(57)【要約】試薬イオン発生器を使用して、ＰＴＲおよびＥＴＤ等のイオン−イオン反応において使用するために、質量分析計の内側領域内で試薬イオンの発生を可能にする、装置、システム、および方法が、提供される。これらの試薬イオンが発生される場所は、作用点、すなわち、試薬イオンおよび検体イオンが、イオン−イオン反応を介して相互作用し、例えば、ＰＴＲおよび／またはＥＴＤを生じさせるであろう反応域に可能な限り近接して存在することができる。
2015503745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計システムであって、
第１のチャンバと、
前記第１のチャンバに結合された試薬イオン発生器と
を備え、
前記イオン発生器は、
近位端から遠位端に延在する中空導管であって、前記近位端は、試薬分子を源から前記導管に導入するために適合され、前記遠位端は、前記第１のチャンバの内側に配置されている、中空導管と、
少なくとも部分的に前記中空導管内に配置され、近位部分から遠位先端部分に延在する電気伝導ワイヤであって、前記遠位先端部分は、前記導管の前記遠位端に近接して位置付けられている、電気伝導ワイヤと、
前記ワイヤの一部に電気的に結合するために適合されている電圧源であって、前記電圧源は、前記ワイヤの前記遠位先端部分に近接して放電を生じさせるために十分な電圧を前記ワイヤに印加する、電圧源と
を備えている、質量分析計システム。
【請求項２】
前記電圧源は、約−５０００〜約＋５０００ボルトの電圧を前記伝導ワイヤに印加するように適合されている、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項３】
前記ワイヤは、前記遠位先端部分以外のその長さ部分の上を電気絶縁材料によって被覆されている、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項４】
前記試薬分子は、ペルフルオロカーボンまたは芳香族分子のうちのいずれかを含む、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項５】
前記試薬分子は、前記伝導ワイヤの露出された先端からの放電および／またはコロナにさらされると、正イオンを形成する、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項６】
前記試薬分子は、前記伝導ワイヤの露出された先端からの放電および／またはコロナにさらされると、負イオンを形成する、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項７】
前記第１のチャンバは、少なくとも１気圧の圧力に維持されている、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項８】
検体イオンを前記第１のチャンバに送達するために、前記第１のチャンバに結合された検体導管をさらに備え、前記検体イオンの少なくとも一部は、前記試薬イオンとのイオン−イオン反応を受ける、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項９】
オリフィスを介して前記第１のチャンバと連通している第２のチャンバをさらに備えている、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項１０】
前記中空導管の前記遠位端は、前記オリフィスの近傍に配置され、前記試薬分子を前記オリフィスの近傍の前記第１のチャンバに送達することを可能にする、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項１１】
前記第１のチャンバは、微分移動度分光計（ＤＭＳ）を備えている、請求項１に記載の質量分析計システム。
【請求項１２】
前記検体導管は、前記検体イオンを前記ＤＭＳの入力ポートに提供するように構成されている、請求項１１に記載の質量分析計。
【請求項１３】
オリフィスを介して前記第１のチャンバと連通する第２のチャンバをさらに備え、前記ＤＭＳの出力ポートから出射する検体イオンの少なくとも一部は、前記オリフィスに向けられる、請求項１２に記載の質量分析計。
【請求項１４】
前記イオン発生器は、前記放電を前記ＤＭＳの出力ポートと前記オリフィスとの間の領域内で発生させ、前記試薬分子のイオン化を生じさせるように構成されている、請求項１１に記載の質量分析計。
【請求項１５】
前記第１のチャンバは、大気圧に維持され、前記第２のチャンバは、減圧に維持されている、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項１６】
前記中空導管は、前記第１のチャンバを前記チャンバに接続する前記オリフィスの近傍で終端するスロットルガスラインとして構成されている、請求項１５に記載の質量分析計システム。
【請求項１７】
イオン−イオン反応を質量分析計内で行なう方法であって、
試薬を外部源から前記質量分析計のチャンバ内の領域に導入することと、
前記試薬を前記チャンバ内で放電にさらし、前記試薬のイオン化を生じさせることと、
検体イオンを前記チャンバに導入し、イオン−イオン反応を前記検体イオンと前記イオン化された試薬との間で生じさせることと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記検体イオンは、荷電タンパク質、荷電ペプチド、荷電核酸、荷電オリゴヌクレオチド、荷電オリゴ糖、または荷電炭水化物のうちのいずれかを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記試薬は、前記チャンバへのその導入に先立つ質量選択を受けずに、前記チャンバ内に導入される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
イオン−イオン反応をチャンバ内で行なう方法であって、
試薬を外部源から前記チャンバ内の領域に導入することと、
前記試薬を前記チャンバ内で放電にさらし、試薬イオンを形成することと、
