(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析装置用のイオンフィルタの装置において、前記装置は、
イオンの移動方向を横切る導体を有する２つの電極を備えるイオン改質器と、
第１イオンゲート及び第２イオンゲートを有し、イオンのサンプルの部分集合をガス内におけるイオン移動度に基づいて選択するよう構成されたイオン選択器と、
前記イオン選択器が選択したイオンを改質して娘イオンを生ずる第１モードで前記イオン改質器を動作させ、また前記イオン選択器が選択したイオンを出力する第２モードで前記イオン改質器を動作させるよう構成されたコントローラと、を備え、
前記イオンフィルタは、前記イオン改質器から出力されたイオンを質量分析装置の吸入口に供給し得るものである、装置。
【請求項２】
質量分析装置用のイオンフィルタの装置において、前記装置は、
第１イオンゲート及び第２イオンゲートを有するイオン選択器と、
イオンの移動方向を横切る導体を有する２つの電極を備え、イオンのサンプルを受け取るよう構成されたイオン改質器と、
前記イオンのサンプルを改質して娘イオンを生ずる第１モードで前記イオン改質器を動作させ、また前記イオンのサンプルを出力する第２モードで前記イオン改質器を動作させるよう構成されたコントローラと、を備え、
前記イオン選択器は、ガス内におけるイオン移動度に基づいて前記イオン改質器からのイオンの部分集合を選択するよう構成されたものであり、また前記イオンフィルタは、前記イオンの選択された部分集合を質量分析装置の吸入口に供給し得るものである、装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、前記イオン選択器は前記イオン改質器を含む、装置。
【請求項４】
質量分析装置用のイオンフィルタの装置において、前記装置は、
イオンの移動方向を横切る導体を有する２つの電極を備えるイオン改質器と、
第１イオンゲート、及び該第１イオンゲートからドリフトチャンバ及び前記イオン改質器によって離間した第２イオンゲートを有し、ガス内におけるイオン移動度に基づいてイオンを選択するよう構成されたイオン選択器と、
前記イオン改質器を動作させて、親イオンを改質して前記親イオンとは異なる移動度を有する娘イオンを生ずるよう構成されたコントローラと、を備え、
前記イオン選択器は、前記ガス内におけるイオン移動度に基づいて前記イオン改質器から取得されるイオンの部分集合を選択し、また前記選択されたイオンの部分集合を質量分析装置の吸入口に供給するよう構成されている、装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、前記コントローラは、(a) イオンを改質して娘イオンを出力する第１モードで前記イオン改質器を動作させるか、又は改質されない親イオンを出力する第２モードで前記イオン改質器を動作させるかの選択を行うよう構成されている、装置。
【請求項６】
請求項１又は３記載の装置において、前記コントローラは、
サンプルからイオンの第１部分集合を選択するよう前記イオン選択器を動作させ、
前記イオンの前記第１部分集合を出力する前記第２モードで前記イオン改質器を動作させ、
前記サンプルからイオンの第２部分集合を選択するよう前記イオン選択器を動作させ、また
娘イオンを出力する第１モードで前記イオン改質器を動作させるよう構成されている、装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置において、前記イオン選択器は、前記イオン改質器の動作前に、前記イオンの第１部分集合及び前記イオンの第２部分集合が同一移動度を有するように前記イオンの第１部分集合及び前記イオンの第２部分集合を選択する構成とされている、装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載の装置において、ガス内における移動度に基づくイオンの選択は、微分イオン移動度及びイオン移動度のうち一方に基づいてイオンを選択するものである、装置。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の装置において、前記イオン改質器は、少なくとも５００ｈＰａ（５００ミリバール）のガス圧を有する領域でイオンを改質するよう構成されている、装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の装置において、前記イオン選択器は、少なくとも５００ｈＰａ（５００ミリバール）のガス圧を有するガス内におけるイオン移動度に基づいてイオンを選択するよう構成されている、装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の装置において、前記イオン選択器は、ドリフトガスによりイオンゲートに向かうイオンを移動させるよう構成された第１電界印加器を有する、装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、前記コントローラは、前記イオンゲートを動作させるタイミングを制御することによって、前記イオンの部分集合を選択するよう構成されている、装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の装置において、前記イオン改質器は、前記イオン改質器による前記イオンの移動方向に整列する交流電界にイオンを被曝させるよう構成された第２電界印加器を有する、装置。
【請求項１４】
