JP2022553600A - 拍動流大気リアルタイムイオン化 - Google Patents
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Abstract
本周囲イオン化実験の実施形態では、対象のイオンに対するバックグラウンド化学物質の存在量は、試料に向けられた励起種を生成するために使用されるキャリアガスをパルス化することによって減少させられる。励起種は段階的に試料に向けられ、イオン化領域に導入されるバックグラウンド化学物質の全体的な存在量が減少する。本周囲イオン化実験の実施形態では、励起種の前で試料をステッピングすることと、励起種を生成するために使用されるキャリアガスをパルス化することの組み合わせが、検出の感度を高める。【選択図】図１２Ａ
Description
本発明は、キャリアガスのパルス導入によって周囲雰囲気中でイオン化される分子の化学分析のための方法およびデバイスに関する。
実験室または現場での周囲雰囲気での対象分子の分析は、イオン化種を使用して対象分子をイオンに変換し、イオンを分光計に向けたり排出したりすることで実行できる。ただし、実験室または現場の周囲雰囲気には、検出可能な多くの「バックグラウンド化学物質」が含まれている可能性がある。これらのバックグラウンド化学物質は、地域の環境によって異なる可能性がある。例えば、実験室の大気中に存在する微量化学物質には、溶媒、ダスト粒子、エアロゾル、対イオン、および合成または抽出に使用される化学物質が含まれ得る。さらに、バックグラウンドには、呼吸、香水、香料、うがい薬、化粧品、発汗、鼓腸、細菌ガス、および細菌臭を含む、分光計のオペレーター／科学者の存在からのものを含む、ヒト、動物、細菌、ウイルスまたは真菌の活動からの化学物質を含めることができる。これらのいずれかのうちの１つ以上が存在すると、永続的なバックグラウンドが生成される可能性がある。バックグラウンドが過剰になると、周囲のイオン化と対象分子のイオン検出のプロセスが非効率になり、対象分子は、検出できないか、バックグラウンド化学物質の検出によって検出が不明瞭になるほど少量で検出される。
対象の試料に存在する微量化学物質は、イオン化領域に存在するが対象ではないため、バックグラウンド化学物質と見なすこともできる。これらには、試料コンテナに由来する化学物質、溶媒残留物、通常は存在するが試料の特性評価には重要ではない化学物質、および溶媒などのヒトの活動または他の近くの分析努力に由来するものを含む、イオン化種の周囲の空気に導入される可能性のある化学物質が含まれる。例えば、尿の試料では、代謝物であるクレアチニン（筋肉の代謝によって生成される化学廃棄物）が簡単にイオン化され、分光計を使用して検出される。腎臓は、循環血液からクレアチニンや尿素を含む他の老廃物をろ過し、排尿によって体から取り除くことができる。したがって、これらの化合物（クレアチニンおよび尿素）の両方が、ヒト由来の液体の分析中にバックグラウンド化学物質として存在する。さらに、尿素自体を尿から抽出することは困難であるため、職場での尿からの薬物検査における乱用薬物の分析は、通常、対象分子から尿素を分離するためにクロマトグラフィー材料を使用して行われる。クロマトグラフィー材料は、尿素が廃棄物に向けられることを可能にしながら、より大きな薬物分子の通過を遅らせる。尿素が存在しない場合、より大きな薬物分子が周囲雰囲気でイオン化され、分光計に入った後、簡単に検出される。
溶媒効果は、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの試料を溶解するために使用される溶媒などのバックグラウンド化学物質にも寄与する可能性があり、ｐＨ変化またはイオン化するバッファリングを促進するために試料に追加される化学物質もバックグラウンドに寄与し得る。
理論および実践では、周囲イオン化の前にバックグラウンド化学物質を除去すると、バックグラウンド化学物質イオン、つまり化学ノイズが減少し、対象分子に対する感度が向上する。
周囲イオン化実験における本発明の実施形態では、イオン化種を生成するために使用されるキャリアガスをパルス化することを使用して、対象分子のイオン化を増加させ、それによって検出限界を下げることができる。周囲イオン化実験を伴う本発明の実施形態では、１つの位置からジャンプすること、およびイオン化種を生成するために使用されるキャリアガスをパルス化することを使用して、対象分子のイオン化を増加させ、それによって検出限界を下げることができる。
すべての直接分析リアルタイム（ＤＡＲＴ）大気圧イオン化（ＡＰＩ）測定は、特に指定がない限り、３００℃で実行された。すべての試料は、容積式ピペッターであるＴＴＰ Ｌａｂｔｅｃｈ Ｍｏｓｑｕｉｔｏを使用してスポッティングした。すべての質量分析は、ＴＨＥＲＭＯ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ（商標）Ｑ－ＥＸＡＣＴＩＶＥ（商標）質量分析計において実行された。本発明の様々な実施形態は、以下の図に基づいて詳細に説明される。
略語は次のとおりである。
ＡＰＩ＝大気圧イオン化、ＣＩＥ＝連続イオン化実験、ＤＡＲＴ＝直接分析リアルタイム、ＤＥＳＩ＝脱離エレクトロスプレーイオン化、ＤＭＳ＝差動移動度分光計、ＥＳＩ＝エレクトロスプレーイオン化、ＧＩＳ＝ガスイオンセパレーター、ＨＥ＝ハイブリッド実験、ＲＳ＝反応種、ＰＥ＝パルス実験、ＳＩＭ＝シングルイオンモニタリング、ＴＩＣ＝総イオン電流。
ＡＰＩ＝大気圧イオン化、ＣＩＥ＝連続イオン化実験、ＤＡＲＴ＝直接分析リアルタイム、ＤＥＳＩ＝脱離エレクトロスプレーイオン化、ＤＭＳ＝差動移動度分光計、ＥＳＩ＝エレクトロスプレーイオン化、ＧＩＳ＝ガスイオンセパレーター、ＨＥ＝ハイブリッド実験、ＲＳ＝反応種、ＰＥ＝パルス実験、ＳＩＭ＝シングルイオンモニタリング、ＴＩＣ＝総イオン電流。
以下で使用される特定の用語の定義は次のとおりである。
「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という移行句は、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」、または「ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ」と同義であり、包括的または無制限であり、追加の、引用されていない要素または方法ステップを除外しない。
「からなる」という移行句は、特許請求の範囲で指定されていない要素、ステップ、または成分を除外するが、組成物に通常関連する不純物など、本発明に関係のない追加の成分またはステップを除外しない。
「本質的にからなる」という移行句は、クレームの範囲を、特定の材料またはステップ、および請求項に記載された発明の基本的かつ新規の特性に実質的に影響を及ぼさないものに限定する。
ガスイオン分離器（ＧＩＳ）という用語は、中性分子および中性原子の一方または両方からイオンを分離し、イオンの予備濃縮および分析システムへの移動を可能にするデバイスを指すために使用される。「入口管」という用語は、ＧＩＳの低真空側を指すために使用される。「出口管」という用語は、ＧＩＳの高真空側を指すために使用される。本発明の様々な実施形態において、含まれる管は、入口管であることができる。アクティブイオン化とは、分析物イオンをイオン化するために、放射性核を利用しない大気分析装置を使用するプロセスを指す。容量性表面は、電位を帯電させることができる表面である。表面に印加された電位が実験の典型的な持続時間の間残り、表面の電位が表面に印加された電位の５０％を超える場合、表面は電位を帯電させることができる。大気圧の真空は約７６０トルである。ここで、「約」は、１０１気圧＝７．６×１０３トル未満の圧力～１０－１大気圧＝７．６×１０１トルまでの圧力の範囲を包含する。１０－３トル未満の真空は、高真空を構成する。ここで、「約」は、５×１０－３トル未満～５×１０－６トルまでの圧力の範囲を包含する。１０－６トル未満の真空は、非常に高い真空を構成する。ここで、「約」は、５×１０－６トル未満～５×１０－９トルまでの圧力の範囲を包含する。以下において、「高真空」という句は、高真空および非常に高真空を包含する。
「接触」という用語は、それによって気相、液相、および固相のうちの１つ以上における試料の分子が表面に吸着、吸収、または化学結合されるプロセスを指すために使用される。
