(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程（ｓｔ００）；
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料を注入し、試料はイオントラップに捕捉されずにイオン雲を横切ってイオン雲を出る工程（ｓｔ１０）；
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程（ｓｔ２０）；
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、第１の実験値を基準値と比較する工程（ｓｔ３０）
を含む荷電粒子を検出する非破壊方法（１、２、３）。
【請求項２】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータがイオン雲の蛍光である請求項１に記載の荷電粒子を検出するための非破壊方法（１、２、３）。
【請求項３】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程（ｓｔ２０）は、試料がイオン雲を横切ってイオン雲から出た後に実行される請求項１または２に記載の荷電粒子を検出するための非破壊方法（１、２、３）。
【請求項４】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程（ｓｔ２０）は、イオン雲を通る試料の横断の間および試料がイオン雲から出た後に実行される請求項１または２に記載の荷電粒子を検出する非破壊方法（１、２、３）。
【請求項５】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程（ｓｔ００）は、イオン雲に試料を注入する前に実行される請求項１から４のいずれか一項に記載の荷電粒子を検出する非破壊方法（１、２、３）。
【請求項６】
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在、または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定し、および
−  少なくとも１つの荷電粒子の存在が検出された場合、前記少なくとも１つの荷電粒子の電荷数を決定するために、
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を分析する工程をさらに含む請求項１から５のいずれか一項に記載の荷電粒子を検出する非破壊方法（１、２、３）。
【請求項７】
−  イオン雲から出た試料をイオン雲に向けて引き戻す工程（ｓｔ４０）；
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料の２回目の注入を行い、試料はイオントラップに捕捉されずにイオン雲を横切ってイオン雲を出る工程（ｓｔ１１）；
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第２の実験値を測定する工程（ｓｔ２１）；
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、第１および第２の実験値を基準値と比較する工程（ｓｔ３２）
を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の荷電粒子を検出する非破壊方法（３）。
【請求項８】
イオン雲が
−  試料がイオン雲に注入される前の第１の温度、および
−  試料がイオン雲を横切ってイオン雲から出た後の第２の温度
を有し、試料が荷電粒子を含まない場合、第２の温度は第１の温度に実質的に等しく、試料が少なくとも１つの荷電粒子を含む場合、第２の温度は前記第１の温度よりも高い請求項１から７のいずれか一項に記載の荷電粒子を検出する非破壊方法（１、２、３）。
【請求項９】
イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料を注入する工程（ｓｔ１０）の前に、イオン雲は１００Ｋ未満の温度を有する請求項１から８のいずれか一項に記載の荷電粒子を検出する非破壊方法（１、２、３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子の非破壊検出方法に関し、より具体的には質量制限のない荷電粒子の非破壊検出方法に関する。本発明の検出方法は、質量範囲において上限および下限を有さない。本発明の検出方法は、特に、１０６Ｄａを超える質量を有する荷電粒子の検出を可能にする。前記粒子は、例えば、原子、分子、クラスター、ナノ粒子、生体分子、ウイルス、ＤＮＡ等であり得る。より一般的には、前記粒子は、任意の種類の生物学的粒子であり得る。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子またはイオンを検出するために現在２つの主な技術が使用されている。本明細書において、「荷電粒子を検出する」という表現は、「少なくとも１つの荷電粒子の存在またはあらゆる荷電粒子の不存在を決定すること」を意味する。
