(57)【要約】  本開示の一態様は、０．３ｋＰａ〜１０ｋＰａ（３ｍＢａｒ〜１００ｍＢａｒ）の圧力間で希ガス内にいずれかのグロー放電を発生させるステップと、伝導性チャネル（５５）を通じてガス流内でグロー放電生成物をサンプリングおよび調節するステップと、励起されたリュードベリ原子を移動させつつ荷電粒子を除去するステップと、調節された放電生成物と分析物の流れとを閉鎖されたチャンバ内にて摂氏１５０°を上回る上げられた温度で混合し、それによって分析物分子とリュードベリ原子の間にペニング反応を発生させるステップとを含む質量分光分析の方法を提供する。この方法は、質量分光分析のためにガス流によって分析物イオンをサンプリングするステップと、以下のステップ、すなわち、（ｉ）調節チャネル（５５）内の電荷を除去するステップ、（ｉｉ）分析物の流れと調節されたプラズマの流れを同軸混合するステップ、および（ｉｉｉ）コールドジェットへペニングイオン化する領域を減少させるために音速ジェットまたは超音速ジェット内の混合された流れを冷却するステップのうちの少なくとも１つのステップとをさらに含む。【選択図】図１
2017527078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分光分析の方法であって、
０．３ｋＰａから１０ｋＰａ（３ｍＢａｒから１００ｍＢａｒ）の間のガス圧で希ガス内にＲＦまたはＤＣグロー放電のどちらかを発生させるステップと、
励起されたリュードベリ原子を移動させつつ荷電粒子を除去するために伝導性チャネル（５５）を通じてガス流内でグロー放電生成物をサンプリングおよび調節するステップと、
分析物分子と前記リュードベリ原子の間にペニング反応を発生させて前記分析物のイオンを生成するため、調節された放電生成物と分析物の流れとを閉鎖されたチャンバ内にて摂氏１５０度を上回る上げられた温度で混合するステップと、
質量分光分析のためにガス流によって前記分析物イオンをサンプリングするステップと、を含み、
以下のステップのうちの少なくとも１つのステップ、すなわち、
（ｉ）前記調節チャネルを通じて突出する絶縁表面を帯電することによってもたらされる前記調節チャネル（５５）内の電荷を除去するステップ、
（ｉｉ）分析物の流れと調節されたプラズマの流れを同軸混合するステップ、および
（ｉｉｉ）コールドジェットへペニングイオン化する領域を減少させるために音速ジェットまたは超音速ジェット内の前記混合された流れを冷却するステップ
のうちの少なくとも１つのステップを含む方法。
【請求項２】
分析物の前記分子イオンは、イオン化イベントまたは制御可能な衝突による解離のステップのどちらかで一部フラグメント化され、取得されたフラグメントスペクトルは、分析物の同定および構造解明のために電子衝撃のライブラリスペクトルと比較される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分析物の揮発性の範囲を広げるために液体マトリックスまたは固体マトリックス内により少ない揮発性化合物を導入するステップをさらに含み、ここで、マトリックスフラックスは１０ｎｇ／秒未満のままであり、分析物試料は、
（ａ）急速加熱脱離を適用するステップ、
（ｂ）パルスレーザ脱離を適用するステップ、
（ｃ）エアゾールを通過する間にサイドまたはカウンターガスによって溶剤蒸気を除去することで液体試料の霧状化を適用する段階、および
（ｄ）キャピラリ電気泳動またはナノ液体クロマトグラフィを通過する１０ｎＬ／分未満の流量で霧状化を適用する段階
のうちのいずれかのステップにより気相にもたらされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
（ｉ）ＧＣ×ＧＣ、（ｉｉ）ＬＣ−ＧＣ、（ｉｉｉ）ＬＣ−ＬＣ、（ｉｖ）ＬＣ−ＣＥを含むリストの上流タンデムクロマトグラフ分離のステップをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
複雑化合物の分析における選択性の向上のために、イオンフラグメンテーションのステップの前に、親イオンの質量またはイオンモビリティ選択のステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
フラグメンテーションエネルギーを変更するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
分析の選択性の向上のために、試薬ガスを調整式グロー放電法の領域に加え、これによってリュードベリイオンを試薬イオンに変換するステップをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
エンコードされた頻度のパルスの状態で動作する高分解能多重反射飛行時間質量分析計（５８）を用いてイオン化された分析物イオンを質量分光分析するステップをさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
調整式グロー放電法イオン源内で定量的かつソフトにイオン化するステップと、
分子質量の測定と分子イオンのフラグメンテーションとを時間で交互に行うステップと、
電子衝撃スペクトルのライブラリと比較することによって化合物同定をするステップと
を含む質量分光分析の方法。
【請求項１０】
（ｉ）分析物分子の事前多段クロマトグラフ分離、（ｉｉ）分子イオンの事前質量分離、（ｉｉｉ）分子イオンのイオンモビリティ分離からなる群の少なくとも１つのステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
質量分析装置（５０）のためのイオン源を組み立てる方法であって、
サンプリング調節チャネル（５５）を画定する反応器チャンバ（５３）を提供するステップと、
グロー放電チャンバ（５２）を前記反応器チャンバ（５３）に隣接して配置するステップと、
前記グロー放電チャンバ（５２）の内部に突き出る管状電極（５１）を提供するステップと、
前記反応器チャンバ（５３）の出口端にサンプリングノズル（５６）を配置するステップと、
試料導入用のキャピラリ（５４）を提供するステップであって、前記キャピラリ（５４）は前記グロー放電チャンバ（５２）を通過し、前記管状電極（５１）を通じて突出し、前記反応器チャンバ（５３）を少なくとも一部通過するキャピラリ（５４）を提供するステップと、
メカニカル液体ポンプ（５７）をガスの排気を可能にする位置に配置するステップであって、前記メカニカル液体ポンプ（５７）は、前記サンプリングノズル（５６）を過ぎた所の前記グロー放電チャンバ（５２）から前記ガスを排気する、メカニカル液体ポンプ（５７）を配置するステップと、
を含む、イオン源を組み立てる方法。
【請求項１２】
前記サンプリング調節チャネル（５５）を通じて突出する絶縁された表面を帯電するステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記メカニカル液体ポンプ（５７）によって排気された前記ガスは希ガスを含み、前記希ガスは排気前に前記グロー放電チャンバ（５２）内で加圧される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
質量分析装置（５０）のためのイオン源であって、
サンプリング調節チャネル（５５）を画定する反応器チャンバ（５３）と、
前記反応器チャンバ（５３）に隣接して存するグロー放電チャンバ（５２）と、
前記グロー放電チャンバ（５２）の内部に突き出ている管状電極（５１）であって、前記管状電極（５１）は電圧を受ける、管状電極（５１）と、
前記反応器チャンバ（５３）の出口端に存する試料ノズル（５６）と、
試料導入用のキャピラリ（５４）であって、前記キャピラリ（５４）は前記グロー放電チャンバ（５２）を通過し、前記管状電極（５１）を通じて突出し、前記反応器チャンバ（５３）を少なくとも一部通過する、キャピラリ（５４）と、
ガスの排気を可能にする位置に存するメカニカル液体ポンプ（５７）であって、前記メカニカル液体ポンプ（５７）は、前記サンプリングノズル（５６）を過ぎた所の前記グロー放電チャンバ（５２）から前記ガスを排気する、メカニカル液体ポンプ（５７）と、
を備える、質量分析装置（５０）のためのイオン源。
【請求項１５】
前記サンプリング調節チャネル（５５）を通じて突出する絶縁された表面をさらに備える、請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１６】
前記メカニカル液体ポンプ（５７）によって排気された前記ガスは希ガスを含み、前記希ガスは排気前に前記グロー放電チャンバ（５２）内で加圧される、請求項１４に記載のイオン源。
【請求項１７】
調整式グロー放電法イオン源内で分析物を定量的にソフトイオン化するステップと、
分子質量の測定と分子イオンのフラグメンテーションとを時間で交互に行うステップと、
電子衝撃スペクトルのライブラリと比較することによって化合物を同定するステップと
を含む分析方法。
【請求項１８】
前記イオン化するステップは、
０．３ｋＰａ〜１０ｋＰａ（３ｍＢａｒ〜１００ｍＢａｒ）の間の上げられた圧力で希ガスからグロー放電を発生させるステップと、
サンプリング調節チャネル（５５）を介して前記グロー放電を調節するステップと、
上げられた温度で前記調整式グロー放電を用いて前記分析物を混合することによって分析物をイオン化するステップと
を含む、請求項１７に記載の分析方法。
【請求項１９】
前記サンプリング調節チャネル（５５）内の絶縁された表面は、前記サンプリング調節チャネル（５５）を通じて流れの電荷を除去するように帯電される、請求項１８に記載の分析方法。
【請求項２０】
前記分析物をイオン化するステップは、前記分析物の流れを前記グロー放電の流れと同軸混合するステップを含む、請求項１８または１９に記載の分析方法。
【請求項２１】
前記分析物をイオン化するステップの後に、ジェット内で前記イオン化分析物を冷却するステップが行われる、請求項１８または２０に記載の分析方法。
【請求項２２】
前記分析物をイオン化するステップは、サンプリングノズル（５６）の絞り弁で行われる、請求項１８に記載の分析方法。
【請求項２３】
調整式グロー放電法イオン化の方法であって、
ガス放出を最小にするように閉鎖されたイオン化チャンバ（５２）を配置するステップと、
摂氏２５０度を上回る上げられた温度に前記イオン化チャンバ（５２）を加熱するステップと、
１分あたり１００ミリリットルから１分あたり１０００ミリリットルの間の流量で希ガスを前記イオン化チャンバ（５２）の中に供給するステップと、
サンプリング調節チャネル（５５）を通じて前記ガスを排気するステップと、
管状電極（５１）とカウンター電極の間にグロー放電を誘導するステップと、
前記グロー放電の誘導を安定化させるために前記管状電極（５１）を通じて絶縁表面を挿入するステップと、
前記誘導されたグロー放電生成物を移動させるために前記サンプリング調節チャネル（５５）を通じてガス流を生成するステップと、
前記サンプリング調節チャネル（５５）を通じて前記絶縁表面を突出させるステップと、
分析物試料を導入するステップと、
サンプリング用開口（５６）の絞り弁のすぐ近くまたはその内で前記分析物試料を前記グロー放電生成物と混合するステップと、
ガス冷却ジェット内で前記分析物試料の局所冷却を行うステップであって、前記ガス冷却ジェットは前記サンプリング用開口（５６）の内または周辺で形成される、局所冷却を行うステップと、
