(57)【要約】フィードバック制御システムが、サンプリングプローブ内の液体の流動を制御し、サンプリングプローブの開放サンプリングポート内の液体／空気界面の表面外形（例えば、形状）を調節および／または維持するために利用され得る質量分析計ベースの分析システムおよび方法。フィードバック制御システムは、実験条件が連続したサンプリング中のサンプル導入時、一貫したままであることを確実にするように、液体／空気界面の表面外形を自動的に監視および／または検出し、サンプリング液体の流量を調節することができる。これらは、イオン源に一貫した希釈物の安定した、かつ再現可能な検体流動を提供し、ＭＳ分析によって生成されたデータの再現性および／または正確度を向上させることができる。これは、特定の実験ワークフローによる所望される設定点の変化と共に使用されることができる。
2021504718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の化学組成を分析するためのシステムであって、前記システムは、
液体を貯蔵するためのリザーバと、
前記リザーバから液体を受け取るように構成されたサンプル空間を部分的に画定する開放端部を有するサンプリングプローブであって、前記サンプル空間内の前記液体は、前記開放端部を通してサンプルの１つ以上の検体を受け取るようにさらに構成されている、サンプリングプローブと、
前記リザーバから前記サンプル空間を介してイオン源に前記液体を送達するためのポンプであって、前記イオン源は、混入された前記１つ以上の検体を有する前記液体を質量分析計のサンプリングオリフィスと流体連通しているイオン化チャンバの中に放出するように構成されている、ポンプと、
前記サンプリングプローブの前記開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成するための検出器と、
表面外形データに基づいて、前記液体／空気界面の前記表面外形を調節するための制御信号を生成するように構成されたコントローラと
を備えている、システム。
【請求項２】
前記サンプルは、前記１つ以上の検体を含む液体サンプルを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記液体は、脱着溶媒を備え、前記サンプルは、サンプル基質を備え、前記サンプル基質は、それに吸着された１つ以上の検体を有し、それによって、前記１つ以上の検体の少なくとも一部は、前記サンプル基質から前記サンプル空間内の前記脱着溶媒の中に脱着させられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記表面外形データを基準表面外形と比較することと、前記基準表面外形に従って前記サンプリングプローブ内の前記液体の流量を調節するための制御信号を生成することによって、前記液体／空気界面の前記表面外形を調節することとを行うように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラによって生成される前記制御信号は、前記ポンプによって提供される前期液体の流量と、前記イオン源の放出端部を包囲する霧化ガスの流量とのうちの少なくとも一方を調節することによって、前記サンプリングプローブ内の前記液体の流量を調節するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記検出器は、光学検出器、容量検出器、超音波検出器、および画像検出器のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記ポンプに動作可能に接続され、前記ポンプによって前記サンプル空間に提供される前記液体の流量を調節することによって、前記サンプリングプローブ内の前記液体の流量を調節するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムは、前記イオン源の放出端部を包囲する霧化ガス流動を提供するための霧化ガス源をさらに備え、前記コントローラは、前記霧化ガス源に動作可能に結合され、前記コントローラは、前記イオン源の前記放出端部に提供される霧化ガスの流量を制御することによって、前記サンプリングプローブ内の前記液体の流量を調節するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記サンプリングプローブは、
近位端から遠位端に延びている外部毛細管と、
近位端から遠位端に延びている内部毛細管と
を備え、
前記内部毛細管は、前記外部毛細管内に配置され、前記内部毛細管の前記遠位端は、前記外部毛細管の前記遠位端に対して奥まった所に置かれ、前記内部毛細管の前記遠位端と前記外部毛細管の内壁の一部と前記外部毛細管の前記遠位端との間に前記サンプル空間を画定し、
前記内部および外部毛細管は、前記サンプル空間を介して互いに流体連通している脱着溶媒導管とサンプリング導管とを画定し、前記脱着溶媒導管は、前記リザーバから脱着溶媒を受け取るように構成された入口端部から、前記サンプル空間において終端する出口端部まで延び、前記サンプリング導管は、脱着させられた検体が混入された脱着溶媒を前記サンプル空間から受け取るための前記サンプル空間において開始する入口端部から、前記イオン源に流体的に結合された出口端部まで延びている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記脱着溶媒導管および前記サンプリング導管内の脱着溶媒の少なくとも１つの流量を調節することによって、前記表面外形を基準表面外形に維持するように、前記サンプリングプローブ内の脱着溶媒の前記流量を調節するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、連続したサンプリングのためのサンプル導入時、前記表面外形を基準表面外形に維持するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは、各サンプリング間に前記表面外形を調節するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、各サンプリング間の持続時間の少なくとも一部中、前記サンプル空間に送達される脱着溶媒の流量を増加させるように構成され、それによって、前記脱着溶媒は、前記サンプル空間から前記サンプリングプローブの前記開放端部を通って越流する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
化学的分析のための方法であって、前記方法は、
サンプリングプローブに液体の流動を提供することであって、前記サンプリングプローブは、前記液体を受け取るように構成されたサンプル空間を部分的に画定する開放端部を有し、前記サンプリングプローブは、サンプルの１つ以上の検体を前記開放端部を通して前記サンプル空間内の前記液体の中に受け取るようにさらに構成されている、ことと、
混入された前記１つ以上の検体を有する前記液体の流動を前記サンプル空間からイオン源に向けることであって、前記イオン源は、混入された前記１つ以上の検体を有する前記液体を質量分析計のサンプリングオリフィスと流体連通しているイオン化チャンバの中に放出するように構成されている、ことと、
検出器を利用し、前記サンプリングプローブの前記開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成することと、
前記表面外形データに基づいて前記サンプリングプローブ内の前記液体の流量を調節することによって、前記液体／空気界面の表面外形を調節することと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記表面外形データを基準表面外形と比較することをさらに含み、前記液体／空気界面の前記表面外形を調節することは、前記基準表面外形に従って前記サンプリングプローブ内の前記液体の流量を調節することによって、前記液体／空気界面における前記表面外形を調節することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基準表面外形は、ドーム状の液体／空気界面と渦巻状の液体／空気界面とのうちの一方を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記液体は、脱着溶媒を備え、
吸着された１つ以上の検体を有する第１の基質を基準表面外形を示す前記サンプル空間内の前記脱着溶媒の中に挿入することと、
前記脱着溶媒から前記第１の基質を除去することと、
吸着された１つ以上の検体を有する第２の基質の前記脱着溶媒の中への挿入のために、前記液体／空気界面の前記表面外形を前記基準表面外形に対して調節することと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記サンプリングプローブに提供される前記脱着溶媒の流量を増加させることによって、前記第１および第２の基質の挿入間に前記液体／空気界面の前記表面外形を調節し、それによって、脱着溶媒が前記第１および第２の基質の挿入間の持続時間の少なくとも一部中、前記サンプル空間から前記サンプリングプローブの前記開放端部を通って越流することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記検出器は、光学検出器、容量検出器、超音波検出器、および画像検出器のうちの１つを備えている、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記表面外形データに基づいて前記界面の前記表面外形を調節することは、前記ポンプによって提供される液体の実質的に同じ体積流量を維持しながら、前記イオン源の放出端部を包囲する前記霧化ガスの流量を調節することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、その内容全体が参照することによって本明細書に組み込まれる２０１７年１１月２１日に出願された米国仮出願第６２／５８９，０７５号の優先権の利益を主張する。