プロセスの結果、基板分子が表面に吸着、吸収、または化学結合されると、グリッドは基板で「コーティング」される。ビーズがグリッドに吸着、吸収、または化学結合されると、グリッドをコーティングすることができる。ナノビーズがグリッドに吸着、吸収、または化学結合されると、グリッドをコーティングすることができる。
フィラメントとは、ワイヤーのループ、ワイヤーのセグメント、金属リボン、金属ストランドまたは非絶縁ワイヤー、動物のひも、紙、穴あき紙、ファイバー、布、シリカ、溶融シリカ、プラスチック、プラスチックフォーム、ポリマー、テフロン、ポリマー含浸テフロン、セルロース、および疎水性支持材料でコーティングおよび含浸されたフィラメントのうちの１つ以上を意味する。本発明の様々な実施形態において、フィラメントは、約５０ミクロン～約２ｍｍの直径を有する。フィラメントの直径を測定する場合、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを示す。本発明の一実施形態では、フィラメントの長さは、約１ｍｍ～約２５ｍｍである。フィラメントの長さを測定する場合、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを示す。
「配向」という用語は、メッシュの別のセクションに対する、またはグリッドまたは試料ホルダーに対するメッシュの位置を意味する。本発明の一実施形態では、イオン化種に対する、メッシュ上にスポットされた試料の正確な配向を可能にするために、メッシュ、グリッド、または試料ホルダーをＸ－Ｙ並進ステージに取り付けることができる。Ｘ－Ｙステージ用の制御電子機器とステッパーモータードライバーは、Ｘ－Ｙ変換ステージを収容するボックスに直接取り付けることができる一方、配向を制御するマイクロコントローラーは、別々に取り付けることができる。
「近接」という用語は、別のメッシュまたはメッシュ上の他の領域に対するメッシュまたはメッシュ上の領域の位置を意味する。
「位置合わせ」という用語は、メッシュからタインの近位領域に熱を送達するためにメッシュの領域（例えば、近位領域）がメッシュと整列するときを意味する。
「接触する」という用語は、メッシュの領域との、表面のサンプリングなどの対象物または表面の結合または接触を意味する。
メッシュの形状は、円柱、楕円形の円柱、長い正方形のブロック、長い長方形のブロック、または長く薄い表面であることができる。
「穴」という用語は、光および／または粒子が、それ以外は中実の物体を通過することを可能にする開口部を備えた、それ以外は中実の物体における中空空間を指す。穴は、円形、楕円形、洋ナシ形、スリット、または多角形（三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、七角形などを含む）であることができる。
高温原子および／または高温分子などの文脈における「高温」という用語は、周囲（２７３Ｋ）温度を超える温度に対応する速度を有する種を意味する。本発明の一実施形態では、高温種は、３００Ｋ、４００Ｋ、および５００Ｋの温度に対応する速度を有する。
「連続フロー」キャリアガスという用語は、排出チャンバーへのキャリアガスの流れが一定の形式で調整されることを意味する。「ハイブリッドフロー」キャリアガスという用語は、線形レールが測定された時間間隔でメッシュを移動しているときに、排出チャンバーへのキャリアガスの流れがパルス化され、それ以外は、排出チャンバーへのキャリアガスの流れがないことを意味する。「パルスフロー」キャリアガスという用語は、線形レールが一定時間停止したときに排出チャンバーへのキャリアガスの流れがパルス化され、それ以外は排出チャンバーへのキャリアガスの流れがないことを意味する。
「コロナ放電」という用語は、非常に不均一な電界内で比較的高いガス圧（例えば、大気圧）で発生する放電を意味する（例えば、ワイヤーよりもはるかに大きい半径を有する金属シリンダー内に細いワイヤーを配置することによって）。電界は、ワイヤーを取り巻くガスのイオン化を引き起こすのに十分に高いが、近くの導体への電気的破壊またはアーク放電を引き起こすのに十分なほど高くはない。「アーク放電」という用語は、アークを支持する電極からの電子の熱電子放出に依存し、グロー放電よりも低い電圧を特徴とするが、強い電流を有する放電を意味する。「グロー放電」という用語は、二次電子放出によって生成される放電を意味する。
「第１の大気圧チャンバー」という用語は、ほぼ大気圧のチャンバーを意味する。
「放電」という用語は、コロナ放電、アーク放電、およびグロー放電のうちの１つ以上を意味する。
金属は、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、窒素、酸素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルビウム、セシウム、バリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、プラチナ、金、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム、フランシウム、ラジウムからなる１つ以上の元素を含む。したがって、金属には、例えば、ニチノールとして知られるニッケルチタン合金、またはステンレス鋼を製造するために使用されるクロム鉄合金が含まれる。
プラスチックは、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、耐衝撃性ポリスチレンと合金化されたポリフェニルエーテル、発泡ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、およびペンタンを含浸させたポリスチレン、ペンタンまたはポリエチレンおよびポリプロピレンを含浸させたポリフェニレンエーテルとポリスチレンのブレンドのうちの１つ以上を含む。
ポリマーは、スチレン、プロピレン、カーボネート、エチレン、アクリロニトリル、ブタジエン、塩化ビニル、フッ化ビニル、エチレンテレフタレート、テレフタレート、ジメチルテレフタレート、ビスベータテレフタレート、ナフタレンジカルボン酸、４－ヒドロキシ安息香酸、６－ヒドロキシナフタレン－２－カルボン酸、モノエチレングリコール（１，２エタンジオール）、シクロヘキシレンジメタノール、１，４－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、ポリエステル、シクロヘキサンジメタノール、テレフタル酸、イソフタル酸、メチルアミン、エチルアミン、エタノールアミン、ジメチルアミン、ヘキサメチルアミンジアミン（ヘキサン－１，６－ジアミン）、ペンタメチレンジアミン、メチルエタノールアミン、トリメチルアミン、アジリジン、ピペリジン、Ｎ－メチルピペリデイン、無水ホルムアルデヒド、フェノール、ビスフェノールＡ、シクロヘキサノン、トリオキサン、ジオキソラン、エチレンオキシド、アジポイルクロリド、アジピン酸、アジピン酸（ヘキサン二酸）、セバシン酸、グリコール酸、ラクチド、カプロラクトン、アミノカプロン酸から成る群から選択される１つ以上の試薬から合成される材料および／またはこれらの試薬の重合から合成される２つ以上の材料のブレンドを含む。
プラスチックフォームは、ポリウレタン、発泡ポリスチレン、フェノールフォーム、ＸＰＳフォーム、量子フォームを含む、気泡が閉じ込められたポリマーまたはプラスチックである。
「メッシュ」とは、２つ以上の接続されたフィラメント、２つ以上の接続されたストリング、フォーム、穴あき紙、スクリーン、ペーパースクリーン、プラスチックスクリーン、ファイバースクリーン、布スクリーン、ポリマースクリーン、シリカスクリーン、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ））スクリーン、ポリマー含浸テフロンスクリーン、およびセルローススクリーンのうちの１つ以上を意味する。本発明の様々な実施形態において、メッシュは、３つ以上の接続されたフィラメント、３つ以上の接続されたストリング、メッシュ、フォーム、グリッド、穴あき紙、スクリーン、プラスチックスクリーン、ファイバースクリーン、布、およびポリマースクリーンのうちの１つ以上を含む。本発明の一実施形態では、メッシュは、１ｍｍ当たり約１０本のフィラメントを有することができる。本発明の別の実施形態では、メッシュは、１ｍｍ当たり約２０本のフィラメントを有することができる。本発明の追加の実施形態では、メッシュは、１ｍｍ当たり約３０本のフィラメントを有することができる。本発明の代替の実施形態では、メッシュは、１ｍｍ当たり約１００本のフィラメントを有することができる。１ｍｍ当たりのフィラメント数を設計する場合、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを示す。