生成物を質量分析計（５８）へ向けるステップと、
を含む方法。
【請求項２４】
前記絶縁表面は、石英キャピラリ（５４）を備え、前記石英キャピラリ（５４）は、分析された試料を導入する、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、質量分析法に関する。より具体的には、本開示は、調整式グロー放電法イオン化に基づくソフトで定量的なイオン化源を用いた質量分析法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]エレクトロスプレイ（ＥＳＩ）およびマトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）などのソフトイオン化法の開発によって、質量分光分析の分野は、幅広い種類の不安定化合物（ペプチド、ヌクレオチド、タンパク質、および脂質など）まで拡大することになり、幅広い範囲の生物学的応用および医学的応用の開発の引き金となった。この方法は、イオン性塩などの液体のイオンを容易にもたらす化合物と、プロトン化イオンＭＨ＋および脱プロトン化イオン（Ｍ−Ｈ）−を容易にもたらす極性化合物とに限定されることが知られている。ソフトイオン化された化合物の範囲は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）および大気圧光イオン化法（ＡＰＰＩ）の方法を導入することで半極性化合物まで拡大された。しかしながら、欠点の１つは、分析された化合物の性質がイオン化効率と競合的イオン分子反応に対する気相安定性との両方を定めかつ変化させるので、これらのソフトイオン化法が完全には定量的でないことである。
【０００３】
[0003]他の極では、化合物蒸気が電子ボンバードによってイオン化される真に定量的な電子衝撃イオン化（ＥＩ）法が、長く存在している。イオン化効率は、幅広い範囲の分析物濃度において一定のままであり、通常、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）によって試料流送量（ｌｏａｄ：積載量、装填量、荷重、荷重量、負荷または負荷量などとも）として測定される。典型的には、線形性は、最高感度の器具において１０フェムトグラム（１０ｆｇ）ほどの低さである検出限界（ＬＯＤ）から１０ナノグラム（１０ｎｇ）の流送量レンジまで（すなわち、６桁のダイナミックレンジで）保持される。イオン化効率（すなわち、応答に対する流送量）は、分子の性質にほとんど依存せず、他の共溶出化合物およびマトリックスに対して独立したままである。これは、ＥＩ法が化学種全体にわたって均一であり、真に定量的であることを可能にする。しかしながら、ＥＩ法は、半揮発性化合物に限定され、ＥＩ法は多大なフラグメンテーションを生成するのでソフトではない。
【０００４】
[0004]ＥＩ法源との結合に加えて、ＧＣ分離が、より強力な分子ピークを与える代替のいっそうソフトなイオン化法（化学イオン化（ＣＩ）およびフィールドイオン化（ＦＩ）など）に結合されている。しかしながら、ＣＩ技法は、マトリックスおよび相互干渉の影響を受けやすい。このイオン化法の場合、イオン化効率とスペクトル成分の両方は、器具のパラメータに強く依存する。したがって、ＣＩ技法は、完全にソフトであり、真に定量的であり、またはライブラリスペクトルを与えることができると考えられない。そして、ＣＩ技法は、イオン源の急速な汚染により「汚い」とも考えられる。ＦＩ法は、しばしばソフトイオン化法とみなされるが、ＦＩ法は、ほんの約１００ピコグラム（１００ｐｇ）の典型的な検出限界で、扱いにくく、不安定で、感度がよくない。このために、ＦＩ法は、幅広くは採用されてこなかった。
【０００５】
[0005]光イオン化（ＰＩ）法および光化学イオン化（ＡＰＰＩ）法は、非常に脆い化合物についてフラグメントをやはり生成するが、ＥＩに比べてずっとソフトである。Ｓｃｈｌａｇは、参照により本明細書に完全に組み込まれる米国特許第４，５７０，０６６号において、適度にソフトであると思われる、超音速ジェットによるそれらの冷却とそれに続く多光子共鳴イオン化を伴うレーザ脱離ヌクレオチドおよび短鎖ペプチドについての多光子イオン化を説明する。この方法は、選択的イオン化、不十分なソフトさ、および限られた種類の分析された化合物により広くは採用されなかった。
【０００６】
[0006]グロー放電は、参照により本明細書に完全に組み込まれるＦ．Ｗ．Ａｓｔｏｎ、ＭＡＳＳ  ＳＰＥＣＴＲＡ  ＡＮＤ  ＩＳＯＴＯＰＥＳ，２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｌｏｎｇｍａｎ  Ｇｒｅｅｎ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９４２年におけるように、元素および有機分析のために質量分析法に長く用いられてきた。Ｈｕｎｔら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ  ｖｏｌ．４７（１９７５）１７３０（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）には、ＣＩ源内でドーパントガスをイオン化するために、タウンドセン（Ｔａｕｎｄｓｅｎ）グロー放電が提案された。米国特許第４，３２１，４６７号（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）は、ミリバールレベルのガス圧でフローアフターグロー（ｆｌｏｗ−ａｆｔｅｒｇｌｏｗ）における有機物イオン化を提案する。米国特許第４，６４７，７７２号および米国特許第４，７９４，２５２号（これらの各々は参照により本明細書に全体的に組み込まれる）に記載されたように、ＶＧ分析は、サーモスプレーインターフェースを介して液体試料を導入し、前段真空領域内のグロー放電を引き起こした。米国特許第４，８４９，６２８号（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）では、ＭｃＬｕｃｋｅｙは、０．１ｋＰａから１ｋＰａ（１ｍｂａｒから１０ｍｂａｒ）のガス圧にある前段真空ステージ内で、大気圧領域からグロー放電の中への液体蒸気のサンプリングを示唆した。Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、４４（１９９０）１３９１およびＡｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６４（１９９２）１４２６（これらの各々は参照により本明細書に全体的に組み込まれる）に記載されたように、Ｌｕｂｍａｎらは、大気圧におけるヘリウムグロー放電内のイオン化された気体試料および液体試料を示唆した。多数のグループが、グロー放電イオン化源のソフトさおよび分析上の利点を改善しようと試みてきた。非常に様々なグロー放電源にかかわらず、用いられたイオン化法は、（ａ）直接イオン化および（ｂ）化学イオン化という２つのカテゴリの間で分けられる。
【０００７】
[0007]グロー放電中の直接イオン化は、主に、励起された準安定の希ガスによるペニングイオン化によって生じ、一方、小チャネルは、放電イオンからの電子衝撃イオン化への電荷移動に対応する。そのようなイオン化は、定量的であるが荒っぽいと思われる。一例として、ＪＡＳＭＳ、５（１９９４）３０５（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）におけるＢｅｒｔａｎｄらは、有機分析物をミリバールグロー放電にさらし、ＥＩからＣＩスペクトルへ変化するソフトさを有するスペクトルを取得しつつ５桁のダイナミックレンジ内で線形信号応答を証明した。感度とソフトさの両方は、分析された化合物とイオン源のパラメータとに強く依存するように思われる。Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ  Ｐｒｏｃ．９１（１９８９）２０９（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）の中でＭａｓｏｎらによって示されるように、ドーパントガスを追加することによって、分子プロトン化イオンの強度を改善し、ＣＩのものに類似するスペクトルを形成する。
【０００８】
[0008]グロー放電中の（またはサンプリングされたグロー放電の生成物による）化学イオン化は、主に、技術的には純粋なガス中に偏在する水のトレースから生じるプロトン化水クラスタからのプロトン移動によって生じる。Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ  Ｐｒｏｃ．１４９（１９９５）６０９（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）におけるＨａｎｓｅｌらによって説明されるように、水クラスタからのプロトン移動は、制御されたプロトン移動反応（ＰＴＲ）質量分析法において意図的に促進されていた。Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，４４（１９９０）１３９１およびＡｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６４（１９９２）１４２６（これらの各々は参照により本明細書に全体的に組み込まれる）において説明されるように、Ｌｕｂｍａｎらは、大気圧においてヘリウムグロー放電内で気体試料および液体試料をイオン化した。液体試料と共に水を加えることによって、有機スペクトルのソフトさを実質的に改善した。しかしながら、プロトン移動反応は、濃度ごとに非線形な信号の反応および不均一なイオン化を引き起こした。イオン化効率は、分析された化合物間で３桁の大きさの範囲内で変動した。プロトン親和力は、化合物極性に依存することが知られており、この化合物極性は、化学種間の不均一なイオン化を説明する。大気圧での動作は（ミリバールと比較して）、イオン分子反応の役割を増大させ、これは、帯電剤が大きく超過していても、相互的な分析物干渉およびマトリックス抑制効果を説明する。
【０００９】
[0009]ＤＡＲＴグロー放電法が、Ａｎｄｒａｄｅら、Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ、８０（２００８）２６４６−２６５３（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）に記載されており、揮発性化合物は、大気圧におけるヘリウム内のグロー放電と混合される。この方法は主なメカニズムとしてペニングイオン化を説明するが、多数の気体衝突によって、イオン分子反応によるかなりの歪みをもたらす。したがって、これはやはり、極性化合物についてのプロトン化イオンをもたらし、それゆえ、識別効果および干渉効果を受けやすい。したがって、グロー放電イオン化は、（ａ）直接ＧＤイオン化において定量的であるが粗っぽく、または（ｂ）水クラスタからのプロトン移動によって主に実装される化学イオン化においてソフトであるが定量的でないと考えられる。
【００１０】
