(57)【要約】飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）配列装置を提供する。配列装置の各ＴＯＦ−ＭＳは、（１）メンテナンスフリーの設計にて非常に高い抽出エネルギーを使用することが可能なグリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置、（２）ロール状のフレキシブル回路板材料を使用した金属被膜ガラス繊維フレキシブル回路板反射器、および（３）同軸設計に固有のノイズ（または「共鳴」）を著しく減少させる中心孔マイクロチャネルプレート検出装置としての低ノイズを含んでいる。多様なデータ収集工程によってアレイの各ＴＯＦ−ＭＳの処理能力を非常に高めるために、小型ＴＯＦ−ＭＳは複数の質量分析器、例えば複数のＴＯＦ−ＭＳを平行方式で稼動する単一のアレイに束ねることができる。ＴＯＦ−ＭＳ配列装置のより好ましい実施形態は、１６のＴＯＦ−ＭＳユニットを一体としたものであり、これは８ユニットの群を鏡像として配置したものである。
2004502276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）のアレイと、
上記複数のＴＯＦ−ＭＳのアレイを囲い、レーザビームが通過するための開口部を定義する減圧容器と、
上記減圧容器内で複数のＴＯＦ−ＭＳのアレイのそれぞれを備え付けるための少なくとも１つの取付部品とを備えた飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項２】
質量分析法によって分析される少なくとも１つの物質を供給する手段をさらに備え、上記供給手段が減圧容器内にある請求項１に記載の飛行時間型質量分析配列装置。
【請求項３】
供給手段は、シリコンチップ、膜、およびマルチサンプル基質から成る分類から選択される請求項２に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項４】
鏡像構造の中で複数のＴＯＦ−ＭＳに対して与えられたもう一つの複数のＴＯＦ−ＭＳのアレイをさらに備えている請求項１に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項５】
上記複数の各ＴＯＦ−ＭＳのアレイは、
イオン化抽出装置と、
装置の少なくとも一部を通って伸びているチャネルを有するマイクロチャネルプレート検出装置と、
その中で、上記チャネルを上記イオン化抽出装置の中央軸および上記反射器の中央軸と一直線に配置された回路板反射器とを備えている請求項１に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項６】
イオン化抽出装置は、中央容器を通過するようにイオンを案内するためのさえぎるもののない中央容器を定義する請求項５に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項７】
上記マイクロチャネルプレート検出装置は、円柱状台を含んでおり、該円柱状台は、上記装置の少なくとも一部を通じて伸びているセンターチューブと、上記円柱状台から伸びており、センターチューブの近接に位置しているピンアノードとを有している請求項５に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項８】
上記マイクロチャネルプレート検出装置は、インナーリングと接続されたエントランスグリッドを有する締め付けリングを備えており、上記インナーリングは、円柱状台の外側面と接続されている請求項７に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項９】
一連のマイクロチャネルプレートを有するマイクロチャネルプレート装置は、円柱状台のインナーリングとセンターチューブとの間に備えられている請求項８に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１０】
上記円柱状台の外側面は、絶縁材料を含んでいる請求項８に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１１】
上記ピンアノードが円柱状台の後部から伸びており、上記ピンアノードが上記マイクロチャネルプレート装置から出射された電子を収集するために構成されている請求項９に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１２】
上記イオン化抽出装置は、イオンを加速する第１領域と、イオンを平行にし、イオン速度を減少させるために、イオンを減速する第２領域とを含んでいる請求項６に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１３】