（分野）
【０００２】
本教示は、概して、質量分光法に関し、より具体的に、質量分光法システムおよび方法のためのサンプリング界面に関する。
【背景技術】
【０００３】
質量分光法（ＭＳ）は、定性および定量用途の両方で、被検物質の元素組成を決定するための分析技法である。ＭＳは、未知の化合物を同定する分子中の元素の同位体組成を決定するその断片化を観察することによって特定の化合物の構造を決定するサンプル中の特定の化合物の量を定量化するために有用であることができる。その感度および選択性を前提として、ＭＳは、特に、生命科学用途において重要である。
【０００４】
複雑なサンプルマトリクス（例えば、生体、環境、および食品サンプル）の分析において、多くの現在のＭＳ技法が、広範囲にわたる事前処置ステップが、着目検体のＭＳ検出／分析に先立ってサンプルに対して実施されることを要求する。そのような分析前ステップは、サンプリング（すなわち、サンプル収集）およびサンプル調製（マトリクスからの分離、濃縮、分別、ならびに必要である場合、誘導体化）を含み得る。例えば、分析プロセス全体の時間の８０％を上回る時間が、ＭＳを介した検体の検出を可能にする、またはサンプルマトリクスに含まれる潜在的な干渉源を除去するために、サンプルの収集および調製に費やされ得るが、それにもかかわらず、各サンプル調製段階における希釈および／または誤差の潜在的な源を増加させると推定されている。
【０００５】
理想的に、ＭＳのためのサンプル調製およびサンプル導入技法は、高速、確実、再現可能、安価、かついくつかの側面において、自動化に適しているべきである。例として、最小限のサンプル取り扱いを用いて濃縮相サンプルから検体を脱着／イオン化し得る種々のイオン化方法（例えば、それらの表面をガスまたはエアロゾル等のイオン化媒体に暴露することによってサンプルから検体を「拭取する」、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）およびリアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ））が、開発されている。しかしながら、そのような技法は、高性能かつ高価な機器も要求し得、非常に揮発性の小分子の限定されたクラスのみに適し得る。改良されたサンプル導入技法の別の最近の例は、例えば、Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２９（１９），ｐｐ．  １７４９−１７５６（２０１５）に公開された、Ｖａｎ  Ｂｅｒｋｅｌ  ｅｔ  ａｌ．の「Ａｎ  ｏｐｅｎ  ｐｏｒｔ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｆｏｒ  ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」と題された論説（参照することによってその全体として組み込まれる）において説明されるような比較的に未処理のサンプルが、ＭＳシステムのイオン源に送達される継続的な流動溶媒の中に導入され得る「開放ポート」サンプリング界面である。
【０００６】
感度、単純性、選択性、速度、再現性、および高スループットを提供する改良されたサンプル導入技法の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこから液体が質量分光分析のためのイオン源に送達される開放サンプリングポートを有するサンプリング界面から生成される質量分光法（ＭＳ）データを改良する方法およびシステムが、本明細書に開示される。本教示の種々の側面によると、サンプリングプローブの中への、および／またはそこから外への液体（例えば、脱着溶媒）の流量が、サンプリングポート内の所望される液体／空気界面を維持するように選択的に調節され得るＭＳベースのシステムならびに方法が、提供される。例として、本教示の種々の側面によるフィードバック制御システムが、実験条件が連続したサンプリング間（例えば、各サンプル導入時）で一貫したままであることを確実にするように、液体／空気界面の表面外形（例えば、形状）を（例えば、人間の介入を伴わずに）自動的に監視および／または検出し、サンプリング液体の流量を調節することができる。そのような様式で、本明細書に提供される種々のシステムおよび方法が、イオン源に一貫した希釈物の安定した、かつ再現可能な検体流動を提供し、それによって、ＭＳ分析の再現性および／または正確度を向上させることができる。加えて、または代替として、方法およびシステムは、フィードバック制御を利用し、実験ワークフローによる所望される設定点の変化に従って、液体／空気界面の表面外形の自動調節（例えば、サンプリング間の、渦巻状サンプリング設定点および越流洗浄設定点に対応する界面間の自動調節）を提供することができる。
【０００８】
本教示の種々の例示的側面によると、試料の化学組成を分析するためのシステムが、提供され、本システムは、液体を貯蔵するためのリザーバと、リザーバから液体を受け取るように構成されたサンプル空間を部分的に画定する開放端部を有するサンプリングプローブであって、サンプル空間内の液体はさらに、開放端部を通してサンプルの１つ以上の検体を受け取るように構成されたサンプリングプローブとを備えている。本システムはさらに、リザーバからサンプル空間を介してイオン源に液体を送達するためのポンプを備えていることができ、イオン源は、混入された１つ以上の検体を有する液体を質量分析計のサンプリングオリフィスと流体連通しているイオン化チャンバの中に放出するように構成される。本システムは、加えて、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成するための検出器と、液体／空気界面の表面外形を調節するために、表面外形データに基づいて、制御信号を生成するように構成されたコントローラとを含むことができる。種々の側面において、コントローラは、必要である場合、表面外形データを基準表面外形と比較し、基準表面外形に従って液体／空気界面の表面外形を調節するように、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節するための制御信号を生成するように構成されることができる。例として、コントローラによって生成される制御信号は、液体／空気界面の表面外形を調節するように、ポンプによって提供される液体の流量と、イオン源の放出端部を包囲する霧化ガスの流量とのうちの少なくとも一方を調節することによって、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節するように構成されることができる。
【０００９】
サンプル空間内の液体は、そこで種々の様式で検体を受け取ることができる。非限定的な例として、サンプルは、サンプル空間内の液体の中に（例えば、接触、注入、挿入、ピペット操作、音響注入等によって）導入され得る１つ以上の検体を含む液体サンプルを含むことができる。代替として、いくつかの側面において、サンプルは、それに吸着される１つ以上の検体を有し得るサンプル基質（例えば、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）基質）を含むことができる。種々の側面において、リザーバから流動する液体は、検体がサンプル空間内の脱着溶媒の中に挿入されると、サンプル基質から脱着させられるような脱着溶媒を含むことができる。
【００１０】
検出器は、種々の構成を有し得るが、概して、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成するように構成される。非限定的な例として、検出器は、光学検出器、容量検出器、超音波検出器、および画像検出器のうちの１つを含むことができる。
【００１１】
検出された表面外形に応答して、コントローラは、種々の様式で表面外形を調節するように構成されることができる。例として、コントローラは、ポンプに動作可能に接続されることができ、ポンプによってサンプル空間に提供される液体の流量を調節することによって、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節するように構成されることができる。加えて、または代替として、本システムはさらに、イオン源の放出端部を包囲する霧化ガス流動を提供するための霧化ガス源を備えていることができ、コントローラは、その流量を制御するように、霧化ガス源に動作可能に結合される。そのような側面において、コントローラは、イオン源の放出端部に提供される霧化ガスの流量を制御することによって、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節するように構成されることができる。
【００１２】