[0010]ＷＯ２０１２／０２４５７０（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）では、本開示の発明者らは、コンディショナ（すなわち、分析物と共にイオン分子反応器の中に放電生成物をサンプリングする前にプラズマ滞留時間を制御するための伝導性チューブ）を用いることによってグロー放電中の直接イオン化をソフト化しようとした。ＧＣ入口、精製ガス、およびクリーンな材料が、クエンチング寄生蒸気の量を減少させるために使用された。しかしながら、この調節は、微量の蒸気に強く依存するように思われ、イオン化効率を大きく減少させ、その結果、定量的またはソフトのどちらかの選択は残ったままであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，３２１，４６７号
【特許文献２】米国特許第４，６４７，７７２号
【特許文献３】米国特許第４，７９４，２５２号
【特許文献４】米国特許第４，８４９，６２８号
【特許文献５】ＷＯ２０１２／０２４５７０
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｆ．Ｗ．Ａｓｔｏｎ、ＭＡＳＳ  ＳＰＥＣＴＲＡ  ＡＮＤ  ＩＳＯＴＯＰＥＳ，２ｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｌｏｎｇｍａｎ  Ｇｒｅｅｎ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９４２年
【非特許文献２】Ｈｕｎｔら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ  ｖｏｌ．４７（１９７５）１７３０
【非特許文献３】Ｌｕｂｍａｎら、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、４４（１９９０）１３９１
【非特許文献４】Ｌｕｂｍａｎら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６４（１９９２）１４２６
【非特許文献５】Ｂｅｒｔａｎｄら、ＪＡＳＭＳ、５（１９９４）３０５
【非特許文献６】Ｍａｓｏｎら、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ  Ｐｒｏｃ．９１（１９８９）２０９
【非特許文献７】Ｈａｎｓｅｌら、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ  Ｐｒｏｃ．１４９（１９９５）６０９
【非特許文献８】Ａｎｄｒａｄｅら、Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ、８０（２００８）２６４６−２６５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0011]本開示は、長い間待たれていたソフトイオン化と定量的なイオン化の組み合わせを、調整式グロー放電法によって達成して提供する。この方法は、アメリカ国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）ライブラリ検索を用いた有効な同定も導く。この方法は、そのような望ましいイオン化を次によって達成する：（ａ）ミリバールのグロー放電で準安定希ガス原子の大きいフラックスを発生させること、（ｂ）それらの準安定粒子をサンプリングし荷電粒子を抑制すること、および（ｃ）限られたガス気体衝突数でコールド超音速ガスジェットにおけるペニングイオン化と同時の分析物分子に対するガス冷却を用いること。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0012]本開示により提供される本方法の驚くべき一態様は、分析物イオン安定化に対するガス冷却の効果である。分析物および取り囲むアルゴンガスの冷却は、フラグメントの量を劇的に減少させ、分子Ｍ＋イオンだけを有するスペクトルを与える。一実施形態では、超音速ジェット冷却は、分析物分子およびグロー放電生成物の同軸サンプリングで準備される。
【００１５】
[0013]ガス冷却は準安定原子のグロー放電形成時の励起効果を抑制し、ソフトイオン化は幅広い範囲の放電パラメータで行われる。これは、荷電粒子の除去に対してとても適度な調節を用いつつ、準安定原子の大きいフラックスに到達することを可能にする。結果として、イオン化効率（注入された分析物分子あたりの形成されたイオンからなる比）は１に近づき、分析物の化学種間で均一に現れる。
【００１６】
[0014]この方法による効率的なイオン化は、約１００と推定される少数のニュートラルな衝突の超音速ジェットで達成される。したがって、ガスおよび材料がほどよい工業純度にあるときでも、源は、クラスタ形成の量および分析物イオンを有する他の寄生的なイオン分子反応の量を大きく減少させる。
【００１７】
[0015]本開示によって提示される新規な方法は、調整式グロー放電法イオン化法であり、これはコールドＧＤと呼ばれる。この新規なコールドＧＤ法の実験的試験は、以下のことが確認された：
[0016]１．）ＥＩ、ＣＩ、コールドＥＩ、およびＰＩのような方法において強力なフラグメンテーションを形成することが知られている不安定分子（アルカン、フタル酸化合物、ニトロソ化合物（ｎｉｔｒｏｓｅｓ）、および脂肪酸など）のためのソフトイオン化；
[0017]２．）従来技術のグロー放電およびＭ＋イオンとＭＨ＋イオンの両方を形成するＰＩ源と異なりスペクトル同定を容易にする分子Ｍ＋イオンだけの形成；
[0018]３．）アルカン化合物、ＰＡＨ化合物、ＰＣＢ化合物、フタル酸化合物、およびニトロ含有化合物について確証された幅広い範囲の種類間の均一な応答；
[0019]４．）ＧＣカラムを経た１ピコグラム（１ｐｇ）から１０ナノグラム（１０ｎｇ）の流送量の間の少なくとも４桁のダイナミックレンジ内の線形応答；
[0020]５．）１０ｎｇ／秒未満の化学マトリックスフラックスで化学的識別効果、干渉効果、およびマトリックス効果がないこと；
[0021]６．）イオン移動インターフェース内のイオン励起時にＮＩＳＴタイプのフラグメントを形成する能力であり、これはＭ＋イオンについての特性であり、ライブラリスペクトルに基づく化合物同定に役立つものであること；そして
[0022]７．）ＧＣ×ＧＣ分析の速度に適合するイオン源の高速応答。
【００１８】
[0023]ソフトさ、真の定量化、大きいダイナミックレンジ、および高速応答の組み合わせは、複雑化合物分析のためのＧＣ×ＧＣ−ＭＳ、ＧＣ−ＩＭＳ−ＭＳ、ＧＣ−ＭＳ−ＭＳのような多次元分離を利用するように、ペトロリオミクスおよびメタボロミクスの分野における分析方法を改善するための多数の機会を切り開く。複雑化合物の定量分析および超微量の検出のためのいくらかの実装およびそれらの新規な態様が、本開示に記載されている。
【００１９】
[0024]本開示の一態様は、０．３ｋＰａから１０ｋＰａ（３ｍＢａｒから１００ｍＢａｒ）の間のガス圧で希ガス内にＲＦまたはＤＣグロー放電のどちらかを発生させるステップと、励起されたリュードベリ原子を移動させつつ荷電粒子を除去するために伝導性チャネルを通じてガス流内のグロー放電生成物をサンプリングおよび調節するステップと、調節された放電生成物と分析物の流れとを閉鎖されたチャンバ内にて摂氏１５０度を上回る上げられた温度で混合し、それによって分析物分子とリュードベリ原子との間にペニング反応を発生させて分析物イオンを生成するステップと、質量分光分析のために（ガス流によって）分析物イオンをサンプリングするステップとを含む質量分光分析の方法を提供する。上記方法は、以下のステップ、すなわち、（１）調節チャネルを通じて突出する絶縁表面を帯電することによってもたらされる調節チャネル内の電荷を除去するステップ、（２）分析物の流れと調節されたプラズマの流れを同軸混合するステップ、および（３）コールドジェットへペニングイオン化する領域を減少させるために音速ジェットまたは超音速ジェット内の混合された流れを冷却するステップのうちの少なくとも１つのステップも含む。
【００２０】
[0025]本開示の実装は、以下の随意の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る。いくつかの実装では、分析物の分子イオンは、イオン化イベントまたは制御可能な衝突による解離のステップのどちらかで一部フラグメント化され、取得されたフラグメントスペクトルは、分析物の同定および構造解明のために電子衝撃のライブラリスペクトルと比較される。いくつかの例では、方法は、分析物の揮発性の範囲を広げるために液体マトリックスまたは固体マトリックス内により揮発性の低い化合物を導入するステップをさらに含み、ここで、マトリックスフラックスは１０ｎｇ／秒未満のままであり、分析物試料は、次のステップのいずれかにより気層にもたらされる：（ａ）急速加熱脱離を適用するステップ、（ｂ）パルスレーザ脱離を適用するステップ、（ｃ）エアゾールを通過する間にサイドまたはカウンターガスによって溶剤蒸気を除去することで液体試料の霧状化を適用するステップ、および（ｄ）キャピラリ電気泳動またはナノ液体クロマトグラフィを通過する１０ｎＬ／分未満の流量で霧状化を適用するステップ。方法は、（ｉ）ＧＣ×ＧＣ、（ｉｉ）ＬＣ−ＧＣ、（ｉｉｉ）ＬＣ−ＬＣ、（ｉｖ）ＬＣ−ＣＥを含むリストの上流タンデムクロマトグラフ分離のステップをさらに含んでもよい。
【００２１】
[0026]いくつかの実装形態では、複雑化合物の分析における選択性の向上のために、方法は、イオンフラグメンテーションのステップの前に親イオンの質量またはイオンモビリティ選択のステップをさらに含む。方法は、フラグメンテーションエネルギーを変更するステップをさらに含んでもよい。いくつかの例では、分析の選択性の向上のために、方法は、試薬ガスを調整式グロー放電法の領域に加え、これによってリュードベリイオンを試薬イオンに変換するステップをさらに含む。いくつかの実装形態では、方法は、エンコードされた頻度のパルスの状態で動作する高分解能多重反射飛行時間質量分析計を用いた、イオン化された分析物イオンを質量分光分析するステップをさらに含む。
【００２２】
[0027]本開示の別の態様は、調整式グロー放電法イオン源内で定量的かつソフトにイオン化するステップと、分子質量の測定と分子イオンのフラグメンテーションとを時間で交互に行うステップと、電子衝撃スペクトルのライブラリと比較することによって化合物同定をするステップとを含む質量分光分析の方法を提供する。本開示のこの態様は、以下の随意の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの例では、方法は、（ｉ）分析物分子の事前多段クロマトグラフ分離、（ｉｉ）分子イオンの事前質量分離、（ｉｉｉ）分子イオンのイオンモビリティ分離からなる群の少なくとも１つのステップをさらに含む。
【００２３】
[0028]本開示のさらに別の態様は、反応器チャンバを提供するステップと、グロー放電チャンバを反応器チャンバに隣接して配置するステップと、グロー放電チャンバの内部に突き出る管状電極を提供するステップと、反応器チャンバの出口端にサンプリングノズルを配置するステップと、試料導入用のキャピラリを提供するステップと、メカニカル液体ポンプをガスの排気を可能にする位置に配置するステップと、を含む、質量分析装置のためのイオン源を組み立てる方法を提供する。メカニカル液体ポンプは、サンプリングノズルを過ぎた所のグロー放電チャンバからガスを排気する。反応器チャンバは、サンプリング調節チャネルを画定する。キャピラリは、グロー放電チャンバを通過し、管状電極を通じて突出し、反応器チャンバを少なくとも一部通過する。
【００２４】