【０００３】
第１の手法は、ＦＴＩＣＲ（「フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴」）質量分析法に基づく。イオンは、ペニングトラップの均質な静磁場によって捕捉され、前記ペニングトラップの空間的に不均一な静電界によってそれらの共鳴サイクロトロン周波数で励起される。次いで、同じ質量および同じ質量対電荷比Ｍ／Ｚのイオンは、それらのサイクロトロン周波数でイオンの「パケット」として回転し、測定可能な電気信号を生成する。この電気信号のフーリエ変換は、質量スペクトルを利用する機会を与える。ＦＴＩＣＲ質量分析は高分解能技術であるが、粒子を捕捉するのに必要な磁場の必要振幅のために１０６Ｄａ以下の質量を有する粒子の検出に限定される。
【０００４】
第２の手法は、ＴＯＦ（飛行時間）質量分析法に基づいており、イオンの質量対電荷比Ｍ／Ｚは時間測定を介して決定される。イオンは、既知の強度の電界によって加速される。この加速の後、同じ電荷の全てのイオンは同じ運動エネルギーを有する。イオンの速度は、その質量対電荷比Ｍ／Ｚに依存する。イオンが既知の距離で検出器に到達するのに要する時間が測定される。この時間および既知の実験パラメータから、イオンの質量対電荷比Ｍ／Ｚが得られる。しかし、イオンは検出されると破壊される。実際、イオン検出は半導体表面にイオンを衝突させて前記表面の電子を除去することを含む。除去された電子に関連する信号は、例えば電子増倍管によって増幅され、従って表面に衝突する各イオンに対して観察可能な信号が生成される。半導体表面から電子を除去することは、イオンに対する最少の衝撃も意味する。前記最小の衝撃は、１０６Ｄａ未満の質量を有するイオンに与えることができる。
【０００５】
全タンパク質および他の大きな分子の分析のための高分解能質量分析方法およびシステムは、ＵＳ２００８／０２３０６９２Ａ１号に記載されている。この文献は、特に、イオントラップ質量分析計の作動質量範囲を拡張し、そのため２０ｋＤａを超える質量を有する大きな分子のリアルタイム分析を可能にするために、イオントラップ内へのイオンの注入方法を提供することを目的とする。提案された注入方法は、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化）技術に基づく。文献ＵＳ２００８／０２３０６９２Ａ１号はＴＯＦ質量分析法を使用し、即ち、イオンは高温の表面との衝突によって断片化され、次いで断片は電子衝撃イオン化によってイオン化され、イオン化された断片は最終的に古典的な電子増倍管で検出される。従って、提案された方法は、検出されたイオンに対して破壊的である。電子衝撃イオン化は断片の性質にさらに大きく依存し、検出されるイオンに応じて検出効率が一定ではないことを誘導する。よって、提案された方法は、２つの異なる種類のイオンの定量測定および相対測定には不適切である。
【０００６】
これに関連して、質量制限なしにイオン検出を可能にする方法が必要である。また、質量制限なしに非破壊的なイオン検出を可能にする方法が必要である。さらに、質量制限なしに非破壊的な単一イオン検出を可能にする方法が必要である。また、質量制限なしにイオンの性質とは無関係に、非破壊的な単一イオン検出を可能にする方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２３０６９２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の技術的課題に対処するものである。本発明の目的は、荷電粒子を検出するための非破壊方法であって、
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程；
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲内に試料を注入し、試料はイオントラップ内に捕捉されずにイオン雲を横切り、イオン雲を出る工程；
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程、
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、第１の実験値を基準値と比較する工程
を含む該方法を提供することである。
【０００９】
本明細書において、「荷電粒子を検出する」という表現は、「少なくとも１つの荷電粒子の存在またはあらゆる荷電粒子の不存在を決定すること」を意味する。本明細書では、「イオン」とも呼ばれる荷電粒子は、少なくとも１つの電荷を有する粒子である。荷電粒子には１を超える電荷がある場合もあるが、それは必要ではない。
【００１０】