請求項１〜１１のうちいずれか一項記載の装置において、前記イオン選択器は、ガスの流れで搬送されるイオンを偏向させる偏向電界を印加するよう配置され、また前記コントローラは、前記偏向電界を制御して前記イオンの部分集合を選択するよう構成されている、装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の装置において、前記イオン選択器は、走査可能イオンフィルタ、微分型イオン移動度分析装置、電界非対称イオン移動度分析装置のうち１つを有する、装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか一項記載の装置において、前記イオン改質器は、少なくとも２．５ＭＨｚの周波数を有する交流電界を印加し得るものである、装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか一項記載の装置を用いて関心対象の物質を同定する方法であって、
前記物質のサンプルをイオン化してサンプルイオンを生ずるステップと、
前記サンプルイオンの移動度特性に基づいてサンプルイオンの第１部分集合を選択するステップと、
前記サンプルイオンの前記第１部分集合を質量分析装置に供給して第１質量分析データを取得するステップと、
前記サンプルイオンの移動度特性に基づいてサンプルイオンの第２部分集合を選択するステップと、
前記サンプルイオンの前記第２部分集合を改質して娘イオンを生ずるステップと、
前記娘イオンを前記質量分析装置に供給して第２質量分析データを取得するステップと、
前記第１質量分析データ及び前記第２質量分析データを用いて前記関心対象物質を同定するステップと、
を備える、方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、イオンを改質するステップは、前記イオンを断片化する交流電界に前記イオンを被曝させるステップを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載の方法において、さらに、前記イオンの第１部分集合及び前記イオンの第２部分集合のうち少なくとも一方の移動度特性を前記関心対象物質の同定に使用するステップを備える、方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のうちいずれか一項記載の方法において、前記イオンの第１部分集合及び前記イオンの第２部分集合は前記同一サンプルから取得する、方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のうちいずれか一項記載の方法において、前記イオンの第１部分集合及び前記イオンの第２部分集合は同一移動度特性を有するよう選択する、方法。
【請求項２２】
請求項１７〜２１のうちいずれか一項記載の方法において、前記移動度特性はイオン移動度を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルにおける関心対象物質を同定するための方法及び装置、並びにより具体的には、サンプルにおける関心対象物質の同定を支援するためにイオンを選択及び／又は改質するための方法及び装置に関する。これら方法及び装置は質量分析装置に有用であり、またイオン移動度技術を採用することができる。
【背景技術】
【０００２】
関心対象物質、例えば爆発物、麻薬物及び化学兵器の痕跡を検出する必要性がある。信頼性が高くかつ正確な同定は重要である。分析は、分光計（スペクトロメータ）、例えば、イオン移動度分析装置（ion mobility spectrometers）及び／又は質量分析装置（mass spectrometers）を使用して実施することができる。
【０００３】
質量分析装置は、化合物をイオン化して、帯電した分子又は分子断片を発生させ、また質量対電荷比を測定することによって機能する。一般的な質量分析手順において、イオンは質量対電荷比に基づいて、一般的にはイオンを加速し、また印加した電場又は磁場によって偏向する度合いを測定することによって、分離する。幾つかの質量分析装置はイオントラップを使用して動作する。質量スペクトルは、質量対電荷比の関数として、検出イオンの相対存在度を反映する。イオンは、既知の質量を同定される質量と比較することによって、又は得られたスペクトルを既知のスペクトルと比較することによって同定することができる。同一質量対電荷比のイオンは同一量の偏向を受けるが、単独質量対電荷比は多数のイオン種に関連し得る。
【０００４】
イオン移動度分析装置（ＩＭＳ）は、関心対象サンプルからの物質（例えば、分子、原子等々）をイオン化し、またこの結果生じたイオンが既知の電界の下で既知の距離を移動するのにかかる時間を測定することによって、物質を同定することができる。このことは、飛行時間イオン移動度分析装置（ＴＯＦＩＭＳ：time of flight ion mobility spectrometry）として知られている。各イオン飛行時間は検出器によって測定することができ、また飛行時間はイオン移動度に関連する。イオン移動度は、イオンの質量及びジオメトリに関係する。したがって、検出器において、イオンの飛行時間を測定することによって、イオンの素性を推測することができる。これら飛行時間は、プラズマグラムとして図形的又は数値的に表示することができる。他のタイプのイオン移動度分析装置も存在する。例えば、微分型イオン移動度分析装置において、イオンを、電界強度に対するイオン移動度の依存状態に基づいて選択する。このことを行うため、選択した微分移動度を有するイオンのみが分析装置を通過できるよう選択した可変の電界強度に曝すことができる。例えば、電界非対称性イオン移動度分光分析においては、イオンを、ＤＣ電圧に関連した無線周波数（ＲＦ）で高電圧非対称波形を印加することによって分離する。イオンの高電界と低電界の移動度比に基づいて電界が変化するにつれて、イオンは一方の電極又は他方の電極に移動する。特定の微分移動度のみを有するイオンのみが装置を通過する。
