴＤ−ＧＣ−ＭＳとの比較
新たに構築されたＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳプラットフォームの性能がＶＯＣ定量化の先端技術、すなわちＴＤ−ＧＣ−ＭＳのそれと直接比較された。ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ解析が前述の分析的方法（非特許文献１１）を用いて実施された。発明者は２段階脱離プログラムを使用する、ＭａｒｋｅｓＴＤ−１００熱脱離ユニットを最小した。ＧＣ−ＭＳ解析がＺｅｂｒｏｎ  ＺＢ−６４２毛細カラム（６０ｍ×０．２５ｍｍ  ＩＤ×１．４０μｍ
ｄｆ；Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ  Ｉｎｃ，  Ｔｏｒｒａｎｃｅ，ＵＳＡ）を備えた５９７７Ａ  ＭＳＤ付きＡｇｉｌｅｎｔ  ７８９０Ｂ  ＧＣ  （Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｃｈｅｓｈｉｒｅ，ＵＫ）を用いて実施された。クロマトグラフィーのピークは内部標準（ｄ８−トルエン，窒素で１０ｐｐｍ）に反して正規化された。これがガス缶（Ｔｈａｍｅｓ  Ｒｅｓｔｅｋ）を用いて各ＴＤチューブに加えられた。ＴＤ−ＧＣ−ＭＳのための較正曲線がＧＣ−四重極ＭＳと連結された、商業的に自動化されたＴＤシステムからなる解析プラットフォームへのＴＤチューブ一式の充填および解析によって構築された。結果はトータルイオンカレントモードで得られた単位面積当たりの質量として抽出された。
【００５８】
・息収集および解析
信頼できる標準のもと得られた知見が息サンプルで行われた実験により裏付けられた。複数の息サンプルが健康な志願者から限られた時間スパン内で収集された。発明者は前の研究（非特許文献１０）で決定された最適化されたサンプリングパラメータを用いた、息収集装置（ＲｅＣＩＶＡ，  Ｏｗｌｓｔｏｎｅ  Ｌｔｄ，  Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  ＵＫ）を採用した。この装置はＴＤチューブ上での直接息生成収集を可能にした。次にチューブはＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳによって直ちに解析された。この実験において、２０分の脱離ステップが採用された。臨床的サンプルの高スループット解析におけるＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ分析プラットフォームの利用可能性を評価するため、上部胃腸内視鏡検査または外科手術のためにセントメアリー病院に通う患者から息サンプルが収集された。ＲｅＣＩＶＡ息収集装置の使用は各患者から４つまでのＴＤチューブの同時サンプリングを可能にした。倫理的承認はＮＨＳ健康研究局を通して得られた（ＮＲＥＳ委員会ロンドン-カムデンおよびイズリントン、２０１４年７月１６日に承認取得、ＲＥＣ参照番号１４／ＬＯ／１１３６）。
【００５９】
・品質管理
説明された実験の間、一連の品質チェックが前に説明されたプロトコル（非特許文献１０）にしたがって、ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳで毎日実施された。３つのイオン化モードを伴う不純物は、それぞれ一次イオンとしてのＨ３Ｏ＋に対するＯ２＋（＜２％）、一次イオンＯ２＋に対するＮＯ２＋（＜３％）および一次イオンＯ２＋に対するＮＯ＋およびＮＯ２＋（＜５％全体で）であった。３つのイオンの定量化精度はＴｒａｃｅ  ＳｏｕｒｃｅＴＭベンゼン浸透チューブ（Ｋｉｎ−Ｔｅｋ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｉｎｃ．，  Ｌａ  Ｍａｒｑｕｅ  ＴＸ）によって示された、認定された標準の±１０％の範囲内であった。一次イオンとしてのＮＯ＋およびＨ３Ｏ＋の断片化の一貫性は任意の標準化合物を用いた参照質量ピークの間の比を計測することで評価された。ＮＯ＋に関しては、発明者はブタナール浸透チューブ標準を用いてｍ／ｚ７１と４３の間の比を用いた。Ｈ３Ｏ＋に関しては、発明者はブタン酸浸透チューブ標準を用いてｍ／ｚ８９と７１の間の比を用いた。異なる日に測定された値は平均±２％の範囲内であった．要求された場合はいつでも、発明者は参照化合物としてのベンゼン（ＮＯ＋またはＨ３Ｏ＋に関してそれぞれｍ／ｚ７８または７９）を用いて、マイクロチャネルプレートの電圧および質量分解能（＞１，５００ｍ／Δｍ）を最適化した。
