(57)【要約】  本発明は、質量分析計及び／又はイオン移動度分光計の分野に関し、イオン化装置及び当該イオン化装置付きの質量分析計並びにイオン移動度分光計を提供し、さらにイオン化方法を提供する。本発明に係るイオン化装置のサンプリングプローブが試料を能動的で迅速に採取でき、サンプリング装置と加熱脱離装置とが一体化されることにより、サンプリング装置がより簡潔でコンパクトになり、電離部がサンプリング脱離部の下流に設置されることにより、サンプリングプローブが電離部と分析部材の入口との間の流れ場又は電界に干渉しないことを確保して、装置信号の再現性と分析の感度を保証することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリング脱離部及び電離部を含み、
前記サンプリング脱離部は、
前記サンプリング脱離部に着脱可能に取り付けられ、かつ試料の能動的採取に用いられ得るサンプリングプローブと、
常圧下又は常圧付近で前記サンプリングプローブを加熱することにより、試料を前記サンプリングプローブの表面から脱離させる加熱部材と、を含み、
前記電離部は、前記サンプリング脱離部の試料の物質移動方向の下流に設置されることを特徴とする、イオン化装置。
【請求項２】
前記サンプリングプローブを加熱する過程中の所定時間内に、前記サンプリングプローブの昇温速度は１００Ｋ／ｓを超えることを特徴とする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項３】
前記加熱部材は、交流又は直流電源であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項４】
前記加熱部材は、乾電池、蓄電池又はリチウム電池であることを特徴とする、請求項３に記載のイオン化装置。
【請求項５】
前記サンプリングプローブは、糸状、シート状、管状、帯状又はフィルム状の導体で製造され、前記導体は、チタン、鉄、コバルト、ガリウム、ニッケル、クロム、白金、ロジウム、イリジウム、ハフニウム、タングステン、レニウム、モリブデン金属単体又はチタン、鉄、コバルト、ガリウム、ニッケル、クロム、白金、ロジウム、イリジウム、ハフニウム、タングステン、レニウム、モリブデンの合金材料のうちの１種又は複数種で製造されることを特徴とする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項６】
前記導体の断面積は１０ｍｍ２未満であり、前記導体の断面形状は、円形又は矩形であることを特徴とする、請求項５に記載のイオン化装置。
【請求項７】
前記加熱部材は、温度制御部と、温度検出部とを含み、前記温度制御部は、前記温度検出部がフィードバックした温度情報に基づいて、前記加熱部材のオンオフ及び／又は電力の大きさを制御できることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオン化装置。
【請求項８】
前記温度制御部は、前記サンプリングプローブを加熱するように制御でき、前記サンプリングプローブ上の第１の成分を脱離させる第１の昇温モジュールと、前記サンプリングプローブを加熱するように制御でき、前記サンプリングプローブ上の第２の成分を脱離させる第２の昇温モジュールとを少なくとも含むことを特徴とする、請求項７に記載のイオン化装置。
【請求項９】
前記温度制御部は、前記サンプリングプローブを加熱するように制御でき、前記サンプリングプローブ上の試料を燃え尽きさせる第３の昇温モジュールを含むことを特徴とする、請求項７に記載のイオン化装置。
【請求項１０】
前記加熱部材は、前記サンプリングプローブを１０００℃以上に加熱できることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオン化装置。
【請求項１１】
前記加熱部材は、電磁界発生器であり、前記サンプリングプローブは、強磁性材料で製造され、前記電磁界発生器が発生した高周波電磁界に設置されることを特徴とする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項１２】
前記電磁界発生器は、ソレノイド又は渦巻きコイルであり、前記サンプリングプローブは、前記ソレノイド又は渦巻きコイルの中心軸線位置に設置されることを特徴とする、請求項１１に記載のイオン化装置。
【請求項１３】
前記電離部は、エレクトロスプレーイオン源、グロー放電イオン源、誘電体バリア放電イオン源、コロナ放電イオン源又は光電離源のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする、請求項１〜６又は１１〜１２のいずれか１項に記載のイオン化装置。
【請求項１４】
前記電離部が生成した反応粒子は、帯電液滴、イオン、電子、光子又は準安定状態原子のうちの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜６又は１１〜１２のいずれか１項に記載のイオン化装置。
【請求項１５】
前記電離部は、室圧電離源及び／又は低気圧電離源であることを特徴とする、請求項１〜６又は１１〜１２のいずれか１項に記載のイオン化装置。
【請求項１６】
前記低気圧電離源の動作気圧は、５０Ｐａ〜５００Ｐａ、５００Ｐａ〜５０００Ｐａ、又は５ｋＰａ〜５０ｋＰａであることを特徴とする、請求項１５に記載のイオン化装置。
【請求項１７】
補助ガス流を生成して脱離後の試料を前記電離部に搬送するためのキャリアガス生成装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のイオン化装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のイオン化装置を含むことを特徴とする、質量分析計。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のイオン化装置を含むことを特徴とする、イオン移動度分光計。
【請求項２０】
サンプリングプローブで試料を能動的に採取するステップと、
加熱部材でサンプリングプローブを常圧下で加熱することにより、試料を前記サンプリングプローブ表面から脱離させるステップと、
脱離後の試料を、試料の物質移動方向の下流に設置された電離部に搬送するステップと、
脱離後の試料を電離するステップと、を含むことを特徴とする、イオン化方法。
【請求項２１】
加熱過程の所定時間内に、前記サンプリングプローブの昇温速度は１００Ｋ／ｓを超えることを特徴とする、請求項２０に記載のイオン化方法。
【請求項２２】
前記サンプリングプローブの加熱過程は、第１の昇温段階と第２の昇温段階とを少なくとも含み、前記第１の昇温段階では、前記サンプリングプローブ上の第１の成分が脱離し、前記第２の昇温段階では、前記サンプリングプローブ上の第２の成分が脱離することを特徴とする請求項２０に記載のイオン化方法。
【請求項２３】
前記サンプリングプローブの加熱過程は、第３の昇温段階を含み、前記第３の昇温段階では、前記サンプリングプローブ上の試料が燃え尽きられることを特徴とする、請求項２０又は２２に記載のイオン化方法。
【請求項２４】
前記サンプリングプローブを用いて試料を能動的に採取するステップでは、加熱したサンプリングプローブを用いてサンプリングすることを特徴とする、請求項２０に記載のイオン化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析計又はイオン移動度分光計の分野に関し、より詳細には、質量分析又はイオン移動度分光用の試料をイオン化するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な混合物の分析における液体クロマトグラフィー−質量分析システムの広範囲な応用に伴い、エレクトロスプレーイオン源及び大気圧化学イオン化源のような、大気圧下で動作するイオン源は、既に食品安全、環境保護及び国家安全などの分野で使用されている。しかしながら、分析中に試料を分析システムに導入する前の前処理において多くの時間がかかるため、イオン分析技術の工業及び商業分野におけるさらなる普及と応用が妨げられる。
【０００３】