本発明の態様のおかげで、試験すべき試料がイオン雲に注入され、イオン雲はイオントラップ内に閉じ込められる。前記イオン雲は原子イオンで構成されている。試験すべき試料はイオン雲の中に入り、イオン雲を横切り、イオン雲から出る。試験すべき試料は、イオントラップの内部に捕捉されない。イオン雲はイオントラップに閉じ込められたままである。試料が少なくとも１つの荷電粒子を含む場合、イオン雲内への試料の注入は、イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの摂動を誘導する。試料が荷電粒子を含まない場合、イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータは、イオン雲内への試料の注入によって実質的に摂動されないままである。イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの基準値および実験値が測定される。実験値と基準値とを比較することにより、試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定することが可能になる。荷電粒子は、外部荷電粒子とも呼ばれ、検出の目的でイオン雲に注入された粒子である。外部荷電粒子はどのような種類のものでもよい。例えば、外部荷電粒子は、原子またはウイルスであり得る。外部荷電粒子はイオン雲に捕捉されない。これとは対照的に、イオン雲の原子イオンは捕捉される。イオン雲の原子イオンは、典型的に単純な単一イオン化原子であり、これはレーザーによって容易に励起することができる。
【００１１】
本発明の一態様による荷電粒子を検出する方法は、有益には非破壊的である。少なくとも１つの荷電粒子の存在またはあらゆる荷電粒子の不存在は、実際には、イオン雲の性質を用いて間接的に決定される。従って、試験すべき試料は破壊されず、再使用することができる。試料が少なくとも１つの荷電粒子を含む場合、少なくとも１つの荷電粒子は、少なくとも１つの荷電粒子を破壊することなく、本発明の態様による方法を用いて検出することができ、従って荷電粒子は他の実験に再利用することができる。
【００１２】
本発明の一態様による荷電粒子を検出する方法は、有益には、検出すべき荷電粒子に対し質量制限がない。換言すれば、本発明の一態様による方法は、検出すべき荷電粒子の質量範囲の上限および下限を持たない。実際に、本発明の一態様による方法は、試料が捕捉されたり、断片化されることを必要としない。本発明の一態様による方法は、典型的には１０６Ｄａを超える質量を有する非常に重い荷電粒子の検出に特に適合している。実際、荷電粒子が重いほど、移動速度が遅くなり得、イオン雲を摂動し得る。しかし、イオン雲を横切る全ての荷電粒子は、イオン雲の測定可能な摂動を誘導し、従って、荷電粒子の質量とは無関係に検出することができる。従って、本発明の一態様による方法は、有益には、単一荷電粒子の検出を可能にする。
【００１３】
前の段落で上述した特徴とは別に、本発明の一態様による光検出方法は、個別にまたはあらゆる技術的に可能な組み合わせで考慮される以下の特徴のうちの１つまたは複数の相補的特徴を有することができる。
【００１４】
−  イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータは、有益にはイオン雲の蛍光である。実際、イオン雲の温度変化を、前記変化を妨げることなく、正確に測定することが目的である。イオン雲の蛍光の測定は、イオン雲の温度を変更しない。
【００１５】
−  イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程は、試料がイオン雲を横切ってイオン雲から出た後に有益に実行される。実際、イオン雲を通る試料の横断によってイオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの変更が誘導される場合、前記変更は有益には持続的である。換言すれば、イオン雲は少なくとも１つの物理的パラメータの変更された値を少なくともかなりの期間にわたって保持し、少なくとも１つの物理的パラメータの初期値に自動的かつ即時には戻らない。「かなりの期間にわたって」という表現は、イオン雲が、少なくとも１つの物理的パラメータが測定されるのに十分な期間にわたり、その少なくとも１つの物理的パラメータの変更された値を保持することを意味する。
【００１６】
−  イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程は、イオン雲を通る試料の横断の間および試料がイオン雲から出た後に実行される。
【００１７】
−  イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程は、イオン雲への試料の注入の前に実行される。従って、イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程は、イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータのあらゆる摂動が発生する前に実行される。
【００１８】