「基層」は、ポリマー、金属、および／またはプラスチックである。
「パルス生成器」は、バルブ、圧力調整器、またはキャリアガスの短い（約０．１秒、約は、プラスまたはマイナス１０パーセントを意味する）パルスを生成するように適合することができる電圧制御パルス生成器などのデバイスである。
「キャリアガス」は、大気圧での放電の存在下で励起種を生成することができるガスである。
「グリッド」とは、ギャップ、スペース、または穴がパンチされているかまたはその他の方法で基層に導入されているか、あるいは窓またはセクションが切り取られているかまたはその他の方法で基層から削除され、メッシュが、削除された窓またはセクションに挿入されている基層である。本発明の一実施形態では、グリッドは、約１ミクロンの下限と約１ｃｍの上限との間の厚さを有することができる。この範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。
「バックグラウンド化学物質」という句は、「マトリックス分子」および／または「導入された汚染物質」を意味する。
「目的の分子」または「分析物」という句は、天然に存在する種（例えば、カフェイン、コカイン、テトラヒドロカンナビノール）、または生物系に導入された合成分子、例えば、医薬品（例えば、リドカイン、メタドン、シルデナフィル、リピトール、エナラプリルおよびそれらの誘導体）、および娯楽用薬物（例えば、モルヒネ、ヘロイン、メタンフェタミンなどおよびそれらの誘導体）を意味する。
「導入された汚染物質」という句は、試料準備および／または試料分析中に試料に関連付けられるようになる化学物質を意味する。導入された汚染物質は、空気中に浮遊するか、試料が接触している表面の中または上に存在する可能性がある。例えば、香水やデオドラントを試料分析に関連付け、試料分析中に分析することができる。あるいは、試料を処理するために使用されるプラスチック管に存在するフタル酸エステルは、プラスチック管から試料に浸出し、それによって試料に導入されることができる。
「バックグラウンド化学物質」という句は、「マトリックス分子」および／または「導入された汚染物質」を意味する。
「イオン抑制分子」という句は、目的の分子のイオン化を抑制し、および／または目的の分子の検出を損なうようにイオン化するバックグラウンド種を生成するバックグラウンド化学物質を意味する。
「バックグラウンドイオン」または「バックグラウンド種」という句は、バックグラウンド化学物質から形成されるイオンを指す。バックグラウンド種は、分子自体、分子の付加物、分子の断片、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
「マトリックス効果」という句は、バックグラウンド種の存在による目的の分子のイオン化の減少を指す。マトリックス効果は、バックグラウンド化学物質が目的の分子のイオン化を抑制する場合、および／またはバックグラウンド種が、目的の分子を損なうようにイオン化する場合に発生する。理論に拘束されることを望まないが、前者の場合、目的の分子はバックグラウンド化学物質の存在によってイオン化されないと考えられている。後者の場合、結果として得られる質量スペクトルは、目的の分子の分析を損なうようにバックグラウンド種によって支配される。バックグラウンド種は、目的の分子のイオン化を抑制および／またはマスキングしている可能性がある。
「分析量」という句は、分析される試料のアリコートを指し、例えば、分析のためにメッシュに適用される。
「イオン増強剤」という句は、マトリックス効果を阻害する化学物質を意味する。
「ピーク存在量」という用語は、生成されるイオンの数である。試料のプロトン化分子イオンのピーク存在量は、生成された試料のインタクトイオン数の測定値である（カチオン化などの他のプロセスも、生成された試料のインタクトイオン数の測定値であることができる）。２つの種の相対的なピーク存在量は、各種に対応する強度の合計である。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥは、例えばＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐで導入された分析方法であり、可動表面の個々の個別の位置に配置された一連の試料を提示することを含む。表面は、線形レールに固定されたホルダーに取り付けられ、線形レールにより、一定の線形運動（つまり、固定速度）が、分析のためのシリーズとして試料を提示することができる。表面（通常はメッシュ）には、試料が存在する領域と試料が存在しない領域が含まれる。これにより、線形運動の結果、イオン化種の静的なソースの前に試料が表示され、これにより、試料のスキャニング（および分析）が可能になる。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥは、例えばＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐで導入された分析方法であり、可動表面の個々の個別の位置に配置された一連の試料を提示することを含む。表面は、線形レールに固定されたホルダーに取り付けられ、線形レールにより、一定の線形運動（つまり、固定速度）が、分析のためのシリーズとして試料を提示することができる。表面（通常はメッシュ）には、試料が存在する領域と試料が存在しない領域が含まれる。これにより、線形運動の結果、イオン化種の静的なソースの前に試料が表示され、これにより、試料のスキャニング（および分析）が可能になる。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥは、表面に向けられたイオン化種を生成するキャリアガスを利用する（例えば、１５３６ ＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐメッシュカード）。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ動作モードでは、キャリアガスはパルス化されないため、試料がイオン化種に提示されるかどうかに関係なく、イオン化種は表面に向けられる。したがって、貴重な精製キャリアガスが無駄になっている（図３を参照）。
さらに、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥモードでは、試料が表面に提示されていないときにバックグラウンド種が生成される。理論に拘束されることを望まないが、イオン化種が試料の前縁（または後縁）と相互作用するとき、試料中の分析物は、イオン化種によって生成される電荷についてバックグラウンド化学物質と競合すると考えられる。分析物がこの競合イベントに勝った場合、分析物イオンが形成される。バックグラウンド化学物質が競争に勝った場合、バックグラウンド種が形成される。理論に縛られることを望まないが、競合は特定の種によって独占的に勝ち取られるのではなく、正イオン化モードでのプロトン親和力によって駆動されると考えられている。理論に拘束されることを望まないが、前縁の前に大量のバックグラウンド種が形成されると、前縁で形成される分析物種の検出が損なわれる可能性があるとさらに考えられている。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ法の利点は、分析用の試料の不正確な（または再現不可能な）堆積が可能になることである。試料が、イオン化ガスを浴びている領域のどこかに存在する限り。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ法では、イオン化種の連続シャワーにより、実験中に試料とバックグラウンドの両方からイオンが生成される。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥは、ロボット工学を使用した試料の正確な堆積と、イオン化種のシャワーを提供するソースの前での試料の同様の正確な提示を利用することにより、キャリアガスの無駄な使用を最小限に抑えることを目的とした分析方法である。