上記第１領域は、イオンを加速するためのイオン加速／抽出フィールドを形成する請求項１２に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１４】
上記生成されたイオン加速／抽出フィールドは、１０ｋＶ／ｍｍに達する、請求項１３に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１５】
上記イオン化抽出装置は、イオンを分散させるための第３領域を含み、約０ｋＶ／ｍｍの電場測定値を有している請求項１２に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１６】
上記イオン化抽出装置は、第１領域から第２領域へイオンを通過させるための容器内に備えられた複数のマイクロシリンダを備えている請求項１２に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１７】
上記マイクロシリンダは、金属製である請求項１６に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１８】
上記第１領域および第２領域の間に少なくとも２つの領域をさらに有し、上記少なくとも２つの領域は、第１領域および第２領域と比べて異なる電場測定値を有している請求項１２に記載の飛行時間型質量分析計配列装置。
【請求項１９】
複数の飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）のそれぞれに対応するＴＯＦ−ＭＳの取得データを複数の並列処理装置の対応する処理装置に供給する工程と、
上記複数の並列処理装置によって、上記複数のＴＯＦ−ＭＳのそれぞれに対応する取得データを同時に並列処理する工程とを含む、
複数のＴＯＦ−ＭＳ分析計のアレイを用いて取得されたデータを並列処理する方法。
【請求項２０】
複数のＴＯＦ−ＭＳのうちの各ＴＯＦ−ＭＳをサンプルキャリアの複数部分の１つに配置する工程をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
１つのレーザビームを複数のレーザビームに分光する工程と、
上記複数のレーザビームのそれぞれを、サンプルキャリアの複数部分の各部分に向ける工程とをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
サンプルキャリアの複数部分の各部分で、上記複数のレーザビームのそれぞれの相互作用をモニタリングする工程をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記モニタリングする工程は、少なくとも１つのカメラを用いて行われる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記複数のＴＯＦ−ＭＳのうち、他のＴＯＦ−ＭＳと比べて異なる実験条件となるように、上記複数のＴＯＦ−ＭＳのそれぞれを調整する工程をさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ポジティブイオンモードにおいてデータを得るために、上記複数のＴＯＦ−ＭＳのうちの少なくとも１つを調整する工程と、
ネガティブイオンモードにおいてデータを得るために、上記複数のＴＯＦ−ＭＳのうちの少なくとも１つを調整する工程とをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）配列装置に関する。配列装置の各分析計は、（１）グリッドレス（ｇｒｉｄｌｅｓｓ）、メンテナンスフリーの設計で非常に高い抽出エネルギーを使用することができるフォーカスイオン化抽出装置（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）と（２）低ノイズ（ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ）、同軸設計固有のノイズ（または「共鳴」）を著しく減少させる中心孔マイクロチャネルプレート検出装置（ｃｅｎｔｅｒ−ｈｏｌｅ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｐｌａｔｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と（３）製造が容易であり非常に頑丈な設計である金属被膜ガラス繊維フレキシブル回路板反射器（ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ｃｌａｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔｂｏａｒｄ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とを含んでいる。回路板反射器は、従来の反射型ＴＯＦ−ＭＳデザインと比べて、配列されたＴＯＦ質量分析器の構成のための技術の簡易化を可能にする。