検体イオンを前記チャンバに導入し、イオン−イオン反応を前記検体イオンと前記試薬イオンとの間で生じさせることにより、反応検体イオンを発生させることと、
分析のために、前記反応検体イオンを検出システムに向けることと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮出願第６１／５８０，４８９号（２０１１年１２月２７日出願）の利益および優先権を主張する。該出願の全内容は、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本出願人の教示は、質量分析計を含むことができるチャンバ内における、イオン−イオン反応のための試薬イオンを発生させることに関する。
【背景技術】
【０００３】
質量分析のために好適なガス状多荷電高質量イオンを形成する能力は、イオン−イオン化学反応を使用するこれらの種の質量分光学的特性評価を可能にしている。概して、イオン−イオン反応のための試薬イオンは、専用イオン源内において、または二重機能イオン源内において大気圧でのいずれかにおいて発生される（例えば、Ｃａｍｐｂｅｌｌ、他、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００９，２０，１６７２−１６８３参照）。発生した試薬イオンは、（例えば、真空引き込みおよび／または印加された電場を介して）イオン−イオン反応が生じる質量分析計の領域（「作用点」）に輸送される必要がある。多くの場合、試薬イオン発生および作用点への後続送達の従来の方法は、質量分析の全体的サイクル時間を増加させ得、ある場合には、ハードウェア修正（例えば、バイポーラ型イオン光学、追加の化学イオン化源、および輸送光学等）を要求し得る。加えて、ある場合には、発生したイオンの一部は、イオン源から作用点への送達の間、損失され得る（例えば、種々の表面との衝突により）。したがって、イオン−イオン化学反応を使用して、質量分析を行なうための向上したシステムおよび方法が、所望される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある広義な側面によると、本発明のある実施形態は、質量分析計システムおよび質量分析計システムを動作させる方法に関する。本システムおよび方法は、陽子移動反応（ＰＴＲ）（例えば、Ｃａｍｐｂｅｌｌ、およびＬｅ  Ｂｌａｎｃ，Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２０１０，２１，２０１１−２０２２参照）および電子移動解離（ＥＴＤ）（例えば、Ｃａｍｐｂｅｌｌ、他、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００９，２０，１６７２−１６８３参照）等のイオン−イオン反応において使用するための試薬イオンの発生を可能にする。
【０００５】
いくつかの実施形態では、質量分析計内でイオンを発生させるためのデバイスであって、第１の端部から第２の端部に延在する、中空導管であって、該第１の端部は、中空導管への試薬分子の導入のために適合され、該第２の端部は、質量分析計の内側領域内に位置付けるために適合される、中空導管を備えているデバイスが提供される。このデバイスはさらに、近位部分から遠位先端部分に延在する電気伝導ワイヤを備えていることができる。ワイヤは、その遠位先端部分が、導管の該第２の端部に近接して位置付けられるように、中空導管内に配置される。電気絶縁外被が、少なくとも、該遠位先端部分以外のワイヤの長さ部分を囲む。ワイヤの一部、例えば、その近位部分に結合するために適合される電圧源は、該遠位先端部分に近接して放電を生じさせ、それによって、導管の該遠位端に近接する該試薬分子の少なくとも一部をイオン化するための電圧を該ワイヤに印加することができる。他の実施形態では、中空導管は、電気伝導材料から形成される。
【０００６】
さらなる側面では、質量分析計システムであって、第１のチャンバおよび該チャンバに結合される試薬イオン発生器を備えているシステムが開示される。試薬イオン発生器は、近位端から遠位端に延在する中空導管を備えていることができる。近位端は、試薬分子を源から中空導管に導入するように適合され、遠位端は、該第１のチャンバの内側に配置される。イオン発生器はさらに、少なくとも部分的に、該中空導管内に配置され、近位部分から遠位先端部分に延在する導電性ワイヤを備えていることができ、遠位先端部分は、導管の該遠位端に近接して位置付けられる。質量分析計はさらに、ワイヤの該遠位部分に近接して、放電、例えば、コロナ放電を生じさせるために十分な電圧をワイヤに印加するために、ワイヤの一部、例えば、その近位部分に電気的に結合するために適合される、電圧源を備えていることができる。いくつかの実施形態では、ワイヤは、該遠位先端部分以外のその長さ部分の上を電気絶縁材料によって被覆されることができる。いくつかの実施形態では、チャンバは、少なくとも１気圧の圧力に維持されている。
【０００７】
いくつかの実施形態では、電圧源は、該放電を発生させるために、約−５０００（マイナス５０００）ボルト（Ｖ）〜約＋５０００Ｖの範囲内の電圧を伝導ワイヤに印加することができる。いくつかの実施形態では、電圧は、約１０００ボルト（Ｖ）〜約５０００Ｖである。いくつかの実施形態では、電圧は、約−５０００ボルト（Ｖ）〜約−１０００Ｖである。
【０００８】
種々の試薬が、採用されることができる。一例として、試薬は、揮発性固体または液体、あるいはガスを含むことができる。好適な試薬のいくつかの実施例として、限定ではないが、ペルフルオロカーボンおよびポリ芳香族炭化水素が挙げられる。いくつかの実施形態では、試薬分子は、該放電にさらされると、負イオンを形成する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、質量分析計はさらに、検体イオンをそこに送達するために、該第１のチャンバに結合される、検体導管を備えていることができ、該検体イオンの少なくとも一部は、該試薬イオンとのイオン−イオン反応を受ける。
【００１０】