[0029]本開示のこの態様は、以下の随意の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実装形態では、方法は、サンプリング調節チャネルを通じて突出する絶縁された表面を帯電するステップをさらに含む。いくつかの例では、メカニカル液体ポンプによって排気されたガスは希ガスであり、希ガスは排気前にグロー放電チャンバ内で加圧される。
【００２５】
[0030]本開示の第４の態様は、サンプリング調節チャネルを画定する反応器チャンバと、反応器チャンバに隣接して存するグロー放電チャンバと、電圧を受ける管状電極であって、グロー放電チャンバの内部に突き出ている管状電極と、反応器チャンバの出口端に存する試料ノズルと、試料導入用のキャピラリと、メカニカル液体ポンプとを備える質量分析装置のためのイオン源を提供する。キャピラリは、グロー放電チャンバを通過し、管状電極を通じて突出し、反応器チャンバを少なくとも一部通過する。メカニカル液体ポンプは、ガスの排気を可能にする位置に存するとともに、メカニカル液体ポンプは、サンプリングノズルを過ぎた所のグロー放電チャンバからガスを排気する。
【００２６】
[0031]本開示のこの態様は、以下の随意の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの例では、イオン源は、サンプリング調節チャネルを通じて突出する絶縁された表面をさらに備える。いくつかの実装形態では、メカニカル液体ポンプによって排気されたガスは希ガスであり、この希ガスは排気前にグロー放電チャンバ内で加圧される。
【００２７】
[0032]本開示のさらに別の態様は、調整式グロー放電法イオン源内で分析物を定量的にソフトイオン化するステップと、分子質量の測定と分子イオンのフラグメンテーションとを時間で交互に行うステップと、電子衝撃スペクトルのライブラリと比較することによって化合物を同定するステップとを含む分析方法を提供する。
【００２８】
[0033]本開示のこの態様は、以下の随意の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。いくつかの実装形態では、イオン化するステップは、０．３ｋＰａ〜１０ｋＰａ（３ｍＢａｒ〜１００ｍＢａｒ）の間の上げられた圧力で希ガスからグロー放電を発生させるステップと、サンプリング調節チャネルを介してグロー放電を調節するステップと、上げられた温度で調整式グロー放電を用いて分析物を混合することによって分析物をイオン化するステップとを含む。いくつかの例では、サンプリング調節チャネル内の絶縁された表面は、サンプリング調節チャネルを通じて流れの電荷を除去するように帯電される。分析物をイオン化するステップは、分析物の流れをグロー放電の流れと同軸混合するステップを含むことができる。いくつかの例では、ジェット内でイオン化分析物を冷却するステップは、分析物をイオン化するステップの後に行われる。いくつかの実装形態では、分析物をイオン化するステップは、サンプリングノズルの絞り弁で行われる。
【００２９】
[0034]本開示のさらに別の態様は、調整式グロー放電法イオン化の方法であって、最小のガス放出のために閉鎖されたイオン化チャンバを配置するステップと、摂氏２５０度を上回る上げられた温度にイオン化チャンバを加熱するステップと、１分あたり１００ミリリットルから１分あたり１０００ミリリットルの間の流量で希ガスをイオン化チャンバの中に供給するステップと、サンプリング調節チャネルを通じてガスを排気するステップと、管状電極とカウンター電極の間にグロー放電を誘導するステップと、グロー放電の誘導を安定化させるために管状電極を通じて絶縁表面を挿入するステップと、誘導されたグロー放電生成物を移動させるためにサンプリング調節チャネルを通じてガス流を生成するステップと、サンプリング調節チャネルを通じて絶縁表面を突出させるステップと、分析物試料を導入するステップと、サンプリング用開口の絞り弁のすぐ近くまたはその内で分析物試料をグロー放電生成物と混合するステップと、ガス冷却ジェット内で分析物試料の局所冷却を提供するステップであって、ガス冷却ジェットはサンプリング用開口の内または周辺で形成されるステップと、生成物を質量分析計へ向けるステップとを含む調整式グロー放電法イオン化の方法を提供する。
【００３０】
[0035]本開示のこの態様は、以下の随意の特徴を含むことができる。絶縁表面は、石英キャピラリとすることができ、この石英キャピラリは、分析された試料を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】[0036]化学的グロー放電イオン化装置の一例の概略図である。
【図２】化学的グロー放電イオン化装置の一例の概略図である。
【図３】化学的グロー放電イオン化装置の一例の概略図である。
【図４】[0037]調整式グロー放電法イオン化装置の一例の概略図である。
【図５】[0038]図５Ａは、半揮発性化合物の複雑化合物の質量分光分析のために調節されたガス放電（ＣＧＤ：Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ  Ｇａｓ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）法を適用する装置例の概略図である。図５Ｂは、半揮発性化合物の複雑化合物の質量分光分析のために調節されたガス放電（ＣＧＤ：Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ  Ｇａｓ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）法を適用する装置例の概略図である。
【図６】[0039]図６Ａは、図５Ａ〜図５Ｂの装置によって達成されるＣＧＤ法を冷却するために使用されるジェットの効果に関連したプロットを示す図である。図６Ｂは、図５Ａ〜図５Ｂの装置によって達成されるＣＧＤ法を冷却するために使用されるジェットの効果に関連したプロットを示す図である。
【図７】[0040]図５Ａ〜図５Ｂの装置によって達成されるＣＧＤ法を利用して生成された代表的な化合物についてのスペクトルの例を示すグラフである。
【図８】[0041]図５Ａ〜図５Ｂの装置によって達成されるＣＧＤ法を用いて取得された様々なエネルギーの衝突により誘導された解離のヘキサクロロベンゼンのスペクトル配列を示すグラフである。
【図９】[0042]様々なタイプの分析物の生存（分子Ｍ＋イオンの相対強度と全スペクトル強度）に対する、図５Ａ〜図５Ｂの装置に組み込まれたＲＦイオンガイドの中へのイオン注入エネルギーについてのグラフである。
【図１０Ａ】[0043]フラグメントスペクトル解明の結果を示すグラフである。
【図１０Ｂ】フラグメントスペクトル解明の結果を示すグラフである。
【図１０Ｃ】フラグメントスペクトル解明の結果を示すグラフである。
【図１０Ｄ】フラグメントスペクトル解明の結果を示すグラフである。
【図１１】[0044]脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）の分析に関連したスペクトルを示すグラフである。
【図１２Ａ】[0045]ＣＧＤについての全イオン電流とＭｅｇａＭｉｘ試料についてのＥＩ法との間の比較を示すグラフである。
【図１２Ｂ】ＣＧＤについての全イオン電流とＭｅｇａＭｉｘ試料についてのＥＩ法との間の比較を示すグラフである。
【図１２Ｃ】ＣＧＤについての全イオン電流とＭｅｇａＭｉｘ試料についてのＥＩ法との間の比較を示すグラフである。
【図１３】[0046]定量分析のためのＣＧＤの能力を例示する、両対数の信号に対するガスクロマトグラフ（ＧＣ）カラムへのＨＣＢ流送量を示すグラフである。
【図１４】[0047]様々なイオン化法の特徴と５Ａ〜図５Ｂの装置によって達成されるＣＧＤ法の特徴との比較を示す表である。
【図１５】[0048]図５Ａ〜図５Ｂの装置を作製するための例示的な動作を詳述するフローチャートである。
【図１６】[0049]図５Ａ〜図５Ｂの装置によって達成されるＣＧＤ法を含む質量分光分析を実行するための例示的な動作を詳述するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
[0050]様々な図における同様の参照符号は、同様の要素を示す。
[0051]本開示は、グロー放電イオン化に基づくソフトで定量的なイオン化源を利用した質量分析法のための方法および装置を説明する。まず、図５Ａ〜図５Ｂを参照すると、以下により詳細に説明される、調整式グロー放電法イオン化質量分析装置５０および付随する調整式グロー放電法（「ＣＧＤ」）法が開示される。図１４を見ると、様々なイオン化法の利点の評価が呈示されている。（行１４１１に要約された）ＣＧＤ法（例えば装置５０を利用することによって達成され得る）は、（行１４０１〜１４１０に要約された）他のイオン化法と比較される。図１４は、いくつかの方法が（「はい」で示された）特定の特徴を伴うイオン化の提供を行うことを示す。他の方法は、（「いいえ」で示された）そのような特徴を伴うイオン化の提供を行わず、一部の方法は、（「一部」で示された）ある種の特徴の限定的な能力を提供する。
【００３３】
[0052]（ＡＰＣＩおよびＡＰＰＩと共に）ＥＳＩおよびＭＡＬＤＩなどのソフトイオン化法（行１４０１〜１４０３参照）は、質量分析法を用いて解析することができる化合物の範囲を拡張したが、分析された化合物の性質がイオン化効率と競合的イオン分子反応に対する気相安定性の両方を定めるとともに変化させるので、これらのソフトイオン化法は、完全に定量的と考えることができない。完全な定量分析は、不定のイオン化効率を考慮することによって可能であり得るが、イオン化効率は、イオン源のパラメータ、分析された溶液、相互的な分析物干渉、およびマトリックス効果に応じて現れる。信号は、分析物濃度と非線形に変化し、共溶出化合物および化学マトリックスの濃度に依存する。定量的なデータを取得する試みにおいて、分析物の種類ごとに、好ましくは分析された化合物ごとに（好ましくは、同位体で標識付けされた）内部標準を導入すべきである。特に重要な分析の場合を除いて、ケミカルアブストラクトデータベース（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｂｓｔｒａｃｔ  Ｄａｔａｂａｓｅ）で５千万個の記録を超える幅広い範囲の知られた不安定化合物を考慮すると、内部標準手法は、ソソフトイオン化法の日常使用としては実用的でないと思われる。したがって、幅広く使用されるソフトイオン化法（ＥＳＩ、ＭＡＬＤＩ、ＡＰＣＩ、およびＡＰＰＩ）は、図１４に示されるように真に定量的と考えることができない。
【００３４】
[0053]幅広く示された見解とは反対に、本開示は、これらのソフトイオン化法はタンデム質量分析計において生成されるフラグメントスペクトルに基づくライブラリスペクトル同定を行わないことを主張する（図１４の右列参照）。ペプチドは、ライブラリ検索に基づいて同定することができるが、スペクトルは、相対的フラグメント強度の強い変化で器具間において再現可能でない。他の化合物の種類についてのフラグメントスペクトルは解明され得るが、異なる化学種に属する機能的な異性体間の確信的割り当ては、滅多に起こらない状況で達成されるにすぎない。これは、プロトン化イオンの基本特性であるように見える。
【００３５】