【０００１】
２．関連技術の説明
小型の飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）は、本来有する容易性および高耐久化の可能性により、多様な分野での携帯使用や遠隔試料採取アプリケーション（ｒｅｍｏｔｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）使用の可能性を有している。しかしながら、従来の知識では、小型のＴＯＦ−ＭＳは、優れた分解能あるいは生成イオンの検出能力および同定能力による測定といった高い性能を実現するための十分なドリフト長を得ることができない。
【０００２】
拡張されたドリフト領域（および、それによる長い飛行時間）の利点が無いと、小型ＴＯＦ−ＭＳの優れた分解能は、イオンピークが非常に狭い場合にしか実現できない。従って、イオンピークの幅に影響する小型分析器およびイオン化工程の全ての局面において、フィールドポータブル小型ＴＯＦ−ＭＳの全ての性能を改善するために広幅化している最小ピークを最適化しなければならない。
【０００３】
市販のショートパルスレーザおよび高速瞬間デジタル装置（ｆａｓｔ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｄｉｇｉｔｉｚｅｒ）は、とても狭いイオン信号の生成および測定が可能である。しかし、イオン源領域、反射器の性能、および検出器の応答は、共に最終ピーク幅に寄与する。このために、全ての性能を改良した小型ＴＯＦ−ＭＳを開発するための構成部分が必要である。
【０００４】
さらに、高い処理能力のために、ＴＯＦ質量分析計は、自動分析に使用する主要な分析技術となっている。しかしながら、大きく単一分析器のＴＯＦ−ＭＳは、サンプル担体、主として数百または数千の試料部位のアレイを有するシリコンチップまたは膜、を「読み取る」ためのみに使用されている。これら市販の大きいＴＯＳ−ＭＳは、高価であると共に遅く、単一の質量分析器だけに、１つのＴＯＦ−ＭＳにつき一つのサンプル基板である。
【０００５】
従って、多様なデータ収集工程によってＴＯＦ−ＭＳアレイの処理能力をかなり高めるために、複数の質量分析器、例えば複数のＴＯＳ−ＭＳ、を並列方法で可動する単一のアレイに束ねることのできるＴＯＦ−ＭＳ装置が必要である。このように配列されたＴＯＦ−ＭＳの構成は、上述した上記構成部分の利用によりとても容易となる。
【０００６】
（発明の概要）
本発明は、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）アレイ装置を提供する。アレイ装置の各ＴＯＦ−ＭＳは、（１）グリッドレス、メンテナンスフリーの設計で非常に高い抽出エネルギーを使用することができるフォーカスイオン化抽出装置と（２）ガラス繊維殻に包まれ、ロール状のフレキシブル回路板材料を使用しているフレキシブル回路板反射器と（３）低ノイズ、同軸設計固有のノイズ（または「共鳴」）を著しく減少させる中心孔マイクロプレート検出装置とを含んでいる。ここに記載した構成部分は、ＴＯＦ−ＭＳ全体の性能を改良する。これら構成部分は、耐久性とＴＯＦ−ＭＳ操作のための構成容易性に対して払われる特定の特別な労力を持って開発された。
【０００７】
ＴＯＦ−ＭＳ配列装置は、多様なデータ収集工程によってＴＯＦ−ＭＳアレイの処理能力をかなり高めるために、複数の質量分析器、例えば複数のＴＯＦ−ＭＳ、を並列方法で可動する単一のアレイに束ねることが可能である。ＴＯＦ−ＭＳ配列装置の可能な実施形態は、８ユニットの鏡像束において配置されている１６個のＴＯＦ−ＭＳユニットが一体となっている。
【０００８】
（好ましい実施形態の説明）
小型飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）（セクションＩ）の発明の構成部分を第１に記述する。発明の構成部分は、（１）グリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置と、（２）ガラス繊維が金属被覆されたフレキシブル回路板反射器と、（３）ピンアノードに使用する中心孔マイクロチャネルプレート検出装置とを含んでいる。セクションＩＩにおいては、製造され発明の構成部分の性能の評価に使用された実験用ＴＯＦ−ＭＳについて記述する。セクションＩＩＩにおいては、セクションＩにて記述したＴＯＦ−ＭＳと同様のＴＯＦ−ＭＳを複数備えたＴＯＦ−ＭＳアレイ装置について記述する。セクションＩＶには結論を記述する。
【０００９】
Ｉ．計器類
Ａ．グリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置