いくつかの実施形態では、質量分析計はさらに、例えば、オリフィスを介して、第１のチャンバと連通している第２のチャンバを備えていることができる。いくつかの実施形態では、中空導管の遠位端は、該オリフィスに近接して配置され、試薬分子が該オリフィスの近傍の該第１のチャンバに送達することを可能にする。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１のチャンバは、微分移動度分光計（ＤＭＳ）を備えていることができる。検体導管は、検体イオンをＤＭＳの入力ポートに提供するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、ＤＭＳを備えている第１のチャンバは、ＤＭＳから出射する検体イオンの少なくとも一部が、オリフィスに向けられるように、オリフィスを介して、第２のチャンバと連通することができる。いくつかの実施形態では、イオン発生器は、ＤＭＳの出力ポートと該オリフィスとの間の領域内で放電を発生させ、試薬分子のイオン化を生じさせ、それらのイオン化された試薬分子とＤＭＳから出射する検体イオンとの間のイオン−イオン反応を促進するように構成されている。いくつかの実施形態では、イオン発生器の中空導管は、第１のチャンバを第２のチャンバに接続する該オリフィスに近接して終端するスロットルガスラインとして構成されている。
【００１２】
さらなる側面では、イオン−イオン反応を行なう方法であって、試薬を外部源からチャンバに導入することと、該試薬を該チャンバ内で放電にさらし、そのイオン化を生じさせることと、検体イオンを該チャンバに導入し、該検体イオンと該イオン化された試薬との間でイオン−イオン反応を生じさせ、反応検体イオンを発生させることとを含む方法が開示される。反応検体イオンは、分析のために、検出システムに向けられることができる。
【００１３】
さらなる側面では、イオンを発生させるためのデバイスであって、近位端から遠位端に延在する中空導管であって、該近位端は、試薬分子を源から該導管に導入するために適合され、遠位端は、チャンバの内側に配置される、中空導管を備えているデバイスが開示される。電気伝導ワイヤは、少なくとも部分的に、該中空導管内に配置され、近位部分から遠位先端部分に延在し、該遠位先端部分は、導管の遠位端に近接して位置付けられる。このデバイスはさらに、ワイヤの遠位先端部分に近接して放電を生じさせるために十分な電圧を該ワイヤに印加するために、ワイヤ、例えば、その近位部分に電気的に結合するために適合される、電圧源を備えていることができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、試薬は、揮発性固体または液体、あるいはガスのいずれかを含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン化された検体は、限定ではないが、荷電タンパク質、荷電ペプチド、荷電核酸、荷電オリゴヌクレオチド、荷電オリゴ糖、または荷電炭水化物のうちのいずれかを含むことができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、試薬は、該チャンバへのその導入に先立つ質量選択を受けずに、該チャンバに導入される。
【００１６】
明白となるであろうように、実施形態のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載および説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
種々の実施形態の発明を実施するための形態が、一例として、以下の図面を参照して、以下の本明細書に提供される。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しない。
【図１Ａ】図１Ａは、質量分析計内に組み込まれる、本出願人の教示のいくつかの実施形態による、試薬イオン発生器を図式的に図示する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、斜視図として、図１Ａの試薬イオン発生器の一部を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、切り取り図として、図１Ａの試薬イオン発生器の一部を示す。
【図２】図２は、本教示のいくつかの実施形態による、微分移動度分光計／質量分析計システムを図式的に図示する。
【図３】図３は、本教示のいくつかの実施形態による、微分移動度分光計／質量分析計システムを図式的に図示する。
【図４】図４は、本教示のいくつかの実施形態による、微分移動度分光計／質量分析計システムを図式的に図示する。
【図５】図５Ａは、４０００ＱＴＲＡＰ（登録商標）分光計システムのオリフィス近傍に端部を有するように位置付けられる、本教示による試薬イオン発生器を通して、パーフルオロメチルデカリンの蒸気を通過させることによって発生される、複数のイオンのｍ／ｚ走査を示す。図５Ｂは、図５Ａに関連して前述されたイオン発生器に印加される電圧が、０Ｖに設定されたときのｍ／ｚ走査を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図面は、例示にすぎず、図面の全ての参照は、例証目的のためだけに行なわれ、以下の本明細書に説明される実施形態の範囲をいかようにも限定することを意図しないことを理解されるであろう。便宜上、参照番号はまた、類似構成要素または特徴を示すために、図全体を通して反復され得る（オフセットの有無を問わず）。
【００１９】
明確にするために、以下の議論は、本発明の種々の側面の実施形態を詳説するが、そうすることが便宜または適切である場合、ある具体的詳細を省略することを理解されたい。例えば、代替実施形態における同様または類似特徴の議論は、多少、簡略化され得る。公知の発想または概念はまた、簡潔にするために、あまり詳細に論じられない場合がある。当業者は、本発明のいくつかの実施形態が、実施形態の完全な理解を提供するためだけに本明細書に記載される、具体的に説明された詳細の一部をすべての実装において要求しなくてもよいことを認識するであろう。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、共通一般知識に従って、若干の変更または変形例を許容可能であり得ることが明白であろう。以下の発明を実施するための形態は、本発明の範囲をいかようにも限定するものと見なされない。