近年、脱離エレクトロスプレーイオン化法（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ＤＥＳＩ）、リアルタイム直接分析法（Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｉｎ  Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ、ＤＡＲＴ）、大気圧固体試料プローブ（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｏｌｉｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｐｒｏｂｅ、ＡＳＡＰ）、脱離大気圧化学イオン化法（Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ、ＤＡＰＣＩ）などのますます多くの種類の直接分析方法の出現に伴い、この問題が緩和されている。
【０００４】
直接分析イオン源の特徴は、試料前処理とクロマトグラフィー分離を行う必要がなく、基質を持つ試料をそのまま分析できることである。分析のフローから見ると、その典型的な分析プロセスは、固体又は液体試料中の測定対象を元の凝集状態から脱離し、微小な液滴、エアロゾル、分子及び原子などを形成するステップ、及び脱離された測定対象と、イオン、電子、光子及び準安定状態原子などのような各種反応物とを、混合して電離反応させることにより、測定対象のイオンを生成するステップという２つのステップに分けられ得る。
【０００５】
脱離ステップは、主に試料にエネルギーを伝達することにより、試料に十分なエネルギーを取得させて分子間力の拘束を断ち切る。エネルギー取得方式の違いに応じて、それは、加熱、レーザー、超音波、弾性表面波、粒子で試料に衝突することのような様々な方法を採用して脱離することができる。試料を加熱して加熱脱離が発生することは、最も一般的な加熱脱離方法の１つである。
【０００６】
加熱脱離方法は、早期に同位体存在量測定のための表面電離型質量分析に適用されており、Ｈ．Ｗ．ＷＩＬＳＯＮらは、総説論文Ｊ．ＳＣＩ．ＮＳＴＲＵＭ．、１９６３、ＶＯＬ．４０、２７３−２８５（非特許文献１）において、表面電離型質量分析において採用されたシングルプローブ及びトリプルプローブの構成に対していずれも紹介している。同位体存在量測定の測定時間が長いため、永続的に有効な試料信号を得るために、一般的に脱離に用いられるプローブは、表面電離プローブの温度よりも低い温度に長期間保持される必要があり、また、効率的な電離効率とフィラメント耐用年数を保証するために、加熱フィラメントを非常に低い気圧下に置く必要があり、常圧付近で動作することができず、装置の動作環境に対する要求が高い。
【０００７】
加熱脱離方法は、さらに二次元平面のイメージング質量分析に用いられ得る。ＰＣＴ特許ＷＯ２０１２０４０５５９（特許文献１）には、ナノスケールプローブを用いて試料表面の化学成分への分析を実現する装置が開示されており、当該装置のプローブ先端は、２００℃以上に加熱され得、試料表面に当該プローブを接触させると、試料表面の極小領域の物質を気化させ、気化した物質の化学組成を電離装置及び分析装置で分析することにより、二次元平面上の高分解能なサンプリングと分析を実現することができる。しかしながら、当該装置の用途、すなわち二次元平面の高分解能なサンプリングと分析に制限されるため、試料を支持する支持具と試料を加熱するプローブとは別個に設置しなければならず、当該設置方式により装置構成及び操作の両方を複雑にし、迅速にサンプリングすることができず、また、毎回の脱離の試料量が限られており、分析感度が低い。
【０００８】
近年、研究者らは、加熱脱離技術を直接分析イオン源と結合し、加熱脱離による直接分析イオン源を取得している。図１に示すように、米国特許ＵＳ８７５４３６５（特許文献２）には、直接分析に用いられ得るイオン化装置が開示されており、当該イオン化装置の脱離部分の試料支持具は、電離アセンブリ１０１と分析部材の入口１０３との間に設置された金網１０２である。使用時には、試料を金網１０２に置き、当該金網１０２を加熱して試料を脱離させることができる。
【０００９】
しかしながら、当該技術案では、金網１０２、電離アセンブリ１０１及び分析部材１０３の三者の設置順により、信号の再現性、分析の感度及び分析の速度、利便性を両立させにくい。例えば、図１の左側のイオン源１０１がＤＡＲＴイオン源を採用すると、準安定状態原子、イオン、電子がキャリアガス装置により金網１０２に搬送され、金網１０２上の試料が加熱脱離した後に当該準安定状態物質と反応して電離し、かつ最終的にキャリアガスと共に質量分析計入口１０３に入る。金網１０２は、イオン源１０１と質量分析計入口１０３との間に設置され、キャリアガスの流れ場に干渉し、最終的に質量分析計入口１０３に入る信号の安定に影響を与える。イオン源１０１の物質移動過程がキャリアガスによって駆動されずに、電界駆動に切り替えられても、金網１０２は、イオン源１０１と質量分析計入口１０３との間の電界に干渉し、分析の再現性に影響を与える。
【００１０】
また、特許ＣＮ１０２９６９２１７（特許文献３）には、質量分析システムに用いられる加熱脱離装置が開示されており、測定対象が付着したサンプリングプローブを加熱通路に入れて測定対象の加熱脱離を完了させ、気相の測定対象を生成した後、電離装置が生成した帯電液滴との電離反応を行うことにより、測定対象のイオンを生成して質量分析を行う。当該装置に採用される加熱通路は、熱放射又は熱対流の方式でプローブを加熱し、加熱効率が低く、高い昇温速度と温度上限を得ることが困難である。また、電力消費に敏感な携帯型機器に対して、当該技術案は、熱エネルギー損失が大きく、普及し使用しにくい。また、当該装置における加熱通路は、汚染されやすいため、メモリ効果が発生し、試料の分析に影響を与える。
【００１１】
したがって、従来の技術における加熱脱離及びイオン化装置は、作業環境条件に対する要求が高く、装置及び構成操作が複雑で、分析感度が低く、再現性が低い等の問題があり、特に、これらの問題を同時に解決できる技術案は乏しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０４０５５９
【特許文献２】ＵＳ８７５４３６５
【特許文献３】ＣＮ１０２９６９２１７
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｊ．ＳＣＩ．ＮＳＴＲＵＭ．、１９６３、ＶＯＬ．４０、２７３−２８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の技術において存在する上記問題に鑑み、本発明は、プローブを用いて試料を直接採取するとともに、採取された試料をプローブから迅速に脱離させることにより、再現性と分析感度を確保するとともに、分析過程全体の効率を向上させることができるイオン化装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るイオン化装置は、サンプリング脱離部及び電離部を含み、前記サンプリング脱離部は、前記サンプリング脱離部に着脱可能に取り付けられ、かつ試料の能動的採取に用いられ得るサンプリングプローブと、常圧下又は常圧付近で前記サンプリングプローブを加熱することにより、試料を前記サンプリングプローブの表面から脱離させる加熱部材と、を含み、前記電離部は、前記サンプリング脱離部の試料の物質移動方向の下流に設置される。
【００１６】
本発明に係る技術案では、イオン化装置におけるサンプリングプローブは、ユーザにより取り外された後に試料を能動的に採取し、かつ戻された後に常圧又は常圧付近で直接加熱されるか、又はプローブ駆動部によって移動するように駆動されて試料を能動的に採取することができる。プロセス全体が簡単で迅速であり、試料を移送する必要がなく、真空引きする必要がなく、サンプリング装置と加熱脱離装置とが一体化されることにより、サンプリング装置がより簡潔でコンパクトになり、また、電離部がサンプリング脱離部の下流に設置されることにより、サンプリングプローブが物質移動方向での電離部の流れ場又は電界に干渉しないことを確保して、装置信号の再現性と分析の感度を保証することができ、また、加熱部材でサンプリングプローブを直接加熱することにより、加熱過程の熱効率を向上させ、試料をより高効率で脱離させ、さらに分析過程の効率を向上させることができる。