表面からレーザ脱離されたイオンの収集効率上昇のために、本発明のグリッドレスフォーカスイオン化抽出装置を記述する。イオン化抽出装置は図１Ａに示されており、参照数字１００により一般的に描かれている。装置１００は、約１７〜２５ｍｍの好ましい長さを有しており、ハウジング１１５により定義された、遮るもののない中央容器１０５内に装備された一連の密接に配置されたマイクロシリンダ１１０ａ〜ｃを備えている。ハウジングは、一種または数種の絶縁材料、例えばセラミック、テフロン（登録商標）、プラスチック、より好ましくはＰＥＥＫプラスチックのような絶縁材料から構成されている。
【００１０】
マイクロシリンダ１１０ａ〜ｃは、ステンレス鋼等の金属材料から構成されており、厚さの範囲を変えることができる。さらに、各マイクロシリンダは異なる厚さを有していてもよい。マイクロシリンダ１１０は、図１Ｂにより描写されたポテンシャルエネルギープロットにより示されるように、非常に高いイオン加速／抽出フィールド（１０ｋＶ／ｍｍまで）を、平らなサンプルプローブ１３０および抽出マイクロシリンダ１１０ａの間の領域１２０に生成する。
【００１１】
イオンは、レーザ切断またはレーザ脱離／イオン化補助マトリクス（ＭＡＬＤＩ）によって、領域１２０で生成される。そして、イオンは、領域１２０においてイオン加速／抽出フィールドによって加速される。
【００１２】
イオンは、抽出マイクロシリンダ１１０ａおよび中央のマイクロシリンダ１１０ｂ間の遅延フィールド領域１５０において遅くなる。遅延フィールド領域１５０は、イオンビームの平行化およびイオン速度の減速の双方の役目をする。イオンは、中央のマイクロシリンダ１１０ｂをまっすぐ通過し、イオンは再び加速される（図１Ｂにより示されるように３ｋＶ／ｍｍまで）。
【００１３】
マイクロシリンダ１１０ａ〜ｃを通過した後、イオンは容器１０５のドリフト領域１６０に入る。ドリフト領域のポテンシャルエネルギーは、図１Ｂにより描写され、数字１６０’により参照されるポテンシャルエネルギープロットによって示されるように、約０ｋＶ／ｍｍである。図１Ｂの参照数字１７０は、装置１００を通過するイオンの軌道を示している。
【００１４】
一連のマイクロシリンダ１１０ａ〜ｃは、脱離工程の間に発生するイオンの放射状の分散による損失を最小化する。本発明のイオン化抽出装置１００は、非常に高い抽出フィールド１２０を利用しているにもかかわらず、イオンはドリフト領域１６０に入る前に遅くなり、従って、より長いドリフト時間（あるいは飛行時間）となり、それゆえにドリフト領域１６０中のイオンの分散が増加する。
【００１５】
さらに、イオン化抽出装置１００の性能は、例えばグリッドのような、イオンの経路に障害となる要素を使用しないことで達成され、従来技術においては、定期的なメンテナンスが必要であるとともに、特に抽出マイクロシリンダ１１０ａの前で、グリッド線に起因したフィールドの不均等性を原因とする透過損および信号損を除いている。
【００１６】
Ｂ．フレキシブル、回路板反射器
イオン反射器は、３０年前に開発されて以来、多くのＴＯＦ−ＭＳの標準的な部材となっている。反射器の性能は電位勾配の修正により改良される一方で、機械的製作は、ほとんどの場合、実験器具である積み重ねられたリングに基づいている。このような設計において、金属のリングは、各リングと隣のリングとを分離する絶縁スペーサであるセラミックロッドに沿って積み重ねられている。これは、大きな反射器の構成には満足するものであることを証明する一方、遠隔ＴＯＦ質量分析器の新しい応用には、小型化された構成部分、高耐久化された構成、低重量材料、および質量生成のためのポテンシャルが必要される。
【００１７】
このため、図２Ａおよび２Ｂに示され、また参照数字２００により一般的に表された本発明のイオン反射器は、プリント回路板技術の精度や薄く可動な基板の物理的多様性を利用して開発された。一連の薄い銅トレース（幅０．２０３ｍｍで厚さ０．０２５ｍｍ）２１０は、平らにエッチングされ、２つの末端から突出しているツメ２２５を有するフレキシブル回路基板２２０となる（図２Ｂ）。回路基板２２０は、反射器体を形成するために、銅トレース２１０が内側を向くようにチューブ２３０（図２Ａ）に巻かれ、電位勾配を定義する隔離されたリングを形成する。
【００１８】
銅トレース２１０の厚みおよび間隔は、エッチング工程の間に基板シート２２０のコンダクタパターンを単に変化させることにより修正することができる。この特徴は、正確に反転した非直線電位勾配の生成に特に有用であり、放物線状または曲線状フィールドの反射器に欠かせないものである。図２Ａおよび２Ｂに示された回路基板２２０のトレースパターンは、トレース２１０の間隔における正確な勾配を表している。このように、結果として生じる反射器において、曲線状のポテンシャル勾配は、電圧分配回路網のために同じ値の抵抗器を使用することによって生成される。
【００１９】
本研究（セクションＩＩ参照）にて報告されたデータに関する反射器は、同間隔の銅トレース２１０を有する回路板から構成される。
【００２０】