試料が所定の位置に移動している間、ソースに入るキャリアガスをオフにすることにより、ソースによって形成されるイオン化種が保存される。理論に拘束されることを望まないが、キャリアガスがオフにされると、放電は継続すると考えられるが、キャリアガスの流れがなければ、ソースを出るイオン化種は減衰される。試料の間隔と試料の脱着に必要な時間に応じて、キャリアガスの消費量の劇的な減少を観察できる（図３を参照）。つまり、試料の正確な堆積と正確なタイミングにより、試料の不正確な（または再現不可能な）堆積に対処する必要はない。したがって、イオン化種の正確な堆積および正確な位置により、イオン化種の広いビームを有する必要はない。代わりに、狭いエンドキャップを利用して、より狭いスプレーパターン（つまり、より狭い範囲の衝撃を持つ）でイオン化種の規定されたシャワーを生成することができる。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥは、ロボット工学を使用した試料の正確な堆積と、イオン化種のシャワーを提供するソースの前での試料の同様の正確な提示を利用することにより、キャリアガスの無駄な使用を最小限に抑えることを目的とした分析方法である。試料が所定の位置に移動している間、ソースに入るキャリアガスをオフにすることにより、ソースによって形成されるイオン化種が保存される。理論に拘束されることを望まないが、キャリアガスがオフにされると、放電は継続すると考えられるが、キャリアガスの流れがなければ、ソースを出るイオン化種は減衰される。試料の間隔と試料の脱着に必要な時間に応じて、キャリアガスの消費量の劇的な減少を観察できる（図３を参照）。つまり、試料の正確な堆積と正確なタイミングにより、試料の不正確な（または再現不可能な）堆積に対処する必要はない。したがって、イオン化種の正確な堆積および正確な位置により、イオン化種の広いビームを有する必要はない。代わりに、狭いエンドキャップを利用して、より狭いスプレーパターン（つまり、より狭い範囲の衝撃を持つ）でイオン化種の規定されたシャワーを生成することができる。
理論に拘束されることを望まないが、静的試料を提示することにより、バックグラウンド種は、試料に存在する分析物と電荷をめぐってうまく競合する場合にのみ観察されると考えられている。イオン化種が試料と相互作用するため、分析物のイオン強度の変化は、バックグラウンド種または分析物種の枯渇に起因する可能性がある。本発明の実施形態では、持続時間パルスを伴うＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ動作モードを使用して、分析物のイオン化が最適化され、持続時間は０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、または２．０秒である。本発明の実施形態では、１秒のパルスで動作するＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥモードを使用して、分析物のイオン化が最適化された。本発明の実施形態では、２秒のパルスで動作するＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥモードを使用して、分析物のイオン化が最適化された。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥは、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥの特徴を維持しながら、キャリアガスの無駄な使用を最小限に抑えることを目的とした分析方法である。つまり、試料の領域にイオン化種を配置しながらキャリアガスをオフにすることにより、キャリアガスの消費量の同様に劇的な減少が観察される（ハイブリッド３ｍｍ／秒の図３を参照）。
ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥは、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥの特徴を維持しながら、キャリアガスの無駄な使用を最小限に抑えることを目的とした分析方法である。つまり、試料の領域にイオン化種を配置しながらキャリアガスをオフにすることにより、キャリアガスの消費量の同様に劇的な減少が観察される（ハイブリッド３ｍｍ／秒の図３を参照）。
キャリアガス
キャリアガスの存在下でのＤＡＲＴ ＡＰＩは、放電の周囲にプラズマを生成する。キャリアガスの圧力を約７０ｐｓｉから約０ｐｓｉに約１秒から約３秒間下げても、プラズマの安定性に悪影響を与えることはない。この圧力範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。この時間範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。理論に拘束されることを望まないが、電極を取り巻くプラズマは、安定したプラズマに近い領域に保持されると考えられている。キャリアガスがプラズマに供給されない場合、イオン化種はプラズマから試料に向かって流出しない。キャリアガスのパルスは、安定したプラズマに近い領域でキャリアガスに加えられる圧力を増加させることによって生成され、これは、イオン化種が、安定したプラズマ生成領域から試料に向かって流出するように強制する。
キャリアガスの存在下でのＤＡＲＴ ＡＰＩは、放電の周囲にプラズマを生成する。キャリアガスの圧力を約７０ｐｓｉから約０ｐｓｉに約１秒から約３秒間下げても、プラズマの安定性に悪影響を与えることはない。この圧力範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。この時間範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。理論に拘束されることを望まないが、電極を取り巻くプラズマは、安定したプラズマに近い領域に保持されると考えられている。キャリアガスがプラズマに供給されない場合、イオン化種はプラズマから試料に向かって流出しない。キャリアガスのパルスは、安定したプラズマに近い領域でキャリアガスに加えられる圧力を増加させることによって生成され、これは、イオン化種が、安定したプラズマ生成領域から試料に向かって流出するように強制する。
ヘリウムＤＡＲＴ
ＤＡＲＴは、分析物の分析に適した別のＡＰＩ法である。ＤＡＲＴ ＡＰＩの様々な実施形態は、Ｌａｒａｍｅｅの米国特許第７，１１２，７８５号明細書（以下、’７８５特許と呼ぶ）に記載されており、参照によりその全体がすべての目的のために明示的に組み込まれる。’７８５特許は、反応種（ＲＳ）を含むキャリアガスを使用した、表面、液体、および蒸気からの分子の脱着イオン化に関する。ＤＡＲＴ ＡＰＩは、大量のキャリアガスを使用でき、例えば、ヘリウムが適しているが、ＲＳを生成できる他の不活性ガスを使用することもできる。
ＤＡＲＴは、分析物の分析に適した別のＡＰＩ法である。ＤＡＲＴ ＡＰＩの様々な実施形態は、Ｌａｒａｍｅｅの米国特許第７，１１２，７８５号明細書（以下、’７８５特許と呼ぶ）に記載されており、参照によりその全体がすべての目的のために明示的に組み込まれる。’７８５特許は、反応種（ＲＳ）を含むキャリアガスを使用した、表面、液体、および蒸気からの分子の脱着イオン化に関する。ＤＡＲＴ ＡＰＩは、大量のキャリアガスを使用でき、例えば、ヘリウムが適しているが、ＲＳを生成できる他の不活性ガスを使用することもできる。
窒素ＤＡＲＴ
ＡＰＩは、溶媒を使用せずに分析物分子をイオン化して分析物を溶解させることができる。イオン化は、固体と液体から直接発生する。気相に存在する分子は、ＡＰＩを出る反応種によってイオン化することもできる。本発明の一実施形態では、利用される反応種は、励起された窒素原子または分子であることができる。本発明の一実施形態では、反応種は、大気圧で分析物分子に影響を与え、例えば、イオン化に影響を与えるために、長寿命の準安定種を生成することができる。２０１９年５月２４日に出願された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＲＥＤＵＣＩＮＧ ＭＡＴＲＩＸ ＥＦＦＥＣＴＳ」という名称の発明者Ｂｒｉａｎ Ｄ． Ｍｕｓｓｅｌｍａｎの米国実用新案出願第１６４２２３３９号明細書を参照されたい。これは、その全体およびすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