【００１７】
当業者によって理解されるように、本発明における「常圧下又は常圧付近」とは、大気圧又は大気圧よりもわずかに低い真空状態を意味する。
【００１８】
本発明の好ましい技術案では、前記サンプリングプローブを加熱する過程中の所定時間内に、前記サンプリングプローブの昇温速度は１００Ｋ／ｓを超える。サンプリングプローブの急速昇温は、試料の脱離速度を上げるだけでなく、昇温速度が一定の範囲を超えると、液体試料がサンプリングプローブの表面から液滴の形態で脱離することにより、熱分解しやすい試料の高温での解離を回避して、試料の分子構造への破壊を軽減し、装置による測定可能な試料の種類を広げることができる。試料の種類と加熱速度の違いに応じて、急速昇温により生成可能な物質移動流体の形態は、エアロゾル、ガス分子、イオン又は原子等をさらに含むが、これらに限定されない。好ましくは、前記サンプリングプローブの昇温速度は、（ｉ）１００−１５０Ｋ／ｓ、（ｉｉ）１５０−２００Ｋ／ｓ、（ｉｉｉ）２００−２５０Ｋ／ｓ、（ｉｖ）２５０−３００Ｋ／ｓ、（ｖ）＞２００Ｋ／ｓ、及び（ｖｉ）＞３００Ｋ／ｓという範囲から択一的に選択される。
【００１９】
本発明の好ましい技術案では、前記加熱部材は、交流又は直流電源である。さらに、前記加熱部材は、乾電池、蓄電池又はリチウム電池である。加熱部材として電池を採用することにより、装置の携帯性を向上させ、日常的なメンテナンス及び保守を容易にすることができる。
【００２０】
本発明の好ましい技術案では、前記サンプリングプローブは、糸状、シート状、管状、帯状又はフィルム状の導体で製造される。糸状、シート状、管状、帯状又はフィルム状の導体を用いてサンプリングプローブを製造することにより、サンプリングプローブの断面積を小さくすることができ、サンプリングプローブの比表面積を増加させ、サンプリングプローブの昇温及び降温速度を向上させる一方で、断面積の減少により導体の単位長さの抵抗を増加させて、電気エネルギーの消費が主にプローブに集中することを保証し、導線部分のエネルギー損失を低減することができる。通常、通電後の装置では、サンプリングプローブ部分のみが加熱され、他の部品は、いずれも環境温度に保持されるため、熱効率が極めて高く、消費電力も低い。
【００２１】
好ましくは、前記導体の断面積は１０ｍｍ２より小さい。さらに好ましくは、前記導体の断面積は、（ｉ）＜１ｍｍ２、（ｉｉ）１−２ｍｍ２、（ｉｉｉ）２−４ｍｍ２、（ｉｖ）４−６ｍｍ２、（ｖ）６−８ｍｍ２、及び（ｖｉ）８−１０ｍｍ２という範囲から択一的に選択され得る。
【００２２】
さらに、前記導体の常温抵抗率は、４Ｅ−８Ω・ｍよりも大きい。高抵抗率の導体を用いてサンプリングプローブを製造することにより、サンプリングプローブの抵抗をさらに高くし、同等の電流条件でも、サンプリングプローブ部分がより大きな発熱量で急速に昇温して加熱されることを保証することができる。
【００２３】
さらに、前記導体は、チタン、鉄、コバルト、ガリウム、ニッケル、クロム、白金、ロジウム、イリジウム、ハフニウム、タングステン、レニウム、モリブデン金属単体又はチタン、鉄、コバルト、ガリウム、ニッケル、クロム、白金、ロジウム、イリジウム、ハフニウム、タングステン、レニウム、モリブデンの合金材料のうちの１種又は複数種で製造される。上記金属導体を用いて製造したサンプリングプローブは、一定の展延性を有し、適切な形状のサンプリングプローブに曲げることができ、試料を採取しやすく、同時に、金属導体の耐熱性能及び導電性能は、いずれも適切であり、サンプリングプローブの寿命及び加熱効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、前記導体の断面形状は、円形又は矩形である。より好ましくは、円形断面が採用される。本発明におけるサンプリングプローブは、試料を能動的に採取する必要があるため、試料採取時に変形しやすく、円形断面であれば、変形時に抵抗変化が発生しにくいため、プローブ抵抗変化による加熱速度のドリフトを低減させる。
【００２５】
本発明の好ましい技術案では、前記サンプリングプローブにより採取された試料は、ポリペプチド試料である。当該ポリペプチド試料は、一般的にポリペプチド試料の水溶液である。具体的には、本発明のいくつかの好ましい技術案では、サンプリングプローブが高い昇温速度で昇温できる場合に、ポリペプチド溶液試料の局所的な突沸を起こして、試料をプローブの表面から液滴の形態で離脱させ、ポリペプチド試料が高すぎる温度に徐々に加熱されて解離することを回避することができる。
【００２６】
本発明の好ましい技術案では、前記加熱部材は、温度制御部と、温度検出部とを含み、前記温度制御部は、前記温度検出部がフィードバックした温度情報に基づいて、前記加熱部材のオンオフ及び／又は電力の大きさを制御できる。温度制御部及び検出部を用いると、サンプリングプローブの加熱温度を厳密に制御し、試料の種類及び分析目的に応じて好適な昇温曲線を設計することにより、イオン化装置の使用の柔軟性を大幅に向上させることができる。
【００２７】
さらに、前記温度制御部は、前記サンプリングプローブを加熱するように制御でき、前記サンプリングプローブ上の第１の成分を脱離させる第１の昇温モジュールと、前記サンプリングプローブを加熱するように制御でき、前記サンプリングプローブ上の第２の成分を脱離させる第２の昇温モジュールとを少なくとも含む。異なる昇温モジュールにより試料を段階的に加熱することにより、試料中の異なる成分を異なる時間、異なる温度で脱離させ、試料中の複数種の異なる成分を分離する機能を装置に付与することができる。
【００２８】
さらに、前記温度制御部は、前記サンプリングプローブを加熱するように制御でき、前記サンプリングプローブ上の試料を燃え尽きさせる第３の昇温モジュールをさらに含む。温度制御部は、サンプリングプローブを所定の高温状態に昇温させるように制御することにより、その表面の試料を燃え尽きさせてサンプリングプローブ表面の清潔を保持し、プローブの繰り返し使用時に、残った試料の実験結果への影響を回避することができる。
【００２９】
本発明の好ましい技術案では、前記加熱部材は、前記サンプリングプローブを１０００℃以上に加熱することができる。高い加熱温度は、試料測定が完了したときの燃え尽きに用いられ得る一方で、揮発しにくい試料を加熱脱離させ、分析可能な試料範囲を広げることができる。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、糸状、フィルム状、シート状、帯状等の形状の金属又は合金材料を用いてサンプリングプローブを製造することができ、高い比表面積及び小さい体積により、そのようなサンプリングプローブの昇温速度及び降温速度がいずれも非常に速く、降温が遅すぎることにより検出効率に影響を与える恐れがないため、特に、燃え尽きの方法によるサンプリングプローブの処理が好適である。
【００３０】
本発明の好ましい技術案では、前記加熱部材は、電磁界発生器であり、前記サンプリングプローブは、強磁性材料で製造され、前記電磁界発生器が発生した高周波電磁界に設置される。高周波電磁界において強磁性のサンプリングプローブを加熱することにより、別の形態でサンプリングプローブを急速に昇温させることができる装置設計を提供する。
【００３１】
さらに、前記電磁界発生器は、ソレノイド又は渦巻きコイルであり、前記サンプリングプローブは、前記ソレノイド又は渦巻きコイルの中心軸線位置に設置される。当該設置形態は、サンプリングプローブにおける磁束の変化率を高め、その内部の誘導渦電流を増加させ、さらにその昇温速度を高めることができる。
【００３２】