【００２０】
図１Ａは、本出願人の教示による、質量分析計システム１００（部分的にのみ示される）のチャンバ１１４に結合される、本出願人の教示のある実施形態による、試薬イオン発生器デバイス１４０を図式的に描写する。例証的システム１００は、オリフィス１１２を通して、チャンバ１１４に接続され、順に、オリフィス１１６を通して、別のもの、例えば、チャンバまたはイオン源に接続される、チャンバ１１０を備えている。試薬イオン発生器１４０は、第１の端部（Ａ）から第２の端部（Ｂ）に延在し、第１の端部（Ａ）は、チャンバ１１４の外部にあり、第２の端部は、チャンバ１１４内に配置される。
【００２１】
図１Ｂおよび１Ｃに図式的に示されるように、イオン発生器１４０は、中空導管１２２、例えば、本例証的実施形態では、第１の端部（Ａ）から第２の端部（Ｂ）に延在する、管を備えている。電気伝導ワイヤ１２４が、管１２２内に配置され、近位端（ＰＥ）から遠位端（ＤＥ）までの長さに沿って延在する。以下により詳細に論じられるように、近位端、すなわち、ワイヤのその遠位先端部分１２６からオフセットされた別の部分は、電圧源に電気的に結合されることができ、その遠位先端部分１２６は、チャンバの内側容積に露出されることができる。いくつかの実施形態では、電気伝導ワイヤは、細いワイヤを備えていることができる。いくつかの実施形態では、電気伝導ワイヤは、約０．１〜約３ｍｍの範囲内の直径を有することができる。用語「電気伝導ワイヤ」は、本明細書では、概して、細長い電気伝導要素を指すために使用される。そのような細長い電気伝導要素は、ある場合には、円形断面を有することができるが、他の場合には、別の形状、例えば、正方形、長方形等を有する断面を有することもできる。
【００２２】
伝導ワイヤ１２４は、電気絶縁体１２８によって、その長さの少なくとも一部に沿って囲まれる。しかしながら、絶縁体１２８は、さらに以下に論じられるように、ワイヤの遠位先端部分１２６を囲まず、ワイヤの別の部分、例えば、その近位部分への高電圧の印加に応答して、その先端部分の近傍に放電を発生させることを可能にする。いくつかの実施形態では、ワイヤの露出された遠位先端部分は、長さ約０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、または４ｍｍを有することができる。ワイヤ先端１２６は、外側管１２２の端部と同一平面であり得、または多少嵌め込まれ得、または代替として、多少突出し得る（いくつかの実施形態では、多少突出する先端１２６は、外側管１２２の端部を約０．５、１、１．５、２、２．５、または３ｍｍ越えて延在することができ、多少嵌め込まれた先端１２６は、外側管１２２の端部の約０．５、１、１．５、２、２．５、または３ｍｍ手前に位置することができる）。ワイヤは、伝導金属（例えば、銅）等の任意の電気伝導材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、外側管１２２は、例えば、外径約２〜約１０ｍｍおよび内径約０．１〜約４ｍｍを有する、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）管であることができる。いくつかの実施形態では、外側管１２２は、円筒形であることができ、卵形断面を有することができ、または１つ以上の平坦側面を有し得る。
【００２３】
試薬イオン発生器１４０の外側管１２２は、その第１の端部において、試薬分子を、例えば、試薬源１３２から受け取ることができる。図１Ａの例証的実施形態では、源１３４によって供給されるキャリヤガスが、第１の端部を介して、試薬イオン発生器１４０への試薬分子の導入を促進するために採用される。いくつかの実施形態では、キャリヤガスおよび試薬分子は、試薬分子１３２源内で混合される。随意に、外側管１２２は、試薬分子１３２源に先立って、「Ｔ」合流点または「Ｙ」合流点で終端し、別個の試薬イオンおよびキャリヤガス１３４源を試薬イオン発生器１４０に提供することができる。試薬イオン発生器１４０を通る試薬分子を含むキャリヤガスの流量は、弁１３６によって制御されることができる。加えて、または代替として、試薬イオン源１３２およびキャリヤガス源１３４は、中空管１２２内のキャリヤガスの所望の流量ならびにキャリヤガス中の試薬分子の所望の濃度を提供するように、個々に、制御および計測され得る。いくつかの実施形態では、試薬分子は、気相として、キャリヤガス中に導入されることができる。種々のガスが、キャリヤガスとして採用されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、キャリヤガスは、窒素であることができる。いくつかの実施形態では、流量は、約０．１ｐｓｉ〜約１００ｐｓｉであって、濃度は、キャリヤガス中において、約０．１％（ｖ／ｖ）〜約１００％（ｖ／ｖ）である。
【００２４】
チャンバ１１４の外側には、伝導ワイヤ１２４の近位端は、電位を伝導ワイヤに供給可能である、電圧源１３８に電気的に接続される。
【００２５】