【０００５】
他のイオン移動度技術は電極間でイオンを搬送するキャリヤガスの流れをそよする。イオンは、キャリヤガスの流れに交差する方向（横方向）における電極間に印加した電界によってガスの経路から偏向することができる。印加電界の強度を走査することによって異なる移動度を有するイオンを選択することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の態様及び実施例を特許請求の範囲の請求項に記載する。
【０００７】
本発明の実施形態は、質量分析装置用のイオンフィルタを提供する。図面に図示し、また以下により詳細に説明するように、イオンフィルタは、イオン選択器及びイオン改質器を有することができる。イオン選択器は、ガス内におけるイオン移動度に基づいてイオンのサンプルの部分集合を選択する。イオン改質器は、イオンを改質して分析用の質量分析装置に供給される娘イオン（プロダクトイオン）を生ずるか、又はイオンの部分集合を改質せずに質量分析装置に通過させるかのいずれかを行うよう制御することができる。
【０００８】
イオン改質器は、イオン選択器が選択したイオンの部分集合のみを改質するよう配置することができる、又はイオン選択器が娘イオンの部分集合を選択する前にイオンのサンプルを改質するよう配置することができ、例えば、イオン改質器は、イオン選択器内に統合するか、又はイオンのサンプル源とイオン選択器との間に配置することができる。
【０００９】
イオン移動度に基づく選択は、微分イオン移動度、及び／又は飛行時間イオン移動度に基づく選択を含み、例えば、選択した電界におけるイオン移動度、例えば、イオン移動度が電界強度に依存しない「低電界」（約５００Ｖｃｍ−１までの電界）イオン移動度に基づいて及び／又は任意な他の移動度特性に基づいての選択を含む。
【００１０】
本発明の実施形態は、イオン選択器を動作させてサンプルからイオンの第１部分集合を選択し、このイオンの第１部分集合を改質することなく分析のため質量分析装置に通過させ、次に、イオン選択器を動作させて同一サンプルからイオンの第２部分集合を選択し、この後、イオン改質器を動作させ、イオンの第２部分集合を改質して、娘イオンを分析のため質量分析装置に出力することにより、分析すべきサンプルから関心対象物質を同定することができる。イオンの第１部分集合及びイオンの第２部分集合は同一サンプル（単一の蒸気サンプル）から取得することができる。しかし、幾つかの実施形態において、これら部分集合は、同一関心対象物質から取得した別個のサンプルからも（例えば、関心対象物質の単独スワブ（綿棒採取標本）を揮発させることにより）取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の実施形態を単に実施例として、以下に添付図面につき説明し、これら図面は以下の通りである。
【図１】本発明のあり得る３つの実施形態の極めて概略的な説明図を示す。
【図２】イオンフィルタの概略的な部分切除断面図を示す。
【図３】他のイオンフィルタの概略的な部分切除断面図を示す。
【図４】別のイオンフィルタの概略的な部分切除断面図を示す。
【図５】さらに他のイオンフィルタの概略的な部分切除断面図を示す。  これら図面において、同一参照符号は同一素子を示すのに使用する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は質量分析装置用のイオンフィルタのあり得る３つの実施形態を示す。第1番目の図１−Ａは、イオン源２からイオンを取得して、ガス内でのイオン移動度に基づいてこれらイオンの部分集合を選択するよう配列したイオン選択器４を示す。イオン選択器４は、次にイオンのこの部分集合をイオン改質器６に供給することができ、このイオン改質器６は、(a) 質量分析装置によって分析する前にイオンの部分集合を改質すること又は(b) 改質せずにイオンを通過させることのいずれかを選択的に行うよう動作することができる。第２番目の図１−Ｂは、イオン源２からイオンを取得するよう配列したイオン改質器６を示し、このイオン改質器６は、イオン選択器４に供給する前にイオンを改質するよう動作することができ、このイオン選択器４は、分析されるよう質量分析装置に供給される前にこれらイオンの部分集合を選択することができる。第３番目の図において、イオン選択器は統合イオン改質器６を含み、この実施形態において、イオン選択器装置自体がイオン改質器６を有する。このイオン改質器６は、イオン選択器４内における少なくとも幾分かのイオンを改質するよう動作することができ、またイオン選択器４は、イオン源２からのイオンの部分集合（おそらくその幾らかの部分は改質されている）を質量分析装置における分析のために供給するよう動作することができる。
【００１３】
図２は、質量分析装置用のイオンフィルタを示し、図２に示す装置は、図１−Ａに示す一実施形態である。図２に示す装置は、イオンフィルタにイオンを供給するよう配列したイオン源２を有する。イオンフィルタは、分析のために質量分析装置に対して選択した及び／又は改質したイオンを供給するよう構成したイオン選択器４及びイオン改質器６を備える。
【００１４】
イオン源２は、蒸気又はガスのようなガス状流体のサンプルを取得するためのピンホール又は膜入口のような入口２０と、サンプルをイオン化するためのイオン化装置（イオナイザー）１８とを有する。イオン化装置１８は、コロナ放電素子又は放射能源のようなイオン化放射源を有することができる。幾つかの実施形態において、サンプルは、イオン化された反応ガスを使用してイオン化することができる。
【００１５】