ＡＰＩは、溶媒を使用せずに分析物分子をイオン化して分析物を溶解させることができる。イオン化は、固体と液体から直接発生する。気相に存在する分子は、ＡＰＩを出る反応種によってイオン化することもできる。本発明の一実施形態では、利用される反応種は、励起された窒素原子または分子であることができる。本発明の一実施形態では、反応種は、大気圧で分析物分子に影響を与え、例えば、イオン化に影響を与えるために、長寿命の準安定種を生成することができる。２０１９年５月２４日に出願された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＲＥＤＵＣＩＮＧ ＭＡＴＲＩＸ ＥＦＦＥＣＴＳ」という名称の発明者Ｂｒｉａｎ Ｄ． Ｍｕｓｓｅｌｍａｎの米国実用新案出願第１６４２２３３９号明細書を参照されたい。これは、その全体およびすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
ガス－イオンセパレーター（ＧＩＳ）
本発明の様々な実施形態において、大気分析器を使用して吸着剤表面から脱着された分析物イオンを質量分析計の入口に移送するためのデバイスおよび方法は、ＧＩＳを利用することができる。本発明の実施形態は、キャリア内に形成された分析物イオンおよび／または他の分析物種を収集し、質量分析計の入口に移送するためのデバイスおよび方法を含む。
本発明の様々な実施形態において、大気分析器を使用して吸着剤表面から脱着された分析物イオンを質量分析計の入口に移送するためのデバイスおよび方法は、ＧＩＳを利用することができる。本発明の実施形態は、キャリア内に形成された分析物イオンおよび／または他の分析物種を収集し、質量分析計の入口に移送するためのデバイスおよび方法を含む。
本発明の一実施形態では、ＧＩＳチューブの入口および出口の一方または両方は、ステンレス鋼、非磁性ステンレス鋼、鋼、チタン、金属、可撓性金属、セラミック、シリカガラス、プラスチックおよび可撓性プラスチックからなる群から選択される１つ以上の材料で作ることができる。本発明の一実施形態では、ＧＩＳチューブの長さは、１０ミリメートル～１０メートルの範囲であることができる。本発明の一実施形態では、ＧＩＳチューブは不織布材料で作ることができる。本発明の一実施形態では、ＧＩＳチューブは、１つ以上の織物材料から作ることができる。
本発明の様々な実施形態では、管間にギャップがあり、ギャップ領域に真空が適用された２つ以上の同軸管を含むＧＩＳを使用して、大量のキャリアガスをサンプリングできるようにする。本発明の様々な実施形態において、ＧＩＳは、入口管および出口管から構成される。本発明の一実施形態では、入口管の近位端は吸着剤表面に最も近く、入口管の遠位端は、真空を適用することができる近位端からいくらか離れていることができる。本発明の様々な実施形態において、出口管の近位端は、入口管の遠位端に隣接し、出口管の遠位端は、分光システムに入る。
９０度のＧＩＳ
ロボットによる試料堆積を使用すると、システムは、試料のＤＡＲＴ ＡＰＩ分析のために、サブマイクロリットルの体積の試料を正確な高速Ｘ－Ｙプレート配向で堆積できる。以前は、９０度のＧＩＳコンポーネントのパフォーマンスは、高いバックグラウンド効果とマトリックス効果によって損なわれていた。予期せぬことに、パルスキャリアガスソースを使用して固定位置にステップすると、９０度ＧＩＳは高いバックグラウンドおよびマトリックス効果の兆候を示さない。したがって、パルスキャリアガスソースと固定位置へのステップにより、試料堆積ロボットから試料を移動する必要なしに、高性能ロボティクスからの９０度ＧＩＳ分析を使用した直接ＤＡＲＴ ＡＰＩが可能になる。さらに、９０度ＧＩＳは、ホルダー付きの拡張Ｘ－Ｙプレートと組み合わせることができる。これにより、ＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐメッシュに堆積した試料を、ＤＡＲＴソースの遠位端にある脱着イオン化領域を介して移動させることができ、これにより、メッシュの前側に堆積させられた試料は、メッシュの裏側に配置されたＧＩＳの近位端のすぐ近くで、気化およびイオン化させられることができる。９０度ＧＩＳは、ホルダー付きの拡張Ｘ－Ｙプレートと組み合わせることができる。これにより、ＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐメッシュに堆積した試料を、ＤＡＲＴソースの遠位端にある脱着イオン化領域を介して移動させることができ、これにより、メッシュの前側に堆積させられた試料は、メッシュの裏側に配置されたＧＩＳの近位端のすぐ近くで、気化およびイオン化させられることができる。
ロボットによる試料堆積を使用すると、システムは、試料のＤＡＲＴ ＡＰＩ分析のために、サブマイクロリットルの体積の試料を正確な高速Ｘ－Ｙプレート配向で堆積できる。以前は、９０度のＧＩＳコンポーネントのパフォーマンスは、高いバックグラウンド効果とマトリックス効果によって損なわれていた。予期せぬことに、パルスキャリアガスソースを使用して固定位置にステップすると、９０度ＧＩＳは高いバックグラウンドおよびマトリックス効果の兆候を示さない。したがって、パルスキャリアガスソースと固定位置へのステップにより、試料堆積ロボットから試料を移動する必要なしに、高性能ロボティクスからの９０度ＧＩＳ分析を使用した直接ＤＡＲＴ ＡＰＩが可能になる。さらに、９０度ＧＩＳは、ホルダー付きの拡張Ｘ－Ｙプレートと組み合わせることができる。これにより、ＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐメッシュに堆積した試料を、ＤＡＲＴソースの遠位端にある脱着イオン化領域を介して移動させることができ、これにより、メッシュの前側に堆積させられた試料は、メッシュの裏側に配置されたＧＩＳの近位端のすぐ近くで、気化およびイオン化させられることができる。９０度ＧＩＳは、ホルダー付きの拡張Ｘ－Ｙプレートと組み合わせることができる。これにより、ＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐメッシュに堆積した試料を、ＤＡＲＴソースの遠位端にある脱着イオン化領域を介して移動させることができ、これにより、メッシュの前側に堆積させられた試料は、メッシュの裏側に配置されたＧＩＳの近位端のすぐ近くで、気化およびイオン化させられることができる。
図１５Ａは、図１６Ａに示すようにサンプリングステージ（１５４３）に取り付けられたＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ－９６ワイヤーメッシュ消耗品（１５３２）の表面に少量試料用の一連の１６個の容積式ピペット（１５２３）を備えたピペッティングロボット（１５０４）の線画である。試料が正確な位置にピペットで送られると、サンプリングステージはロボットアームへ移動させられ、ロボットアームは、ＤＡＲＴ ＡＰＩソースのイオン化領域を介して試料を移動させて、ＰＥモードで試料をイオン化するように設計されている。図１５Ｂは、図１６Ｂに示されているように、ＭＳ（１７０）機器を備えた９０度ＧＩＳ（１４０）と直列に取り付けられた２．５ｍｍ出口キャップ（１１８）を備えた、垂直位置に取り付けられたＤＡＲＴ ＡＰＩソース（１１０）の線画である。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥを使用して９０度ＧＩＳ実験を行う試みは、成功しない場合があった。理論に縛られることを望まないが、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥはバックグラウンド種を生成し得、９０度ＧＩＳ構成により、これらのバックグラウンド種は線形構成の場合ほど迅速にイオン化領域から除去されないため、分析物種とのバックグラウンド種の競合が発生すると考えられる。