サンプリングプローブは、種々の構成を有し得るが、概して、開放端部を通して、サンプル空間内の液体（例えば、脱着溶媒）の中に１つ以上の検体を含むサンプルを受け取るように構成される。種々の側面において、サンプリングプローブは、近位端から遠位端に延びている外部毛細管と、近位端から遠位端に延び、該外部毛細管内に配置される内部毛細管とを備えていることができ、内部毛細管の遠位端は、内部毛細管の遠位端と、外部毛細管の内壁の一部と、外部毛細管の遠位端との間にサンプル空間を画定するように、外部毛細管の遠位端に対して奥まった所に置かれている。いくつかの関連する側面において、内部および外部毛細管は、サンプル空間を介して互いに流体連通している脱着溶媒導管ならびにサンプリング導管を画定することができ、該脱着溶媒導管は、リザーバからサンプル空間において終端する出口端部への液体（例えば、脱着溶媒）を受け取るように構成される入口端部から延びている。サンプリング導管は、脱着させられた検体がイオン源に流体的に結合された出口端部に混入されるサンプル空間から脱着溶媒を受け取るための該サンプル空間において開始する入口端部から延びていることができる。ある例示的側面において、内部毛細管の軸上のボアは、少なくとも部分的に、サンプリング導管を画定することができ、内部毛細管と外部毛細管との間の空間は、脱着溶媒導管を画定することができる。いくつかの関連する側面において、コントローラは、脱着溶媒導管およびサンプリング導管内の脱着溶媒の少なくとも１つの流量を調節することによって、表面外形を基準表面外形に維持するように、サンプリングプローブ内の脱着溶媒の流量を調節するように構成されることができる。
【００１３】
本教示の種々の側面によるフィードバック制御システムが、複数のサンプリングを横断して確実かつ再現可能な結果を提供するために役立ち得る。例として、ある側面において、コントローラは、（例えば、各サンプル導入時の）複数の基質の連続した挿入または液体サンプルの連続した導入のために、表面外形を基準表面外形に維持するように構成されることができる。加えて、いくつかの側面において、コントローラは、複数の基質の各挿入間で表面外形を調節するように構成されることができる。例として、コントローラは、脱着溶媒が、（例えば、連続した挿入の間にサンプリングプローブを洗浄するように）サンプル空間からサンプリングプローブの開放端部を通して越流するように、複数の基質の各挿入の間の持続時間の少なくとも一部の間にサンプル空間に送達される脱着溶媒の流量を増加させるように構成されることができる。その後、コントローラは、次のサンプルの添加の間に液体／空気界面の表面外形が、以前のサンプルのためのものと同一になるように、流量を再調節するように構成されることができる。
【００１４】
本教示の種々の例示的側面によると、試料の化学組成を分析する方法が、提供され、方法は、サンプリングプローブに液体の流動を提供することであって、該サンプリングプローブは、液体を受け取るように構成され、さらにサンプルの１つ以上の検体を開放端部を通してサンプル空間内の液体の中に受け取るように構成されるサンプル空間を部分的に画定する開放端部を有する、ことを含む。混入された１つ以上の検体を有する液体の流動は、サンプル空間から、液体およびその中に混入された検体を質量分析計のサンプリングオリフィスと流体連通しているイオン化チャンバの中に放出するように構成されたイオン源に指向されることができる。方法はさらに、検出器を利用し、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成することと、表面外形データに基づいて、液体／空気界面の表面外形を調節するように、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節することとを含むことができる。種々の側面において、方法はさらに、表面外形データを基準表面外形と比較することを含むことができ、液体／空気界面の表面外形を調節することは、基準表面外形に従って、液体／空気界面における表面外形を調節するように、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節することを含むことができる。例として、基準表面外形は、ドーム状の液体／空気界面と渦巻状の液体／空気界面とのうちの一方を含むことができる。
【００１５】
ある側面において、リザーバによって提供される液体は、脱着溶媒を含むことができ、方法はさらに、それに吸着された１つ以上の検体を有する第１の基質を基準表面外形を示すサンプル空間内の脱着溶媒の中に挿入することと、脱着溶媒から第１の基質を除去することと、それに吸着された１つ以上の検体を有する第２の基質の脱着溶媒の中への挿入のために、液体／空気界面の表面外形を基準表面外形に対して調節することとを含む。いくつかの関連する側面において、脱着溶媒が、第１および第２の基質の挿入の間の持続時間の少なくとも一部の間に、サンプル空間からサンプリングプローブの開放端部を通して越流するように、サンプリングプローブに提供される脱着溶媒の流量を増加させることによって、液体／空気界面の表面外形が、第１および第２の基質の挿入間で調節されることができる。その後、流量は、次いで、第２の基質の挿入のために（例えば、人間の介入を伴わずに自動的に）調節されることができる。
【００１６】
種々の側面において、表面外形データに基づいて界面の表面外形を調節することは、ポンプによって提供される液体の実質的に同じ体積流量を維持しながら、イオン源の放出端部を包囲する霧化ガスの流量を調節することを含むことができる。
【００１７】
本教示の種々の例示的側面によると、試料の化学組成を分析するためのシステムが、提供され、本システムは、液体を貯蔵するためのリザーバと、リザーバから液体を受け取るように構成されたサンプル空間を部分的に画定する開放端部を有するサンプリングプローブであって、サンプル空間内の液体はさらに、開放端部を通してサンプルの１つ以上の検体を受け取るように構成されたサンプリングプローブとを備えている。本システムはさらに、リザーバからサンプル空間を介してイオン源に液体を送達するためのポンプを備えていることができ、イオン源は、混入された１つ以上の検体を有する液体を質量分析計のサンプリングオリフィスと流体連通しているイオン化チャンバの中に放出するように構成される。本システムは、加えて、表面外形（例えば、液体レベル）を示すデータを生成するように、液体／空気界面に超音波エネルギーを向けるための超音波伝送機と、そこから反射される超音波エネルギーを検出するための超音波検出器とを含むことができる。超音波伝送機および検出器は、種々の構成を有し得るが、概して、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成するように構成される。いくつかの例示的側面において、超音波伝送機および超音波検出器は、統合された超音波トランスデューサモジュールを含むことができる。種々の側面において、超音波伝送機および超音波検出器は、それぞれ、その中心のサンプリング空間内の液体のレベルを反射ならびに検出するように、液体／空気界面および互いに対して配置されることができる。
【００１８】
本教示の種々の例示的側面によると、試料の化学組成を分析する方法が、提供され、方法は、サンプリングプローブに液体の流動を提供することであって、該サンプリングプローブは、液体を受け取るように構成され、さらにサンプルの１つ以上の検体を開放端部を通してサンプル空間内の液体の中に受け取るように構成されたサンプル空間を部分的に画定する開放端部を有する、ことを含む。混入された１つ以上の検体を有する液体の流動は、サンプル空間から、液体およびその中に混入された検体を質量分析計のサンプリングオリフィスと流体連通しているイオン化チャンバの中に放出するように構成されたイオン源に指向されることができる。方法はさらに、超音波伝送機を利用し、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面に指向される超音波エネルギーを発生させること、と、超音波検出器を利用し、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成するように、液体／空気界面から反射される超音波エネルギーを検出することと、液体／空気界面の表面外形を調節するように、表面外形データに基づいて、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節することとを含むことができる。種々の側面において、方法はさらに、表面外形データを基準表面外形と比較することを含むことができ、液体／空気界面の表面外形を調節することは、基準表面外形に従って液体／空気界面における表面外形を調節するように、サンプリングプローブ内の液体の流量を調節することを含むことができる。例として、基準表面外形は、ドーム状の液体／空気界面と渦巻状の液体／空気界面とのうちの一方を含むことができる。
【００１９】
本出願人の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
当業者は、以下に説明される図面が例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図されるものではない。
【００２１】
【図１】図１は、概略図において、本出願人の教示の種々の側面による質量分析計システムのエレクトロスプレーイオン源と界面接続されるサンプリングプローブ内の液体の表面外形を検出するためのフィードバック制御システムを含む例示的システムを図示する。
【００２２】
【図２】図２は、概略図において、本出願人の教示の種々の側面による図１の例示的サンプリング界面をさらに詳細に図示する。
【００２３】