本発明の好ましい技術案では、前記電離部は、エレクトロスプレーイオン源、グロー放電イオン源、誘電体バリア放電イオン源、コロナ放電イオン源又は光電離源のうちの少なくとも１種を含む。直接分析電離源と組み合わせて、装置の分析効率を最大限に向上させることにより、好ましい本技術案におけるイオン化装置は、工業シーンに、より好適に適用することができる。好ましくは、前記電離部は、エレクトロスプレーイオン源又はグロー放電イオン源である。エレクトロスプレーイオン源は、中極性及び強極性の試料に、より適する。グロー放電イオン源は、中極性又は弱極性の試料に適用する。より好ましくは、前記グロー放電イオン源は、分析部材の内部に設置される。
【００３３】
本発明の好ましい技術案では、前記電離部が生成した反応粒子は、帯電液滴、イオン、電子、光子又は準安定状態原子のうちの少なくとも１種である。
【００３４】
本発明の好ましい技術案では、前記電離部は、室圧電離源及び／又は低気圧電離源である。さらに、前記電離部は、分析部材の外部に設置された室圧電離源と、分析部材の内部に設置された低気圧電離源とを含む。室圧電離源と低気圧電離源を併用すると、試料中の異なる種類の成分を電離し、装置が取得可能な試料情報を豊富にする一方で、装置が適用可能な試料タイプを増加させることができる。
【００３５】
さらに、前記低気圧電離源の動作気圧は、５０Ｐａ〜５００Ｐａ、５００Ｐａ〜５０００Ｐａ、又は５ｋＰａ〜５０ｋＰａである。
【００３６】
本発明の好ましい技術案では、前記イオン化装置は、補助ガス流を生成して脱離後の試料を前記電離部に搬送するためのキャリアガス生成装置をさらに含む。
【００３７】
前記のように、本発明の好ましい技術案では、イオン化装置のサンプリングプローブが試料を能動的で迅速に採取でき、サンプリング装置と加熱脱離装置とが一体化されることにより、サンプリング装置がより簡潔でコンパクトになり、また、当該加熱脱離装置は、高抵抗率の糸状、帯状等の形状の材料で製造され、同等の電流条件で発熱量が大きく、昇温が速く、高い熱効率を有する。昇温及び降温の速度がいずれも速いため、単一試料の分析時間を大幅に短縮し、分析スループットを向上させることができる。また、急速昇温により、熱噴霧のような過程を起こすことができ、液体の試料については液滴の形態で加熱脱離プローブの表面から脱離する可能性があり、熱分解しやすい試料の高温での解離を回避することができるため、当該装置は、試料の分子構造を破壊しなくてもよいか又はその破壊程度を軽減することができる。また、電離部がサンプリング脱離部の下流に設置されることにより、サンプリングプローブが物質移動方向での電離部の流れ場又は電界に干渉しないことを確保して、装置信号の再現性と分析の感度を保証することができる。
【００３８】
本発明は、イオン化装置付きの質量分析計及びイオン移動度分光計を提供する。
【００３９】
本発明に係るイオン化方法は、サンプリングプローブをサンプリング脱離部から取り外し、試料を能動的に採取するステップと、加熱部材でサンプリングプローブを常圧下で加熱することにより、試料を前記サンプリングプローブ表面から脱離させるステップと、脱離後の試料を、試料の物質移動方向の下流に設置された電離部に搬送するステップと、脱離後の試料を電離するステップと、を含む。
【００４０】
本発明に係るイオン化方法は、便利で迅速であり、安定した試料信号を取得することができ、後続の分析の感度を向上させる。
【００４１】
本発明の好ましい技術案では、前記サンプリングプローブの加熱過程は、第１の昇温段階と第２の昇温段階とを少なくとも含み、前記第１の昇温段階では、前記サンプリングプローブ上の第１の成分が脱離し、前記第２の昇温段階では、前記サンプリングプローブ上の第２の成分が脱離する。加熱過程は、段階的に昇温する方式で実施され、第１の昇温段階では、サンプリングプローブをＴ１温度に昇温することにより、サンプリングプローブ上の試料のうちのいずれかの沸点が低い成分はまず脱離する。好ましくは、第１の昇温段階では、目標温度に昇温する場合に、Ｔ１温度で一定時間保持して、当該沸点の低い成分を完全に脱離させ、そして、第２の昇温段階では、サンプリングプローブをＴ２温度に昇温し、試料中の第２の成分を脱離させる。当然のことながら、当業者も実際の試料の種類と分析内容の需要に応じて、他の昇温モジュールを柔軟に設定するか又は昇温曲線を調整することにより、試料中の測定対象の成分をできるだけ干渉信号と分離させることができる。
【００４２】
本発明の好ましい技術案では、前記サンプリングプローブの加熱過程は、第３の昇温段階をさらに含み、前記第３の昇温段階では、前記サンプリングプローブ上の試料が燃え尽きられる。本発明におけるサンプリングプローブは、試料と直接接触して試料を採取するため、クリーニングが不適切であると、試料間のクロスコンタミネーションが起こりやすく、測定結果に影響を与える。この好ましい技術案では、第３の昇温段階の高温でサンプリングプローブ上の試料を燃え尽きさせることにより、サンプリングプローブに対するクリーニングを実現することができ、かつ、当該過程は簡単で迅速である。本技術案のいくつかの実施形態では、サンプリングプローブは、糸状、シート状、フィルム状、帯状等の形状の金属で製造され、その放熱効率が高く、その降温速度の問題を心配する必要がなく、特に高温で燃え尽きの方法によるプローブの処理が好適である。
【００４３】
本発明の好ましい技術案では、サンプリングプローブで試料を能動的に採取するステップでは、加熱されたサンプリングプローブでサンプリングする。加熱されたプローブを用いると、常温プローブが実行しにくいサンプリング動作を行い、例えば、加熱されたプローブは、物体の表面を焼灼した後に、物体の表面の下方の試料を採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の技術における直接分析のためのイオン化装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における質量分析計の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるサンプリングプローブの概略構成図である。
【図４】本発明の別の実施形態における質量分析計の概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施形態における質量分析計の概略構成図である。
【図６】本発明の一実施形態における加熱部材の概略構成図である。
【図７】本発明の別の実施形態におけるサンプリングプローブの概略構成図である。
【図８】本発明の他の実施形態におけるサンプリングプローブの概略構成図である。
【図９】本発明の一実施形態における、１０ｐｐｂ、５ｐｐｂ、１ｐｐｂ及び０．５ｐｐｂ濃度のアフラトキシンＢ１試料からそれぞれ得られたフラグメントイオン（ｍ／ｚ＝２４１）のイオン流を示す図である。
【図１０】図９における濃度１０ｐｐｂのカフェイン試料から得られたフラグメントイオンのイオン流を示す図である。
【図１１】図９における濃度２０ｐｐｂのロキシスロマイシン試料から得られたフラグメントイオンのイオン流を示す図である。
【図１２】図９における濃度２０ｐｐｂのメラミン試料を３回繰り返しローディングして得られた信号応答である。
【図１３】本発明の一実施形態における、濃度５０ｐｐｂのブラジキニン試料から得られた二重荷電イオンの総イオン流を示す図である。
【図１４】図１３における濃度５０ｐｐｂのブラジキニン試料から得られた二重荷電イオンのマススペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。当業者によって理解されるように、これらの実施形態は、本発明の技術原理を解釈するためのものであり、本発明の保護範囲を限定することを意図していない。当業者であれば、必要に応じて具体的な応用シーンに適応するように調整することができる。
【００４６】
なお、本発明の好ましい実施形態の説明において、用語「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「垂直」、「水平」、「内」、「外」などで指示される方位又は位置関係は、図面に基づいて示される方位又は位置関係であり、説明を容易にするためのものに過ぎず、前記装置又は構成部分が必ず特定の方位を有し、特定の方位で構成し操作することを指示又は暗示するものではないので、本発明を限定するものであると理解してはならない。
【実施形態１】
【００４７】