−  荷電粒子を検出するための非破壊方法は、以下のためにイオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を分析する工程をさらに含む：
○  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在、または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定する、および
○  少なくとも１つの荷電粒子の存在が検出された場合、前記少なくとも１つの荷電粒子の電荷の数を決定する。
【００１９】
−  荷電粒子を検出するための非破壊方法は、
○  イオン雲から出た試料をイオン雲に向けて引き戻す工程；
○  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料の第２の注入を行い、試料はイオントラップ内に捕捉されずにイオン雲を横切ってイオン雲を出る工程；
○  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第２の実験値を測定する工程；
○  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、第１および第２の実験値を基準値と比較する工程
をさらに含む。
【００２０】
−  イオン雲は、
○  試料がイオン雲に注入される前の第１の温度、および
○  試料がイオン雲を横切ってイオン雲から出た後の第２の温度；
を有し、試料が荷電粒子を含まない場合、第２の温度は第１の温度と実質的に等しく、試料が少なくとも１つの荷電粒子を含む場合、第２の温度は第１の温度よりも高い。
【００２１】
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料を注入する工程の前に、イオン雲は１００Ｋ未満の温度を有する。
【００２２】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な明細書および添付の図面を検討すると明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態による荷電粒子を検出する方法を概略的に示す。
【図２】本発明の第１の実施形態による、イオン雲に注入された試料によって誘導された、イオントラップに閉じ込められたイオン雲の蛍光信号の変化の図を概略的に示す。
【図３】本発明の第２の実施形態による荷電粒子を検出する方法を概略的に示す。
【図４】本発明の第３の実施形態による荷電粒子を検出する方法を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態に従った装置および方法のいくつかの実施形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して説明する。説明は、本質的に例示的であるとみなされるべきであり、制限的なものとしてみなされるべきでない。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態による荷電粒子を検出するための方法１を概略的に示す。
【００２６】
本発明の第１の実施形態による方法１は、
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程ｓｔ００；
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料を注入し、試料はイオントラップに捕捉されずにイオン雲を横切って、イオン雲から出る工程ｓｔ１０；
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの実験値を測定する工程ｓｔ２０；
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、実験値を基準値と比較する工程ｓｔ３０
を含む。
【００２７】
イオン雲のイオンは、「イオン」または「検出イオン」とも呼ばれる。検出イオンは、典型的には、一価の原子イオンである。検出イオンは、共鳴条件を満たすレーザー光、即ち、検出イオンの原子遷移に一致する波長のレーザー光によって励起される。検出イオンは、典型的には、マグネシウムイオンまたはカルシウムイオンであり得る。
【００２８】
例えば：
−  質量Ｍ＝２８Ｄａおよび電荷Ｚ＝＋１ｅの一価のマグネシウムイオンは、電荷質量比Ｍ／Ｚ＝２８Ｄａ／ｅを有し、および
−  質量Ｍ＝４０Ｄａおよび電荷Ｚ＝＋１ｅの一価のカルシウムイオンは、電荷質量比Ｍ／Ｚ＝４０Ｄａ／ｅを有し、
【００２９】
【数１】
0006713466.tif 000002
である。
【００３０】