【図３】図３Ａ−Ｆは、本教示の種々の側面に従って検出され得る例示的表面外形条件を図式的に描写する。
【００２４】
【図４】図４Ａ−Ｂは、渦巻状の表面外形（低流量条件下）およびドーム状の表面外形（高流量条件下）を示すサンプリング界面内の複数のサンプルの連続した挿入によって生成される例示的ＭＳデータを描写する。
【００２５】
【図５】図５は、本教示の種々の側面によるフィードバック制御システムの実装の例示的概略ブロック図を描写する。
【００２６】
【図６】図６は、概略図において、超音波エネルギーが、サンプリングプローブ内の液体の表面外形を検出するためのフィードバック制御システムの中で利用される本出願人の教示の種々の側面による例示的サンプリング界面を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
明確化のために、以下の議論は、省略することが簡便または適切である場合にはある具体的な詳細を省略しながら、本出願人の教示の実施形態の種々の側面を詳細に説明するであろうことを理解されたい。例えば、代替的実施形態における同等または類似の特徴に関する議論は、幾分、省略され得る。周知のアイデアまたは概念も、簡潔化のために、詳細には議論されないこともある。本出願人の教示のいくつかの実施形態は、具体的に説明された詳細の特定部分を実装のたびに必要としない場合があり、それは、実施形態の完全な理解を提供するためのみに本明細書で説明されることを当業者は認識するであろう。同様に、説明される実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、共通的な一般知識による改変または変形の影響を受け得ることが、明らかになるであろう。以下の実施形態の詳細な説明は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定するものとして見なされるべきではない。
【００２８】
本出願人の教示の種々の側面によると、フィードバック制御システムが、サンプリングプローブの開放サンプリングポート内の液体／空気界面の表面外形（例えば、形状）を調節および／または維持するように、サンプリングプローブ内の液体の流動を制御するために利用され得るＭＳベースの分析システムならびに方法が、本明細書に提供される。例として、本教示の種々の側面によるフィードバック制御システムは、実験条件が連続したサンプリングのサンプル導入時に一貫したままであることを確実にするように、液体／空気界面の表面外形を（例えば、人間の介入を伴わずに）自動的に監視および／または検出し、サンプリング液体の流量を調節することができる。そのような様式で、本明細書に提供される種々のシステムおよび方法は、イオン源に一貫した希釈物の安定した、かつ再現可能な検体流動を提供し、それによって、その後のＭＳ分析によって生成されるデータの再現性および／または正確度を向上させることができる。
【００２９】
図１は、サンプリングプローブ３０の開放端部内に受け取られる検体をイオン化および質量分析するための本出願人の教示の種々の側面による例示的システム１０のある実施形態を図式的に描写し、システム１０は、サンプリングプローブ３０の開放端部内の液体／空気界面の表面外形を制御するように構成されたフィードバックベースの制御システムを含む。図１に示されるように、例示的システム１０は、概して、１つ以上のサンプル検体を含む液体を（例えば、エレクトロスプレー電極６４を介して）イオン化チャンバ１２の中に放出するための霧化器補助イオン源６０と流体連通するサンプリングプローブ３０（例えば、開放ポートプローブ）と、イオン源６０によって生成されるイオンの下流処理および／または検出のためのイオン化チャンバ１２と流体連通する質量分析器７０とを含む。（例えば、１つ以上のポンプ４３と、１つ以上の導管とを含む）流体取り扱いシステム４０は、リザーバ５０からサンプリングプローブ３０への、かつサンプリングプローブ３０からイオン源６０への液体の流動を提供する。例えば、図１に示されるように、（例えば、液体、すなわち、脱着溶媒を含む）リザーバ５０は、全て非限定的な例として、それを通して流体がポンプ４３（例えば、往復ポンプ、回転型、歯車型、プランジャ型、ピストン型、蠕動型、隔膜ポンプ等の容量型ポンプ、または重力型、衝撃型、空気圧型、動電型、および遠心ポンプ等の他のポンプ）によって選択された体積率で送達され得る供給導管を介して、サンプリングプローブ３０に流体的に結合されることができる。下で詳細に議論されるように、サンプリングプローブ３０の中への、およびそれから外への液体の流動が、１つ以上の検体が、サンプル空間内の液体の中に導入され、その後、イオン源６０に送達され得るように、開放端部においてアクセス可能なサンプル空間内に生じる。示されるように、システム１０は、液体／空気界面の表面外形（例えば、形状）を示すデータを生成するための検出器９０と、データを受信し、サンプリングプローブ３０内の液体の流量を調節するように、それに動作可能に結合されるコントローラ８０とを含む。本教示の種々の側面によると、コントローラ８０によって生成される制御信号は、非限定的な例として、ポンプ４３の速度および／または霧化ガス源６３によってエレクトロスプレー電極６４の出口端部に提供される霧化ガスの流量を制御することによって、表面外形を所望される外形になるように（例えば、人間の介入を伴わずに）自動的に維持および／または調節することができる。
【００３０】
コントローラ８０は、本明細書に別様に議論されるように、本教示に従って種々の様式で実装され得るが、概して、液体／空気界面の表面外形を示すデータを分析する、および／またはシステム１０の要素の動作を制御するための制御信号を生成するように構成された１つ以上のプロセッサを備えていることを理解されたい。非限定的な例として、コントローラ８０は、検出器９０によって提供されるデータを（例えば、アルゴリズムを介して）処理し、表面外形にリアルタイム調節を提供するように構成されたデジタルコントローラの形態にあることができる。本教示のある側面によると、コントローラは、別のコンピュータ読み取り可能な媒体（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク、任意の他の光学媒体、サムドライブ、メモリカード、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、またはコンピュータが読み取り得る任意の他の有形媒体）からメモリの中に読み取られ得るメモリの中に含まれる命令の１つ以上のシーケンスを実行するデジタルプロセッサを含むことができる。メモリの中に含まれる命令のシーケンスの実行は、プロセッサに本明細書に説明されるプロセスを実施させる。代替として、有線回路が、本教示を実装するためにソフトウェア命令の代わりに、またはそれを組み合わせられて使用され得る。したがって、本教示の実装は、ハードウェア回路と、ソフトウェアとのいかなる具体的な組み合わせにも限定されない。種々の実施形態において、コントローラ８０は、ネットワークを横断して１つ以上の他のコンピュータシステムに接続され、ネットワーク化されたシステムを形成することができる。ネットワークは、プライベートネットワーク、またはインターネット等のパブリックネットワークを含むことができる。ネットワーク化されたシステムでは、１つ以上のコンピュータシステムが、データを記憶し、他のコンピュータシステムに供給することができる。データを記憶および供給する１つ以上のコンピュータシステムは、クラウドコンピューティングシナリオにおいて、サーバもしくはクラウドと称されることができる。１つ以上のコンピュータシステムは、例えば、１つ以上のウェブサーバを含むことができる。サーバまたはクラウドに、かつそれからデータを送信および受信する他のコンピュータシステムは、例えば、クライアントもしくはクラウドデバイスと称されることができる。
【００３１】
検出器９０は、非限定的な例として、光学検出器、容量検出器、超音波検出器、および画像検出器を含む当分野において公知である任意の検出器であり、本教示に従って修正され得るが、概して、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面の表面外形を示すデータを生成するように構成される。例えば、いくつかの側面において、検出器９０は、サンプリングプローブの開放端部における液体／空気界面を撮像するように構成されたカメラまたはＣＣＤ（分割ＣＣＤを含む）等の画像検出器であることができる。そのような側面において、検出器によって生成される画像は、本教示に従って、（例えば、画像ライブラリからの基準画像または所望される表面外形との比較を介して）表面外形の決定を行うための画像処理のためにデジタル化され、および／または、制御部に伝送され、必要である場合、調節を提供することができる。別の画像が、次いで、検出器９０によって取得され、分析および制御プロセスが、（継続的または断続的に）繰り返されることができる。非限定的な例として、光学検出器は、加えて、照明源（例えば、ＬＥＤ、レーザ等）を備え、画像を強調する、またはこれを変動する照明状況下で一貫したものにすることができる。種々の側面において、光源は、ＣＣＤカメラ上の直接画像または複数の光子検出器上への散乱信号の収集のために照明するように構成されることができる。改良された制御フィードバック信号を提供するように、カメラ上に投影される画像を拡大するための追加の光学系が、含まれ得ることを理解されたい。加えて、図６を参照して下で詳細に議論されるように、別の非限定的な例が、液体／空気界面に指向される超音波信号を生成するように構成された超音波伝送機を利用し、界面から反射された超音波が、開放端部内の液体レベルを示すものとして、検出器９０によって検出される。