使用時、試薬分子は、その第１の端部において中空管１２２に導入され、例えば、キャリヤガスを介して、管の第２の端部に送達されることができる。例えば、約１０００Ｖ〜約５０００Ｖの範囲内の高電位の印加は、チャンバ１１４内の伝導ワイヤの第２の端部の近傍において、放電（例えば、コロナ放電）の発生を生じさせることができる。絶縁体１２８は、管１２２内の放電の発生を防止するために役立ち得る。試薬分子は、放電にさらされ、イオン化され、荷電試薬イオンを第２の端部管の近傍に発生させる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、検体イオンは、オリフィス１１６を介して、チャンバ１１４に導入され、例えば、イオン−イオン反応を介して、オリフィス１１２の近傍に発生される荷電試薬イオンと相互作用することができる。いくつかの実施形態では、そのようなイオン−イオン反応は、荷電試薬分子と検体イオンとの間で電荷の移動をもたらし得、ある場合には、検体イオンの断片化につながり得る。生じ得るいくつかのタイプのイオン−イオン反応として、（１）電子が、検体イオンに供与される、または（２）陽子が、検体イオンから除去される、または（３）陽子が、検体イオンに供与される、または（４）電子が、検体イオンから除去されることが挙げられる。検体イオンおよび／またはその断片は、次いで、例えば、質量分析のために、オリフィス１１２を通して、チャンバ１１０内に流動することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、試薬分子は、チャンバ１１４（例えば、微分移動度分光計チャンバ）のオリフィス１１６近傍において、伝導ワイヤの遠位先端で発生される放電を介して、イオン化され、質量分析計チャンバ１１０へのその流入に先立って、例えば、イオン−イオン相互作用を介して、検体イオンと相互作用することができる。いくつかの実施形態では、そのような相互作用は、質量分析計チャンバ１１０へのその流入に先立って、検体イオンの陽子移動反応（ＰＴＲ）または電子移動解離（ＥＴＤ）をもたらし得る。電子移動解離（ＥＴＤ）は、従来の衝突誘起解離（ＣＩＤ）ベースの方法を補完する、生体分子シークエンシング情報を提供するその能力で知られている。ペプチドおよびタンパク質の配列を決定するＥＴＤの能力は、非常に不安定な翻訳後修飾（ＰＴＭ）を保持するが、非常に有用である。
【００２８】
前述の試薬イオン発生器等の本出願人の教示による試薬イオン発生器は、種々の異なる質量分析計内に組み込まれることができる。一例として、図２を参照すると、概略図として、本出願人の教示のいくつかの実施形態のある側面による、微分移動度分光計／質量分析計システム２００が、図示される。図示される実施形態では、微分移動度分光計／質量分析計システム２００は、オリフィス２２９を介して、下流質量分析計２０４に結合される、微分移動度分光計２０２を備えている。質量分析計２０４は、真空レンズ要素２０４ａが、配置され、別のオリフィス２２５を介して、質量分析計２０４の後続段階（本実施形態では、質量分析器２０４ｂ）と連通する、真空チャンバ２２７を備えている。イオンは、真空チャンバ２２７を通して輸送されることができ、質量分析器２０４ｂに先立って、１つ以上の追加の差動排気真空段階（図示せず）を通して輸送され得る。例えば、いくつかの実施形態では、三連四重極質量分析計は、圧力約２．３トルに維持される第１の段階、圧力約６ｍトルに維持される第２の段階、および圧力約１０−５トルに維持される第３の段階を含む、３つの差動排気真空段階を備え得る。第３の真空段階は、検出器と、それらの間に位置する衝突セルを伴う、２つの四重極質量分析器とを含み得る。システム内に、説明されていない、いくつかの他のイオン光学要素が存在し得ることは、当業者に明白となるであろう。本実施例は、限定を意図するものではなく、また、微分移動度分光計／質量分析計が、高圧源からのイオンをサンプリングするものを含め、本教示による試薬イオン発生器が連結され得る、分光計の一実施例であることは、当業者に明白となるであろう。そのような分光計のいくつかの実施例として、飛行時間（ＴＯＦ）、イオントラップ、四重極、または当技術分野において公知の他の質量分析器が挙げられ得る。
【００２９】
微分移動度分光計２０２は、電気伝導プレート（電極）２０６、およびプレート２０６の各々の外側表面に沿って配置される電気絶縁体２０７を備えている。絶縁体２０７は、電極を支持し、それらを他の伝導要素から隔離する。例えば、絶縁体は、セラミックまたはＴｅｆｌｏｎ（登録商標）から作製され得る。ドリフトガス２０８は、微分移動度分光計の入口２１０を介して、プレート間の容積に導入されることができ、出口２１２に流動することができる。微分移動度分光計２０２の出口２１２は、バッフル２１６によって画定される、合流点またはバッフルチャンバ２１４にドリフトガスを放出し、合流点チャンバ２１４は、微分移動度分光計２０２と質量分析計２０４との間のイオンのための進行路を画定する。いくつかの実施形態では、微分移動度分光計２０２の出口２１２は、質量分析計２０４の入口２２９と整列され、イオンの進行路を画定する一方、バッフル２１６は、この進行路から離間され、進行路に沿って進行するイオンとのバッフル２１６の干渉を制限する。
【００３０】
本例証的実施形態では、微分移動度分光計２０２は、カーテンプレート（境界部材）２１９によって画定され、カーテンガス源２２０からのカーテンガスが供給される、カーテンチャンバ２１８を備えている。カーテンガス源２２０は、カーテンガスをカーテンチャンバ２１８の内部に提供する。イオンは、イオン源（図示せず）から提供され、カーテンチャンバ入口２２３を介して、カーテンチャンバ２１８に射出される。カーテンチャンバ２１８内のカーテンガスの圧力は、カーテンガスチャンバ入口２２３からのカーテンガス流出２２６ならびに微分移動度分光計２０２内へのカーテンガス流入２２８の両方を提供し、流入２２８は、微分移動度分光計２０２を通して、合流点チャンバ２１４内に検体イオンを搬送する、ドリフトガス２０８となる。カーテンプレート２１９は、電力供給源に接続され、調節可能ＤＣ電位をそれに提供し得る。
【００３１】