イオン雲は、典型的には５００から１０００個の間の検出イオンを含むことができる。イオン雲の寸法は、典型的には、１ミリメートル程度である。イオン雲のダイナミクスは、閉じ込め電位、雲のイオン間のクーロン反発、およびレーザー冷却によって制御される。閉じ込め電位は、典型的に数百ボルト程度である。イオン雲は、典型的には、１００Ｋ未満である第１の温度でレーザー冷却される。イオン雲は、１Ｋ未満である第１の温度でレーザー冷却されてもよい。検出イオンを励起するため、およびイオン雲を冷却するための両者のために、典型的にはただ１つのレーザー装置が使用される。検出イオンの励起は、持続的に連続的に実現されてもよいが、それは必ずしも必要ではない。検出イオンの持続的な励起およびただ１つのレーザー装置を用いるこのような場合、検出イオンを冷却し続けるために、電力および周波数シフト等の前記レーザー装置の実験パラメータが選択される。レーザー装置の前記実験パラメータは、検出イオンの冷却があまり強くなく、試料によって誘導されたイオン雲の摂動が容易に検出されるように選択される。イオントラップの補足パラメータは、捕捉されるべき検出イオンに従って選択される。実際、捕捉パラメータは、検出イオンの電荷質量比Ｍ／Ｚに依存する。換言すれば、イオントラップは電荷質量比Ｍ／Ｚにおいて選択的であり、実験的捕捉パラメータの選択は、第１種の検出イオンが捕捉され、第２種の外部荷電粒子が捕捉されないように最適化することができる。
【００３１】
イオントラップ内の安定した閉じ込めは、印加される交番無線周波数捕捉電圧の周波数Ω／２πおよび振幅Ｖ＿ｒｆ、および静的捕捉電圧が印加される場合には静的捕捉電圧Ｕ＿ｄｃの振幅によって決定される。イオントラップ内の安定した閉じ込めは、イオントラップの空間的寸法および補足するイオンの電荷質量比Ｍ／Ｚによっても決定される。検出イオンおよび検出されるべき外部荷電粒子の両方が同じ電荷質量比Ｍ／Ｚを有する場合には、検出されるべき荷電粒子の運動エネルギーは、閉じ込め電位ウェルの深さよりも大きいように選択される。このようにして、第１種の検出イオンは捕捉されたままであり得、第２種の外部荷電粒子は捕捉されないままである。
【００３２】
イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程ｓｔ００の前に、前記イオン雲は第１の温度でレーザー冷却され、「第１の平衡状態」と呼ばれる第１の状態にある。特定の例によれば、イオン雲の第１の温度は１０ｍＫ程度である。
【００３３】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程ｓｔ００は、イオン雲に試料を注入する工程ｓｔ１０の前に実行される。従って、基準値は、第１の平衡状態の特徴である。
【００３４】
イオン雲に試料を注入する工程ｓｔ１０は、第１の平衡状態の摂動を誘導し、イオン雲が第２の平衡状態に移行することをもたらす。イオン雲に試料を注入するために、種々の既知の注入方法を用いることができる。例えば、注入レンズを用いてイオン雲に試料を注入することが可能である。そらせ板および短い飛行管を使用してイオン雲に試料を注入することもできる。集束管レンズおよびオクタポールイオンガイドを使用してイオン雲に試料を注入することもできる。これらの例は例示的なものであり、限定するものではない。工程ｓｔ１０の後、即ち、試料がイオン雲に注入され、イオン雲を横切ってイオン雲から出た後、イオン雲は第２の温度を有する。
【００３５】
試料が荷電粒子を含まない場合、試料の注入によって第１の平衡状態は実質的に摂動されず、イオン雲は第１の平衡状態にとどまる。その結果、第２の温度は第１の温度と実質的に等しい。
【００３６】
試料が少なくとも１つの荷電粒子を含む場合、第１の平衡状態は試料の注入によって摂動され、イオン雲は第２の平衡状態に移行する。結果として、第２の温度は第１の温度よりも実質的に高く、第１の温度と第２の温度との間に典型的には係数１０が存在する。従って、イオン雲の第１の温度が１０ｍＫ程度である場合、イオン雲の第２の温度は少なくとも１００ｍＫ程度である。
【００３７】
前記摂動を妨害することなく、摂動、即ち、温度変化を正確に測定することが目的である。換言すれば、摂動の測定は摂動を変動させるものではない。このようにして、イオン雲の温度変化を測定することにより、試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定することが可能になる。
【００３８】
摂動、即ち、温度変化は、イオン雲の蛍光信号の変化を引き起こす。イオン雲の前記温度変化は持続的であり、従って前記イオン雲の蛍光信号の前記変化は持続的であることに留意されたい。換言すれば、イオン雲は少なくともかなりの期間にわたって第２の温度を維持し、自動的かつ即座に第１の温度に戻ることはない。本明細書において、「かなりの期間にわたって」という表現は、イオン雲が、前記温度に関連する蛍光信号が測定されるのに十分な期間にわたって第２の温度を維持することを意味する。従って、かなりの期間は１ミリ秒程度であり得る。イオン雲の蛍光の測定は、イオン雲の温度を変更しない。
【００３９】