【００３２】
図１を継続して参照すると、イオン源６０は、種々の構成を有し得るが、概して、サンプリングプローブ３０から受け取られる液体（例えば、脱着溶媒）に含まれる検体を生成するように構成される。図１に描写される例示的実施形態において、サンプリングプローブ３０に流体的に結合される毛細管を含み得るエレクトロスプレー電極６４は、イオン化チャンバ１２の中に少なくとも部分的に延び、その中に脱着溶媒を放出する、出口端部において終端する。当業者によって理解されるであろうように、本教示に照らせば、エレクトロスプレー電極６４の出口端部は、カーテンプレート開口１４ｂおよび真空チャンバサンプリングオリフィス１６ｂに概して（例えば、これらの近傍に）向けられた、複数の微小滴を含むサンプルプルームを形成するように、イオン化チャンバ１２の中に脱着溶媒をアトマイズ、エアロゾル化、霧化、または別様に放出（例えば、ノズルで噴霧）することができる。当業者に公知のように、微小滴に含まれる検体は、例えば、サンプルプルームが生成されるにつれて、イオン源６０によってイオン化（すなわち、荷電）されることができる。非限定的な例として、エレクトロスプレー電極６４の出口端部は、伝導性材料から作製され、電圧源の極（図示せず）に電気的に結合され得る一方、電圧源の他の極は、接地されることができる。サンプルプルームに含まれる微小滴は、したがって、液滴内の液体または脱着溶媒が、イオン化チャンバ１２内での脱溶媒和の間に蒸発するにつれて、そのような裸の荷電検体イオンが解放され、開口１４ｂ、１６ｂに向かって、かつこれらを通して引き寄せられ、（例えば、１つ以上のイオンレンズを介して）質量分析器７０の中に集束されるように、出口端部に印加される電圧によって荷電され得る。イオン源プローブは、概して、エレクトロスプレー電極６４として本明細書に説明されるが、液体サンプルをイオン化するための当技術分野において公知であり、かつ本教示に従って修正される任意の数の異なるイオン化技法が、イオン源６０として利用され得ることを理解されたい。非限定的な例として、イオン源６０は、エレクトロスプレーイオン化デバイス、霧化器補助エレクトロスプレーデバイス、化学的イオン化デバイス、霧化器補助アトマイゼーションデバイス、フォトイオン化デバイス、レーザイオン化デバイス、サーモスプレーイオン化デバイス、またはソニックスプレーイオン化デバイスであることができる。
【００３３】
図１に示されるように、例示的イオン源６０は、随意に、エレクトロスプレー電極６４の出口端部を包囲し、そこから放出される液体と相互作用する、高速の霧化ガス流動を供給する加圧ガス（例えば、窒素、空気、または希ガス）源６３を含み、例えば、液体サンプルの高速霧化流動と噴射との相互作用を介して、ｌ４ｂおよびｌ６ｂによるサンプリングのために、サンプルプルームの形成ならびにプルーム内でのイオン解放を向上させることができる。霧化ガスは、例えば、約０．１Ｌ／分〜約２０Ｌ／分の範囲内の種々の流量で供給されることができ、これはまた、（例えば、弁６５を開放および／または閉鎖させることを介して）コントローラ８０の影響下で制御されることができる。本教示の種々の側面によると、霧化ガスの流量は、サンプリングプローブ３０内の液体の流量が、例えば、（例えば、ベンチュリ効果に起因して）これがエレクトロスプレー電極６４から放出されるにつれて、霧化ガスと脱着溶媒との相互作用によって生成される吸込／吸引力に基づいて調節され得るように、（例えば、コントローラ８０の影響下で）調節され得ることを理解されたい。このように、コントローラ８０は、加えて、または代替として、霧化ガスの圧力もしくは流量を制御するためのポンプおよび／または弁６５のうちの１つ以上のものを調節することによって、本教示の種々の側面によるサンプリングプローブ３０内の脱着溶媒の流量を制御することができる。非限定的な例として、コントローラ８０は、本教示に従って、ポンプ４３によって提供される液体の流量を実質的に一定であるように維持しながら、霧化源６３から提供される霧化ガスの流動を調節し、それによって、サンプリングプローブ３０内の液体の流動を調節することによって、実験条件（例えば、温度効果、ポンプ４３の不安定性、例えば、溶媒／サンプリング粘度の変化をもたらす、溶媒／サンプリング組成の変化、サンプル空間３５の中への液体サンプルの導入率／体積）の変化を考慮するように構成されることができる。代替として、または加えて、ポンプ４３の流量は、液体／空気界面の表面外形を調節および／または維持するように、コントローラの影響下で調節され得ることを理解されたい。例えば、霧化ガスが提供されていない、または霧化ガス圧力がイオン源６０のもしくはイオン化チャンバ１２内の条件に起因して固定されたままでなければならない実装では、コントローラ８０は、ポンプ４３の速度を増加または減少させることによって液体／空気界面の表面外形を修正することができる。
【００３４】
描写された実施形態において、イオン化チャンバ１２は、大気圧に維持されることができるが、いくつかの実施形態において、イオン化チャンバ１２は、大気圧より低い圧力に排気されることができる。基質２０から脱着させられた検体が、脱着溶媒がエレクトロスプレー電極６４から放出されるにつれてイオン化され得るイオン化チャンバ１２は、カーテンプレート開口１４ｂを有するプレート１４ａによってガスカーテンチャンバ１４から分離される。示されるように、質量分析器７０を収容する真空チャンバ１６は、真空チャンバサンプリングオリフィス１６ｂを有するプレート１６ａによってカーテンチャンバ１４から分離される。カーテンチャンバ１４および真空チャンバ１６は、１つ以上の真空ポンプポート１８を通した排気によって、選択された圧力（例えば、同一もしくは異なる亜大気圧、イオン化チャンバより低い圧力）に維持されることができる。
【００３５】
質量分析器７０は、種々の構成を有し得ることも、本明細書の教示に照らして、当業者によって理解されるであろう。概して、質量分析器７０は、イオン源６０によって生成されるサンプルイオンを処理（例えば、フィルタ、ソート、解離、検出等）するように構成される。非限定的な例として、質量分析器７０は、３連４重極質量分析器、または当業者に公知であり、本明細書の教示に従って修正される任意の他の質量分析器であることができる。本明細書に開示されるシステム、デバイス、および方法の種々の側面に従って修正され得る他の非限定的かつ例示的質量分光計システムが、例えば、Ｊａｍｅｓ  Ｗ．  Ｈａｇｅｒ  ａｎｄ  Ｊ．  Ｃ．  Ｙｖｅｓ  Ｌｅ  Ｂｌａｎｃによって著され、Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（２００３；１７：１０５６−１０６４）に公開された「Ｐｒｏｄｕｃｔ  ｉｏｎ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｑ−ｑ−Ｑｕｎｅａｒ  ｉｏｎ  ｔｒａｐ（Ｑ  ＴＲＡＰ（登録商標））  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」と題された論説、ならびに「Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｃｅｌｌ  ｆｏｒ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」と題された、米国特許第７，９２３，６８１号（参照することによって、それらの全体として本明細書によって組み込まれる）に見出されることができる。他の構成は、本明細書に説明されるものに限定されず、当業者に公知である他のものも含み、また、本明細書に開示されるシステム、デバイス、ならびに方法と併せて利用されることができる。例えば、他の好適な質量分析器は、単一４重極、３連４重極、ＴｏＦ型、トラップ型、およびハイブリッド型分析器を含み得る。さらに、例えば、イオン化チャンバ１２と質量分析器７０との間に配置され、それらの質量と電荷の比率ではなく高いおよび低い場における漂流ガスを通したそれらの移動性に基づいてイオンを分離するように構成されたイオン移動度分光計（例えば、微分移動度分光計）を含む任意の数の付加的要素が、システム１０に含まれ得ることを理解されたい。加えて、質量分析器７０は、分析器７０を通過するイオンを検出し得、例えば、検出された１秒あたりのイオンの数を示す信号を供給し得る検出器を備え得ることを理解されたい。
【００３６】
サンプリングプローブ３０は、種々の構成を有し得るが、概して、それによってリザーバ５０から送達される液体が大気に開放し、したがって、液体／空気界面を示す、開放端部を含む。開放端部はさらに、１つ以上の検体を含む、もしくは含むことが疑われるサンプルをそれを通して受け取るように構成されることができる。非限定的な例として、いくつかの実施形態において、サンプルは、サンプル空間内に存在する液体の中に直接導入（例えば、注入、ピペット操作、音響注入）され得る液体サンプルを含み得る。同様に、本教示の種々の側面による例えば、液体サンプルを直接受け取るために好適な、かつイオン化プロセスに適している任意の液体（例えば、溶媒）が、リザーバ５０によって提供され得ることが、当業者によって、本明細書の教示に照らして理解されるであろう。他の実施形態において、サンプルは、溶解のためにサンプル空間内に存在する液体の中に直接導入され得る固体サンプルを含み得る。
【００３７】