微分移動度分光計／質量分析計システム２００は、試薬イオン発生器２４０を有し、その遠位端は、合流点チャンバ２１４内に位置する。この図示される実施形態では、試薬イオン発生器２４０は、図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃに関連して説明される、前述の試薬イオン発生器１４０と同一の構造を有する。試薬イオン発生器は、カーテンチャンバ２１８の外側に配置される一端において、試薬分子供給部および衝突ガス供給部の組み合わせであり得る、試薬分子供給部２３２に接続される。電力供給源２３８は、調節可能ＤＣ電位を試薬イオン発生器の伝導ワイヤに提供し、合流点チャンバ２１４内に配置される、その先端部分近傍で放電を生じさせることができる。この電力供給源は、電力をＤＭＳに供給するものと同一または異なり得る。試薬イオン発生器２４０は、随意に、いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器２４０を通して、合流点チャンバ２１４内に試薬分子を含むキャリヤガスの流量を制御するために使用されることができる、１つ以上の制御可能弁２３６を備えている。使用時、試薬イオン発生器２４０の伝導ワイヤへの高電圧の印加は、イオン発生器の導管によってチャンバ２１４に供給される試薬分子をイオン化するように、合流点チャンバ２１４内で放電を生じさせることができる。試薬イオン発生器を通した試薬分子を含むキャリヤガスの流量は、弁２３６によって制御されることができる。
【００３２】
図２に示されるように、ドリフトガス２０８は、微分移動度分光計２０２を通して、合流点チャンバ２１４内に検体イオンを搬送する。真空チャンバ２２７は、真空ポンプ２３０によって、減圧に維持されることができる一方、カーテンチャンバ２１８および微分移動度分光計２０２の内部動作圧力は、大気圧またはある他の圧力に維持されることができる。カーテンチャンバ２１８と真空チャンバ２２７との間の有意な圧力差の結果、ドリフトガス２０８が、微分移動度分光計２０２、合流点チャンバ２１４を通り、真空チャンバ入口２２９を介して、真空チャンバ２２７および第１の真空レンズ要素２０４ａ内に引き込まれる。示されるように、質量分析計２０４は、合流点チャンバ２１４を介して、微分移動度分光計２０２に密閉（または、少なくとも部分的に、密閉）され、それと流体連通し、検体イオンを微分移動度分光計２０２から受け取ることができる。
【００３３】
当技術分野において公知のように、多くの場合、分離電圧（ＳＶ）と称される、ＲＦ電圧は、ドリフトガス２０８の方向と垂直に、微分移動度分光計２０２のイオン輸送チャンバを横断して印加されることができる（図３に示される）。ＲＦ電圧は、微分移動度分光計を構成する電気伝導プレート２０６の一方または両方に印加され得る。イオンが壁に向かって移動し、微分移動度分光計２０２の経路から離れる傾向は、多くの場合、補償電圧（ＣＶ）と称されるＤＣ電位によって補正されることができる。補償電圧は、微分移動度分光計２０２を構成する電気伝導プレート２０６の一方または両方にＤＣ電位を印加することによって発生され得る。当技術分野において公知のように、電圧源（図示せず）は、ＲＦ  ＳＶおよびＤＣ  ＣＶの両方をもたらすように提供されることができる。代替として、複数の電圧源が、提供され得る。
【００３４】
微分移動度分光計２０２内の検体イオンおよび試薬イオンの滞留時間を制御することによって、分解能および感度は、調節されることができ、ガスポート２３１によってもたらされる漏れ口のサイズを制御することによって制御され得る、カーテンチャンバ２１８からのガスの流入を制御すること等によって調節されることができる。
【００３５】
微分移動度分光計２０２から出射する検体イオンは、合流点チャンバ２１４に入射し、試薬イオン発生器２４０によって発生される荷電試薬イオンと相互作用する。前述のように、ある場合には、そのようなイオン−イオン反応は、例えば、電子移動解離（ＥＴＤ）を介して、検体イオンの断片化を生じさせることができる。検体イオンおよび／またはその断片は、真空チャンバ２２７および質量分析器要素２０４ａ内に加速される。いくつかの実施形態では、チャンバ２２７は、検体イオンと試薬イオンとの間のイオン−イオン反応のための衝突セルとして動作されることができる。そのような実施形態では、試薬イオンおよび検体イオンは、例えば、チャンバ２２７と合流点チャンバ２１４との間の圧力差を介して、チャンバ２２７内に引き込まれることができる。検体イオンおよび試薬イオンは、チャンバ２２７内に捕捉され、イオン−イオン反応を受けることができる。前述のように、そのようなイオン−イオン反応は、例えば、ＥＴＤを介して、検体イオンの解離を生じさせることができる。
【００３６】
本図示される実施形態では、カーテンチャンバのバッフル２１６は、カーテンガスを合流点チャンバ２１４内に入れるための制御式漏れ口またはガスポート２３１を備えている。合流点チャンバ２１４内では、カーテンガスは、微分移動度分光計２０２を通したドリフトガス２０８の流動を抑制するスロットルガスとなる。具体的には、合流点チャンバ２１４内のスロットルガスは、微分移動度分光計２０２内および合流点チャンバ２１４内へのガス流量を修正し、それによって、微分移動度分光計２０２内の検体イオンおよび試薬イオンの滞留時間を制御する。
【００３７】
バッフル２１６は、無作為化表面部材を提供するように構成されることができ、ガスポート２３１は、少なくとも幾分、バッフル２１６および無作為化表面に対してスロットルガスを向け、合流点チャンバ２１４全体を通してスロットルガスを分配するように配向されることができる。一実施形態では、ガスポート２３１は、微分移動度分光計２０２と質量分析計入口２２９との間のガス流ラインを妨害せずに、スロットルガスを導入する。
【００３８】
図３を参照すると、本出願人の教示のいくつかの実施形態による、微分移動度分光計／質量分析計システム３００が、概略図として図示される。明確にするために、図２で使用された同一の参照番号が、１００を追加して、図２の要素に類似する要素を指すように、図３において使用される。簡潔にするために、図２の説明は、図３に関して繰り返されない。図２のシステム２００同様に、図３のシステム３００では、微分移動度分光計３０２は、入口３２９を介して、質量分析計の真空チャンバ３２７に結合される。図１のシステム２００と同様に、システム３００の真空チャンバ３２７は、減圧に維持されることができる一方、カーテンチャンバ３１８内の圧力は、大気圧等のより高い圧力に維持されることができる。
【００３９】