従って、基準値および実験値が測定されるイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータは、有益には、イオン雲の「蛍光信号」とも呼ばれる蛍光強度である。よって、本発明の第１の実施形態による荷電粒子を検出する方法１は、有益には、イオン雲の蛍光強度の実験値を測定する工程ｓｔ２０を含む。イオン雲の蛍光強度の実験値は、典型的には光子計数器等の蛍光検出器を用いて測定される。あるいは、基準値および実験値が測定されるイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータは、イオン雲の電子励起周波数であってもよい。
【００４０】
典型的な実験条件では、単一の検出イオンは、１秒当たり約１０７光子、即ち、ミリ秒当たり１０４光子を含む蛍光信号を放出することができる。１０００個の検出イオンを含むイオン雲を考えると、前記イオン雲は、ミリ秒当たり約１０７個の光子を含む蛍光信号を放出することができる。蛍光検出器は、例えば、蛍光検出器の光学素子の立体角、利得、透過率および吸収を考慮して、約１０−３の効率を有することができる。従って、イオン雲によって放出された信号からミリ秒当たり約１０４個の光子を含む信号を検出することが可能であり、これはミリ秒当たり約１０７個の光子を含む。良好な検出信頼性のために、少なくとも１つの荷電粒子を含む試料の横断に起因するイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの摂動は、イオン雲に試料を注入する前に測定される基準信号の統計的変動より大きく、そして試料がイオン雲を横切ってイオン雲から出た後に測定される実験信号の統計的変動よりも大きい。換言すれば、基準信号と実験信号との間の信号対雑音比は、基準信号の統計的変動よりも大きく、そして実験信号の統計的変動よりも大きい。信号の統計的変動は、前記信号の振幅に依存する。即ち、Ｎ個の光子を含む信号の例では、前記信号の統計的変動または「ノイズ」は、Ｎの平方根、即ち、√Ｎである。
【００４１】
試料が荷電粒子を含まない場合、実験信号または実験値は、典型的には、基準信号または基準値と実質的に等しい。即ち、実験信号は基準信号と等しく、基準信号の統計的変動内に誤差が含まれる。試料が少なくとも１つの荷電粒子を含む場合、実験信号または実験値は、基準信号または基準値と実質的に異なる。イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータがイオン雲の蛍光である好ましい場合では、実験値は実質的に基準値未満である。実験値は、典型的には基準値の５０％以下である。より正確には、実験値は、典型的には基準値の２５％以下である。
【００４２】
図２は、イオン雲に注入された試料（次いで試料はイオントラップの内部に捕捉されることなくイオン雲を横切り、イオン雲から出て行く）によって誘導されたイオン雲の蛍光信号の変動の図を概略的に示す。蛍光信号は、計数毎秒ｃｐｓで測定される。図２の特定の例の実験パラメータは以下の通りである。
−  イオン雲は、Ｎ＝５００個のイオンを含み；
−  試料は、単一の荷電粒子を含み、荷電粒子は、質量Ｍ＝１０６Ｄａを有し；
−  交番無線周波数捕捉電圧の振幅は、Ｖ＿ｒｆ＝４００Ｖであり；
−  交番無線周波数捕捉電圧の周波数は、Ω／２π＝５．２５ＭＨｚであり；
−  静的捕捉電圧の振幅は、Ｕ＿ｄｃ＝１０Ｖであり；
−  試料は、入射エネルギーＥｃ＝２５ｅＶを有し；
−  蛍光検出器は、１０−３の効率を有する。
【００４３】
前記試料の入射エネルギーは、前記試料の作成過程の間、およびその後前記試料の誘導過程の間に決定され、制御される。試料の誘導過程により、典型的には、試料を減速させるか、または加速することが可能になる。試料の作成過程は、例えば、後述するように電気スプレーイオン化ＥＳＩ技術を使用することができる。試料の誘導過程は、例えば、既知の強度の電界を使用することができる。
【００４４】
図２は、イオン雲の蛍光信号の変化が１ミリ秒程度の時間スケールにわたって観察され得ることを示す。図２の特定の例では、記録開始後５ミリ秒で取得された蛍光信号は約１０，０００ｃｐｓであり、記録開始から６ミリ秒で取得された蛍光信号は約２，０００ｃｐｓである。従って、図２は約１０，０００ｃｐｓから約２，０００ｃｐｓへの減少、即ち、１ミリ秒程度の時間スケールにわたって８０％の減少を示す。
【００４５】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程ｓｔ００は、イオン雲に試料を注入する前、即ち、イオン雲のあらゆる摂動が起こり得る前に実行される。
【００４６】
イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの実験値を測定する工程ｓｔ２０は、試料がイオン雲を横切ってイオン雲から出た後、即ち、イオン雲のあらゆる摂動が生じ得た後に実行される。イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの実験値は、試料がイオン雲から出た後にのみ測定することができ、前述したイオン雲の第２の温度の持続のために、試料がイオン雲に注入され、イオン雲を横切ってイオン雲を出ている間は測定されない。