図２に示すイオン選択器４は、イオン源２から第１イオンゲート１４によって分離されたドリフトチャンバを有する。イオン選択器４は、第１ゲート１４からドリフトチャンバによって離間した第２イオンゲート１６を有することができる。第１イオンゲート１４及び第２イオンゲート１６は、それぞれが複数個の細長導体を有することができる２つの電極から構成することができる。各イオンゲートの電極は、交互嵌合する、又は他の形態では交互配置かつ少なくとも部分的に非平面状（例えば、イオンの移動方向に離間した状態）にすることができ、例えば、ブラッドベリー−ニールセン（Bradbury-Nielsen）ゲート、又はティンダル−パウエル（Tyndall-Powell）ゲートのようなイオンシャッターを得る。
【００１６】
ドリフトチャンバは、第１イオンゲート１４からドリフトチャンバに沿って第２イオンゲート１６に向けてイオンを移動させるようドリフトチャンバに沿う電圧プロファイルを印加する一連のドリフト電極２６，２８を有することができる。イオン改質器６は、イオンがドリフトチャンバを通過し、第２イオンゲート１６経由でイオン改質器６に流入してから質量分析装置（図２では示さない）に至るよう配列することができる。
【００１７】
イオン改質器６は、第２イオンゲート１６から離間した２個の電極を有することができる。イオン改質器の各電極は、第２イオンゲートから出口に向かうイオンの移動方向を横切って配列したグリッド、例えばメッシュのような導体アレイを有することができ、この出口は、イオンを質量分析装置に供給するために接続する。図示のように、各イオン改質器電極の導体は、電極間にギャップを有し、イオンがギャップを通して移動することによって各電極を通過できるようにする。一実施例において、イオンは、電極導体間ギャップ経由で導体相互間の領域内に通過し、また次いでイオン改質器６の導体間ギャップ経由でこの領域から退出する。イオンが電極間領域に存在する間に、イオンは、無線周波数ＲＦの電界を被曝し、断片化することができる。例えば、イオン改質器は、イオンに非対称の（例えば、小さい又はゼロのＤＣ成分を有する）交流電界を被曝させるよう構成ことができる。幾つかの実施形態において、イオン改質器６は、これら２個の電極に対して付加的に又は代替的にヒータを有することができる。幾つかの実施形態において、イオン改質器６は、２個より多い数の電極を有することができる。本発明の幾つかの実施例において、１個より多いイオン改質器を使用することができる。
【００１８】
図２に示す装置において、イオン選択器は、この実施例では、第１イオンゲート１４と第２イオンゲート１６との間に配置したイオン改質器６を有する。イオン選択器がイオン改質器６を有する他の実施例において、イオン選択器の１個又はそれ以上のイオンゲート（図２に示す第１イオンゲート１４及び第２イオンゲート１６のような）は、イオン改質器６によって、例えば、以下に説明するような複合イオンゲート及びイオン改質器によって設けることができる。複合イオンゲート及びイオン改質器の実施例としては、欧州特許第２６６６１８３として刊行された本願人による欧州特許出願の特許文献に記載されており、この特許文献は参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。
【００１９】
電圧供給器２２を、イオン化装置１８、第１イオンゲート１４、第２イオンゲート１６、ドリフト電極２６，２８、及びイオン改質器６に接続することができる。コントローラ２４を、電圧供給器２２の動作を制御するよう接続することができる。
【００２０】
ドリフトガス循環システム８を、イオン選択器４のドリフトガス出口１０、及びイオン改質器６のドリフトガス入口１２に接続することができる。イオン改質器６は、イオン改質器６内に導入されるドリフトガスが第２イオンゲート１６経由でドリフトチャンバ内に流入して第１イオンゲート１４に向かって流れるよう配列することができる。ドリフトガス循環システム８は、第１イオンゲート１４から第２イオンゲート１６へのイオン経路とはほぼ反対方向のドリフトガスフローを生ずるよう構成することができる。ドリフトガスの例としては、限定しないが、窒素、ヘリウム、空気、再循環される空気（例えば、浄化及び／又は乾燥化された空気）がある。本明細書の文脈では、図２に示す実施例において、電界を電圧供給器によって印加し（例えば、ドリフト電極、及び可能であれば他の電極も使用することによって）、このドリフトガスの流れに抗してイオンをドリフトチャンバに沿って第２イオンゲート１６に向かうよう移動させることは理解できるであろう。
【００２１】
第１イオンゲート１４は、開放してイオンをイオン源２からドリフトチャンバ内に通過させ、また閉鎖してイオンの通過を阻止するよう動作可能とすることができる。同様に、第２イオンゲート１６は、開放してイオンをドリフトチャンバからイオン改質器に通過させ、又は閉鎖してイオンの通過を阻止するよう動作可能とすることができる。このことは、サンプルからイオンの部分集合を選択する一手法を提供する。イオンの部分集合（サンプルからのイオンの全体より少ない）を選択することは、サンプルから幾らかのイオンが第１イオンゲート１４を通過できるステップと、次にこれらイオンの幾らかが第２イオンゲート１６を通過しないよう阻止する阻止ステップとを有することができ、この阻止ステップは、例えば、第２イオンゲート１６を閉鎖することによって行う。したがって、コントローラ２４は、第１イオンゲート１４及び第２イオンゲート１６の開放タイミングを制御することによって、ドリフトガス内でイオン移動度に基づくイオンサンプルの部分集合を選択することができる。例えば、第２イオンゲート１６の開放タイミングは、ドリフトチャンバに沿う選択された飛行時間（及び／又は選択された飛行時間範囲）を有するイオンのみがイオン選択器４からイオン改質器に通過できるようにする第１イオンゲート１４の開放タイミングに基づいて、選択することができる。