本実施形態は、まず、質量分析計に適用されるイオン化装置を提供し、その構成を図２に示し、質量分析計は、サンプリング脱離部２００Ａ及び電離部２００Ｂを含むイオン化装置２００と、分析部材２０４とを含み、サンプリング脱離部２００Ａは、サンプリングプローブ２０１と、加熱部材２０２とを含み、サンプリングプローブ２０１とサンプリング脱離部２００Ａとは分離可能であり、ユーザは、サンプリングプローブ２０１を取り外した後、点着、ディッピング、浸漬、拭き取り等の方式で試料に直接接触させ、その後、それを戻すことでサンプリング動作を完了させることができる。プローブ駆動部（図示せず）によってサンプリングプローブ２０１を試料箇所に移動させるように駆動して、試料を能動的にサンプリングすることができる。当該構成設計は、サンプリングの過程をより便利で迅速にすることにより、本実施形態におけるイオン化装置２００が試料の迅速な分析を行うことができ、工業的な普及に適する。
【００４８】
加熱部材２０２は、電流源であり、サンプリングプローブ２０１を加熱でき、加熱された試料は、サンプリングプローブ２０１の表面から加熱脱離して気体移動相を形成し、当該移動相は移動相流路の下流に設置された電離部２００Ｂの近傍に拡散するか又は搬送され、電離部２００Ｂが生成した反応粒子と反応して電離し、測定対象のイオンを形成する。
【００４９】
本実施形態におけるサンプリングプローブ２０１は、常圧又は常圧付近で加熱され得、煩雑で時間のかかる真空引きとガス抜きのステップを必要とせず、装置構成を簡略化し、分析効率を向上させる。同時に、従来の技術におけるイオン源から試料箇所に反応粒子を搬送する物質移動方式とは異なり、本実施形態における電離部２００Ｂは、サンプリング脱離部２００Ａの試料の物質移動方向に沿った下流に設置され、すなわち、サンプリング脱離部２００Ａで試料を脱離させた後、試料を電離部２００Ｂの位置に移送する。当該設置方法は、サンプリングプローブ２０１が電離部２００Ｂと分析部材の入口２０３との間の流れ場又は電界に干渉しないことを確保することにより、安定した測定対象のイオンを提供して、分析の再現性を保証することができる。また、加熱部材２０２は、試料を支持したサンプリングプローブ２０１を直接加熱して、加熱過程の熱効率を向上させ、試料がより高効率で脱離することを許容し、さらに分析過程の効率を向上させ、より迅速で効率的な工業応用に適したものとすることができる。
【００５０】
したがって、本実施例におけるイオン化装置２００によれば、簡単な装置構成により、試料の常圧での迅速な加熱脱離を実現するとともに、脱離後の試料の安定した電離を確保して、後続の質量分析に安定した測定対象のイオン源を提供することにより、質量分析計による分析の再現性と感度を向上させることができる。
【００５１】
本実施形態は、上記イオン化装置２００を用いて検出対象のイオン源を形成する方法をさらに提供し、以下で、例を挙げて各ステップを説明する。
【００５２】
サンプリングプローブ２０１をサンプリング脱離部２００Ａから取り外し、そのまま試験管から試料をディッピングし、
サンプリングプローブ２０１を加熱作業位置に戻した後、カートリッジカバーを閉じ、
加熱部材２０２の電源スイッチをオンにして、加熱部材２０２の出力電力を設定し、加熱を開始し、
試料３０２をサンプリングプローブ２０１の表面から脱離させ、
脱離後の試料を試料の物質移動方向の下流に設置された電離部２００Ｂの位置まで搬送し、電離部２００Ｂが生成した反応粒子は脱離後の試料と反応して、試料を電離し、測定対象のイオンを形成する。
【００５３】
当該方法によれば、簡単な装置構造により、試料の常圧での迅速な加熱脱離を実現するとともに、脱離後の試料の安定した電離を確保して、後続の質量分析に安定した測定対象のイオン源を提供することにより、質量分析計による分析の再現性と感度を向上させることができる。
【００５４】
本発明のイオン化装置２００の質量分析計の分析感度に対する向上効果を検証するために、本発明のイオン化装置２００と分析部材２０４である三連四重極型質量分析計とを併用して得られた質量分析計は、ＭＲＭ動作モードで各種の試料を検出して分析する。図９〜図１１は、得られたフラグメントイオン流束の経時変化図である。
【００５５】
図９は、１０ｐｐｂ、５ｐｐｂ、１ｐｐｂ及び０．５ｐｐｂ濃度のアフラトキシンＢ１試料からそれぞれ得られたフラグメントイオン（ｍ／ｚ＝２４１）のイオン流を示す図である。図１０は、濃度１０ｐｐｂのカフェイン試料から得られたフラグメントイオン（ｍ／ｚ＝１３８）のイオン流を示す図である。図１１は、濃度２０ｐｐｂのロキシスロマイシン試料から得られたフラグメントイオン（ｍ／ｚ＝６７９）のイオン流を示す図である。以上のイオン流を示す図は、いずれも試料を複数回繰り返してローディングして得られた分析結果である。
【００５６】
図９〜図１１から分かるように、複数種類の試料について、本発明のイオン化装置２００を用いてイオン化すると、いずれも各イオンピークが明瞭に視認され、かつＳ/Ｎ比が非常に高い定常信号を得ることができ、測定の感度を向上させる。
【００５７】
本発明のイオン化装置２００の質量分析計の分析再現性に対する向上効果を検証するために、本発明のイオン化装置２００と分析部材２０４である三連四重極型質量分析計とを併用して得られた質量分析計は、Ｑ３  ＳＩＭ動作モードでメラミン試料をイオン化する。
【００５８】
図１２は、濃度２０ｐｐｂのメラミン試料を３回繰り返しローディングして得られた信号応答であり、分析から分かるように、そのピーク高さの相対標準偏差が非常に小さく、２．７％に過ぎない。このことから分かるように、電離部２００Ｂとサンプリング脱離部２００Ａとの間の合理的な相対位置は、質量分析計による分析の再現性を向上させることができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、質量分析計の分析部材２０４を結合してイオン化装置２００を説明した。しかしながら、当該実施形態では、サンプリング脱離部２００Ａ及び電離部２００Ｂを含むイオン化装置２００があれば、本発明の目的を達成することができ、すなわち、簡単な装置構成により、試料の常圧での迅速な加熱脱離を実現するとともに、脱離後の試料の安定した電離を確保して、後続の質量分析に安定した測定対象のイオン源を提供することができる。なお、分析部材２０４を結合して行った説明は、本実施形態の説明の便宜上のものであり、分析部材２０４は本発明の必要不可欠な技術的特徴ではない。
【実施形態２】
【００６０】
本実施形態は、直接分析のための質量分析計に適用するイオン化装置及び当該イオン化装置を適用した直接分析のための質量分析計を提供する。引き続き、図２を参照し、本実施形態における質量分析計は、サンプリング脱離部２００Ａ及び電離部２００Ｂを含むイオン化装置２００と、分析部材２０４とを含み、サンプリング脱離部２００Ａは、サンプリングプローブ２０１と、加熱部材２０２とを含み、サンプリングプローブ２０１の尾部がサンプリング脱離部２００Ａに着脱可能に取り付けられる。加熱部材２０２は、直流電源であり、サンプリングプローブ２０１を大気圧下で加熱し、加熱部材２０２としての直流電源の出力電力を調整することにより、サンプリングプローブ２０１が迅速に昇温し、受熱した試料をサンプリングプローブ２０１の表面から迅速に脱離させ、気体、液滴、エアロゾル、原子又は分子等の形態の移動相を形成することができ、当該移動相は、移動相流路の下流に設置された電離部２００Ｂの近傍に拡散するか又は搬送され、電離部２００Ｂが生成した反応粒子と反応して電離し、測定対象のイオンを形成する。
【００６１】