図３に示されるように、本実施形態では、試薬イオン発生器３４０は中空導管として微分移動度分光計３０２のスロットルガスライン３２０ａを採用することによって、実装され、スロットルガスライン３２０ａの内側には、伝導ワイヤ３２４が設置される。スロットルガスライン３２０ａは、微分移動度分光計３０２と真空チャンバ入口３２９との間に位置する、合流点チャンバ３１４まで延在する。いくつかの実施形態では、パーフルオロメチルデカリンのような揮発性液体でドープされ得る、「スロットルガス」が、中立試薬分子を合流点チャンバ３１４に搬送することができる。伝導ワイヤ３２４は、その露出された先端が、合流点チャンバ３１４の近傍に位置するように、スロットルガスライン３２０ａを通して延在することができる。伝導ワイヤ３２４の近位端３２４ａは、そこへの高電圧の印加のために、電圧源（図示せず）に電気的に結合されることができる。前述の実施形態におけるように、電気絶縁体は、例えば、近位部分およびその遠位裸先端以外のその長さの大部分に沿って、ワイヤを被覆することができる。絶縁体は、ワイヤへの高電圧の印加に応答して発生される放電が、実質的に、伝導ワイヤ３２４の遠位裸先端３２６の近傍に実質的に制限されることを確実にすることができる。試薬分子源（図示せず）は、試薬分子をスロットルガスライン３２０ａに供給することができる。キャリヤガスは、導管を通して、試薬分子の流動を促進することができる。図３の図示されるシステム３００では、ガスライン３２０ａにおいて使用されるカーテンガスおよびキャリヤガス両方のための共通源が、提供される。しかしながら、別個の源もまた、提供され得る。例えば、このガスは、窒素であり得る。スロットルガスは、導管分岐３２０ａを通して、合流点チャンバ３１４内に流動する。随意に、合流点チャンバ３１４は、より大きな直径を用いて設計され得、ガスポート３３２は、入口を通るガス流が、壁に沿って向けられるか、または合流点チャンバ３１４内のイオン運動に対して交差流として提供されるように配向され得る。
【００４０】
使用時、伝導ワイヤ３２４への高電圧の印加は、伝導ワイヤ３２４の遠位先端部分３２６近傍に放電を生じさせることができ、これは、順に、試薬分子が、スロットルガスライン３２０ａを通り、伝導ワイヤ３２４の遠位先端３２６を越えて流動すると、試薬分子をイオン化することができる。
【００４１】
この図示される実施形態では、導管分岐３２０ａは、スロットルガスライン３２０ａを通る試薬分子の流量を制御するために使用されることができる、制御可能弁３２０ｂを備えている。
【００４２】
この図示される実施形態では、弁３２０ｃは、カーテンチャンバ３１８内へのカーテンガスの流量を制御することができる。いくつかの実施形態では、カーテンガス流量の制御は、微分移動度分光計３０２の上流のイオンの適切なクラスタ分離を確実にすることができる。クラスタは、乾燥イオンと異なる運動性を有し得、したがって、異なる補償電圧（ＣＶ）値を有し得る。これらのクラスタは、着目イオン伝送の間、フィルタリングされ、損失され、感度低下につながり得る。図３に示されるように、本システムは、カーテンガスおよびスロットルガス流の両方に提供するための共通ガス供給部を備え得るか、または別個の供給部を有し得る。
【００４３】
微分移動度分光計３０２から出射する検体イオンは、オリフィス３２９を通した質量分析計の真空チャンバ３２７への入射に先立って、スロットルガスライン３２０ａを介して、合流点チャンバ３１４に入射する試薬イオンと相互作用することができる。いくつかの実施形態では、オリフィス３２９は、円形形状を有し、後続真空段階およびレンズを通して、高伝送効率を確実にすることができる。
【００４４】
図４を参照すると、本出願人の教示のいくつかの実施形態による、微分移動度分光計／質量分析計システム４００が、概略図として図示される。この微分移動度分光計／質量分析計システム４００は、図２の微分移動度分光計／質量分析計システム２００に類似し、故に、図２におけるものと同一の参照番号が、本明細書では、その種々の要素を指すために使用される。簡潔にするために、図２の説明は、図４に関して繰り返されない。図示される微分移動度分光計／質量分析計システム４００は、試薬イオン発生器２４０を備え、カーテンチャンバ２１８のすぐ外側に位置する端部を伴う。微分移動度分光計４０２の外側において、試薬イオン発生器２４０の外側管が、試薬分子２３２源および随意にキャリヤガス源２３４に接続される。随意に、外側管は、試薬分子２３２源に先立って、「Ｔ」合流点または「Ｙ」合流点で終端し、試薬イオンおよびキャリヤガス２３４の別個の源を試薬イオン発生器２４０に提供する。試薬イオン発生器を通した試薬分子のための流量は、弁２３６によって制御されることができる。加えて、または代替として、試薬分子およびキャリヤガスの流量は、試薬源２３２およびキャリヤガス源２３４の別個の制御ならびに計測によって制御されることができる。微分移動度分光計４０２の外側において、通された試薬イオン発生器の伝導ワイヤの近位端が、電位を伝導ワイヤに印加可能な電力供給源２３８に接続される。
【００４５】
したがって、ＰＴＲおよびＥＴＤ等のイオン−イオン反応において使用するための質量分析計の内側領域内に試薬イオンの発生を可能にするための装置、システム、および方法が、提供される。これらの試薬イオンが発生される場所は、作用点に可能な限り近接することができ、または試薬イオンおよび検体イオンが、ＰＴＲおよび／またはＥＴＤ等のイオン−イオン反応を介して相互作用するであろう、反応域自体であることができる。いくつかの実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、特に、タンパク質、ペプチド、核酸、オリゴヌクレオチド、オリゴ糖、および炭水化物のうちの１つ以上を含む、大分子を分析するために有用である。
【００４６】
（試薬イオン）
種々の化合物が、試薬分子として採用されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、化合物は、揮発性であり、例えば、１０００〜５０００Ｖの電圧でイオン化可能であることができる。
【００４７】