代替として、図１に示されるように、サンプルが、サンプリングプローブ３０のサンプル空間内の液体の中に挿入され得るサンプル基質２０を介して導入されることができる。種々の側面において、サンプル基質２０は、着目検体が吸着されている、官能化された表面（例えば、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）基質、表面コーティングされた磁性粒子）を有する基質から成ることができる。そのような側面において、リザーバ５０によって提供される液体は、吸着された検体の少なくとも一部が、基質２０のコーティングされた部分の挿入に応じて、コーティングされた表面から脱着溶媒の中に脱着させられるような脱着溶媒を含むことができる。そのような側面において、基質２０（例えば、ＳＰＭＥデバイス）から検体を脱着するために効果的であり、かつイオン化プロセスに適している、任意の脱着溶媒が、本教示における使用に好適であることが、当業者によって理解されるであろう。「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｓｅ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｉｃｒｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ」と題された、米国特許第５，６９１，２０５号、および「Ａ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓａｍｐｌｅ」と題された、ＰＣＴ公開第ＷＯ２０１５１８８２８２号（その教示は、参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる）は、本教示の種々の側面による使用に好適な例示的サンプル基質を説明する。
【００３８】
ここで図２を参照すると、プローブの開放端部を通して液体サンプルまたはサンプル基質２０を受け取るためのかつ図１のシステムにおける使用に好適である例示的サンプリングプローブ３０が、図式的に描写されている。示されるように、例示的サンプリングプローブ３０は、概して、リザーバ５０とイオン源６０との間に配置され、リザーバ５０（例えば、脱着溶媒）によって提供される液体内に混入される検体が、イオン源６０に送達され、それによってイオン化され得るように、その間に流体経路を提供する。サンプリングプローブ３０は、その開放端部を通して液体サンプルを受け取る、または基質から脱着させられた検体をサンプリングするための種々の構成を有し得るが、描写される例示的構成では、近位端３２ａから遠位端３２ｂに延びている、外部管（例えば、外部毛細管３２）と、外部毛細管３２内に同軸に配置される内部管（例えば、内部毛細管３４）とを含む。示されるように、内部毛細管３４も、近位端３４ａから遠位端３４ｂに延びている。内部毛細管３４は、それを通る流体チャネルを提供する軸上のボアを備え、それは、図２の例示的実施形態に示されるように、それを通して液体が基質サンプリングプローブ３０からプローブ出口導管４４ｃを介して基質イオン源６０に伝送され得るサンプリング導管３６を画定する（すなわち、サンプリング導管３６は、流体取り扱いシステム４０を介してエレクトロスプレー電極６４の内部ボアに流体的に結合されることができる）。他方では、外部毛細管３２の内面と内部毛細管３４の外面との間の環状空間が、脱着溶媒源５０に結合される入口端部から（例えば、プローブ入口導管４４ｂを介して）（内部毛細管３４の遠位端３４ｂに隣接する）出口端部に延びている、着溶媒導管３８を画定することができる。本教示のいくつかの例示的側面において、内部毛細管３４の遠位端３４ｂは、内部毛細管３４の遠位端３４ｂと外部毛細管３２の遠位端３２ｂとの間に延び、かつそれらによって画定される基質サンプリングプローブ３０の遠位流体チャンバ３５を画定するように、（例えば、図２に示されるような距離ｈだけ）外部毛細管３２の遠位端３２ｂに対して奥まった所に置かれることができる。したがって、遠位流体チャンバ３５は、基質サンプリングプローブ３０の開放遠位端と内部毛細管３４の遠位端３４ｂとの間に液体を含むように適合された空間を表す。さらに、サンプリングプローブ３０内の図２の矢印によって示されるように、脱着溶媒導管３８は、本遠位流体チャンバ３５を介してサンプリング導管３６と流体連通する。このように、脱着溶媒導管３８を通して遠位流体チャンバ３５に送達される流体は、イオン源６０へのその後の伝送のために、サンプリング導管３６の入口端部に進入し得る。内部毛細管３４は、サンプリング導管３６と、脱着溶媒導管３８を画定する、内部毛細管３４と外部毛細管３２との間の環状空間とを画定するように上で説明され、かつ図２に示されているが、内部毛細管３４によって画定される導管は、代わりに、（脱着溶媒導管を画定するように）脱着溶媒源５０に結合され得、内部毛細管３４と外部毛細管３２との間の環状空間は、（サンプリング導管を画定するように）イオン源６０に結合され得ることを理解されたい。
【００３９】
本教示によるサンプリングプローブはまた、例示的描写を表す図２のサンプリングプローブ３０を伴う、種々の構成およびサイズを有し得ることを理解されたい。非限定的な例として、内部毛細管３４の内径の寸法は、約１ミクロン〜約１ｍｍの範囲内（例えば、２００ミクロン）であり、内部毛細管３４の外径の例示的寸法は、約１００ミクロン〜約３または４ミリメートルの範囲内（例えば、３６０ミクロン）であることができる。また例として、外部毛細管３２の内径の寸法は、約１００ミクロン〜約３または４ミリメートルの範囲内（例えば、４５０ミクロン）であり、外部毛細管３２の外径の典型的寸法は、約１５０ミクロン〜約３または４ミリメートルの範囲内（例えば、９５０ミクロン）であることができる。内部毛細管３４および／または外部毛細管３２の断面形状は、円形、楕円形、超楕円形（すなわち、超楕円状に成形されている）、もしくはさらに多角形（例えば、正方形）であることができる。さらに、例示的サンプリングプローブ３０は、その上端において開放しているものとして図２に描写されているが、図１のシステムにおける使用に好適であり、本教示に従って修正されるサンプリングプローブは、例えば、「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｐｒｏｂｅ」と題された、米国公開第２０１３０２９４９７１号、および「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ  ｏｆ  ａ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｏ  ｂｅ  Ａｎａｌｙｚｅｄ」と題された、米国公開第２０１４０２１６１７７号（その教示は、参照することによってそれらの全体として本明細書に組み込まれる）において説明されるように、種々の配向（例えば、上下逆さまに）配向され得ることを理解されたい。本明細書に開示されるシステム、デバイス、および方法の種々の側面に従って修正され得る他の非限定的かつ例示的サンプリングプローブは、例えば、Ｖａｎ  Ｂｅｒｋｅｌ  ｅｔ  ａｌ．によって著され、Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ２９（１９），１７４９−１７５６に公開された「Ａｎ  ｏｐｅｎ  ｐｏｒｔ  ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｆｏｒ  ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」と題された論説（参照することによってその全体として組み込まれる）に見出されることができる。
【００４０】
図２に示されるように、それに検体が脱着させられ得るコーティングされた表面２２を有する例示的ＳＰＭＥ基質２０は、例えば、「Ａ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓａｍｐｌｅ」と題された、ＰＣＴ公開第ＷＯ２０１５１８８２８２号（その教示は、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるように、コーティングされた表面２２が少なくとも部分的に脱着溶媒（例えば、遠位流体チャンバ３５内の脱着溶媒）中に配置されるように、基質サンプリングプローブ３０の開放端部を通して挿入されるように図式的に描写されている。図２に示されるように、非限定的な例として、例示的基質２０は、その上にＳＰＭＥ抽出相（例えば、層）がコーティングされ、かつそれに１つ以上の着目検体がサンプルからの抽出の間に脱着させられ得る延在表面２２を備え得る。遠位流体チャンバ３５の中に挿入されているコーティングされた表面２２上で、遠位流体チャンバ３５内の脱着溶媒は、脱着させられた検体が脱着溶媒とともにサンプリング導管３６の入口の中に流動し得るように、コーティングされた表面２２上に吸着される１つ以上の検体の少なくとも一部を脱着するために効果的であり得る。本教示によるシステムおよび方法における使用のための基質は、概して、それによって提供される脱着溶媒が、基質から１つ以上の着目検体を脱着させるために効果的であるように、基質サンプリングプローブ３０によって提供される流体経路の中に少なくとも部分的に挿入されることが可能であるが、基質構成（例えば、粒子、繊維、ブレード、マイクロ先端、ピン、もしくはメッシュ）および／またはコーティング（例えば、ＨＬＢ−ＰＡＮ、Ｃ１８−ＰＡＮ、抗体等）は、特に限定されない。実際には、任意の公知の基質、および当技術分野において公知である、または今後本教示に従って開発ならびに修正されるコーティング化学物質が、本明細書に開示される方法およびシステムにおいて使用されることができる。本教示の種々の側面に従った使用に好適である他の例示的ＳＰＭＥデバイスが、例えば、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｓｅ  ｆｏｒ  Ｓｏｌｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｉｃｒｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ」と題された、米国特許第５，６９１，２０５号（その教示は、参照することによってそれらの全体として本明細書によって組み込まれる）に説明される。