図１６Ａは、サンプリングステージ（１５４３）に取り付けられたＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ－９６ワイヤーメッシュ消耗品（１５３２）の表面に少量試料用の一連の１６個の容積式ピペット（１５２３）を備えたＴＴＰ Ｌａｂｔｅｃｈ Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボット（１５０４）のピペッティングヘッドである。図１６Ｂは、質量検出器に対して９０度の角度で接続されたＧＩＳインターフェースと直列の２．５ｍｍの出口キャップを備えた、垂直位置に取り付けられたＤＡＲＴ ＡＰＩソースである。図１６Ｃは、質量検出器に対して９０度の角度で接続されたＧＩＳインターフェースと直列の２．５ｍｍの出口キャップを備えた、垂直位置に取り付けられたＤＡＲＴ ＡＰＩソースである。図１６Ｄは、質量検出器に対して９０度の角度で接続されたスムース連続管表面ＧＩＳインターフェースと直列の２．５ｍｍの出口キャップを備えた、垂直位置に取り付けられたＤＡＲＴ ＡＰＩソースである。
９０度ＧＩＳ構成でＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥを利用すると、試料が存在する場合にのみイオン化種のパルスのタイミングが発生するＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥよりも効率的に分析対象物イオンの生成が可能になり、バックグラウンド種の生成が減少した。バックグラウンド種が少ない結果として、分子間相互作用の可能性が減少した。その結果、分子間相互作用が少なくなると、分析物種は９０度ＧＩＳをより効率的に通過できる。
フェンタニルの迅速で再現性のある脱着と分析は、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥを使用した９０度ＧＩＳで容易になり、試料に存在するすべての分析物イオン種が検出された。これは、超少量試料（２００ｎＬ）の場合にも当てはまり、試料の堆積とイオン化種の前における試料の位置は、正確なロボットシステムの制御下にあった。したがって、拡張Ｘ－Ｙプレートホルダーを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥにより、プレートの前側においてＤＡＲＴ直接イオン化種の組み合わせが可能になる。理論に縛られることを望まないが、パルスキャリアガスを使用して生成されるイオンは絶対数が少なく、分子間イオン－イオン相互作用の可能性を減らし、したがってエルボーをより効率的に通過すると考えられている。
キャップの寸法
イオン化種のソースとメッシュの間の距離に応じて、メッシュに影響を与えるイオン化種のスポットサイズは変化する可能性がある。イオン化種が放出されるキャップ穴のあるキャップを使用して、試料におけるスポットサイズを制限できる。キャップとキャップ穴の寸法は、試料におけるイオン化種のスポットサイズを調整するために選択できる。キャップ（１１７、１１８）は、約０．１ｍｍの下限と約５．０ｍｍの上限との間の距離（１２１）（例えば、０．２、０．３、０．４、および最大４．５、４．６、４．７、４．８、４．９ｍｍなど）だけ延在することができ、ここで、この範囲における約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。本発明の様々な実施形態では、距離（１２１）は、例えば分析される試料の数を含むいくつかの要因に応じてスキャン速度を最適化するために連続的に調整可能であることができる。キャップ穴（１１９）は、卵形、楕円形、長方形、正方形、円形を含む様々な形状をとることができる。円形のキャップ穴（１１９）は、約０．１ｍｍの下限と約５．０ｍｍの上限との間の直径（例えば、０．２、０．３、０．４、および最大４．５、４．６、４．７、４．８、４．９ｍｍなど）を有することができ、ここで、この範囲における約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。非円形のキャップ穴（１１９）の場合、キャップ穴の開口部の最大範囲は、約０．１ｍｍの下限と約５．０ｍｍの上限との間（例えば、０．２、０．３、０．４、および最大４．５、４．６、４．７、４．８、４．９ｍｍ）であることができ、ここで、この範囲における約は、プラスまたはマイナス２０パーセントの空間分解能を意味する。本発明の様々な実施形態において、キャップ穴（１１９）は、スポットサイズおよび空間分解能を最適化するために連続的に調整可能であり、それにより、適切なキャリアガスパルス化および／またはスキャン速度の選択を可能にして、感度を最適化し、バックグラウンド種、汚染物またはアーティファクトの生成を最小限に抑える。
イオン化種のソースとメッシュの間の距離に応じて、メッシュに影響を与えるイオン化種のスポットサイズは変化する可能性がある。イオン化種が放出されるキャップ穴のあるキャップを使用して、試料におけるスポットサイズを制限できる。キャップとキャップ穴の寸法は、試料におけるイオン化種のスポットサイズを調整するために選択できる。キャップ（１１７、１１８）は、約０．１ｍｍの下限と約５．０ｍｍの上限との間の距離（１２１）（例えば、０．２、０．３、０．４、および最大４．５、４．６、４．７、４．８、４．９ｍｍなど）だけ延在することができ、ここで、この範囲における約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。本発明の様々な実施形態では、距離（１２１）は、例えば分析される試料の数を含むいくつかの要因に応じてスキャン速度を最適化するために連続的に調整可能であることができる。キャップ穴（１１９）は、卵形、楕円形、長方形、正方形、円形を含む様々な形状をとることができる。円形のキャップ穴（１１９）は、約０．１ｍｍの下限と約５．０ｍｍの上限との間の直径（例えば、０．２、０．３、０．４、および最大４．５、４．６、４．７、４．８、４．９ｍｍなど）を有することができ、ここで、この範囲における約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。非円形のキャップ穴（１１９）の場合、キャップ穴の開口部の最大範囲は、約０．１ｍｍの下限と約５．０ｍｍの上限との間（例えば、０．２、０．３、０．４、および最大４．５、４．６、４．７、４．８、４．９ｍｍ）であることができ、ここで、この範囲における約は、プラスまたはマイナス２０パーセントの空間分解能を意味する。本発明の様々な実施形態において、キャップ穴（１１９）は、スポットサイズおよび空間分解能を最適化するために連続的に調整可能であり、それにより、適切なキャリアガスパルス化および／またはスキャン速度の選択を可能にして、感度を最適化し、バックグラウンド種、汚染物またはアーティファクトの生成を最小限に抑える。
本発明の実施形態では、図２Ａに示されるように、直径１．０ｍｍの穴（１１９）を備えた狭いキャップ（１１７）について、ＤＡＲＴソースの遠位端（１１５）と試料（１３０）との間の距離（１２１）は、約２．０ｍｍであった。この構成（直径１．０ｍｍの穴と２．０ｍｍの試料までの距離を備える狭いキャップ）は、「１．０ｍｍ出口キャップ」と呼ばれる。１．０ｍｍ出口キャップ構成では、２．２５ｍｍ離れた（つまり、隣接する試料から）スポットを分析することが可能であった。通常、分析された２００ｎＬの試料は、直径約１．１ｍｍのスポットとして乾燥し、約１．１ｍｍ離れたスポットになった。この構成では、スキャン速度が２．５ｍｍ／秒のＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥを使用すると、観察された隣接試料からの種の寄与が最小限に抑えられた（つまり、相互汚染が最小限に抑えられた）。したがって、本発明の一実施形態では、２．５ｍｍ／秒での空間分解能は約１ｍｍである。この範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。
本発明の代替の実施形態では、直径約２．５ｍｍの穴（１１９）、および１．０ｍｍのＤＡＲＴソースの遠位端（１１５）と試料（１３０）との間の距離（１２１）を備えるより長いキャップ（１１８）が、図２Ｂに示されている。この構成（直径２．５ｍｍの穴と１．０ｍｍの試料までの距離を備える長いキャップ）は、「２．５ｍｍ出口キャップ」と呼ばれる。
１５３６試料