他の実施形態では、試薬イオンは、イオン−イオン反応に有用であることが分かっている任意の揮発性化合物（試薬分子）から発生されることができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ペルフルオロカーボン分子は、特に、多価プロトン化ペプチドおよびタンパク質を用いた陽子移動を伴う反応のためのイオンを発生させるために有用である。パーフルオロメチルデカリンおよびパーフルオロオクタン等の試薬分子が、ＰＴＲのために使用される試薬イオンの例示的前駆体分子である。他の実施形態では、アントラセン、アゾベンゼン、アズレン、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼン、およびフルオランテン等の炭化水素を含むことができる、芳香族分子が、ＥＴＤのために使用される試薬イオンの前駆体分子として採用されることができる。他の実施形態では、試薬分子は、９−アントラセンカルボン酸等のカルボン酸であることができる。他の実施形態では、芳香族分子は、ヘテロ原子を含むことができる。
【００４９】
（イオン化）
いくつかの実施形態では、本出願人の教示による、試薬イオン発生器１４０の種々の実施形態の伝導ワイヤ１２４（例えば、図１参照）への数キロボルトの電位の印加は、伝導ワイヤ１２６の先端にわずかな放電（例えば、コロナ放電）をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、伝導ワイヤ１２６を覆って流動する中性試薬分子を用いて、カチオンおよび／またはアニオン等の気相イオンが、産生されることができる。前述のように、種々の実施形態では、試薬イオン発生器１４０は、試薬イオンが、作用点またはそれに近接して発生され、例えば、複数の検体イオンとのイオン−イオン反応を受けるように、質量分析計１００に結合されることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、伝導ワイヤ１２４に印加される電位は、約−５０００Ｖ（マイナス５０００Ｖ）〜約−１０００Ｖ（マイナス１０００Ｖ）または約１０００〜約５０００Ｖの範囲内であることができる。いくつかの実施形態では、伝導ワイヤ１２４に印加される電位は、約−４０００（マイナス４０００Ｖ）〜約−２０００Ｖ（マイナス２０００Ｖ）または約＋２０００〜約＋４０００Ｖであることができる。いくつかの実施形態では、約−３０００Ｖの電位が、ワイヤに印加されることができる。
【００５１】
種々の実施形態では、本出願人の教示による試薬イオン発生器１４０は、試薬イオンの比較的に純粋な集団を取得するために採用されることができる。したがって、いくつかの実施形態では、試薬イオンの質量選択が、イオン−イオン反応に先立って必要とされないであろう。いくつかの実施形態では、比較的に純粋な集団は、少なくとも４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％の単一イオン種を含む。他の実施形態では、比較的に純粋な集団は、少なくとも４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％の２つまたは３つの関連イオン種を含む。
【００５２】
本明細書に開示されるイオン−イオン反応化学物質は、無傷分子の質量情報を取得するために有用であり、分子内の結合連結性は、前駆体イオンの解離を介して導出されることができる。したがって、いくつかの実施形態では、タンパク質、ペプチド、核酸、オリゴヌクレオチド、多糖、およびオリゴ糖を含むバイオポリマーを含む、分子が、分析され得る。これらのバイオポリマーの識別および分析は、本出願人の教示による試薬イオン発生器を使用することによって取得されることができる、十分な量の断片および断片化パターンの多様性に依存する。
【００５３】
前述の説明は、種々の実施形態の実施例および具体的詳細を提供するが、説明される実施形態のいくつかの特徴および／または機能が、説明される実施形態の範囲から逸脱することなく、修正を許容することを理解されたい。前述の説明は、本発明の例証であることが意図され、その範囲は、本明細書に添付の請求項の用語によってのみ限定される。
【００５４】
（実施例）
本出願人の教示の側面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定するものと解釈されるべきではない、以下の実施例に照らしてさらに理解され得る。
【００５５】
（実施例１）
パーフルオロメチルデカリン蒸気流が、４０００ＱＴＲＡＰ（登録商標）分光計システムのオリフィス近傍に端部を有する、本明細書における教示による試薬イオン発生器を通して確立された。発生される試薬イオンの伝導ワイヤは、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）で絶縁されたワイヤであり、２ｍｍの長さの絶縁層が、その端部から除去され、露出された遠位先端を提供した。−３０００Ｖの電位が、パーフルオロメチルデカリン蒸気が、試薬イオン発生器の導管を通して流動する間、ワイヤの近位端に印加された。図５Ａは、フィルタリングされていないパーフルオロメチルデカリンおよび分子量約４５０〜６００Ｄａの範囲を有するパーフルオロメチルデカリンの構造類自体のｍ／ｚ走査を示し、検体イオンとのイオン−イオン反応のために利用可能であろう、種々のイオンが、産生されることを実証する。図５Ｂは、試薬イオン発生器に印加された電圧が０Ｖであったときのｍ／ｚ走査を提供する（図５Ｂ内の偽ピークは、電子雑音である）。
【００５６】
本明細書で使用される見出しは、編成目的にすぎず、説明される主題をいかようにも限定するものと解釈されない。
【００５７】
本出願人の教示が、種々の実施形態と併せて説明されたが、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を意図しない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるような種々の代替、修正、および均等物を包含する。
【図１Ａ−１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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