【００４１】
図２に示されるように、リザーバ５０（例えば、脱着溶媒または他の液体源）は、（例えば、図１のポンプ４３の影響下で）それを通して液体が選択される体積率で送達され得る供給導管４４ｂを介して脱着溶媒導管３８に流体的に結合されることができる。基質２０（例えば、ＳＰＭＥデバイス）から検体を脱着させるために効果的であり、かつイオン化プロセスに適している任意の脱着溶媒が、本教示における使用に好適である。加えて、または代替として、１つ以上のポンプ機構が、同様に、サンプリング導管３６および／またはイオン源６０のエレクトロスプレー電極６４を通した体積流量であって、ポンプ４３によって提供されるものと同一またはそれと異なるように選択される体積流量を制御するために提供され得ることを理解されたい。例として、かつ上で記載されるように、霧化ガスの流量に対する変更は、サンプリング導管３６を通して体積流量を調節するために効果的であることができる。
【００４２】
脱着溶媒導管３８およびサンプリング導管３６の液体流量に応じて、サンプル空間３５内の液体は、開放端部において種々の表面構成または外形を帯び得る。本教示の種々の側面によるフィードバック制御システムは、サンプル空間３５における液体／空気界面の表面外形（例えば、形状）を検出および／または監視し、表面外形を制御するように、サンプリングプローブ３０および／またはエレクトロスプレー電極４４の種々のチャネルを通して体積流量を調節するように構成される。（例えば、主に、ポンプ４３の作用に起因し得る脱着溶媒導管３８を介した）サンプリングプローブ３０の中への体積流量と、（例えば、主に、霧化ガスの影響に起因し得るサンプリング導管３６を介した）サンプル空間３５からイオン源６０への液体の体積流量との関係に応じて、種々の液体条件が、サンプリングポート内に形成され得る。ここで図３Ａ−Ｅを参照すると、液体／空気界面の種々の例示的表面外形が、描写され、各々は、本教示に従って検出器９０によって検出され得る潜在的な表面外形、すなわち、超臨界渦巻状（図３Ａ）、臨界渦巻状（図３Ｂ）、亜臨界渦巻状（図３Ｃ）、平衡状態（図３Ｄ）、凸型（図３Ｅ）、および凸型溢出状（図３Ｆ）を表す。図３Ａに図式的に示されるように、液体／空気界面が、超臨界渦巻状外形を示しているとき、液体／空気界面の最小高さは、内部毛細管３４の遠位端３４ｂのレベルを下回る一方、界面の最大高さは、外部毛細管３２の遠位端３２ｂのレベルにある。図３Ｂに示されるように、臨界渦巻形状を示す液体／空気界面では、液体／空気界面の最小高さは、ほぼ内部毛細管３４の遠位端３４ｂのレベルにある一方、界面の最大高さは、外部毛細管３２の遠位端３２ｂのレベルにある。図３Ｃの亜臨界外形では、液体／空気界面の最小高さは、内部毛細管３４の遠位端３４ｂのレベルと外部毛細管３２の遠位端３２ｂとの間であり、界面の最大高さは、外部毛細管３２の遠位端３２ｂのレベルにある。図３Ｄの平衡外形では、液体／空気界面は、外部毛細管３２の遠位端３２ｂのレベルにおいて略平面状である一方、凸型外形（図３Ｅ）では、液体／空気界面の最大高さは、外部毛細管の遠位端３２ｂのレベルにおける液体／空気界面の最小高さからドーム形状を形成するように、外部毛細管３２の遠位端３２ｂのレベルを上回る。最後に、図３Ｆは、液体／空気界面の最大高さが、外部毛細管３２の遠位端３２ｂのレベルを上回り、液体が、その遠位端３２ｂから越流する、凸型溢出状の表面外形を描写する。
【００４３】
液体／空気界面において生成される具体的な表面外形は、本明細書に別様に注記されるような種々の導管のサイズ、液体温度、表面張力、および他の実験条件の関数であり得るが、（例えば、内部毛細管３４の遠位端３４ｂに対して）サンプル空間内の中心縦軸に沿った液体のレベルは、概して、（例えば、脱着溶媒導管３８を介して）サンプリングプローブの中への液体の体積流量を増加させることによって、（例えば、サンプリング導管３６を介して）サンプリングプローブから外への液体の体積流量を減少させることによって、またはその２つのある組み合わせによって増加されることができる。例として、平衡条件（例えば、略平面状の液体／空気界面）は、体積流量がほぼ等しいときに達成されることができる。しかしながら、ポンプ４３によって提供される溶媒送達率は、霧化ガスによって生成される吸引力に起因する溶媒除去率と比較されると比較的に低く、例えば、渦巻状表面外形が、図３Ａ−３Ｃにおけるように形成され得る。
【００４４】
ここで図４Ａ−Ｂを参照すると、本教示の種々の側面による種々の流動条件およびサンプリングプローブの液体／空気界面表面外形下で検出された信号の変動性を描写する、例示的ＭＳデータが、提供される。図４Ａ−Ｂを生成するために利用された実験条件は、溶媒ポンプ（例えば、図１のポンプ４３）によって提供される溶媒流量を除いて、同じであった。特に、サンプルは、７０ｐＬ／分（図４Ａ、低流量条件）および１５０ｐＬ／分（図４Ｂ、越流条件）でポンプによって提供されているメタノールの中に、（５０／５０  ＭｅＯＨ：Ｈ２Ｏ中の）２ｐＬレセルピンの注入を含み、霧化ガスは、９０ｐｓｉに維持された。低流量条件下では、その中に検体が導入される液体の減少された体積に起因して、より少ない希釈効果が存在し、それによって、図４Ａの例示的データに示されるようなＭＳ信号のより高い、より狭いピークの存在をもたらし得る。あるガスが、（例えば、図３Ａの超臨界渦巻条件におけるように）液体とともに吸引され得るので、気泡がイオン化チャンバの中に放出されると、ＭＳデータの異常または急上昇も、観察され得ることに留意されたい。他方では、溶媒送達率が、図４Ｂを生成するために利用された実験条件におけるように比較的に高いとき、ドーム状、すなわち、凸型の表面外形形状が、（図３Ｆにおけるように）形成され得る。より有意な希釈効果が、高流量／越流条件において、図４Ａのものに対して図４Ｂのより幅広い、かつより弱いＭＳピークの存在を通して観察され得るが、それにもかかわらず、凸型外形は、例えば、それに吸着される検体を有するＳＰＭＥ基質の増加された面積が、サンプル空間の脱着溶媒内に配置されることを可能にするようなある実験条件下で所望され得る。いずれにしても、それぞれ、図４Ａおよび４Ｂの低ならびに高流量の中に挿入されている複数の基質のＭＳ信号を比較するステップでは、（例えば、連続したサンプリングのためのサンプル導入時に）安定した、一貫した表面外形を維持するように、フィードバック制御を提供するための本明細書に説明される方法およびシステムが、結果として生じるＭＳデータの感度、正確度、ならびに再現性を確実にすることにおいて重要となり得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【００４５】
ここで図５を参照すると、本教示の種々の側面によるフィードバック制御システムの実装の概略ブロック図が、描写される。ポンプ４３によって提供される液体の流量、および／または霧化ガスの流量および／または圧力の設定が、最初に、（例えば、ポンプ４３の速度を制御することによって、および／または弁６５の開放を調節することによって）予期される表面外形条件に対応する値に設定され得るが、実験条件（例えば、温度、液体の表面張力、ポンプ速度の不安定性）の変動が、液体／空気界面の表面外形に対する望ましくない変化につながり得る。したがって、リザーバからサンプリングプローブ３０のサンプル空間３５に液体を提供するポンプ４３、およびサンプリング導管３２からの液体の吸引力を制御する、霧化源６３ならびに弁６５を用いて、検出器９０は、サンプリングプローブ３０の開放端部内の液体／空気界面の表面外形（例えば、形状、液体／空気界面の中心における液体レベル）を示すデータを生成することができる。上で記載されるように、本教示に従った使用に好適な例示的検出器は、界面における液体表面形状に関するデータを制御システム８０に提供し得る光学検出器、容量検出器、超音波検出器、および画像検出器（例えば、ＣＣＤ、カメラ）を含む。検出器９０から受信されたデータに基づいて、コントローラ８０は、次いで、表面外形アルゴリズムを利用し、液体／空気界面の本表面外形を決定し、必要である場合、制御信号を生成し、ポンプ速度または霧化ガス圧力を調節し、サンプリングプローブ３０内の液体の流量を修正し、（ユーザによって選択される、もしくは自動的に決定され得る）表面設定点に従った表面外形を生産することができる。
【００４６】