本発明の実施形態では、隣接する試料からの種の観察なしに（すなわち、交差汚染なしに）、２．５ｍｍ出口キャップを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥを使用する図１３および１４に示すように、２．２５ｍｍ（ｘ方向）および２．２５ｍｍ（ｙ方向）離れた（すなわち、隣接する試料から）ｘｘｘ試料の２００ｎＬアリコートを適用することによって形成されたスポットを分析することが可能であった。したがって、本発明の一実施形態では、空間分解能は約１ｍｍである。この範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。
本発明の実施形態では、隣接する試料からの種の観察なしに（すなわち、交差汚染なしに）、２．５ｍｍ出口キャップを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥを使用する図１３および１４に示すように、２．２５ｍｍ（ｘ方向）および２．２５ｍｍ（ｙ方向）離れた（すなわち、隣接する試料から）ｘｘｘ試料の２００ｎＬアリコートを適用することによって形成されたスポットを分析することが可能であった。したがって、本発明の一実施形態では、空間分解能は約１ｍｍである。この範囲では、約は、プラスまたはマイナス２０パーセントを意味する。
図１３Ａは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ試料に適用された、コカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびメタドン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するカフェイン（ＳＩＭ １９５．１±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量スペクトルである。図１３Ｂは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ試料に適用された、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、コカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびメタドン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するリドカイン（ＳＩＭ ２３５．２±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量スペクトルである。図１３Ｃは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ試料に適用された、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびメタドン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するコカイン（ＳＩＭ ３０４．３±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量スペクトルである。図１３Ｄは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ試料に適用された、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびコカイン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するメタドン（ＳＩＭ ３１０．２±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量スペクトルである。
図１４Ａは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ（位置１～１２における、１２個の複製）試料に適用された、コカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびメタドン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するカフェイン（ＳＩＭ １９５．１±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量クロマトグラムである。図１４Ｂは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ（位置１～１２における、１２個の複製）試料に適用された、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、コカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびメタドン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するリドカイン（ＳＩＭ ２３５．２±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量クロマトグラムである。図１４Ｃは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ（位置１～１２における、１２個の複製）試料に適用された、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびメタドン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するコカイン（ＳＩＭ ３０４．３±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量クロマトグラムである。図１４Ｄは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ（位置１～１２における、１２個の複製）試料に適用された、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびコカイン（１ｍｇ／ｍＬ）の混合物の２００ｎＬの体積に存在するメタドン（ＳＩＭ ３１０．２±０．５Ｄａ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）質量クロマトグラムである。図１４Ｅは、１５３６試料プレートフォーマットにおいて提示されたメッシュ（位置１～１２における、１２個の複製）試料に適用された、メタドン（１ｍｇ／ｍＬ）、カフェイン（１ｍｇ／ｍＬ）、リドカイン（１ｍｇ／ｍＬ）、およびコカイン（１ｍｇ／ｍＬ）についてのＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップを備える）ＴＩＣである。
ＡＰＩ
ＡＰＩのプロセスには、放電によってガスをイオン化する初期作用が含まれる。プラズマベースのＡＰＩでは、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスの放電により、イオン化されたガス分子、原子、および準安定分子と原子が形成される。これらの帯電した高エネルギー粒子はイオン化源を出て、バックグラウンド化学物質を含む空気中の分子と相互作用する。イオンはその相互作用の間に形成される。これらのイオンは、通常は、（ｉ）例えばＮＯ＋、Ｏ２ －、Ｈ３Ｏ＋などのインタクトのプロトン化または脱プロトン化された分子、（ｉｉ）１つのプロトンを備える水分子のクラスター、及び（ｉｉｉ）バックグラウンド化学物質を含む周囲空気に存在する分子に由来するイオンである。ＡＰＩは、これらのプロトン化された水分子が空気中に存在する分析物と相互作用し、その結果、分析物へのプロトンの移動を生じるときに、分析ツールになる。分析物は、ガスの放電の生成物の経路に配置されたガス、液体または固体として分析物を導入することによってイオン化種に入ることができる。ＡＰＩの２つの形式は、高電圧針と試料が適用された表面との間の放電を使用する大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、および放電と、表面から大気圧へ試料を脱着する加熱ガスとを使用するリアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）（ＤＡＲＴ ＡＰＩ）である。試料がない場合、周囲の空気に存在する分子はイオン化され、検出されると質量スペクトルを生成する。