一度エッチングされると、回路基板２２０は、図２Ａに示すようなチューブ状を形成するために回転軸（図示せず）の周囲に巻かれる。５層のガラス繊維シート（各厚さは約０，２５ｍｍ）は、ロール状回路基板２２０の周囲に包まれる。基板２２０の曲線状端部の長さは、回転軸の外周とほぼ等しい。シートがロール状回路板の周囲に包まれると、伸長可能な回路板内部の接続部端２４０を通して僅かな開口部が残る。各連続的なシートの位置は、前のシートに関して僅かにオフセットする。その結果、次第に昇る「傾斜路」が形成され、フレキシブル回路基板２２０を回転軸から離して案内する。
【００２１】
反射装置は、回転軸の移動に伴って、１５０℃の加圧下で約２時間加熱される。完成したロール状反射装置の壁の厚さは、約１．５ｍｍである。マルチピン（好ましくは５０ピン）のリボンケーブル接続部２５０は、突出している回路板ツメ２６０とはんだとで付けられ、電圧分配抵抗回路網は、反射器と接続することができる。表面実装された抵抗器のためにはんだで付けられたパッドは、回路板配置に設計することができ、電圧分配回路網を直接的に反射装置上に組み入れることが可能である。
【００２２】
最後に、ポリカーボネートエンドキャッププラグ（図示せず）が、装置を支持すると共にグリッド端部を加えるための面を形成するために、ロール状反射器チューブ２３０の端部にはめ込まれる。減圧試験は、回路板およびガラス繊維集合が、１０−７（ｔｏｒｒ）範囲で減圧レベルに達することで適合することを示している。
【００２３】
反射器２００は、本出願と共通の代理人によって１９９９年８月１６日に出願された、米国仮特許出願番号６０／１４９，１０３に開示されている。
【００２４】
Ｃ．中心孔マイクロチャネルプレート検出装置
小型ＴＯＦ質量分析計にとって、中心孔（同軸）形状は、非常に望ましい配置である。それは全体設計の簡素化を可能とし、最もコンパクトな分析器を可能とするからである。しかしながら、従来の中心孔マイクロチャネルプレート検出装置の乏しい信号出力特性（特に信号の「共鳴」の問題）は、ベースラインを乱れさせ、結果として逆に装置のダイナミックレンジに影響する。この制限は、高性能の小型ＴＯＦ装置の実現機会を著しく減少させ、ベースラインノイズによって低強度のイオンピークが不明瞭となる。それゆえに、中心孔チャネルプレート検出器のアナログ信号特性の改善は、特にダイナミックレンジにおける質量分析計の最高性能を上昇させる。
【００２５】
市販の同軸チャネルプレート検出器は、マイクロチャネルプレートによって生成された電子のパルスを収集するためのディスク形状の中心孔アノードに依存している。このアノードは、通常はチャネルプレートの直径と一致しており、それによって、理論上は電子収集効率を最大化する。しかしながら、中心孔アノードは、接地して配置された封入物（ｇｒｏｕｎｄｅｄ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）の中に異質のキャパシタンスを生成する。中心孔アノードは、デジタルオシロスコープの５０Ω信号ケーブルに接続されると、不適当な組み合わせの重大なインピーダンスをも生成する。結果として生じる共鳴は、ベースライン信号の高周波数成分の添加によって、飛行時間型のスペクトルを分解し複雑化する。さらに、ディスク形状のアノードは、例えばターボ分子ポンプ制御装置により生成されるように、周辺環境から離れた高周波数を収集するためのアンテナとして作用する。
【００２６】
図３Ａおよび３Ｂに示され、参照数字３００によって一般的に表されるように、本発明の中心孔マイクロチャネルプレート検出装置のピンアノード設計は、検出装置３００の全体性能を実質的に改良するために作られている。感度を高めるために、装置３００は、グランドレベルに維持されたエントランスグリッド３１０を有するクランプリング３０５を含んでいる一方で、中心孔マイクロチャネルプレートアセンブリ３２０（図３Ｂ）の前面３１３を約−５ｋＶに設定し、後段加速されたイオンを５ｋＶに設定する。プレートアセンブリ３２０は、４つの構成部分を含んでおり、それらは、後部伝導性リング３２０ａ、後部チャネルプレート３２０ｂ、前部チャネルプレート３２０ｃ、および前部伝導性リング３２０ｄである。伝導性リング３２０ａ・３２０ｄは、当然に、チャネルプレート３２０ｂ・３２０ｃに電圧を印加する電極として作用する。
【００２７】
クランプリング３０５は、内側のリング３２５にボルトで留められている。内側のリング３２５は、中心から伸びているチューブ３３２と外側面３３６を取り囲んでいるシールド３４とを有する円柱形台３３０にボルトで留められている。シールド３３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼箔といった、いくつかのタイプの伝導性材料から製造される。後部伝導性リング３２０ａは、円柱形台３３０によって定義されるリップ３３８の上に載っている。チューブ３３２は、検出装置３００の中心軸３４０に沿って位置している。