[0054]電子衝撃イオン化（ＥＩ）（行１４０４参照）は、別のイオン化法である。図１４に示されるように、この方法は、真に定量的であるが、ソフトでなく、それは多大なフラグメンテーションをもたらす。それはソフトな方法でないが、ＥＩ法によってもたらされるフラグメンテーションは、分析方法全体の利益として利用されている。電子エネルギーは、様々な器具間で高度に再現可能である標準的なフラグメントスペクトルを取得するために、７０ｅＶで維持される。ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）は、分析物を時間で分離するために用いられ、それによって個々のフラグメントスペクトルは、逆畳み込みする（すなわち、フラグメントの時間内同時出現に基づいて抽出する）ことができる。次いで、抽出されたＥＩスペクトルは、化合物同定のために標準的なＥＩスペクトルのライブラリとの比較を受ける（図１４の右欄参照）。この方法は、１回のガスクロマトグラフ−質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）の実施ごとに、数百の化合物の同定を可能にする。２次元ガスクロマトグラフィ（ＧＣ×ＧＣ）は、１回の実施ごとに数千の化合物分析まで限界を広げる。しかしながら、ＥＩイオン化源と共にＧＣ−ＭＳシステムを利用することは、試料の複雑さが数万を超えるときに妨げとなり、個々のフラグメントスペクトルをもはやこれ以上分けることができない。ＥＩ法の粗っぽさは、不安定分析物分子の分析をも制限する。アルカン、フタル酸化合物、ニトロソ化合物、および多くの他の種類のものなど幅広い範囲の（半揮発性だが）特に脆い分析物について、ＥＩスペクトルは、同定に影響を及ぼす十分な分子ピーク強度を与えずない。この場合には、分析物の全分子は、それ自体の部分セットと混同される可能性がある。このため、ＧＣ−ＭＳの応用は、補完的なソフトイオン化技法が待ち望まれてきた。
【００３６】
[0055]化学イオン化（ＣＩ）法（行１４０５参照）は、真に定量的でなく、ＥＩ法よりもソフトであるにもかかわらず、限定的なソフトイオン化を行う能力を有するにすぎず、それは真にソフトな方法ではない。そして、ＣＩ法は、ライブラリスペクトルを与えない。フィールドイオン化（ＦＩ）法（行１４０６参照）も、限定的なソフトイオン化を行う能力だけを有する。そして、ＦＩ法は、その不安定性および好ましくない検出限界により広くは採用されてこなかった。
【００３７】
[0056]ＥＩ法のソフトさは、Ａｍｉｒａｖによって米国特許第５，０５５，６７７号（これは参照により本明細書に完全に組み込まれる）に記載されたように、ガスジェットを用いた分析物の冷却で改善されている。しかしながら、この改善されたＥＩ法（行１４０７参照）は、真のソフトイオン化を与えず、むしろフラグメント強度の減少および分子イオン強度の中程度の強化をもたらす。そして、このコールドＥＩ法の別の欠点は、フラグメンテーションの程度が実験パラメータに関して変化することである。
【００３８】
[0057]光イオン化（ＰＩ）法および関連した方法（ＡＰＰＩなど）（行１４０８参照）は、ＥＩ法よりもソフトであるが、脆い化合物をイオン化するときにフラグメントをやはり生成する。したがって、限定的なソフトイオン化をもたらす能力を所有するが、それは限定的な関連範囲を有し、真に定量的でない。封止式ＵＶランプを用いた場合、これらの方法は、幅広い範囲の中極性化合物に適したものになる。米国特許第４，３７７，７４９号、米国特許第４，４１３，１８５号、および米国特許第４，３９８，１５２号（各々は参照により本明細書に完全に組み込まれる）に記載されているように、ＰＩ法は、ＧＣ後の検出に利用されてきた。ＳＵ１１５９４１２（参照により本明細書に完全に組み込まれる）および複数の科学論文において、Ｒｅｖｅｌｓｋｙらは、ＧＣ−ＭＳ分析のために大気条件でＰＩ法を使用することを示唆した。光イオン化は、大気圧で内部エネルギーを抑えることを伴い、これは真空ＵＶイオン化に比べてそれをずっとソフトにさせる。イオン化効率を高めるために、アセトンまたはベンゼンのドーパント蒸気が追加され、これによって少量のフラグメンテーションを有するとともに１ピコグラムから１０ピコグラム（１〜１０ｐｇ）の検出限界を有する分子Ｍ＋およびプロトン化ＭＨ＋イオンの形成を促進する。本方法のいくつかの変形例は、米国特許第５，５４１，５１９号および米国特許第５，３３８，９３１号に示唆されており、これらの各々は参照により本明細書に完全に組み込まれる。しかしながら、この方法は、Ｍ＋イオンまたはＭＨ＋イオンのどちらかの形成を用いたスペクトル解明に混乱を引き起こし得る。現在の実験は、この方法がイオンクラスタおよび中程度の量のフラグメントイオンを形成することを示す。その上、ＡＰＰＩ法は、飽和炭化水素（ＳＨＣ）の分析ができず、小質量のハロゲン化化合物のような９〜１１ｅＶを上回る高いイオン化ポテンシャル（ＰＩ）を有する化合物をイオン化しない。イオン化効率は、プロトンとドーパントの競り合いに依存し、ＥＩ法に比べてＰＩ法における化合物依存性イオン化効率はずっと大きい広がりがある。イオン化効率は、ドーパント濃度に関して変化し、化学干渉および抑制機構に弱い。したがって、ＰＩは、真に定量的な方法とみなすことができない。同じことは、ＬＣ−ＡＰＰＩ源にもより関連しており、荷電のための競り合いは、大量の溶剤の存在時に避けられない。
【００３９】
[0058]グロー放電イオン化（行１４０９〜１４１０参照）は、一般に、直接グロー放電イオン化（行１４０９参照）と化学グロー放電イオン化（行１４１０参照）に分けられる。直接グロー放電イオン化法は、完全に定量的であり得るが、ソフトイオン化を実現することができない。化学グロー放電イオン化法は、ソフトイオン化を実現することができるが、完全に定量的であることができない。ＷＯ２０１２／０２４５７０（これは参照により本明細書に完全に組み込まれる）は、いくつかの利点を提示するが、結局、定量化とソフトイオン化の両方を実現することができない。
【００４０】
[0059]図１４の概要のように、ＥＳＩ、ＭＡＬＤＩ、ＡＰＣＩ、およびＡＰＰＩのようなプロトン移動に基づくソフトイオン化法は、分子質量情報を提供するために広く採用されている。しかしながら、それらは、イオン化において均一でなく、真に定量的ではなく、限られた種類の分析物化合物に適用できるにすぎず、ライブラリフラグメントスペクトルを形成しない。対照的に、電子衝撃（ＥＩ）イオン化法は、真に定量的であり、均一なイオン化を実現し、ライブラリフラグメントスペクトルを形成する。しかしながら、ＥＩイオン化法はソフトでなく、これは、豊富なスペクトルがＧＣ−ＭＳ分析において逆畳み込みされなければならないので、不安定分子の同定について問題を提示し、試料の複雑さを制限する。ＥＩ法を補足するもの（ＣＩ、コールドＥＩ、およびＦＩなど）は、ソフトさを改善するが、それら自体に実際上の問題を提示する。封止式ＵＶランプを用いた光イオン化法およびドーパント支援化学イオン化は、かなりよりソフトであるが、イオン化効率が均一でなく、プロトンが付加された分子イオンを用いる方法に典型的な干渉効果を受けやすい。グロー放電法は、ＥＩ法と同じくらい強健であり得るが、過去の実装形態では、ソフトさの特性と定量化の特性の間に常に妥協が存在した。ソフトさと定量化の間の選択をすることはできるが、両方を実現することはできない。したがって、図１４の行１４１１のＣＧＤ法は、行１４０１〜１４１０の任意の他の単一のイオン化法に提示されていない有利な効果を有する新規なイオン化法を表す。
【００４１】
[0060]ガス抑制プロセスまたはガスジェット冷却プロセスを利用することなどによる行１４０１〜１４１０のイオン化法を改善する試みがなされてきた。これらのイオン化法のガス抑制は、イオン化のソフト化に直に影響を与え得る。例えば、ＳＵ１１５９４１２（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）は、光イオン化法のソフト化のために大気圧ダンピングを使用することを提案する。米国特許第６，５０４，１５０号（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）は、ＭＡＬＤＩで生成したイオンのガスダンピングを提案する。Ｌｕｂｍａｎらは、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、４４（１９９０）１３９１、およびＡｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６４（１９９２）１４２６（これらの各々は参照により本明細書に全体的に組み込まれる）において、大気圧でずっとソフトなＧＤスペクトルを示した。しかしながら、高められたガス圧での動作は、技術的にクリーンなガス（典型的に不純物は１Ｅ−６を上回る）およびソース材料の存在時に化学イオン化を必然的に促進し、これはひいては非定量的なイオン化によってプロトン化イオンの形成を引き起こし、結果として化学種間で不均一な応答になる。
【００４２】
[0061]また、上述のガスジェット冷却（行１４０７も参照）をさらに拡張すると、より先行する刊行物は、超音速ジェット中の分析物分子の事前の衝突冷却がずっと低いガス圧での後続する「粗っぽい」イオン化でイオン安定性に良好な影響を与えることを示唆する。米国特許第４，５７０，０６６号は、多光子イオン化についてこの技法を探求し、米国特許第５，０５５，６７７号は、ＥＩイオン化についてこの技法を探求する。これらの参考文献は共に、参照により本明細書に完全に組み込まれる。他の方法のいくつかにおけるそのような良好な効果にかかわらず、ＭｃＬｕｃｋｅｙら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ、６０（１９８８）２２２０（これは参照により本明細書に全体的に組み込まれる）によって記載および説明されるように、ジェット冷却は、グロー放電における直接グロー放電イオン化では不十分と思われる。ガスジェット手段による冷却は、電荷移動時に分子を安定化させるが、これは、直接グロー放電イオン化法の最中にイオンフラグメンテーションを緩和しなかった。したがって、ガスダンピングまたはジェット冷却のどちらかの利用は、結果としてソフトで定量的なグロー放電イオン化にならなかった。そのような試みは、行１４０９〜１４１０に示された欠点を正すことができなかったので、ソフトさと定量化を組み合わせるイオン化法は、分光測定のためにイオン化の技術を改善することが必要とされる。
【００４３】
[0062]化学グロー放電イオン化法は、分光分析のためのイオン化を実現するための装置に係る様々な実装形態を利用することができる。図１〜図３を参照すると、化学的グロー放電イオン化装置１０、２０、３０の概略図が提示されている。グロー放電によって引き起こされる化学イオン化は、グロー放電によって試薬をイオン化するステップと、その後に続くそれらの試薬イオンから分析物の蒸気への電荷またはプロトンの移動のステップを含むものであり、図１〜図３の装置１０、２０、３０によって利用される。
【００４４】