実施形態２と異なるところは、本実施形態におけるサンプリングプローブ２０１の頂部構成を図３に示し、サンプリングプローブ２０１がニクロム線３０１をＵ字形に湾曲して製造されたものであり、図３において、３０２がサンプリングプローブ２０１の頂端に付着した試料である。ニクロム線３０１を用いてサンプリングプローブ２０１を製造することは、主に、加熱部材２０２がサンプリングプローブ２０１を加熱する場合に、抵抗の発熱量がその抵抗の二乗に比例するため、直流電源の電気エネルギーを集中させてサンプリングプローブ２０１を加熱し、導線上に消耗されないために、サンプリングプローブ２０１の抵抗を高くする必要があるという考えに基づくものである。理想的な状況では、サンプリングプローブ２０１の抵抗は材料の長さ、抵抗率に比例し、その断面積に反比例する。サンプリングプローブ２０１の抵抗を高くするために、断面積が小さく、抵抗率が大きい材料を用いてサンプリングプローブ２０１を製造する必要がある。また、サンプリングプローブ２０１は、ある場合には、例えば、燃え尽き時に非常に高い温度（１０００℃以上に達することができる）に加熱される必要があるため、材料の耐熱性能への要求も非常に高い。以上から、本実施形態では、ニクロム線３０１を用いてサンプリングプローブ２０１を製造する。ニクロム線の常温抵抗率は、構成に関し、Ｃｒ２０Ｎｉ８０を例とし、その２０℃での抵抗率は１．０９Ｅ−６Ω・ｍである。
【００６２】
ニクロム線３０１を用いてサンプリングプローブ２０１を製造することは、さらに、以下のような有益な効果を得ることができる。例えば、ニクロムは、好適な展延性及び硬さを有し、好適な展延性は、所望の形状に容易に加工できることを保証し、本発明の他の好ましい実施形態では、ニクロム線をねじ状に加工したサンプリングプローブを採用することができ、ねじ状のサンプリングプローブは、液体試料を容易に採取し、採取した試料量を増加させることができ、好適な硬さは、サンプリングプローブ２０１がサンプリング過程で変形しにくいことを保証することにより、一部のニクロム線３０１が変形した後に短絡して、サンプリングプローブ２０１の抵抗を変更して昇温速度又は温度制御に影響を与えることを防止する。また、断面積の減少は、材料の電気的特性に有利であるだけでなく、より大きな比表面積と、より小さい体積をもたらし、より小さい体積は、加熱過程において、少ない熱量でサンプリングプローブ２０１を高い温度に加熱することができることを意味し、より大きな比表面積は、より高い放熱効果を表し、電流を遮断すると、サンプリングプローブ２０１が正常温度に復帰するまでに要する時間も大幅に減少し、装置の繰り返し分析の効率をさらに向上させる。
【００６３】
本実施形態では、ニクロム線３０１の断面積が１０ｍｍ２未満であることが好ましい。細い糸状の導体を湾曲して製造されたものであるため、材料の電気的、熱力学的性能と材料力学的性能との間のバランスを両立させ、細すぎることで溶断されやすいか、又は応力により破断することを防止するために、本実施形態における導体の断面積は、８〜１０ｍｍ２、又は６〜８ｍｍ２、又は２〜４ｍｍ２のいずれかの数値単位であることが好ましく、１ｍｍ２又は１〜２ｍｍ２未満であることがより好ましい。
【００６４】
本実施形態では、ニクロム線３０１の断面形状は円形であり、サンプリングプローブ２０１がサンプリング時に常に試料又は容器に直接接触する必要があり、細い糸状の導体が柔軟であるため、タッチ時に変形しやすい。円形断面を採用すると、変形が大きすぎることにより抵抗が変化しにくくなり、サンプリングプローブ使用回数の増加に伴う加熱速度の誤差を減少させる。
【００６５】
なお、本実施形態におけるサンプリングプローブ２０１は、ニクロム線３０１で製造されるが、本発明は、同様に他の高抵抗率の耐熱性導体で当該サンプリングプローブを製造することができる。本実施形態におけるニクロムと同様に、好ましい材料としては、チタン、鉄、コバルト、ガリウム、ニッケル、クロム、白金、ロジウム、イリジウム、ハフニウム、タングステン、レニウム、モリブデン金属単体又はレニウムタングステン合金のような、チタン、鉄、コバルト、ガリウム、ニッケル、クロム、白金、ロジウム、イリジウム、ハフニウム、タングステン、レニウム、モリブデンの合金材料又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００６６】
本実施形態では、高抵抗率材料は、本実施形態で採用されている銅線に対するものであり、抵抗率が銅線の通常抵抗率よりも高い材料は、いずれも高抵抗率材料と呼ばれてよい。具体的には、本発明における材料抵抗率の好ましい範囲は、４Ｅ−８Ω・ｍよりも大きい。
【００６７】
本実施形態では、直流電源を加熱部材２０２として用いてサンプリングプローブ２０１を加熱し、当該直流電源の出力電力を最大に調整するか、又は出力電流を最大にすると、サンプリングプローブ２０１の昇温速度が最も高くなる。サンプリングプローブ２０１が室温状態にある時の時間を初期時間とすると、最大電力又は最大出力電流でサンプリングプローブ２０１を加熱する場合に、その昇温速度は１００Ｋ／ｓに達することができ、すなわち、１ｓ内でサンプリングプローブ２０１を１００℃に加熱昇温することができる。測定試料３０２の溶媒が水である場合に、サンプリングプローブ２０１に接触する少量の試料３０２の液体が迅速に突沸に加熱され、当該突沸動作が局所的な爆発と類似し、液体試料３０２を複数の小液滴に分散させ、測定対象の試料をサンプリングプローブ２０１の表面から脱離させる。
【００６８】
当該脱離方式は、従来の加熱脱離過程と異なり、多くの試料３０２は、段階的な昇温加熱蒸発又は昇華により脱離するのではなく、上述した局所的な試料突沸による爆発過程によって脱離する。多くの試料３０２は、段階的な昇温加熱過程を経る必要がないため、高温に耐えることができない試料については、当該脱離方法は、試料の分子構造が加熱中に破壊されないようによく保護し、イオン化装置２００の応用範囲及び質量分析計が測定可能な試料種類の範囲を広げる。また、試料３０２の脱離過程は、液相又は固相から気体分子への相転移を経る必要がなく、脱離後の試料は、液滴又はエアロゾルの形態を依然として保持することができる。
【００６９】
発明者は、本発明を完了させる過程中に、当該爆発に類似した方式で試料を脱離させて、いくつかの予想外の効果を生じさせることもできることをさらに見出した。爆発の方式により大量の試料の脱離を迅速に完了させることができ、生成された測定対象の試料は、後続の分析試験装置、例えば電離部２００Ｂ及び分析部材２０４を迅速に通過することができ、全体の分析効率を向上させる一方で、大量の試料が分析試験装置を迅速に通過することは、さらに、瞬時的な安定した信号を生成し、質量分析計又はイオン移動度分光計が受信した信号のＳ／Ｎ比を向上させ、試験の感度を向上させることができる。
【００７０】
当然のことながら、試料の種類と加熱速度の違いに応じて、急速昇温により生成可能な物質移動流体の形態は、エアロゾル、ガス分子、イオン又は原子等をさらに含むが、これらに限定されない。好ましくは、サンプリングプローブ２０１の所定時間内の昇温速度は、好ましくは１００〜１５０Ｋ／ｓで、又は、好ましくは１５０〜２００Ｋ／ｓで、又は、好ましくは２００〜２５０Ｋ／ｓであり、より好ましくは、サンプリングプローブ２０１の所定時間内の昇温速度は、２５０〜３００Ｋ／ｓで、又は、２００Ｋ／ｓより大きく、３００Ｋ／ｓより大きいことが非常に好ましい。
【００７１】
本発明の他の好ましい実施形態では、さらに加熱部材２０２の出力電力を調整することにより、ゆっくり昇温する方式で試料３０２を加熱することができる。ユーザは、実際の試料種類と分析需要に応じて昇温速度を適切に調整して、最終的に当該試料特性に適した、分析しやすい測定対象のイオン流れを得ることができる。本発明の昇温速度が調整可能な通電加熱脱離装置２００Ａは、優れた試料適合性を有し、分析可能な試料のタイプを大きく広げる。
【００７２】
本実施形態では、直流電源を加熱部材２０２として採用することにより、安定した電流を供給して迅速に安定して昇温することに有利であることに加えて、直流電源であるため、乾電池又は他の移動式蓄電池を加熱部材として採用し、携帯性を向上させ、日常的なメンテナンス及び保守を容易にすることができる。
【００７３】
なお、本実施形態における加熱部材２０２は、直流電源を採用するが、他の形式の加熱部材２０２、例えば交流電源等を採用してもよく、以上の電源種類の簡単な変換は、本発明の要旨を逸脱しない限り、いずれも本発明の保護範囲を逸脱するものではない。
【００７４】
本実施形態における電離部２００Ｂは、室圧電離源であるエレクトロスプレーイオン源であり、中極性及び強極性の試料により適し、脱離後の試料と混合反応した後に試料を電離して分析部材の入口２０３に搬送される帯電液滴を生成することができる。本実施形態における電源は、直流電源を採用することにより、イオン源の電界に与える可能性のある干渉をさらに低減することができる。