【００２８】
電圧分配抵抗器を使用することで、後部伝導性リング３２０ａは、図３Ｂに示されるように約−３ｋＶに維持される。収集ピンアノード３５０が検出装置３００から絶縁されているので、電位はオシロスコープの前端増幅器により決められる（名目上グランド）。このように、プレート集合３２０の後部伝導性リング３２０ａから放出された電子は、アノードの大きさ、形状、または位置に関係なく接地したアノード３５０に向かって加速され、ピンアノード３５０によって収集される。ピンアノード３５０は、後部伝導性リング３２０ａの後側約５ｍｍに位置されている。
【００２９】
ピンアノード３５０は、検出装置３２０ａの全体性能を著しく改善するということが実証されている。ピンアノード３５０は、オシロスコープの５０オーム信号ケーブルおよびピンアノード３５０間のインピーダンスの不一致をほぼ完全に除去する。
【００３０】
図４は、従来のディスクアノード形状とピンアノード構造とにおける単一イオン検出器の反応を比較している。図４から明らかなように、共鳴は著しく減少し、また単一イオンパルス幅は、本発明のピンアノード構造を使用したときには、アノードキャパシタンスの減少によって５００ｐｓ／ｐｕｌｓｅ未満の値に減少し、測定値（１．５ＧＨｚ：８Ｇｓａｍｐｌｅｓ／ｓｅｃ）を用いたオシロスコープのアナログ帯域幅によって制限される。さらに、不要ノイズを原因として生じる飛行時間データにおけるバックグラウンド信号は、ピンアノード構造を使用すると非常に静かになることが分かる。
【００３１】
ＩＩ．結果
図５は、参照数字５００により一般的に描かれたＴＯＦ−ＭＳを示しており、これは発明の構成部分、すなわちフォーカスイオン化抽出装置１００、フレキシブル回路板検出器２００、およびマイクロチャネルプレート検出装置３００を有している。全体のＴＯＦ−ＭＳの全長は、約２５ｃｍである。例えば窒素レーザのようなレーザ５１０は、獲得ＭＡＬＤＩおよびレーザ切断スペクトルに使用される。レーザ５１０は、レーザビーム５２０を出射し、レーザビームは、２つの鏡５３０ａ・５３０ｂを使用しているＴＯＦ−ＭＳ５００をまっすぐ通り抜ける。ＴＯＦ−ＭＳ５００は、減圧容器５２５に包まれている。また、ＴＯＦ−ＭＳ５００は、レーザビーム５２０が発明の構成部分により決められた中心の軌道を通り抜けるような位置に、金具／ロッド一式によって備え付けられている。実証研究において、飛行時間データは、スペクトル獲得ソフトと組み合わせて使用されたＬｅＣｒｏｙ９３８４デジタルオシロスコープ（１ＧＨｚ：２Ｇｓａｍ／ｓ）から得られた。
【００３２】
様々な異なるタイプのサンプルがＴＯＦ−ＭＳ５００の性能試験に使用された。サンプルは、滑らかな脱離面を保証するために調製された。図６Ａは、２０の連続的なレーザショットが得られ平均される、きれいな鉛はんだ箔面から得られたまっすぐなレーザ脱離信号を示している。多量の鉛および少量のスズ成分の等方性分布は、きれいに分離する。最大半減は、５ｎｓレーザパルス幅（分解能ｍ／Δｍ＝１０００）とほぼ等しい。
【００３３】
図６Ｂは、マトリクスとしてα−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸を使用したアンジオテンシンＩＩの平均化されたＭＡＬＤＩスペクトル（２５レーザショット）を示している。１０７４ＤａでのＭＨ＋ピークの等方性分離は、１５００以上の分解能を表している。
【００３４】
ＩＩＩ．ＴＯＦ−ＭＳアレイ
図７には、８個のＴＯＦ−ＭＳ７１０のアレイを有するＴＯＦ−ＭＳアレイ装置の透視幻影図が示されている。各ＴＯＦ−ＭＳ７１０は、ＴＯＦ−ＭＳ５００と同様の構成部分を有している。すなわち、各ＴＯＦ−ＭＳ７１０は、好ましくは、上述のイオン化抽出装置、ピンアノードを有するマイクロチャネルプレート検出装置、および金属被膜ガラス繊維フレキシブル回路板反射器を備えている。
【００３５】
ＴＯＦ−ＭＳ７１０は、当然に、減圧ポンプ式システムによって作動する減圧容器７２０に包まれている。シリコンチップまたは膜７３０のアレイ、または他のタイプのマルチサンプル基板は、減圧容器７２０の内側面に備えられている。ＴＯＦ−ＭＳアレイ装置７００は、別の８個のＴＯＦ−ＭＳ７１０アレイ（図７に示す８個のアレイ）の鏡像を含んでいてもよく、これにより連続的なアレイを提供できる。
【００３６】
各ＴＯＦ−ＭＳ７１０は、ロッド７５４、ロッド固定具７５６および前部壁７５０ａから突出している取付具前部７５８ａを有する取付部品７５２により減圧容器７２０の前部壁７５０ａの位置に保持されている。
【００３７】