【００２２】
イオン改質器６は、イオンを改質するエネルギーをイオンに印加する第１モードで動作可能にすることができ、この改質は、例えば、イオンの有効温度を上昇させる、又は例えば、イオンをＲＦ電界に曝すことにより行うことができる。動作の第１モードでイオンに印加するエネルギーは、選択したイオン、例えば標的物質のイオン、及び標的物質とイオン源２又はイオン選択器４に存在する既知の反応物質との間で形成される付加生成物イオンを断片化するのに必要とされるエネルギー量に基づいて選択することができる。標的物質としては、麻薬、爆発物、化学兵器及び他の禁制品がある。印加エネルギーは、イオン改質器が印加する電界の大きさ及び／又は周波数を制御することによって選択することができる。幾つかの実施形態において、エネルギーは熱エネルギーとすることができ、また印加されるエネルギー量は、例えばヒータを使用して温度を制御することによって、制御することができる。イオン改質器は、さらに、イオンを改質させるエネルギーにイオンを曝すことなく、イオン選択器４から質量分析装置にイオンを通過させることができる第２モードで動作可能とし得る。例えば、この第２モードにおいて、イオン改質器は、第１モードで印加されるよりも少ないエネルギーをイオンに印加するよう動作することができ、この少ないエネルギー印加は、例えばスイッチオフにすることにより行うことができる。
【００２３】
動作にあたり、イオン化装置１８は、関心対象物質からイオンのサンプルを供給するよう動作する。コントローラ２４は、次に第１イオンゲート１４を開放してサンプルからの幾らかのイオンがドリフトガスの流れに抗してドリフトチャンバに沿って移動することができるようにする。イオンの第２イオンゲート１６への到達時間は、ガス及びドリフト電極２６，２８によってドリフトチャンバに沿って印加される電界によるイオンの移動度によって決定される。コントローラ２４は、次に第２イオンゲート１６を制御して、幾らかのイオンの通過を阻止し、また他のイオンの通過を可能にする。例えば、第１イオンゲート１４の開放後に、選択した時間窓（又は一連の時間窓）において第２イオンゲート１６に到達するイオンは、第２イオンゲート１６を通過することができるとともに、この時間窓から外れて到達するイオンは通過を阻止され、この阻止は、例えばイオンがイオンゲートによって停止させられる又は偏向させられることによって生ずる。したがって、イオン源２からの選択されたイオンの部分集合のみがイオン選択器４からイオン改質器に通過できる。
【００２４】
コントローラ２４は、(a) この選択したイオンの部分集合を改質し、またこの改質プロセスによって得られた娘イオンを質量分析装置に供給する第１モード、又は(b) 選択したイオンの部分集合を改質することなく質量分析装置に通過させることができる第２モードのいずれかで、イオン改質器６を動作させることができる。例えば、コントローラ２４は、先ずサンプルから質量分析装置に通過させるべきイオンの部分集合を選択し、またイオン改質器を第２モードで動作させて、（非改質の）イオン部分集合を質量分析装置に供給することができる。コントローラ２４は、イオンの第２部分集合をイオン改質器に供給し、またイオン改質器を第１モードで動作させ、娘イオンを質量分析装置に供給できるようにする。改質されずに供給されるイオンの部分集合、及びイオンの部分集合を改質することによって得られた娘イオンは、比較可能な部分集合（例えば、同一サンプルからの部分集合及び／又は同一（単／複数）移動度を有する部分集合）であり得る。次にこれら部分集合双方を質量分析装置内で分析し、関心対象物質を同定することができる。
【００２５】
上述の動作の順序は逆にして、先ず娘イオンを質量分析装置に供給し、また次いで親イオン（プリカーサイオン）を供給することができる。イオンの第１部分集合及び第２部分集合は同一サンプルからのものとすることができ、また同一（単／複数）移動度を有するよう選択することができ、この選択は、イオンゲートを開閉する同一時間窓を使用して行うことができる。
【００２６】
幾つかの実施形態において、コントローラ２４は、イオン改質器６を第１モードでの動作時間を制御して、選択したイオンの部分集合のうち幾らかのみ（全部より少ない）が改質されるようにする。例えば、イオンの移動度によって決定されるように、選択したイオンの部分集合が特定時間窓（単／複数個）中にイオン改質器を通過する場合、コントローラ２４は、この時間窓中の選択したインターバル内でイオンを改質するようイオン改質器を動作させることができる。
【００２７】
手短に上述したように、幾つかの実施形態において、第１イオンゲート１４又は第２イオンゲート１６は、イオン改質器６の１個又はそれ以上の電極によって設けることができる。例えば、コントローラ２４は、電圧をイオン改質器６に印加し、イオンがイオン改質器を通過しないよう阻止する及び／又はドリフトチャンバに沿って移動するイオンを偏向して、イオン改質器が第２イオンゲートの機能を果たすよう構成することができる。例えば、コントローラは、イオン改質器の第１電極をイオンゲートとして動作させるよう構成することができる。例えば、イオン改質器６の一方の電極は、イオンゲート、例えばブラッドベリー−ニールセン・ゲート、又はティンダル−パウエル・ゲートのようなイオンシャッターとして動作するよう配列した複数個の導体を有することができる。本明細書に記載した実施形態のうち任意なものにおけるいかなるイオンゲートも同様に構成したイオン改質器によって設けることができる。複合イオンゲート及びイオン改質器の実施例としては、欧州特許第２６６６１８３として刊行された本願人による欧州特許出願の特許文献に記載されており、この特許文献は参照により全体が本明細書に組み入れられるものとする。幾つかの実施形態において、この装置は、１つより多い数のイオン改質器６を有する。