【００６０】
・データ解析
データがＰＴＲＭＳビューアバージョン３．２．２．２（Ｉｏｎｉｃｏｎ  Ａｎａｌｙｔｉｋ）を用いて抽出された。追加のデータ解析がＲプログラミング言語（非特許文献１６）を用いて記述された社内生成スクリプトを用いて実施された。
【００６１】
・結果
・例１−ＴＤサイクル継続時間の最適化
解析の迅速さは大規模な臨床的研究を目的とした方法のために非常に望ましい特徴である。ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳに関して主な制限要素はＴＤ分析サイクルの継続時間である。２段階から１段階までの脱離の推移はＴＤサイクルにおける第１の低減を可能にする。ＴＤサイクルの長さに影響する他のステップは脱離時間である。目的は検体（ＶＯＣ）回収を損なうことなくその継続時間を最小化することである。浸透ユニットを用いて、８つのＶＯＣ（アセトン、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、フェノール、プロパナール、ブタナールおよびデカナール）が固定された濃度でＴＤチューブに充填された。濃度は数ｐｐｂＶから数百ｐｐｂＶの間で変化し、化合物の各々の息関連濃度をシミュレートすることを目的とした。脱離の全体に渡ってＶＯＣ放出をオンラインでモニタする可能性は、異なる脱離時間を別々にテストする必要なしに単一の実験によって選択されるべき最適時間を可能にした。実験は試薬イオンとしてＨ３Ｏ＋およびＮＯ＋を用いて実施された（それぞれ１１および９反復）。図１の平均放出プロファイルは最も速い反応速度を示すアセトン、続いてフェノール、アルデヒドおよび脂肪酸とともに、化合物依存の挙動を示す。充填および脱離濃度を比較することで、回収を推測することが可能になった。最適な脱離時間は１０分でセットされ、これは評価された全ての検体に対して８０％以上の回収を達成することを可能にした。いくつかの化合物に関して、特に脱離時間＞１０分で、１００％を超える回収パーセンテージが得られたことも言及に値する。これは調整後のＴＤに残る残余ＶＯＣ量が原因であり、これは回収の過大評価につながる。
【００６２】
・例２−ＴＤ−ＰＴＲ−ＴＯＦ−ＭＳの分析的性能
較正曲線は関心ＶＯＣの各々に対する現実的な濃度範囲内での線形性（Ｒ２＝０．９８−０．９９）の評価を可能にした。表２を参照。傾斜は１に合理的に近く（０．８−１．３）、定量的または近定量的ＶＯＣ回収が達成されたことを示す。検出限界（ＬＯＤ）および定量下限（ＬＯＱ）が空のＴＤチューブを計測することによって確立された（一次イオンの各々に対してｎ＝４）。ＬＯＤおよびＬＯＱが背景標準偏差の３−倍および５−倍で固定されて０．２−０．９および０．３−１．５ｐｐｂＶの順序であった。
【００６３】
表２：ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳを用いて７つの選択された化合物（ｎ＝１０）で評価された検出限界（ＬＯＤ）、定量下限（ＬＯＱ）、較正曲線パラメータおよび線形性
【００６４】
【表２】
2021529956.tif 000004
【００６５】
同じ方法論を適用することで再現性が評価された。ＴＤチューブがすべての化合物に対して３つの異なる濃度レベルで充填され、５つの異なる日において同じ手順が繰り返された。繰り返された計測の変位の係数は７−２０％の範囲であり回収は全てのテストされたＶＯＣに対して８３％を超えたままであった。結果が表３に示されている。
【００６６】
表３：７つの選択された化合物で評価された再現性および平均回収（ｎ＝１０）
【００６７】
【表３】
2021529956.tif 000005
【００６８】
・例３−ＴＤ−ＧＣ−ＭＳとの比較