当然に、レーザおよび光学システムにより生成されたレーザビーム７６０は、ＴＯＦ−ＭＳアレイ装置７００の稼動の間、前部壁７５０ａの中央開口部を介して減圧容器７２０に入る。レーザビーム７６０は、複数のビームに分かれる。各ビームは、対応するＴＯＦ−ＭＳ７１０の中心軸を通って、例えば鏡やレンズといった光学によって定方向とされ、全てのＴＯＦ−ＭＳ７１０を同時に稼動させる。レーザおよび光学システムは、微細なサンプルの検査のために、短いレーザおよびきちんと焦束されたビームを生成することが可能なＮｉ−ＹＡＧレーザシステムからエネルギーが供給されたダイオードであることが好ましい。
【００３８】
上記アレイから得られた飛行時間データは、複数の並列処理装置を有するデータを取得および分析するハードウェア（すなわち配列過渡デジタル装置（ａｒｒａｙｅｄ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｄｉｇｉｔｉｚｅｒｓ））並びにデータの獲得および処理のために設計されたソフトウェアモジュールによって並列処理される。第１に、複数のＴＯＦ−ＭＳ７１０のそれぞれのＴＯＦ−ＭＳ７１０に対応する獲得データが、複数の並列処理装置の対応する処理装置から供給される。第２に、複数のＴＯＦ−ＭＳ７１０のそれぞれに対応する獲得データは、複数の並列処理装置によって同時に処理される。
【００３９】
図８は、参照数字８００にて一般的に表された４つのチャネルのＴＯＦ−ＭＳアレイ装置を示す断面図である。各ＴＯＦ質量分析器８０５は、ＴＯＦ−ＭＳ５００と同様である。すなわち、各ＴＯＦ−ＭＳは、好ましくは、図７を参照しながら上述したイオン化抽出装置８３０、ピンアノード８５０を有するマイクロチャネルプレート検出装置、および金属被膜ガラス繊維フレキシブル回路板反射器８６０を備えている。
【００４０】
この「クオードアレイ（ｑｕａｄ ａｒｒａｙ）」構造において、４つのサンプル基板は、減圧容器８１５内の減圧コンパチブルＸＹ変換台８２０上に備え付けられたサンプルキャリア８１０上に設置される。各質量分析器８０５は、サンプルキャリア８１０の４区分のうちの一つを分析するように調整される。レーザ８７０、好ましくは３５５ｎｍの光を生成するために調整されたＮｄ−ＹＡＧレーザは、回路板反射器８６０の中心に集中し、マイクロチャネルプレート検出器８５０、減圧分離弁８４０、グリッドレスを通過し、イオン源８３０に焦点を合わせてサンプル基板上に焦束する。
【００４１】
この好ましい実施形態において、高パワーパルスレーザは、ビーム分配器８８０を使用して４つのビームに分けられる。４つ全てのビームは、４区分のそれぞれに位置するサンプル面に同時に衝突する。ＣＣＤカメラ８９０は、優れた調整および診断上の有用性のためのレーザサンプル相互作用領域を監視するために置かれている。減圧は、減圧容器８１５の反射領域内において、サンプルキャリア８１０の変更作業の間、分離ボール弁８４０を閉じることにより維持される。ＸＹ変換台８２０が増加して移動するにつれて、４つのＴＯＦ測定は、ＴＯＦ−ＭＳアレイ装置７００について上述した方法と同様に４つのサンプルアレイ区分を同時に実行および分析することができる。すなわち、各４区分から得られたデータは、複数の並列処理装置の対応する処理装置に供給される。複数の質量分析器８０５の対応するそれぞれの取得データは、複数の並列処理装置によって同時に処理される。
【００４２】
ＴＯＦ−ＭＳ７１０・８０５は、共に一つのコンパクト装置に束ねられ、並列処理利用に関して知られた技術の制御エレクトロニクスによって同時に稼動される。装置７００・８００は、当然に、シリコンチップ、膜またはいくつかのサンプル基板のアレイ上に析出した生物系サンプル（例えばＤＮＡ、蛋白質またはペプチド）の非常に高い分析処理能力のために設計されており、多チャネル分析の極めて望ましい特徴を可能にする。著しい製造費用節約は、単一の装置に高価な構成部分をより効率的に使用しているＴＯＦ−ＭＳアレイ装置７００・８００によって実現される。これらは減圧容器システム、レーザおよび光学システム、減圧コンパチブル変換台、データ取得および分析ハードウェア、並びに制御エレクトロニクスを含んでおり、これらの全てはＴＯＦ−ＭＳアレイ装置７００・８００を補助するためのハードウェア単体として必要である。
【００４３】
さらに、配列ＴＯＦ−ＭＳアレイ装置７００・８００の非常に望ましい性能は、特定のサンプルの分析の分析信頼水準を大きく上昇させる可能性である。並列データ収集の１つのモードにおいて、各分析器７１０・８０５は、単一のサンプルの多様な析出を同時に行うことができるような異なる実験条件に調節される。例えば、１つの分析器７１０・８０５を、ポジティブイオンモードにてデータ収集できるように構成し、第２の分析器７１０・８０５を、ネガティブイオンモードにてデータ収集できるように調節する。第３および第４分析器７１０・８０５の組は、同様にポジティブモードおよびネガティブモードに調節することができるが、異なるＭＡＬＤＩマトリクス調製下でのサンプルの検査に使用することができる。
【００４４】