【００２８】
幾つかの実施例において、図２の装置はイオンゲートを単に１個のみ有し、またそのイオンゲートは、例えばイオン改質器６の１個又はそれ以上の電極によって得られる複合イオンゲート及びイオン改質器によって設けることができる。
【００２９】
図２に示す実施例において、ドリフトガス循環システム８は、イオン選択器４及びイオン改質器６の双方を通過するドリフトガスのフローを供給するよう構成し、例えば、図２に示す構成において、イオン選択器４及びイオン改質器６は同一のガス圧状態にすることができる。しかし、幾つかの実施形態において、イオンは、イオン選択器４から（例えば、第２イオンゲート１６から）イオン改質器６へ、両者間にガス差圧を維持できるよう構成した狭隘路経由で通過できるようにし得る。
【００３０】
図３は図２に示すのと同様の構成を示すが、図３に示す実施例において、イオン改質器及びイオン選択器は、別個のチャンバ内に配置することができる。２個のチャンバのうち一方又は双方におけるポンプ動作により、各チャンバ内の圧力は個別に制御でき、例えば、両者間に差圧を維持することができる。図示のように、これら実施形態において、毛細管３０のような狭隘路の使用により、イオンはイオン選択器とイオン改質器６との間で移動することができる。イオンガイドのようなイオン合焦装置を、この狭隘路に沿ってイオンを導くよう配置することができる。この形態において、イオン選択器及び／又はイオン改質器６における圧力は、少なくとも５００ｈＰａ（５００ミリバール）、例えば少なくとも８００ｈＰａ（８００ミリバール）、例えばほぼ大気圧とすることができる。イオン改質器６におけるガス圧は、イオン選択器における圧力とは異なる、例えばそれより低い圧力とすることができる。
【００３１】
図３に示す形態は、イオン改質器６をイオン源２とイオン選択器との間に配置するよう逆にすることができ、例えば、イオン源２がイオンをイオン改質器６に供給するよう構成し、またコントローラ２４は、イオンがイオン選択器に通過する前にこれらイオンを改質するようイオン改質器６を動作させるか否かを選択することができる。この形態において、イオン改質器６及びイオン源２は、別個のチャンバ（異なる圧力状態にある）に配置することができ、また図３につき説明したように、イオンはイオン改質器６から毛細管３０のような狭隘路に沿ってイオン選択器に通過することができる。この形態において、イオン選択器は、イオン改質器６によって生成された娘イオンの部分集合を選択するよう動作し、またイオン改質器６は、イオンを改質する第１モード、又は非改質イオンのイオン選択器への通過を可能にする第２モードのいずれかで動作することができる。
【００３２】
図４は、図２に示す実施例と同様の他の実施例を示す。図４において、図２及び３におけるのと同様に、イオン選択器は、飛行時間イオン移動度分析方法に基づくものであり、例えば、コントローラ２４は、第２イオンゲート１６の動作タイミングを制御することによってイオンの部分集合を選択するよう構成する。図４に示す装置において、第２イオンゲート１６は、イオン改質器６と質量分析装置への出口との間に配置し、例えば、イオン改質器６は、イオン選択器４の第１イオンゲート１４と第２イオンゲート１６との間におけるドリフトチャンバ内に配置することができる。図４に示すように、イオン改質器６は、イオン選択器のドリフトチャンバ内の領域でイオンを改質するよう構成し、例えば、イオン改質器６は、図２につき説明したように、２個の電極を有し、またこれら電極は、この領域におけるイオンを、ドリフトチャンバに沿ってイオンを移動させるのに用いる電界よりも強い電界（例えば、ＲＦ電界）に曝すよう配置することができる。イオン改質器６の電極は、ドリフトチャンバに沿うイオンの移動方向に整列する電界にイオンを被曝させるよう配置することができる。イオン改質器６からの電界のイオン移動方向に対する整列は、完全に又は均一にはなり得ない。例えば、電界方向は、イオン改質器の電極を形成する導体のジオメトリ及び相対配置に左右される。
【００３３】
図５は、イオン選択器が、微分移動度分析のような微分移動度技術に基づいてイオンの部分集合を選択するよう構成される、質量分析装置用のイオンフィルタを示す。
【００３４】
図５の装置は、図２につき説明したイオン源２の特徴を有するイオン源２を有する。
【００３５】
図５に示すイオン選択器は、第１イオンゲート１４によってイオン源２から分離されるガスフローチャンバを有する。このガスフローチャンバは、イオン源２からガスフローチャンバの出口に向かうガスの流れによってイオンの搬送を可能にするよう構成することができる。キャリヤガスフローシステムは、ガスフローチャンバに沿うイオンゲート１４から出口へのキャリヤガスの流れを生ずるよう構成する。ガスフローチャンバ内でガスの流れの方向に交差する（例えば、横方向の）電界を印加するための２個の偏向電極を配列する。
【００３６】
電圧供給器２２を、図２につき上述したように、イオン化装置１８、第１イオンゲート１４、及びイオン改質器に接続することができる。電圧供給器２２は、さらに、ガスの流れの方向に直交する選択した電界を印加する偏向電極に接続することもできる。
【００３７】
コントローラ２４は、イオン化装置１８、第１イオンゲート１４、偏向電極、及びイオン改質器のうち少なくとも１つを動作させるための電圧供給器２２を制御するよう接続する。コントローラ２４は、偏向電極が印加する電界を制御して、選択した移動度特性、例えば選択した微分移動度を有するイオンのみがイオン選択器を通過して、分析のための質量分析装置に供給されるよう構成することができる。