【００７５】
本実施形態は、上記イオン化装置２００を備えた質量分析計を用いて試料の組成を分析する方法をさらに提供する。
【００７６】
まず、サンプリングプローブ２０１をサンプリング脱離部２００Ａから取り外し、点着、ディッピング、浸漬又は拭き取りなどの方式により試料を採取し、試料３０２が細線表面の毛細管力及び表面張力の作用によりサンプリングプローブ２０１の先端位置に掛着され、
サンプリングプローブ２０１を質量分析計の加熱作業位置に戻した後、カートリッジカバーを閉じ、
加熱部材２０２の電源スイッチをオンにして、好適な加熱部材２０２の出力電力を選択し、試料の加熱を開始し、当該出力電力において、サンプリングプローブ２０１が迅速に昇温し、試料を脱離させた後に若干の小液滴に分散させ、測定対象の試料をサンプリングプローブ２０１の表面から脱離させ、
脱離後の試料を電離部２００Ｂの位置まで搬送し、電離部２００Ｂが生成した帯電液滴は、脱離後の試料と混合反応した後に試料を電離し、測定対象のイオンを形成し、
測定対象のイオンを分析部材の入口２０３から分析部材２０４に入れ、試料イオンを質量分析して分析結果を得る。
【００７７】
イオン化装置２００を備えた質量分析計を用いて、上記ステップで試料を分析することにより、試料の脱離速度を高め、分析効率を向上させるだけでなく、試料の熱噴霧に類似した過程を起こし、熱分解しやすい試料の高温での解離を回避して、試料の分子構造への破壊を軽減し、装置の測定可能な試料の種類を広げることができる。例えば、本実施形態におけるイオン化装置２００は、ポリペプチド試料のイオン化に用いられ得る。
【００７８】
図１３〜図１４は、本発明に係るイオン化装置２００を用いてポリペプチド試料をイオン化した実験結果であり、図１３は、濃度５０ｐｐｂのブラジキニン試料から得られた二重荷電イオン（ｍ／ｚ＝５３１）の総イオン流を示す図であり、図１４は、濃度５０ｐｐｂのブラジキニン試料から得られた二重荷電イオン（ｍ／ｚ＝５３１）のマススペクトルである。
【００７９】
図から分かるように、本発明の実施形態に係るイオン化装置２００を用いると、昇温過程で発生するポリペプチドの解離を回避でき、得られる信号のＳ／Ｎ比が高く、基本的に不純物イオンピークがない。
【００８０】
なお、本実施形態において高い昇温速度で熱噴霧過程を起こすことができる測定対象の試料は、液体又は溶液試料に限定されない。例えば、測定対象の試料が固体である場合に、以下のステップにより、固体試料を熱噴霧過程を起こすことができる分散系に変換することができる。前記測定対象の試料を液体中に分散させ、溶液、懸濁液、エマルジョン又はマイクロエマルション等の形態の分散系を形成し、及び／又は、
前記サンプリングプローブに液体を添加することにより、前記測定対象の試料に溶液、懸濁液、エマルジョン、マイクロエマルション等の形態の分散系を形成させる。以上の方法で固体試料を処理することにより、液体試料に類似した加熱脱離効果を達成し、固体試料の熱分解を回避することができる。
【００８１】
本発明の他の実施形態では、サンプリングプローブで試料を能動的に採取するステップでは、加熱されたサンプリングプローブでサンプリングすることができる。加熱されたプローブを用いると、常温プローブが実行しにくいサンプリング動作を行い、例えば、加熱されたプローブは、物体の表面を焼灼した後に、物体の表面の下方の試料を採取することができる。前記サンプリングプローブがサンプリング脱離部に着脱可能に接続されるため、サンプリングプローブを加熱した後に取り外し、余熱により熱サンプリングすることを選択してもよいし、サンプリングプローブを取り外さず、それを加熱し続ける過程で熱サンプリングすることを選択してもよい。
【実施形態３】
【００８２】
図４を参照して、本実施形態に係るイオン化装置及び直接分析のための質量分析計は、実施形態２におけるイオン化装置及び質量分析計と異なり、主に、本実施形態では、加熱部材４０２は、温度検出部４０６及び温度制御部４０７をさらに含み、温度検出部がサンプリングプローブ４０１近傍に設置された温度センサ４０６であり、当該温度センサ４０６がサンプリングプローブ４０１からの、その温度を反映できる信号、例えば熱放射信号を採取し、それを電気信号に変換して温度制御部４０７に伝達することができ、温度制御部４０７が当該電気信号に基づいてサンプリングプローブ４０１のリアルタイム温度を判断することができ、同時に、温度制御部４０７がさらに演算機能を有し、当該リアルタイム温度情報から判断して好適な温度制御プログラムを取得し、かつ当該温度制御プログラムに従って加熱部材４０２のオンオフと出力電力又は出力電流を制御することにより、サンプリングプローブ４０１が予め設定された温度曲線に沿って昇温、降温又は保持操作を実行することができるという点で相違する。
【００８３】
温度検出部４０６と温度制御部４０７の増設による有益な効果は、いくつかの混合物試料を分離しやすいことである。例えば、いくつかの混合物試料を直接分析する場合、当該混合物試料中には、沸点が近い２種類の成分が含まれ、かつ１つの成分が分析対象の成分であり、沸点が近いもう１つの成分が分析対象の成分に干渉する可能性があると、一定の手段により２種類の成分を分離して、当該２種類の成分に分析部材の入口４０４を順次通過させて分析部材４０５に入る必要がある。
【００８４】
本実施形態における温度検出部４０６及び温度制御部４０７は、温度の精密な制御により混合物試料中の２種類の成分の分離を完了させることができ、例えば、温度制御部４０６に２つの昇温モジュール（図示せず）を設置でき、第１の昇温モジュール４０６Ａは、混合物試料をその中の１つの成分の沸点付近まで加熱するように制御することができ、当該温度で一定時間保持することにより、当該成分をまず混合物試料から脱離させ、その後に、第２の昇温モジュール４０６Ｂは、サンプリングプローブ４０１を高い温度に昇温することにより、もう１つの成分を混合試料から脱離させ、対応する分析検出ステップを完了させる。当然のことながら、測定対象自体の沸点が低いと、第１の昇温モジュール４０６Ａで沸点付近まで直接昇温する方法により測定対象を脱離させることができる。
【００８５】
本実施形態では、昇温モジュールの数は、本発明の保護範囲を制限するものではない。当業者であれば、実際の試料の種類、例えば混合物成分の数、干渉成分の沸点等の要因に応じて、総合的に考慮して適切な数の昇温モジュールを選択することが十分可能である。当然のことながら、プログラムを用いて温度制御を実現する場合には、より柔軟に昇温曲線を設定することにより、検出信号に対する干渉成分の影響を低減し、測定の感度を向上させることができる。
【００８６】
また、試料の脱離が完了した後、温度制御部４０７は、さらに、第３の昇温モジュールによりサンプリングプローブ４０１を極高温度に加熱して、サンプリングプローブ４０１上の試料への燃え尽きを完了させることができる。サンプリングプローブ４０１に残った試料を燃え尽きさせることにより、簡単で迅速な方法でサンプリングプローブ４０１の表面の清潔を保持し、サンプリングプローブ４０１が異なる種類の試料を採取する時に発生した試料と試料との間のクロスコンタミネーションを回避し、汚染物質が分析結果に影響を与える可能性も低減することができる。
【００８７】
本発明の他の好ましい実施形態では、加熱部材４０２は、サンプリングプローブ４０１を１０００℃以上に加熱することができる。高い加熱温度は、試料測定が完了したときの燃え尽きを容易にする一方で、沸点が高く、揮発しにくい一部の試料を加熱脱離させ、分析可能な試料種類の範囲を広げることができる。
【００８８】
本実施形態と実施形態２との別の顕著な違いは、流路システムの設計が異なることである。本実施形態では、図４に示すように、試料が加熱脱離した後、キャリアガス４０８によって搬送され、分析部材の入口４０４を通過した後に分析部材４０５内部に設置された電離部４０３に入り、電離部４０３がグロー放電イオン源を採用する。グロー放電イオン源は、中極性又は弱極性の試料を迅速に電離し、かつ分析部材４０５に搬送して質量分析を行うことができる。この流路設計は、迅速で効率的であり、分析過程の効率をさらに向上させる。本実施形態におけるグロー放電イオン源は、低気圧グロー放電イオン源を採用し、分析部材４０５の内部に設置され、その作動気圧は、実際の状況に応じて適宜選択することができ、５０Ｐａ〜５００Ｐａ、５００Ｐａ〜５０００Ｐａ、又は５ｋＰａ〜５０ｋＰａであることが好ましい。