[0063]図１を特に参照すると、化学的グロー放電イオン化装置１０は、アルゴンまたはヘリウムなどといった希ガスについて約０．１ｋＰａ（１ｍＢａｒ）のガス圧で電極１１と電極１２の間のグロー放電を用いる。この放電はイオンＡｒ＋および準安定粒子Ａｒ＊とを形成し、これらは反応チャンバ１３の中にサンプリングされる。典型的にはＣＩ法のためのものである試薬蒸気は、ライン１４を通じて反応チャンバ１３の中に導入される分析物の蒸気よりもずっと大きい濃度でライン１５を通じて反応チャンバ１３の中に導入される。試薬イオンは、主としてペニングイオン化（Ａｒ＊＋Ｒ→Ａｒ＋Ｒ＋）によって形成される。今度は、試薬イオンが、電荷を分析物の蒸気へ移動させ、質量分析計１８による分析のためにＣＩにとても類似するスペクトルを有する分析物イオン、典型的にはＭ−Ｈ＋およびそれらのフラグメントＦｒ＋（Ｒ＋→Ｍ−Ｈ＋，Ｆｒ＋）を発生させる。アイコン１９に要約されるこの方法は、ＣＩにおける電子エミッターの劣化を防ぐために開発された。Ｈｕｎｔら、Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｔｏｗｎｓｅｎｄ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ、ＡＮＡＬ．ＣＨＥＭ．、ｖｏｌ．４７、１７３０ページ（Ｓｅｐｔ．１９７５）は、参照により完全に本明細書に組み込まれるものであり、装置１０によって実施される方法と同様の方法に関する追加情報を提供する。
【００４５】
[0064]図２を概略的に参照すると、化学的グロー放電イオン化装置２０は、電極２１の助けを受けてチャンバ２２内でグロー放電を引き起こして、電離粒子の大電流を発生させる。水蒸気が試薬ライン２５を通じてドリフトチャンバ２３の中に意図的に導入され、このようにして水クラスタの形成を促進し、プロトン移動反応（ＰＴＲ）を反応器チャンバ２７内の分析物の蒸気へ配置する。反応器２７は、より大きい水クラスタＷｎＨ＋をＷＨ＋へ壊すために細長い反応器内のイオン移動を改善するためにミリバールの圧力範囲へ加圧された中強度の静電場Ｅを用いる。したがって、反応器２７は試薬イオンのプロトン親和力を減少させ、このやり方は、分析物のイオン化を強化するものであり、この分析物は、分析物ライン２４を通じて反応器チャンバ２７の中に導入され、プロセスＷＨ＋→ＭＨ＋において中程度のプロトン親和力を有する。イオン化分析物は、質量分析計２８内で分析することができる。アイコン２９に要約される方法は、空気中の微量の検出および呼気分析のために開発されたものである。Ｈａｎｓｅｌら、Ｐｒｏｔｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＩＮＴ’Ｌ  Ｊ．ＭＡＳＳ  ＳＰＥＣＴＲＯＭ．＆ＩＯＮ  ＰＲＯＣ．、ｖｏｌ．１４９、６０９ページ（１９９５）は、参照により完全に本明細書に組み込まれるものであり、装置２０によって実施される方法と同様の方法に関する追加情報を提供する。
【００４６】
[0065]図３を特に参照すると、化学的グロー放電イオン化装置３０は、液体霧状化および蒸発をチャンバ３２内用いており、このチャンバ３２は、分析物ライン３４を介して試料Ｓを受け取る。チャンバ３２は、大気圧でヘリウムを収容するグロー放電チャンバ３３の中に分析物の蒸気および溶剤をサンプリングする。ガス中の水のトレースは、水クラスタイオンを形成するための試薬として働き、このようにしてチャンバ３３内のＲＨ＋→ＭＨ＋のプロセスで分析物のソフトイオン化を促進し、電極３１によって支援される。イオン化された試料は、作動排気されるオリフィス３６を通じて質量分析計３８の中に導入される。水混合溶剤を液体試料と共に加えることは、有機スペクトルについてのソフトさを実質的に改善する。Ｌｕｂｍａｎら、Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ、ＡＮＡＬ．ＣＨＥＭ．、ｖｏｌ．６４、１４２６ページ（１９９２）は、参照により完全に本明細書に組み込まれるものであり、装置３０によって実施される方法と同様の方法に関する追加情報を提供し、この方法はアイコン３９に要約されている。分析物の蒸気をグロー放電へさらすことによって、いくらかの中程度のフラグメンテーションも引き起こす。プロトン移動反応は、濃度反応ごとに非線形信号を引き起こし、不均一なイオン化という結果になった。装置３０によって実施される方法のイオン化効率は、分析された化合物間で３桁の範囲内で変化し得る。
【００４７】
[0066]プロトン親和力は、化合物極性に依存し、これは化学種間の不均一なイオン化を説明する。ミリバールの圧力での動作ではなく大気圧での動作は、イオン分子反応の役割を増大させ、これは、帯電剤が大きく超過していても、相互的な分析物干渉およびマトリックス抑制効果を説明する。したがって、装置１０、２０、３０におけるグロー放電によって誘導される化学イオン化の方法は、（分析物をグロー放電にさらさないＥＳＩまたはＡＰＣＩと同じくらいソフトではないが）比較的ソフトであるが、真に定量的ではない。
【００４８】
[0067]図４を参照すると、調整式グロー放電法イオン化装置４０は、グロー放電チャンバ４２と反応器チャンバ４３の間のグロー放電プラズマを調節するためにキャピラリ４５を用いる。細く（例えば、１．５〜２ｍｍの直径）かつ十分に長い（例えば、１０〜２０ｍｍ）キャピラリ４５は、（ａ）反応器チャンバ４３を強い電場から遮蔽し、（ｂ）サンプリングされたガスを冷やし、（ｃ）少なくとも高速電子を除去して、垂直セット試料移送ライン４４を通じて注入され、典型的には直径および長さ５〜１０ｍｍである反応器チャンバ４３内において調節済みグロー放電生成物と混合される試料から、分析物イオンを生成するイオンおよび準安定放電イオンを残す。この生成物は、０．５〜２ｍｍの直径の大きさに通常作製されている開口４６を介して質量分析計４８の中にサンプリングされる。本発明者らによるＷＯ２０１２／０２４５７０は、参照により本明細書に完全に組み込まれるが、アイコン４９に要約される装置４０によって実行される方法に類似する方法に関する追加情報を与える。
【００４９】
[0068]図４の方法は、補助ガス中の（ｐｐｍレベルで）わずかな不純物またはトレース、わずかな封止の漏れ、およびソース材料中の不純物にとても敏感であるように思われる。これは、この方法をグロー放電状況（アーク対グロー放電）に対して敏感にもさせる。結果として、化学不純物によるプラズマ成分のいわゆるクエンチングは、この方法の感度とソフトさの両方を定め、これはそれを日常的な使用にとって不便なものにさせる。
【００５０】
[0069]装置１０、２０、３０、４０によって達成されるイオン化法とは対照的に、本開示の実装形態は、ソフトで定量的なイオン化法を提供することに向けられ、これは、コールド調整式グロー放電法と呼ばれ得る。図５Ａ〜図５Ｂを見ると、本開示のイオン化法を利用して半揮発性化合物の複雑な混合物の質量分光分析を実装するための例の調整式グロー放電法イオン化質量分析装置５０の概略図が示されている。装置５０は、同軸放電管状電極５１と、グロー放電チャンバ５２と、サンプリング調節チャネル５５を収容する反応器チャンバ５３と、サンプリングノズル５６と、作動ポンプシステムおよびイオン移動インターフェース（図５Ａ〜図５Ｂに図示せず）を備えた質量分析計５８とを備える。さらに、装置５０は、分析された試料「Ｓ」を供給する石英キャピラリ５４を備える。石英キャピラリ５４は、放電電極５１を通じて、グロー放電チャンバ５２を通じて、およびサンプリング調節チャネル５５を通じて突出し、サンプリングノズル５６の絞り弁のすぐ近くまたはその内で終わる。装置５０の代替の実施では、キャピラリ５４の先端は、ノズルの中に突出することができる。グロー放電チャンバ５２内に所望のガス流および約０．３ｋＰａから約１０ｋＰａ（約３ｍＢａｒから約１００ｍＢａｒ）の所望のガス圧範囲を形成するために、技術的に純粋な（５．０または６．０）希ガス（例えば、アルゴン）が、放電チャンバへ供給される。ガスは、サンプリングノズル５６を過ぎた所でメカニカルポンプ５７によって排気され、メカニカルポンプ５７は、５Ｌ／秒以上のポンプ速度で動作してもよい。メカニカルポンプは、オイルフィルタ（図５Ａ〜図５Ｂに図示せず）と共に供給することができる。
【００５１】
[0070]図５Ｂは、図５Ａの装置５０ａと同様の調整式グロー放電法イオン化質量分析装置５０ｂを示す。装置５０ａのチューブレスの試料調節チャネル５５ａとは異なり、装置５０ｂは挿入管６０と形成された試料調節チャネル５５ｂの構成を備えるという点で、装置５０ａは装置５０ａから異なる。動作時、希ガス（例えば、アルゴン）は、０．３ｋＰａから１０ｋＰａ（３ｍＢａｒから１００ｍＢａｒ）の間（例えば、１ｋＰａから２ｋＰａ（１０ｍＢａｒから２０ｍＢａｒ）の間）のガス圧を持続するように十分な速度（例えば、１００〜１０００ｍＬ／分の間）で供給され、ノズル開口は、０．３ｍｍから３ｍｍの間（例えば、１ｍｍから２ｍｍの間）の大きさに作製される。キロボルトの範囲内のＲＦまたはＤＣ電圧が、電極５１と接地したカウンター電極との間のグロー放電を引き起こすために０．３〜３．０メガオームの範囲内で安定抵抗器を介して電極５１に接続されており、これは、イオン化チャンバ５２の壁、反応器チャンバ５３、または調節用管６０のどれかによって形成される。ポリイミドコーティングを除去した石英キャピラリ５４は、管状電極５１およびサンプリング調節チャネル５５を通じて突出する。キャピラリ５４は、表面放電によるグロー放電状況を安定化することができる。ガス流は、反応器チャンバ５３を通じて（アルゴンイオンＡｒ＋、アルゴン準安定Ａｒ＊、および電子ｅを含む）グロー放電生成物をサンプリングする。高速電子は、絶縁された石英キャピラリを帯電させ、このやり方で荷電粒子を壁へ押すとともに準安定原子を流れ内に残す半径方向の電場を引き起こす。文献によれば、準安定Ａｒ＊原子は、約１秒間生き延び、一方、インターフェース内の移動時間は、１０〜３０ｍｓの間である。準安定Ａｒ＊励起エネルギーは１３．６ｅＶであり、任意のより小さいイオン化ポテンシャルを有する分析物のペニングイオン化、以下のように表される、にとって十分である。
【００５２】
ＰＩ（Ｍ）＜１３．６ｅＶの場合、Ａｒ＊＋Ｍ→Ｍ＋＋ｅ＋Ａｒ            （１）
[0071]いくつかの実装形態では、アルゴン準安定原子は、サンプリングノズル５６の絞り弁のすぐ近くまたはそこで分析物分子と同軸混合される。同軸混合は、ガス流内で分析物の高い濃度を保存する。１ｍｍ〜２ｍｍのノズルサイズおよび５〜１０Ｌ／秒のポンピング速度の前段真空ポンプ５７で、超音速ジェットが形成し（そのようなジェットは、２を超えるノズル圧力比で形成し）、これは必然的に冷却用ガスジェットであり、同伴分析物分子のいくらかの冷却を行う。コールドＥＩ法におけるように、このタイプの振動冷却は、イオンフラグメンテーションを顕著に減少させる。したがって、超音速ジェット内のガス冷却は、上述の調整式グロー放電法（すなわち、コールドＣＧＤ）の方法のソフトさを改善する。表面での試料蓄積を防ぐために源全体が２５０〜２８０℃でなければならないので、冷却は特に有効である。
【００５３】
[0072]例示的な装置およびＣＧＤ法は、ＷＯ２０１２／０２４５７０に開示されたＣＧＤ法とは以下の少なくとも５つの特徴およびプロセスで異なっており、すなわち、（ｉ）流れの軸に試料を集中させるための分析された試料の同軸供給、（ｉｉ）グロー放電領域を通じて突出する同軸石英キャピラリによるグロー放電状況の安定化、（ｉｉｉ）荷電粒子の除去を促進する（２５０℃で）低伝導性または絶縁性の石英キャピラリが存在するチャネル内のプラズマ調節、（ｉｖ）ノズル絞り弁の近くに石英キャピラリを導入することによる反応器内のイオン分子反応の時間および個数の最小化、ならびに（ｖ）分析物イオン化時の分析物分子の局所冷却である。コンディショナ内の荷電種の除去により、準安定アルゴン原子によるペニングイオン化は、主イオン化チャネルになる。いくつかの実装形態では、ややより粗っぽいイオン化で同様のイオン化機構およびソース分析パラメータを与えるための長寿命の準安定原子を生成するためにヘリウムが利用される。