【００４７】
あるいは、少なくとも１つの物理的パラメータの実験値を測定する工程ｓｔ２０は、イオン雲を通る試料の横断中および試料がイオン雲から出た後に実行される。
【００４８】
基準値を測定する工程ｓｔ００および実験値を測定する工程ｓｔ２０は、単一の動作、即ち、例えば、イオン雲への試料の注入前に発生する第１の瞬間と、試料がイオン雲から出た後に生じる第２の瞬間との間で、イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの単一の連続記録を実行することによって実行することができる。あるいは、基準値を測定する工程ｓｔ００および実験値を測定する工程ｓｔ２０は、少なくとも２つの別個の動作、即ち、例えば、
−  イオン雲への試料の注入前に発生する第１の瞬間におけるイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第１の測定、および
○  試料がイオン雲から出た後、
○  あるいは、イオン雲を通る試料の横断の間および試料がイオン雲から出た後に
発生する第２の瞬間におけるイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの第２の測定を実行することによって実行することができる。
【００４９】
第１の測定は、上で定義した第１の瞬間を含む第１の期間の間に生じる第１の記録であってもよい。第２の測定は、上で定義した第２の瞬間を含む第２の期間の間に生じる第２の記録であってもよい。第１の測定が第１の記録であり、第２の測定が第２の記録である場合、第１の記録と第２の記録とは重複しないことが有益である。
【００５０】
図２に関連して説明した特定の例では、イオン雲の蛍光信号は、実験全体の間に有益に記録することができ、即ち、
−  イオン雲への試料の注入の前、例えば、１ミリ秒程度の期間、
−  試料がイオン雲に注入され、イオン雲を横切ってイオン雲か出る時間の間、
−  試料がイオン雲から出た後、典型的には１ミリ秒程度の期間、即ち、より一般的には、蛍光検出器が、信頼できる方法で試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在、または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するのに十分な蛍光信号を測定することを可能にする期間記録されることが有益である。
【００５１】
図３は、本発明の第２の実施形態による荷電粒子を検出するための方法２を概略的に示す。
【００５２】
本発明の第２の実施形態による方法２は、
−  イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する、前述の工程ｓｔ００；
−  試料をイオン化する工程ｓｔ０１；
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料を注入し、試料はイオントラップ内に捕捉されずにイオン雲を横切ってイオン雲を出る、前述の工程ｓｔ１０；
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの実験値を測定する、前述の工程ｓｔ２０；
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在、または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、実験値を基準値と比較する、前述の工程ｓｔ３０
を含む。
【００５３】
試料をイオン化する工程ｓｔ０１の前に、試料は、少なくとも１つの非荷電粒子を含むことができる。試料をイオン化する工程ｓｔ０１の後、試料は非荷電粒子を含まない。換言すれば：
−  第１の場合、試料は、最初に、帯電したかまたは帯電していない少なくとも１つの粒子を含む。前記第１の場合では、試料をイオン化する工程ｓｔ０１の後に、試料の全ての粒子を帯電させる；
−  第２の場合、試料は空であり、いかなる粒子も含まない。前記第２の場合では、試料をイオン化する工程ｓｔ０１は効果がない。
【００５４】
試料をイオン化する工程ｓｔ０１は、電気スプレーイオン化ＥＳＩ技術を用いて実行することができる。電気スプレーイオン化ＥＳＩ技術は、非常に帯電した状態の荷電粒子を生成するが、これは本発明の実施形態による方法には不要である。実際、本発明の実施形態による荷電粒子を検出する方法により、低帯電状態の荷電粒子、即ち、少なくとも１つの電荷を有する荷電粒子の検出が可能になる。
【００５５】
あるいは、試料をイオン化する工程ｓｔ０１は、ＭＡＬＤＩ（「マトリックス支援レーザー脱離／イオン化」）技術を用いて有益に実行することができる。実際、ＭＡＬＤＩ技術は、ＥＳＩ技術よりもはるかに少ない多重電荷を有するイオンを生成する。
【００５６】
本発明の実施形態のいずれかによる荷電粒子を検出するための非破壊方法の間に、試料もイオン雲も破壊されない。