【００３８】
図５に示すように、イオン選択器の出口は、イオン選択器から退出するイオンがイオン改質器６に通過できるよう配列する。イオン改質器６は、２個の電極を有し、また図２で示したイオン改質器６につき上述した特徴を有することができ、この実施形態のイオン改質器６は、さらに、図３につき上述した別個のチャンバ内に配置する、又は図４につき上述したようにイオン選択器による分離を行う前（又はその最中）にイオンを改質するよう構成することもできる。動作にあたり、イオンはイオン源からキャリヤガスのフロー内に供給される。ガスフローはイオンをイオン選択器の出口に向けて搬送する。電圧供給器２２は電圧を偏向電極に印加して、ガスフロー方向に対して交差する（例えば、直交する）方向の電界を生ずる。コントローラ２４は、この電界を制御する印加電圧を選択し、またこれによりイオン選択器の出口を通過できるイオン移動度を選択する。次に、コントローラ２４は、上述の第１モード及び第２モードのうち一方でイオン改質器６を動作させて、イオンの選択した部分集合を改質する、又はイオンの選択した部分集合を改質することなく質量分析装置に通過させることができるようにする。図５の実施形態において、イオンゲート１４は随意的なものである。
【００３９】
図１〜４につき上述した動作の方法は、図５につき説明した装置にも適用することができる。
【００４０】
当然のことながら、上述の実施形態は説明上の実施例として理解されるべきである。他の実施形態も考えられる。例えば、電界非対称イオン移動度分析技術を使用してイオン選択器を得ることができる。これら実施形態は、図５に示す形態に反映することができ、また電圧供給器２２は、非対称交流電圧、例えばＲＦ電圧を供給するよう構成することができ、本発明に関する当業者であれば、この非対称交流電圧が、イオン移動度の電界依存度、例えば、微分イオン移動度に基づいてイオンの部分集合を選択できることは理解できるであろう。キャリヤガスを使用することに対して付加的又は代替的に、図５に示す装置の幾つかの実施形態において、電圧を使用してイオンを出口に向けて移動させることができる、例えば図２に示すドリフト電極２６，２８に類似の電極を使用することができる。
【００４１】
本明細書に記載したいずれの装置実施形態も関心対象物質を同定する方法に使用することができる。例えば、これら実施形態を質量分析装置に接続して、改質したイオン及び非改質イオンの双方に関連する質量分析データを（及びおそらく移動度データをも）、関心対象物質を同定する、例えば、１つ以上の候補の素性を物質に割り当てるのに使用することができる。このような方法の１つの例は、物質サンプルをイオン化するステップを有する。
【００４２】
次に、これらイオンの部分集合を、例えば本明細書に記載したイオン選択器のうち任意な１つを用いて選択することができる。このサンプルイオンの第１部分集合は、特定イオン移動度、例えば、特定微分移動度のような特定の移動度特性を有するよう選択することができる。次に、サンプルイオンのこの第１部分集合を質量分析装置に供給し、例えば、そのイオンの部分集合の質量対電荷比を表す第１質量分析データを取得することができる。
【００４３】
次に、サンプルからのイオンの第２部分集合を、（例えばサンプルイオンの第１部分集合と同一の移動度特性を有する同一移動度特性に基づいて選択することによって）取得することができる。
【００４４】
次に、このイオンの第２部分集合を、例えば、交流電界に曝すことによってイオンを断片化して、改質することができる。次いで、この改質プロセスによって生じた娘イオンを質量分析装置に供給して、第２質量分析データを取得することができる。
【００４５】
この後、第１質量分析データ及び第２質量分析データを使用して関心対象物質を同定することができる。当然のことながら、これらステップを行う順序は逆にすることができる。さらに、イオンの第１部分集合及びイオンの第２部分集合のうち少なくとも一方の移動度特性を使用して、関心対象物質を同定することができる。関心対象物質同定ステップは、１つ以上の候補素性を物質に割り当てるステップを有する。
【００４６】
任意な１つの実施形態に関連して説明したいかなる特徴も、単独で、又は本明細書で記載した他の特徴との組合せで使用することができ、また任意な他の実施形態における１つ以上の特徴と組み合せて、又は任意な他の実施形態と任意な組合せにして使用することができる。さらに、上述していない均等物及び変更物をも、特許請求の範囲の請求項で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、採用することができる。
【００４７】
例えば、本発明の以下の方法は、本明細書に記載した任意な他の方法と組み合わせる、及び／又は本明細書に記載した装置のうち任意なものを用いて実施することができる。このような方法の第１実施例は、蒸気サンプルを分光分析装置の低圧領域内に導入するステップと、サンプルをイオン化するステップと、サンプルをイオン化することによって得られたイオンを改質するステップと、改質したイオンを分析のための検出器に供給するステップとを有する。低圧領域におけるガス圧は、周囲圧力よりも少なくとも２００ｈＰａ（２００ｍｂ）低い、例えば周囲圧力よりも少なくとも３００ｈＰａ（３００ｍｂ）低い圧力とすることができる。このような方法は、イオンをイオン化領域から検出器に向けて移動させるステップと、イオンの検出器に向かう移動方向に整列する成分（例えば、優勢的成分）を有する無線周波数（ＲＦ）電界にイオンを曝すステップとを有する。このＲＦ電界は、イオンの検出器に向かう移動方向に互いに離間する２個の電極によってイオンに印加することができる。