【００５４】
[0073]本開示のコールドＣＧＤ法は、（ａ）２５０〜３００Ｃで最小のガス放出のために技術的にクリーンな材料（ステンレス鋼、セラミックス、銅、およびグラファイトの封止）の閉鎖されたイオン化チャンバ５２を配置するステップ、（ｂ）イオン化チャンバ５２を少なくとも２５０Ｃに加熱するステップ、（ｃ）技術的に純粋な（少なくとも５．０、好ましくは６．０の）希ガスをイオン化チャンバ５２に１００から１０００ｍＬ／分の間の流量で供給するステップ、（ｄ）ガスをノズル５６の中にサンプリングし、続いて前段真空ポンプ５７が管状カウンター電極５５を通じてガス流を用意し、イオン化チャンバ５２内で０．５ｋＰａから１０ｋＰａ（５ｍＢａｒから１００ｍＢａｒ）の間のガス圧を持続するステップ、（ｅ）管状電極５１とカウンター電極の間に０．３〜１０ｍＡの電流でＲＦまたはＤＣグロー放電のどちらかを誘導するステップ、（ｆ）管状放電電極５１を通じてむき出しの石英キャピラリ５４などの絶縁表面を挿入することによってグロー放電状況を安定化するステップ、（ｇ）直径が１ｍｍから３ｍｍの間および長さが５ｍｍから３０ｍｍの間である伝導性プラズマ調節チャネル５５または５５Ｂを通じたガス流によって放電生成物を放電領域からカウンター電極の中にサンプリングするステップ、（ｈ）帯電した絶縁表面の静電場によって荷電粒子を除去するために、プラズマ調節チャネル５５または５５Ｂを通じてむき出しの石英キャピラリ５４を突出させるステップ、（ｉ）１ｍＬ／分から１００ｍＬ／分の範囲内の流量で石英キャピラリを介して分析された試料を供給するステップ、（ｊ）グロー放電生成物をサンプリングし、サンプリング用開口５６の絞り弁のすぐ近くまたはその内で分析された試料を調節されたプラズマの流れと混合するステップ、（ｋ）開口５６内および開口５６を過ぎた所で形成される超音波ガスジェット内の分析物の局所冷却を行うステップ、（ｌ）好ましくは閉じ込め用高周波場の存在中で中間ポンピング段を介して反応生成物を質量分析計５８の中にサンプリングするステップ、を含む。
【００５５】
[0074]いくつかの実装形態では、例示的なＣＧＤ法は、半揮発性化合物の複雑化合物の質量分光分析に適用される。成分は、ガスクロマトグラフ内で時間分割され、ＣＧＤ源内でイオン化され、質量分析計内で分析される。Ｍ＋イオンのみの形成は、スペクトル解明を楽にする。質量分析方法は、高められたイオンエネルギーでイオンを高周波イオンガイドに注入することによるＭ＋イオンのフラグメンテーションを引き起こすことによってさらに改善することができる。フラグメンテーションパターンおよびフラグメントタイプは、主としてイオン構造により定められるので、フラグメントスペクトルは、電子衝撃イオン化におけるフラグメントにとても類似して現れる。これによって、分子質量情報と、フラグメントスペクトルのＮＩＳＴライブラリへの当てはめとの両方によって分析物分子を同定することを可能にする。
【００５６】
[0075]ＣＧＤ法は、定量的な情報について優れたベースを与えることができる。以下により詳細に説明されるように、イオン化効率は、幅広い範囲の化合物にわたって均一である。信号応答は、少なくとも１０ｎｇ／秒までのフラックスを有する化学マトリックスにかかわらず、少なくとも４桁の範囲内で線形を留める。
【００５７】
[0076]図１５を見ると、質量分析装置を組み立てる方法の例示的な動作構成が示されている。ブロック１５０２において、この方法は、サンプリング調節チャネル５５を画定する反応器チャンバ５３を提供する工程を含む。ブロック１５０４において、上記方法は、反応器チャンバ５３に隣接してグロー放電チャンバ５２を配置する工程を含む。ブロック１５０６において、上記方法は、グロー放電チャンバ５２の内部に突き出る管状電極５１を提供する工程を含む。ブロック１５０８において、上記方法は、反応器チャンバ５３の出口端にサンプリングノズル５６を配置する工程を含む。ブロック１５１０において、上記方法は、試料導入用の石英キャピラリ５４を提供する工程を含む。石英キャピラリ５４は、グロー放電チャンバ５２を通過し、管状電極５１を通じて突出し、反応器チャンバ５３少なくとも一部通過する。ブロック１５１２において、上記方法は、メカニカル液体ポンプ５７をグロー放電チャンバ５２からガスの排気を可能にする位置に配置する工程を含む。メカニカル液体ポンプ５７によるガスの排気は、サンプリングノズル５６によるガスを通過させる。
【００５８】
[0077]超音速ジェット中の衝突冷却の役割
[0078]図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、例示的なＣＧＤ法のソフトさは、ノズル５６を過ぎた所の超音速ジェット内の分析物の冷却によって支援される。図６Ａおよび図６Ｂのプロットされた図は、超音波ノズル５６の絞り弁に対してキャピラリ５４の先端を移動させることによって取得されたプロファイルを提示する。直径１ｍｍのサイズのノズル５６で源の中に入る様々なアルゴンフラックスにおける測定がなされた。図６Ａのグラフは、Ｍ＋オクタンイオンに対する全オクタンスペクトル強度の相対強度のプロファイルを提示し、これはイオン化ソフトさを反映する。図６Ｂのグラフは、４ｎｇのオクタン注入で絶対的な信号のプロファイルを提示する。アルカン族内では、小サイズの分子は、より脆いように思われ、Ｍ＋イオンの強い相対強度を取得するのにより多くの努力を要し、一方、より大きいアルカンは、分子イオンによって主として提示される。ソフトさのプロファイルに戻ってみると、ソフトさは、キャピラリがノズル５６に到達するまたはノズル５６から突出するときに改善し、６５０ｍＬ／分を上回る高いアルゴンフラックスで、ソフトさは、３〜４倍（すなわち、２〜３％から１０〜１２％まで）改善する。キャピラリがノズル絞り弁の中に正しく配置されるときに最大の全イオン性信号も明らかに観測される。ノズルから２０ｍｍの距離と比較して、信号は、ほぼ１０倍になる。この効果は、上流反応器に形成されたイオンの急速な空間電荷拡大によって説明することができ、一方、ノズル絞り弁内でジェット軸に形成されるイオンは、インターフェース内で集束されたままでより良く移動させられる。したがって、石英キャピラリ５４をノズル５６の絞り弁に同軸配置することに関する配置は、ＣＧＤ法のソフトさと感度の両方を改善する。
【００５９】
[0079]例示的なＣＧＤ法を用いた分析物の同定
[0080]図７を参照すると、幅広い範囲の半揮発性化合物については、例示的なＣＧＤ法は、フタル酸化合物（アイコン７３０参照）およびニトロソ化合物（アイコン７５０参照）などの大きいプロトン親和力を有する種の場合でも、プロトン化ＭＨ＋イオンを形成することなく分子Ｍ＋イオンを形成する。これは、（Ｍ−Ｈ＋、Ｍ＋、およびＭ＋Ｈ＋イオンを形成する光イオン化と比べて）スペクトル解明が容易となり、プロトンについての競り合い、それによって識別効果およびマトリックス効果をもたらすことが知られている、を防ぐ。図示の例では、最も顕著な効果は、より大きいサイズのアルカン（飽和炭化水素ＳＨＣ、ここではＣ２０Ｈ４２、アイコン７４０参照）およびフタル酸化合物についての低いフラグメント強度である。それらの化合物についてのＥＩスペクトルは、無視可能な小さい分子ピークをもたらす。ＰＩおよびコールドＥＩのような知られた定量的な方法および半定量的な方法は、アルカンについてそのような強い分子ピークを形成せず、分子イオンの混合タイプを形成する。したがって、開示したＣＧＤ法は、それが主にＭ＋イオンを形成しそれがソフトである（すなわち、非常に少ないフラグメントしか発生させさない）という点でユニークであるように思われる。
【００６０】
[0081]分析物の同定のために、分子Ｍ＋イオンは、イオン移動インターフェース内またはタンデム質量分析計の衝突解離（ＣＩＤ）セル内でフラグメント化することができる。図８を参照すると、例示的なプロット８１０、８２０、８３０は、１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒ）のガス圧であるＲＦイオンガイドの入口でイオンエネルギーを増大させることによってフラグメンテーションが引き起こされることを示す。イオン注入エネルギーがゼロ近くに維持されているとき（プロット８１０）、ヘキサクロロベンゼン（ＨＣＢ  Ｃ６Ｃｌ６）スペクトルは分子イオンだけで提示された。エネルギーを３０ｅＶまで上昇させるとき（プロット８２０）、フラグメントＭ−Ｃｌ＋の最小量が出現し、４０ｅＶで（プロット８３０）、フラグメントは分子イオンよりも強くなった。したがって、Ｍ＋イオンのＣＩＤフラグメンテーションにおいて、フラグメントイオンは、ＥＩフラグメントと同様であり、スペクトルは、ＮＩＳＴライブラリと一致することができる。
【００６１】
[0082]図９〜図１０を参照すると、最適なフラグメンテーションエネルギーは、図９の６つの芳香族化合物についての代表的な曲線によって示されるように分析物の構造に依存し、図９はソフトさ（全スペクトル強度に対する分子Ｍ＋イオンの相対強度）に対するＲＦイオンガイドの中に入るイオン注入エネルギーのグラフを示す。それにもかかわらず、図１０Ａ〜図１０Ｄに示されるように、標準的なＮＩＳＴ同定は、幅広い範囲のフラグメンテーションエネルギーで、７００〜８００程度の高いスコアを与える。図１０Ａは、１、２−ジクロロベンゼンの実験スペクトルと、ＮＩＳＴスペクトル、これはグラフの下部に反映されている、を比較している。ＮＩＳＴスコアは８４６である。（高い精度の分子量測定で通常自動的に得られる）分子量および基本組成を束縛するとき、答えは、まずサーチリストに現れる。図１０Ｂ〜図１０Ｄは、スコアおよびランクが他の３つの化合物についてフラグメンテーションエネルギー「Ｅ」にどのように依存するかを示す。例えば、図１０Ｄのジベンゾフランの場合にあるように、スコアは、約８００のままであり、正しい答えはどちらかランク１を有し、または最初の答えは空間（構造的でない）異性体を定める。したがって、開示したＣＧＤ法は、幅広い範囲のフラグメンテーションエネルギー内でおよび幅広い種類の分析物化合物について分子量と構造的同定の両方を与える。
【００６２】
[0083]応用例
[0084]ＣＧＤ源は、ペトロリオミクスおよびメタボロミクスに特に役立つことが期待される。図１１、脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）の混合物分析に関する、を参照すると、全イオン電流（ＴＩＣ）トレース（プロット１１１０）から分かるように、ＣＧＤ法は、同種の化合物間で適度に均一な応答を与える。ＦＡＭＥのＣＧＤスペクトルは、全部のフラグメントが約１０％の強度であるＭ＋イオンによって提示される（プロット１１２０）。フラグメントイオン質量は、ＥＩにおけるものに適合する（プロット１１３０）。
【００６３】
[0085]定量分析