【００５７】
−  イオントラップから出た後、試料は典型的にその軌道を継続する。試料は、典型的には、イオン雲を横切ることによって減速され得る。試料は、他の実験、特に本発明の一実施形態による荷電粒子を検出するための非破壊方法のために再利用することができる。
【００５８】
−  前述したように、試料によって横切られる前に、イオン雲は第１の温度でレーザー冷却される。試料によって横切られた後、イオン雲は、典型的には第１の温度よりも高いことがある第２の温度を有する。実際、少なくとも１つの荷電粒子を含む試料によるイオン雲の横断は、イオン雲の加温を誘導する。その場合、冷却レーザーのパラメータを変更することによって、イオン雲の温度をその初期値、即ち、第１の温度に戻すことができる。イオン雲は、他の実験、特に本発明の一実施形態による荷電粒子を検出するための非破壊方法のために再利用することができる。
【００５９】
本発明の一実施形態による荷電粒子を検出する方法は、荷電粒子を特徴付けるおよび／または識別する工程をさらに含むことができる。荷電粒子の特徴付けおよび／または識別の工程は、例えば、飛行時間ＴＯＦ技術を使用することができる。荷電粒子の特徴付けおよび／または識別の前記工程が非破壊的である場合、それは本発明の一実施形態による荷電粒子を検出する工程の前または後に行うことができる。荷電粒子の特徴付けおよび／または識別の前記工程が破壊的である場合、本発明の一実施形態による荷電粒子を検出する工程の後に行われる。
【００６０】
図４は、本発明の第３の実施形態による荷電粒子を検出するための方法３を概略的に示す。
【００６１】
−  本発明の第３の実施形態による方法３は、イオントラップに閉じ込められたイオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの基準値を測定する工程ｓｔ００、
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料を注入し、試料はイオントラップに捕捉されずにイオン雲を横切りイオン雲を出る工程ｓｔ１０、
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第１の実験値を測定する工程ｓｔ２０、
−  イオン雲から出た試料をイオン雲に向けて引き戻す工程ｓｔ４０、
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料の２回目の注入を行い、試料はイオントラップに捕捉されずにイオン雲を横切りイオン雲を出る工程ｓｔ１１、
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第２の実験値を測定する工程ｓｔ２１、
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在、または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、第１および第２の実験値を基準値と比較する工程ｓｔ３２
を含む。
【００６２】
本発明の第３の実施形態による方法３のおかげで、試料はイオン雲に２回注入され、イオン雲の少なくとも１つの物理的パラメータの２つの実験値が測定される。従って、試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在の決定は、１つではなく基準値との２つの実験値の比較を使用することができる。第１の実験値および第２の実験値は、例えば、平均して、第１および第２の実験値の平均値を基準値と比較してもよい。このように、決定の信頼性を向上させることができる。イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第２の実験値を測定する工程ｓｔ２１の後、言うまでもなく以下が可能である：
−  イオン雲から出てきた試料を再度イオン雲に向けて引き戻すこと；
−  イオントラップに閉じ込められたイオン雲に試料の３回目の注入を行い、試料はイオントラップに捕捉されずにイオン雲を横切りイオン雲から出ること；
−  イオン雲の前記少なくとも１つの物理的パラメータの第３の実験値を測定すること；
−  試料中の少なくとも１つの荷電粒子の存在、または試料中のあらゆる荷電粒子の不存在を決定するために、第１、第２および第３実験値を基準値と比較すること。
【００６３】
変形例によれば、方法３は、試料をイオン化する工程ｓｔ０１をさらに含むことができる。従って、上記の変形例は、前出の本発明の第２の実施形態による方法２を、本発明の第３の実施形態による方法３と組み合わせる。例えば、基準値を測定する工程ｓｔ００の後およびイオン雲に試料を注入する工程ｓｔ１０の前に、試料をイオン化する工程ｓｔ０１が実行される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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