【００４８】
本発明の幾つかの実施例は、質量分析装置のようなスペクトロメータ用のサンプル吸入段装置を得るのに使用することができる。これら吸入段は、周囲圧力よりも２００ｈＰａ（２００ｍｂ）低い圧力を有する低圧領域を有し、この低圧領域は、ガス状流体のサンプルを取得する入口２０と、サンプルから親イオンを取得するイオン化装置１８と、低圧領域で親イオンを改質して娘イオンを生ずるようイオン改質器６と、娘イオンを分析用のスペクロトメータに供給するよう構成した出口とを備える。イオン改質器６は、イオンの出口に向かう移動方向に整列する、例えば、優勢的に整列する交流無線周波数（ＲＦ）電界にイオンを曝すよう構成する。
【００４９】
概して図面につき説明すると、当然のことながら、概略的機能ブロック図は本明細書に記載のシステム及び装置の機能性を示すのに使用する。しかし、この機能性はこのように分割する必要はなく、本明細書に記載した、また特許請求の範囲で請求した以外の任意な特定ハードウェア構体を意味すると捉えるべきではない。図面に示す１つ以上の素子の機能は、さらに細分割する、及び／又は本発明装置全体にわたり分配することができる。幾つかの実施形態において、図面に示す１つ以上の素子の機能を、単一機能ユニットに統合することができる。イオン移動度分析の幾つかのタイプは本明細書に記載した装置のイオン選択器機能を示すために記載したが、任意のイオン移動度に基づく技術、例えば移動波ＩＭＳ技術のような他のイオン移動度技術を使用することができる。他の実施例及び変更例もあり得ることは本発明の当業者には明らかであろう。
【００５０】
例えば、ドリフトガスを使用する必要はなく、本発明の幾つかの実施例は、イオンの平均自由行程がドリフトチャンバの長さと同等、例えば、それより長い又は等しいシステムに使用することができる。移動度以外で、本発明のこれら実施例は、例えば、飛行時間測定に基づく、又はイオンを磁場に曝して移動方向から偏向させることに基づいてイオンの質量対電荷比を測定することができる。
【００５１】
幾つかの実施例において、１つ以上のメモリ素子は本明細書に記載の動作を実現するのに使用されるデータ及び／又はプログラム命令を記憶することができる。本発明の実施形態は、本明細書に記載の及び／若しくは特許請求の範囲で請求した方法のうち任意な１つ又はそれ以上を実施するプロセッサをプログラムするよう、並びに／又は本明細書に記載の及び／若しくは特許請求の範囲で請求した処理装置にデータを供給するよう動作可能なプログラム命令を有する、有形の持続性記憶媒体を提供する。
【００５２】
本明細書に記載の装置の使用及び動作は本発明方法であることも意図し、また装置の特別な構体には関連せず、したがって、装置実施形態の特徴は、本明細書に記載した及び特許請求の範囲で請求した方法実施形態と組み合わせることができる。同様に、本明細書に記載した方法は、本明細書に記載した装置の適当な形態によって実現することができる。適切であれば、本明細書で概説した行為及び装置は、論理ゲートのアセンブリのような固定論理、又はソフトウェア及び／若しくはプロセッサが実行するコンピュータプログラム命令のようなプログラム可能論理によって設けることができるコントローラ及び／又はプロセッサを用いて実現することができる。他のプログラム可能論理としては、プログラム可能プロセッサ、プログラム可能デジタル論理（例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ(EEPROM)）、特定用途向け集積回路(ASIC)、又は任意な他の種類のデジタル論理、ソフトウェア、コード、電子命令、フラッシュメモリ、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ ＲＯＭ、磁気的若しくは光学的カード、電子命令を記憶するのに適した別タイプのマシン読取り可能媒体、又はこれらのうち任意の適当な組合せがある。
【００５３】
電極につき説明する場合、当然のことながら、導体の任意な構成を使用することができ、例えば、電極は金属又は他の導体を有することができ、また少なくとも部分的に露出する及び／又は部分的に絶縁することができる。本明細書に記載の電圧供給器は、１個以上の昇圧又は降圧変圧器を有するＡＣ電源を有することができ、また電圧供給器は、さらに、バッテリ又は燃料電池又は容量性蓄電器のようなＤＣ電源を有することができる。ＡＣ電力及びＤＣ電力の組合せを使用することができ、また電圧供給器は、ＤＣ電源に基づいてＡＣ電圧を供給するインバータを有することができる。幾つかの実施形態において、電圧供給器は、ＡＣ電源に基づいてＤＣ電圧を供給する整流器を有することができる。ＡＣ電源及びＤＣ電源並びに電圧供給コンポーネントの任意な組合せを使用することができる。幾つかの実施形態において、電圧供給器は電流源として動作することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
２    イオン源
４    イオン選択器
６    イオン改質器
８    ドリフトガス循環システム
１０    ドリフトガス出口
１２    ドリフトガス入口
１４    第１イオンゲート
１６    第２イオンゲート
１８    イオン化装置（イオナイザー）
２０    入口
２２    電圧供給器
２４    コントローラ
２６    ドリフト電極
２８    ドリフト電極
３０    毛細管
【図１】
0006639491.tif 000002
【図２】
0006639491.tif 000003
【図３】
0006639491.tif 000004
【図４】
0006639491.tif 000005
【図５】
0006639491.tif 000006