[0086]図１２Ａ〜図１２Ｃは、ＭｅｇａＭｉｘ試料（Ｒｅｓｔｅｋ社）混合物に対するＣＧＤおよびＥＩ法の全イオン電流を比較する。混合物は保管時に劣化し得るので、両分析は、同じ日に同じ試料で行われた。信号は、図１２ＡのＴＩＣ比較（上にＣＧＤ法および下にＥＩ）、および（ＣＧＤおよびＥＩ法についてのＴＩＣの割当量を提示する）図１２Ｂのプロットから分かるようにこれらの２つの方法の間で良好な相関関係にある。ＥＩ法は定量分析の絶対基準として認識されるので、上記相関関係は、ＰＡＨ、ＰＣＢ、フタル酸化合物、ニトロおよびオキシ化合物を含むならびに中程度のサイズの塩化化合物について幅広い範囲の種類にわたる例示的なＣＧＤ法の均一なイオン化効率を示す。図１２Ｃに提示された相関関係は、さらなる確証を与える。（上に示された）ＣＧＤ源後のコレクタ電極電流は、（下に示された）質量分析信号ＴＩＣと比較される。両者は、例えば、ＲＦ移動インターフェースにおける低質量カットオフなど、ＭＳ測定に有意な識別がないことを保証する良好な相関関係がある。全体的に、図１２Ｃは、１０ｎｇの注入がコレクタ電極に２０ｎＣの電荷を発生させたので、ＣＧＤ源のイオン化効率（注入された分子あたりの生成されたイオンの比）がＩＥ−３として推定され得ることを示す。適度なイオン化効率は、ソース材料およびガス内の不純物に対する感度を減少させつつ、移動インターフェースの能力およびＭＳ検出器のダイナミックレンジに適合するように選択される。
【００６４】
[0087]図１３は、両対数の信号に対するガスクロマトグラフ（ＧＣ）カラムに対するＨＣＢ流送量のグラフを示し、定量分析のためのＣＧＤの能力を示している。図示の例では、ＣＧＤ質量分析信号は、相関係数Ｒ＝０．９９９９９で、注入された試料の量に関して４桁の範囲内でほぼ線形である。より高い流送量、１００ｎｇ、がＧＣカラムに入る時も、信号線形性は２倍だけ低下し、いくつかの飽和プロセスを示す。源を過ぎた所でのイオン電流の測定値は、高い流送量における飽和が、例えば、２０ｎＡを上回るイオン電流でＲＦ四重極内の空間電荷効果によって、イオン移動インターフェース内で生じる可能性がより高いことを示した（図１２Ｃ参照）。
【００６５】
[0088]分析の概要
[0089]全体的に、例示的なＣＧＤ法は、分析的特性のユニークな組み合わせを与える：（ａ）ＥＩ法において無視可能な分子ピークを形成する化合物を含む幅広い範囲で試験された半揮発性化合物について、この方法はソフトであり、（ｂ）ＣＧＤ法は、主に分子イオンを形成し、これによって他のタイプの準分子イオンがないのでスペクトル同定を容易にし、（ｃ）適宜、引き起こされたＣＩＤフラグメンテーションは、特に、制御可能なフラグメンテーションのない測定値から知られる分子質量に束縛を加えるとき、高い信頼度を有するＮＩＳＴ同定を可能にし、（ｄ）イオン化効率は、幅広い範囲の化学種にわたってかなり均一であり、これは、特に標準が利用できないときに、定量分析においてとても魅力的であり、（ｅ）イオン化効率は一定のままであり、信号は少なくとも４桁のダイナミックレンジ内で濃度に線形比例したままである。後者の２つの特性は、１０ｎｇ／秒未満の試料フラックスでマトリックス識別および相互干渉効果がないことに対して良好なベースを与える。
【００６６】
[0090]開示したＣＧＤ法の新規な特徴は、新規の一般的な分析法が明確に系統立てて示されることを可能にする。新規の一般的な分析法は、（ａ）調整式グロー放電法イオン源における定量化およびソフトイオン化のステップ、（ｂ）分子質量の測定と分子イオンのフラグメンテーションとを時間で交互に行うステップ、および（ｃ）電子衝撃スペクトルのライブラリと比較することによる化合物同定のステップを含む。
【００６７】
[0091]揮発性の範囲
[0092]開示したＣＧＤ法の分析物の揮発性は、単にガスクロマトグラフへのこの方法の結合に起因して範囲が限られており、大部分の不揮発性化合物は、化学修飾なしで通過しない。しかしながら、１０ｎｇ／秒である上側流送量の上記測定に基づいて、開示したＣＧＤ法は、１０ｎｇ／秒までの適度な流送量レベルの溶剤またはマトリックスでその分析上の利点を保持することができる。したがって、開示したＣＧＤ法は、（ａ）直接熱的脱離、（ｂ）レーザによる脱離、（ｃ）（溶剤の大部分のサンプリングを防ぐ）カーテンガスによるエアゾールのサンプリングを用いた試料霧状化、および（ｄ）ＣＥまたはナノＬＣから１０ｎＬ／分未満の液体フラックスでの液体噴霧などのさらなる試料注入方法と適合する。
【００６８】
[0093]ＣＧＤ法の系統的説明
[0094]ＣＧＤ源において行われる複数のプロセスを解析するが、分析上の利点の要因である新規な特徴は、（ａ）ガス流内でグロー放電生成物をサンプリングし、それらを絶縁キャピラリを軸上に有する同軸チャネルを通過させることで達成される前段真空ガス圧でグロー放電を調節し、希ガスの準安定原子を有効に移動させつつ荷電粒子の有効な除去を行うこと、および（ｂ）超音波ノズルの絞り弁のすぐ近くで準安定原子の流れの中に試料を注入することを含む。試料を注入するプロセス（ｂ）は、いくつかの良好な効果をもたらし、すわなち、（ｉ）ジェット軸上に分析物を有効に集束させ、続く移動インターフェースにおける有効なイオン移動を確実にし、分析物が源の壁に接触することを防ぎ、かつ（ｉｉ）分析物の振動冷却を行い、これがひいてはイオン化法のより良好なソフトさを助ける。
【００６９】
[0095]図１６を見ると、調整式グロー放電法イオン化質量分析装置５０によって着手される質量分光分析の方法の例示的な動作構成が示されている。ブロック１６０２において、この方法は、０．３ｋＰａ〜１０ｋＰａ（３ｍＢａｒ〜１００ｍＢａｒ）の間のガス圧で希ガス内にＲＦまたはＤＣグロー放電のどちらかを引き起こすことを含む。グロー放電は、同軸放電管状電極５１とカウンター電極の間のグロー放電チャンバ５２内で引き起こされる。希ガスは、ヘリウム、アルゴン、またはクリプトンなどの様々な希ガスとして実装することができる。ブロック１６０４において、この方法は、励起されたリュードベリ原子を移動させつつガス流内でグロー放電生成物をサンプリングおよび調節することを含む。ガス流は、メカニカル液体ポンプ５７によって駆動される。グロー放電生成物は、伝導性チャネル５５を通じてサンプリングされ調節される。ブロック１６０６において、この方法は、分析物分子とリュードベリ原子との間にペニング反応を発生させるため、調節された放電生成物と分析物を上げられた温度（すなわち、１５０℃を上回る）で混合することを含む。この混合は、閉鎖されたチャンバ内で行われ、分析物イオンを発生させる。ブロック１６０８において、この方法は、質量分析計５８における質量分光分析のために分析物イオンをサンプリングすることを含む。ガス流は、サンプリングにより質量分析計５８に入る。一般に、この方法は、以下の追加のステップのうちの１つのステップを用いて改善することができる、すなわち、（ａ）サンプリング調節チャネル５５を通じて突出する絶縁表面を帯電することもよってサンプリング調節チャネル５５内の電荷を除去するステップ、（ｂ）分析物の流れを調節されたプラズマの流れと同軸混合するステップ、または（ｃ）コールドジェットへペニングイオン化する領域を減少させるために音速ジェットまたは超音速ジェット内の混合された流れを冷却するステップ。
【００７０】
[0096]強化されたピーク能力
分析上の有用性のさらに拡張として、ＣＧＤ源は、とても迅速な反応時間を有する。この流れはポケットなしで配置され、源の壁は非常に長い分析物吸収を防ぐ。その上、さらなるピークテーリング（ｐｅａｋ  ｔａｉｌｉｎｇ）がなく、源は、ＷＯ２０１２／０２４５７０（これは参照により本明細書に完全に組み込まれる）のグロー放電源（ＣＧＤ）に類似する高速ＧＣ×ＧＣ分離に適合する。（ａ）典型的には１０，０００個のピーク能力を有するＧＣ×ＧＣ分離と、（ｂ）ＣＧＤ源におけるソフトで定量的なイオン化との合わせた力は、高分解能多重反射ＴＯＦ質量分析計（ＭＲＴＯＦ−ＭＳ）に対して特に輝かしい。好ましくは、高分解能ＭＲＴＯＦ−ＭＳは、ＷＯ２００５／００１８７８（ＭＲＴＯＦ）、ＷＯ２００７／０４４６９６（ＯＡ）、およびＷＯ２０１１／１３５４７７（ＥＦＰ）（これらの各々は参照により完全に本明細書に組み込まれる）に記載されるような、衝突ダンピングインターフェースと、エンコードされた頻度のパルスの状態（ＥＦＰ）の状況において動作するダブル直交加速器とを用いる。そのような組み合わせは、クロマトグラフィ技法と精確な質量分離技法の間の重複部分は考慮しないが、１０００万を超える全体のピークの能力を有することが期待される。
【００７１】
[0097]すでに説明されたように、ＣＧＤ源は、マトリックスおよびキャリア流体の速度およびフラックスの両方によって少なくともＧＣおよびＣＰ事前分離に適合する。したがって、高いピーク能力の利点は、そのようなクロマトグラフィタンデムを（ｉ）ＧＣ×ＧＣ、（ｉｉ）ＬＣ−ＧＣ、（ｉｉｉ）ＬＣ−ＬＣ、（ｉｖ）ＬＣ−ＣＥとして使用する場合にも期待される。
【００７２】
[0098]選択性の強化
[0099]分析上の有用性の別の拡張として、選択性は、開示したＣＧＤ法を利用するときに強化される。単純に、使用者は、豊富なマトリックスおよび付随する分析物の成分に関する追加情報を望まぬ一方、目標化合物を最大の選択性、信頼性、および感度で見ることを望む。ＣＧＤイオン源を用いた目標分析は、複数のやり方で強化することができる。第１に、いくつかの特定の分析物クラスをイオン化する選択性は、調節されたプラズマの体積に試薬ガスを加えることによって強化することができる。一例では、アセトン試薬は、極性分子のソフトイオン化を促進する。さらなる小さい流れが、例えば、分離ラインを介してガスクロマトグラフのキャリアヘリウムガスの中にまたはソース試薬ゾーンの中に加えられてもよい。第２に、分子イオンは、マスフィルタ（四重極マスフィルタ等）によってまたはモビリティセパレータにおいてのいずれかで質量選択されることができる。第３に、この方法の選択性および分離の能力は、イオンモビリティ分離によって強化することができる。補完的分析力は、そのような分離法が定量化およびソフトイオン化と組み合わされるときに生じる。最終的に、ＣＧＤ質量分光分析の分離力と分析選択性の両方は、フラグメンテーションエネルギーを交互にするまたはスキャンする場合に強化することができる。
【図１】
2017527078.tif 000003
【図２】
2017527078.tif 000004
【図３】
2017527078.tif 000005
【図４】
2017527078.tif 000006
【図５】
2017527078.tif 000007
【図６】
2017527078.tif 000008
【図７】
2017527078.tif 000009
【図８】
2017527078.tif 000010
【図９】
2017527078.tif 000011
【図１０Ａ】
2017527078.tif 000012
【図１０Ｂ】
2017527078.tif 000013
【図１０Ｃ】
2017527078.tif 000014
【図１０Ｄ】
2017527078.tif 000015
【図１１】
2017527078.tif 000016
【図１２Ａ】
2017527078.tif 000017
【図１２Ｂ】
2017527078.tif 000018
【図１２Ｃ】
2017527078.tif 000019
【図１３】
2017527078.tif 000020
【図１４】
2017527078.tif 000021
【図１５】
2017527078.tif 000022
【図１６】
2017527078.tif 000023
【国際調査報告】
2017527078.tif 000024
2017527078.tif 000025
2017527078.tif 000026