【００８９】
前記のように、本実施形態におけるイオン化装置は、正確な温度制御システム、柔軟な昇温モジュール、高い温度上限及び効率的な流路設計を有し、イオン化装置が適用可能な試料の種類を広げ、試料の汚染を回避し、分析効率を向上させる。
【実施形態４】
【００９０】
本実施形態に係るイオン化装置及び質量分析計と、上記各実施形態におけるイオン化装置及び質量分析計との相違点は、まず加熱方式である。
【００９１】
図５を参照して、本実施形態における加熱部材５０２は、高周波電流又は電圧源５０６が接続されたソレノイド５０２であり、サンプリングプローブ５０１は、強磁性の糸状又はロッド状の導体で製造され、サンプリングプローブ５０１は、作動時にソレノイド５０２の中心軸線位置に設置される。当該設置形態は、サンプリングプローブ５０１における磁束の変化率を高めることにより、その内部の誘導電流の大きさを向上させ、さらにその昇温速度を高めることができる。
【００９２】
高周波電流又は電圧源５０６の出力電力を調整することにより、本実施形態におけるサンプリングプローブ５０１は、同様に迅速に昇温することができ、実施形態２において電流により直接加熱して迅速に昇温することと同様の効果を果たす。
【００９３】
本実施形態では、高周波電流又は電圧源５０６を加熱部材５０２として採用するため、当該高周波電流又は電圧源５０６が発生した電磁界は、電離部５０３の電界に干渉を与える可能性がある。したがって、本実施形態で採用された電離部５０３は、分析部材５０５の内部に取り付けられる。
【００９４】
次に、本実施形態における電離部５０３は、低気圧イオン源である。当該低気圧イオン源は、分析部材５０５内部の低気圧領域５０６に設置され、試料は、分析部材の入口５０４を経て分析部材５０５に入った後、当該内蔵される電離部５０３によりイオン化される。低気圧領域５０６は、電離部５０３と分析部材５０５における質量分析計などの装置を同時に収容し、構成がコンパクトであり、レイアウトが合理的である。
【００９５】
低気圧領域５０６に設置される低気圧イオン源を用いると、以下のような有益な効果を得ることができる。まず、内蔵されるイオン源を用いてイオン源の作動状態の安定性を向上させ、外界環境からの干渉を防止するとともに、汚染と損傷を低減させ、使用寿命を延長し、次に、当該設定方式は、より高いアップグレード柔軟性をもたらす。本実施例のイオン化装置では、実際の必要に基づいて分析部材５０５の外部に室圧電離源を増設でき、室圧電離源を増設することにより、試料中の異なる種類の成分を電離し、装置が取得可能な試料情報を豊富にする一方で、装置が適用可能な試料タイプを増加させることができる。本実施形態における低気圧領域５０６の気圧Ｐは、５０ｋＰａ未満であることが好ましく、５０Ｐａ〜５００Ｐａ、５００Ｐａ〜５０００Ｐａ、又は５ｋＰａ〜５０ｋＰａであることがさらに好ましい。
【００９６】
本発明の他の好ましい実施形態では、図６に示すような渦巻きコイルを加熱部材６０２として採用することができ、サンプリングプローブ６０１は、加熱効率を向上させるために、渦巻きコイルの中心軸線位置に配置されることが好ましい。
【実施形態５】
【００９７】
本実施形態に係るイオン移動度分光計は、実施形態１における質量分析計の構成に近いが、相違点もあり、主に、分析部材については、質量分析部材の代わりにイオン移動度分析部材を用いるという点で相違する。
【００９８】
本実施形態におけるイオン化装置２００は、簡単な装置構成により、試料の常圧での迅速な加熱脱離を実現するとともに、脱離後の試料の安定した電離を確保し、後続のイオン移動度分析に安定した測定対象のイオン源を提供して、イオン移動度分析の再現性と感度を向上させることができる。
【００９９】
本発明に係るイオン化装置は、様々なタイプのイオン分析機器に適用され得、分析機器の分析速度、感度及び信号の再現性に役立つ。
【０１００】
また、本実施形態は、糸状、シート状、管状、帯状又はフィルム状を含むが、それらに限定されない他の可能な形状のサンプリングプローブをさらに提供し、図７〜図８に示す構成は、以上の形態の例である。図７のサンプリングプローブ７は、金属線を湾曲して得られ、採取された液量は、湾曲した曲率半径により調整されてよい。図８におけるサンプリングプローブ８は、金属シートであり、他の実施形態では、当該サンプリングプローブは、さらに好ましくは、タンタルボートのようなボート状であり、固体試料を汲み取るか又は液体試料をディッピングする。
【０１０１】
なお、本実施形態における糸状、シート状、管状、帯状又はフィルム状等の形状の例は、サンプリングプローブが採用可能な全ての形状ではなく、当業者であれば、実際の必要に応じて他の形状のサンプリングプローブを採用するか又は上記挙げた形状を変形することができ、この形状設計は、装置の迅速昇温の効果を実現できれば、いずれも本発明の保護範囲を超えないと理解すべきである。
【０１０２】
なお、本発明の上記各実施形態では、電離部は、主にエレクトロスプレーイオン源とグロー放電イオン源とを採用するが、当業者であれば、実際の必要に応じて、イオン源の種類を合理的に調整することができ、選択可能なイオン源は、誘電体バリア放電イオン源、コロナ放電イオン源、及び光電離源をさらに含むが、これらに限定されない。電離部の種類の違いに基づいて、生成された反応粒子は、帯電液滴、イオン、電子、光子又は準安定状態原子のうちの１種又は複数種の組み合わせをも含むが、これらに限定されない。
【０１０３】
以上、図面を参照しながら本発明の技術案を説明したが、当業者によって理解されるように、本発明の保護範囲は、明らかにこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の原理から逸脱しない前提で、当業者であれば、関連する技術的特徴に対して均等な変更又は置換を行うことができ、それらの変更又は置換後の技術案は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれる。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月16日(2020.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
実施形態１と異なるところは、本実施形態におけるサンプリングプローブ２０１の頂部構成を図３に示し、サンプリングプローブ２０１がニクロム線３０１をＵ字形に湾曲して製造されたものであり、図３において、３０２がサンプリングプローブ２０１の頂端に付着した試料である。ニクロム線３０１を用いてサンプリングプローブ２０１を製造することは、主に、加熱部材２０２がサンプリングプローブ２０１を加熱する場合に、抵抗の発熱量がその抵抗の二乗に比例するため、直流電源の電気エネルギーを集中させてサンプリングプローブ２０１を加熱し、導線上に消耗されないために、サンプリングプローブ２０１の抵抗を高くする必要があるという考えに基づくものである。理想的な状況では、サンプリングプローブ２０１の抵抗は材料の長さ、抵抗率に比例し、その断面積に反比例する。サンプリングプローブ２０１の抵抗を高くするために、断面積が小さく、抵抗率が大きい材料を用いてサンプリングプローブ２０１を製造する必要がある。また、サンプリングプローブ２０１は、ある場合には、例えば、燃え尽き時に非常に高い温度（１０００℃以上に達することができる）に加熱される必要があるため、材料の耐熱性能への要求も非常に高い。以上から、本実施形態では、ニクロム線３０１を用いてサンプリングプローブ２０１を製造する。ニクロム線の常温抵抗率は、構成に関し、Ｃｒ２０Ｎｉ８０を例とし、その２０℃での抵抗率は１．０９Ｅ−６Ω・ｍである。
【国際調査報告】
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