図２はアルデヒドおよび脂肪酸に関してＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳを用いて得られた較正曲線の直接的比較を示す。プロットの目視検査は、ＰＴＲ−ＭＳに関しては良好な線形性が濃度範囲全体に渡って得られた一方、ＧＣ−ＭＳ解析においてデータは低い濃度で線形から逸脱したことを示した。線形性はアルデヒド（Ｒ２＝０．９７−０．９９）に関して脂肪酸（Ｒ２＝０．８９−０．９８）よりも良好であり、低ｐｐｂＶ範囲におけるその検出はテストされた条件下では困難または不可能（例えばヘキサン酸に関して）のいずれかであった。ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳのために選択された解析条件全体は比較的均一な解析的応答を保証した。全てのテストされた化合物について信号レベル（分あたりの回数）と計測された濃度との比は１００±２０ｃｐｓ／ｐｐｂＶの範囲内であった。これは、ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ分析にも同様に当てはまらなかった。アルデヒドの場合、図２に示すように、分析応答（質量面積単位／ｐｐｂＶで測定）は２桁も変動した。ＧＣ−ＭＳで観測される反応要因におけるこの特筆すべき変動性は周知の現象であり（非特許文献１７）、化合物の揮発性、イオン化効率およびクロマトグラフィー分解能を含む複雑な要素の相互作用に関連する。２段階ＴＤのより高度な複雑さはこの変動性に貢献する可能性が高い。脂肪酸の場合に観測された低い感度は短鎖脂肪酸の比較的高い揮発性と関係する可能性がある。脂肪酸決定のＧＣ−ＭＳ性能は誘導体化（非特許文献１８）を用いた専用の方法の使用により改善する可能性が最も高い。
【００６９】
・例４−ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳによる息解析
信頼できる標準で得られた所見が健康な志願者から得られた息サンプルの解析によって得られた結果と比較された。仮の特定は正確な質量決定に基づいた（±０．０１質量対電荷比の範囲内）。オンライン脱離プロファイルの精査で全ての考慮された化合物に関して脱離の最初の１０分間は総計ＶＯＣ放出の少なくとも９０％を包含する。図３を参照。最も低沸点のＶＯＣ（例えばアセトンまたはプロパナール）に関して、開放は非常に迅速に進み開放された濃度の第１のピークが５秒以内に到達した。これはいかにして高い時間分解能の質量分析器を有するかが息のような複雑な分析マトリクスを完全に特徴づける最良の機会を提供することを示す。
【００７０】
最適化されたＴＤサイクルは１５分の全体継続時間を有する（チューブ充填と抜き取りおよび漏れ試験の間１０分脱離時間＋５分）。これは２４時間連続運転の間約１００のサンプルの期待されたスループットとなる。これはプラットフォームの利用可能性研究によって最終的に確認された。上部胃腸内視鏡検査または手術のためにセントメアリー病院（パディントン、ロンドン）に通院する４６の患者から息収集装置（実験セクション）を用いて息がＴＤチューブ上にサンプル採取された。２つのＴＤチューブが各患者に対して収集され各チューブはＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳによって解析され、試薬イオンとしてＨ３Ｏ＋またはＮＯ＋が採用された。９２のチューブが２４時間に渡る連続的無人運転によって処理され、大規模な臨床研究のためのプラットフォームの利用可能性を補強した。表４は７つのターゲットＶＯＣの濃度範囲を示す。これに加え、豊富によく特徴づけられた息ＶＯＣにおけるプラットフォームの性能を評価するため息アセトンが定量化された。アルデヒド、脂肪酸およびフェノールは定量下限の上でよく残っているが、例外的にデカナールでは、ＬＯＱより下で４６のうちの３サンプルであった。アセトンのために確立された濃度範囲はＳＩＦＴ−ＭＳ１９を用いた成人参加者について報告された値と類似していた。
【００７１】
表４：プラットフォーム利用可能性：４６の患者の８ＶＯＣの検出および定量化
【００７２】
【表４】
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【００７３】
デカナールに関して、３サンプルがＬＯＱを下回った。
【００７４】
・例５−２段階ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳとの比較