本教示の種々の側面による図１、２、および５のフィードバック制御システムの使用が、ここで、複数のサンプルを分析するための例示的自動化ワークフローに関して説明されるであろう。システム１０は、ポンプ４３、イオン源６０、および霧化源６３によって提供されるガス流動をオンにすることによって開始され得る。システム１０を安定させた後、検出器９０は、サンプリングプローブの液体／空気界面の表面外形を検出することができる。種々の側面によると、コントローラ８０は、次いで、サンプル空間３５に第１のサンプルを導入するステップに先立って、サンプリング設定点に従うように、表面外形データを第１の基準表面外形（例えば、ユーザによって予めプログラムされる、または選択され得るサンプリング設定点）と比較し、表面外形への調節が必要であるかどうかを決定することができる。例えば、表面外形がサンプリング設定点に対応しない場合、コントローラ８０は、本明細書に別様に議論されるように、ポンプ４３の速度および／または霧化ガスの流量をそれに応じて増加もしくは減少させることができる。非限定的な例として、コントローラ８０は、ポンプ４３によって提供される液体の流量を実質的に一定に維持しながら、液体／空気界面の表面外形が、サンプリング設定点に対応するように作製されるように、霧化源６３から提供される霧化ガスの流動を調節することによって、実験条件（例えば、温度効果、ポンプ４３の不安定性）の変化を考慮するように構成されることができる。表面外形をサンプリング設定点に従うように確認および／または調節することに応じて、第１のサンプルは、次いで、サンプル空間３５に含まれる液体の中に導入されることができる。
【００４７】
種々の側面において、例示的システム１０は、サンプル空間３５の中への自動化された導入のためにサンプリング基質２０を把持、保持、または別様にそれに結合するように、サンプル保持器に結合され得るロボットアーム、段電気機械トランスレータ、および／またはステップモータ等の作動機構（図示せず）を含むことができる。代替として、作動機構は、例えば、サンプル源（例えば、９６ウェルプレート）から液体サンプルを吸引するステップ、液体サンプルをサンプリングプローブ３０の開放端部に移送するステップ、１つ以上のサンプルを含むキャリアプレートを開放端部と整合させるように移送するステップ、および（例えば、整合されたサンプルウェルからのピペット注入ならびに音響ディスペンサまたは空気圧ディスペンサ等による分注を含む他の非接触技法を含む）液体／空気界面を介して溶媒の中に液体サンプルを分注するステップを含むサンプル空間３５の中に液体サンプルを導入（例えば、ピペット操作、音響注入）するように構成されることができる。本教示に従った使用に好適な１つの例示的ロボットシステムは、ＰＡＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって販売されるＣｏｎｃｅｐｔ−９６オートサンプラである。自動化されたワークフローに従って、作動機構は、コントローラ８０が、表面外形が所望されるサンプリング表面外形に対応していることを決定した後、コントローラ８０の制御下で、基質２０（または例えば、液体サンプル）をサンプリングプローブ３０のサンプル空間３５の中に導入することができる。さらに、同一または異なる作動機構は、同様に、例えば、基質を調整するステップ（例えば、着目検体の抽出を可能にするための表面のコーティングもしくは別様の官能化）と、（例えば、渦の有無にかかわらず、コーティングされた表面をサンプル中に浸漬させることによる）サンプルからの検体の抽出／濃縮と、（例えば、いくかの干渉分子、塩分、タンパク質等を除去するように、Ｈ２Ｏ中に検体がそれに脱着させられた基質２０を浸漬させることによって）抽出されたサンプルを濯洗するステップと、濯洗された基質２０をサンプリングプローブ３０のサンプル空間の中に挿入するステップとを含む完全なサンプル調製ワークフローにおいて利用され得ることを理解されたい。
【００４８】
本明細書に別様に議論されるように、（例えば、リザーバ５０から提供される脱着溶媒によってサンプル基質２０から脱着させられる）サンプル空間の中に導入され、かつ液体（例えば、脱着溶媒）内に混入される検体は、次いで、イオン化および質量分光分析のためにイオン源６０および質量分析器７０に送達されることができる。第１のサンプルからの検体が、サンプル空間３５から伝送された後（例えば、サンプリング基質２０の除去の後）、いくつかの側面において、コントローラ８０は、別の基質２０がその中に挿入され、それによって、引抜された基質によって堆積される残留サンプルを清掃し、および／またはいかなる空気中の物質も連続したサンプリングの間にサンプリング導管３６の中に伝送されないように防止する前に、サンプリングプローブ３０の開放端部を通して液体を一時的に越流させるように、リザーバ５０からサンプル空間３５への液体の体積流量の増加をもたらすように構成されることができる。例として、第１の基質２０が除去された後、コントローラ８０は、検出器９０によって生成されたデータを第２の基準表面外形（例えば、図３Ｅにおけるような表面外形を有する洗浄設定点）と比較し、ポンプ４３と、霧化源６３とのうちの一方によって提供される流量を所与の持続時間にわたって洗浄設定点の表面外形に対応するように自動的に調節することができる。第２のサンプルの導入に先立って、コントローラ８０は、次いで、表面外形検出器９０によって生成されたデータを利用し、表面外形を第１の基質からのサンプリングの間に利用されるサンプリング外形に整合させるように再調節することができる。このようにして、フィードバック制御システムは、サンプリング間の実験条件の変動を考慮しながら、一貫した希釈物効果を確実にすることに役立ち、それによって、複数のサンプリング間のＭＳデータの正確度および再現性を向上させることができる。
【００４９】
ここで図６を参照すると、プローブの開放端部を通してサンプル基質２０（または液体サンプル）を受け取るように構成された別の例示的サンプリングプローブ３０が、図式的に描写され、そこでは、超音波伝送機９５が、その反射が本教示の種々の側面による超音波検出器９０によって検出され得るプローブの開放端部の液体／空気界面に指向される超音波エネルギー（例えば、超音波）を発生させるように構成される。示されるように、例示的サンプリングプローブ３０は、図２に描写されるものと実質的に同じであるが、超音波伝送機９５および超音波検出器９０がサンプリングプローブ３０に結合されている点で異なる。示されるように、超音波伝送機９５は、超音波エネルギーを液体／空気界面の実質的に中心に向けるように、サンプリング導管３６の下方に配置され、それは、超音波検出器９０による検出のためにそこで反射されることができる。すなわち、伝送機は、超音波を導管壁４４ｃの下方から液体の中に伝搬させることができ、それは、界面に進行することに応じて、相境界において反射される。反射された超音波信号は、次いで、超音波検出器９０に戻り、それによって検出され、帰還時間データは、コントローラ８０によって、液体／空気界面の表面外形（例えば、液体レベル）を決定するために使用されことができる。例として、超音波エネルギーは、図３Ａ（超臨界渦巻状表面外形）に描写される液体／空気界面の中心から反射される場合、図３Ｅ（凸型表面外形）に描写されるものに対して、低減された帰還時間を示すであろうことを理解されたい。このようにして、コントローラ８０は、例として、加えて、または代替として、脱着溶媒の流量を霧化ガスの圧力もしくは流量を制御するためのポンプおよび／または弁６５のうちの１つ以上のものを調節することによって、本明細書に別様に議論されるように、サンプリングプローブ３０内で制御することができる。
【００５０】
本教示に従った使用に好適な超音波伝送機９５は、電気エネルギーを超音波周波数の広い範囲における音響超音波に変換するように構成されることができる。同様に、超音波検出器９０は、超音波をサンプリングプローブ３０内の液体レベルを（例えば、反射された超音波の帰還時間に基づいて）示す電気信号に変換することができる。伝送機９５および検出器９０は、別個であり得る、または超音波トランスデューサとして組み合わせられ得ることを理解されたい。超音波エネルギーは、少なくとも約１６ｋＨｚの周波数を示すことができるが、他の周波数の超音波も、本教示に従って利用されることができる。非限定的な例として、超音波伝送機９５は、電圧が印加されるとサイズを変化させるように構成された圧電性結晶（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電セラミック結晶質物質）を含む圧電トランスデューサであることができる。
代替として、超音波伝送機９５は、伝導性振動板と基材プレートとの間の静電場を利用し、超音波を発生させる容量トランスデューサであることができる。さらに、当業者は、当分野において公知であり、かつ本教示に従って修正される他の超音波伝送機９５および超音波検出器９０が、本原理との併用に好適であり得ることを理解するであろう。
【００５１】
本明細書で使用される節の見出しは、編成目的のみのためであり、限定するものとして解釈されるべきではない。本出願人の教示は、種々の実施形態に関連して記載されるが、本出願人の教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。逆に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、改変、および均等物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｆ】
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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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