このように、多種多様の実験条件は、単一スペクトルを収集するための従来のＴＯＦ−ＭＳ分析器によって必要とされた同時期に単一サンプルの多様な析出を急速に行うことができる。主な時間節約は、並列データ収集および多数の連続的測定値のための単一チャネル質量分析器の構成変更の際に必要とされた時間の完全な削減と同様に達成される。
【００４５】
いくつかの応用において、分析の冗長性は、分子種の同定において高い信頼レベルを確実にすることが要求される。このケースのために、全てまたは多数の分析器は、特定化合物の質量スペクトルデータの多数のコピーを生成するために同じ実験条件に調節することができる。このように、同定または性質決定の非常に高い信頼性レベルは、単一チャネルＴＯＦ−ＭＳ装置によって必要とされた時間の分割にて達成される。
【００４６】
ＩＶ．結論
革新的な小型飛行時間型質量分析計５００は、グリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置１００、金属被膜ガラス繊維フレキシブル回路板イオン反射器２００、および中心孔マイクロチャネルプレート検出装置３００を使用することにより開発された。ＴＯＦ−ＭＳ５００を使用した実証研究は、ＴＯＦ−ＭＳ５００が、多くの従来の同軸型ＴＯＦ−ＭＳ装置の問題の特徴である、非常によい分解能および低バックグラウンドノイズでスペクトルを生成することが可能であることを表している。その結果、ＴＯＦ−ＭＳ５００にて得られたデータのバックグラウンドノイズが大いに減少し、分解能は改善され、そして安価で頑丈なパッケージのＴＯＦ−ＭＳ５００を大量生産する可能性をも示している。
【００４７】
ＴＯＦ−ＭＳ装置７００・８００は、ＴＯＦ−ＭＳ５００と同様の構成部分を有する複数のＴＯＦ−ＭＳ７１０・８０５を有していることが明らかにされた。ＴＯＦ−ＭＳアレイ装置は、何よりも、複数の質量分析器、例えば複数のＴＯＦ−ＭＳを並列方式にて稼動する単一のアレイに束ねることが可能である。これは、データ収集工程が多様となるために、アレイの各ＴＯＦ−ＭＳの処理能力を非常に高める。しかしながら、並列処理装置のこの配置の最も大きい利点の１つは、決定的な障害であるデータ収集時間の著しい削減である。
【００４８】
さらに、小型マルチチャネル装置のスペース節約は、実験室スペースのより効率的な使用を可能とし、そして有効な製造費用節約は、単一の装置に高価な構成部分をより効果的に使用することにより実現できる。これらは、減圧システム、レーザおよび光学システム、減圧コンパチブル変換台、データ獲得および分析ハードウェア、並びに制御エレクトロニクスを含んでおり、全てが本発明のＴＯＦ−ＭＳアレイ装置を補助するためのハードウェア単体に必要である。
【００４９】
この中の記述は、単に本発明の原理の応用を説明したものである。例えば、上述の機能や本発明の実施のためのベストモードである装置は、説明するためのみを目的としている。他の配置および方法は、本発明の範囲および精神から離れることなく本技術によって実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１Ａは、本発明によるＴＯＦ−ＭＳのためのグリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置の断面図であり、図１Ｂは、グリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置により生成された電場のポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図２】
図２Ａは、本発明によるロール形状のフレキシブル回路板反射器の透視図であり、図２Ｂは、ロール形状でないフレキシブル回路板反射器の平面図である。
【図３】
図３Ａは、本発明による中心孔マイクロチャネルプレート検出装置の透視図であり、図３Ｂは、中心孔マイクロチャネルプレート検出装置の内部構造の断面分解図である。
【図４】
図４は、従来のディスクアノード検出装置からの単一イオン信号による検出反応波形、およびピンアノードを有する中心孔マイクロチャネルプレート検出装置による検出反応波形を示す図である。
【図５】
図５は、本発明によるグリッドレス、フォーカスイオン化抽出装置と、フレキシブル回路板反射器と、中心孔マイクロチャネルプレート検出装置とを備えたＴＯＦ−ＭＳの断面図である。
【図６】
図６Ａおよび６Ｂは、発明の構成成分を備えたＴＯＦ−ＭＳを使用して収集された、はんだ箔およびアンジオテンシンＩＩのスペクトルである。
【図７】
図７は、本発明による、８個のＴＯＦ−ＭＳを備えたＴＯＦ−ＭＳアレイ装置の透視幻影図である。
【図８】
図８は、本発明による、４個のＴＯＦ−ＭＳを備えたＴＯＦ−ＭＳアレイ装置のより好ましい実施形態を示す模式的断面図である。
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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