検出限界（ＬＯＤ）および定量下限（ＬＯＱ）が、本願発明に従って修正された１段階ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ装置、および従来技術の修正されていない２段階ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳ装置の双方を用いて選択された化合物に関して計算された。使用された方法は例３で説明されたのと同じであった。
【００７５】
表５：２段階および１段階TDセットアップの間の性能比較
【００７６】
【表５】
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【００７７】
精度が結果と直接解析を比較することで計算された。線形性がグラフの目視検査をすることで計算された。
【００７８】
図６の目視検査はデカナールとフェノールに関して２段階構成における較正曲線のために信頼できる値を得ることは可能でなかったことを示す。いくつかの例において１００％よりも高い精度が得られた。これは空のＴＤチューブからの背景信号の存在に起因する可能性が高い。
【００７９】
２段階および１段階装置の双方を用いた単一のＴＤチューブの内容を解析するために要求される時間の比較が表６に与えられている。
【００８０】
表６：２段階および１段階ＴＤセットアップの間での分析的サイクル継続時間の比較
【００８１】
【表６】
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【００８２】
「その他」の下に記載された６分は各サイクルで実施されたＴＤ装置の機械的部品の動きおよび自己診断を含む。
・結論
この研究活動は、ＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳに基づいた新たな分析プラットフォームの発展と、息解析に対するその適用可能性に言及する。このプラットフォームは高いスループットと感度を示す。検出限界と定量下限はそれぞれ０．２−０．９および０．３−１．５体積比１０億分１の（ｐｐｂＶ）であった。ＴＤチューブからの分析的回収は８３％以上であり変位係数は平均値の２０％を下回った。ＶＯＣパネルに反してテストされた場合、プラットフォームは現在利用可能な先端技術（例えば、ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）よりも良好な線形性及び感度を示した。プラットフォームの利用可能性は臨床起源の息サンプル一式の解析で評価され、２４時間連続運転の間約１００のＴＤのスループットを可能にした。これらすべての特徴は大規模な臨床研究に対するＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳの実施を増大させる。
【００８３】
このアプローチを用いて、息が複数のＧＰ実務または臨床的ハブから集められることができるであろう。サンプルはＴＤ−ＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳによって地域の研究所で解析されるであろう。プラットフォームは１段階脱離を許容する新たなカップリング戦略に基づく。これはＰＴＲ−ＴｏＦ−ＭＳまたはＳＩＦＴ−ＭＳといった直接噴射ＭＳとの連結により適しているように見える。この結合は前例がないが、商業的機器および予め利用可能な材料を用いて再現可能であることに留意しなければならない。発明者によるＴＤ−ＧＣ−ＭＳとの予備的比較は分析的性能の観点でいくつかの利点を提供するように見える。
【００８４】
直接噴射ＭＳの主な制限はクロマトグラフィー分離ステップの不在にある。このように、複素行列内で明白なＶＯＣ特定は常に可能ではない。可能な解決方法はクロスプラットフォームの比較および安定した特定のためのＴＤ−ＧＣ−ＭＳによってサンプルの部分集合の同時解析により示されることができるであろう。
【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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【国際調査報告】
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