ＡＰＩのプロセスには、放電によってガスをイオン化する初期作用が含まれる。プラズマベースのＡＰＩでは、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスの放電により、イオン化されたガス分子、原子、および準安定分子と原子が形成される。これらの帯電した高エネルギー粒子はイオン化源を出て、バックグラウンド化学物質を含む空気中の分子と相互作用する。イオンはその相互作用の間に形成される。これらのイオンは、通常は、（ｉ）例えばＮＯ＋、Ｏ２ －、Ｈ３Ｏ＋などのインタクトのプロトン化または脱プロトン化された分子、（ｉｉ）１つのプロトンを備える水分子のクラスター、及び（ｉｉｉ）バックグラウンド化学物質を含む周囲空気に存在する分子に由来するイオンである。ＡＰＩは、これらのプロトン化された水分子が空気中に存在する分析物と相互作用し、その結果、分析物へのプロトンの移動を生じるときに、分析ツールになる。分析物は、ガスの放電の生成物の経路に配置されたガス、液体または固体として分析物を導入することによってイオン化種に入ることができる。ＡＰＩの２つの形式は、高電圧針と試料が適用された表面との間の放電を使用する大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、および放電と、表面から大気圧へ試料を脱着する加熱ガスとを使用するリアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）（ＤＡＲＴ ＡＰＩ）である。試料がない場合、周囲の空気に存在する分子はイオン化され、検出されると質量スペクトルを生成する。
多くの場合、イオン化種に試料を意図的に導入すると、ＡＰＩのサイトに近接して配置された分光計を使用して簡単に測定されるイオンが形成される。
生物学的試料の場合、存在する特定の分子は非常に高いプロトン親和力を持つ。つまり、イオン化種への意図的な導入により、イオン化と、２つの分子および１つのプロトンを含むイオン化二量体の形成が生じる。高プロトン親和力分子は、別の分子またはいくつかの密接に関連する分子と結合して、プロトン化された形で混合二量体または四量体を形成することもできる。プロトンに対するこれらの分子の親和性により、分析方法としてのイオン化方法の使用が禁止される。なぜならば、試料内の他の対象分子がイオン化されないままであることができず、ひいてはＡＰＩのサイトに近接して配置された分光計を使用して検出されないからである。ＡＰＩ実験では、１つの分子または高プロトン親和力分子の集合による結果的なスペクトルの支配は、マトリックス効果が存在する実験として一般的に識別される。
理論的には、周囲イオン化中に、分析対象の試料に分析物よりも効率的にイオン化するバックグラウンド種が含まれている場合、対象の分析物または分子が検出されない場合がある。バックグラウンド化学物質の特性がより競争的になるにつれて、目的の分子の検出が損なわれる。理論に拘束されることを望まないが、イオン化種に対するバックグラウンド化学物質の親和性が増加するにつれて、目的の分子の検出が損なわれ、目的の分子の検出の効率が低下すると考えられている。これは、分析のための方法の使用を妨げる可能性のあるＡＰＩの条件である「マトリックス効果」の現れである。特定の状況でマトリックス効果を引き起こすバックグラウンド化学物質がいくつかある。例えば、尿中の尿素およびタバコ製品中のニコチンアミドの存在は、バックグラウンド化学物質が、試料内の他の化学物質の信頼できる検出を妨げるポイントまで生成されたスペクトルを支配する例である。
本発明の一実施形態では、生成されるイオン化種の量は、１．０ｍｍの出口キャップから２．５ｍｍの出口キャップに変更することによって増加させることができる。同様に、生成されるイオン化種の量は、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥまたはＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥからＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥに変更することで増やすことができる。予期せぬことに、２．５ｍｍの出口キャップを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥと比較して、２．５ｍｍの出口キャップを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥを使用すると、感度を上げることができることが観察された。理論に拘束されることを望まないが、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥの使用によりイオン化種が減少すると、イオン化種のタイムパケットが狭くなり、分析物種とバックグラウンド種間の競合時間が少なくなり、分析物イオンの形成が増加すると考えられている。これには、より広い穴と試料までのより短い距離が必要であり、このことは、減少したイオン化種を相殺できること、およびより広い穴および／またはより短い距離により、より多くのイオン化種のパケットが試料に向けられることが容易になることを示唆する。
図２Ａおよび２Ｂは、イオン化種がキャップ（１１７、１１８）を通ってソースの遠位端を出て、イオンの生成をもたらす周囲雰囲気に存在する分子と相互作用するＡＰＩソース（１１０）を示す。イオンおよび中性ガスは、表面（１３０）に適用された試料を取り巻くイオン化領域（１２０）から、移送管（１４０）の近位端に適用された真空の作用によって分光計（１７０）に引き込まれ、移送管（１４０）には、分光計（１７０）または外部真空ポンプ（１８０）のいずれかによって、遠位端（１５０）において真空が適用される。本発明の一実施形態では、イオンを含有するガスは、移送管（１４０）のその近位端でガスイオン分離器に入り、分光計入口管（１６５）を含む入口領域（１６０）の入口に向かって移動し、そこで、分光計（１７０）の真空またはその真空と外部ポンプ（１８０）の真空の組み合わせのいずれかによって分光計（１７０）に引き込まれる。分光計の入口管（１６５）を通過して分光計（１７０）の体積に入るイオンを含むガスの体積を分析して、イオンの検出および特徴付けを可能にすることができる。試料が適用されていないメッシュから生成された質量スペクトルは、大気中に存在する低質量分子から生成されたイオンと、プラスチックや他の化学物質の生産からの残留性有機分子とによって支配される。実験的試験では、試料の導入には、対象のガスを向けるか、対象の試料を表面（１３０）に配置し、次にこの表面（１３０）がソース（１１０）と分光計（１７０）との間のイオン化領域（１２０）に配置され、これは通常、スペクトルの外観に即座の変化をもたらす。
実施例１
ＭＯＳＱＵＩＴＯ（登録商標）ロボット（ＴＴＰ Ｌａｂｔｅｃｈ、ケンブリッジ、英国）を使用して、８つの試料を、１２ウェルフォーマットを使用して、第１のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ（登録商標）（ＩｏｎＳｅｎｓｅ Ｉｎｃ．、マサチューセッツ州ソーガス）ワイヤーメッシュスクリーン上に堆積させた。試料（コカイン（０．０１ｍｇ／ｍＬ）、フェンタニル（０．０１ｍｇ／ｍＬ）、およびコデイン（０．０１ｍｇ／ｍＬ）の混合物２００ｎＬ）を、図１に示されるように３、４、５、６、７、８、９および１０の位置に配置した。第１のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ（９０）が準備された。レーザーカットされたステンレス鋼メッシュ（５０）が配置された試料カード（４０）を保持するリニアレール（２０）をブランク（３０）に挿入し、図１に示されるように１２個の分析スポット（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２）のそれぞれを３ｍｍ／秒の速度でスキャンするように設定した。
ＭＯＳＱＵＩＴＯ（登録商標）ロボット（ＴＴＰ Ｌａｂｔｅｃｈ、ケンブリッジ、英国）を使用して、８つの試料を、１２ウェルフォーマットを使用して、第１のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ（登録商標）（ＩｏｎＳｅｎｓｅ Ｉｎｃ．、マサチューセッツ州ソーガス）ワイヤーメッシュスクリーン上に堆積させた。試料（コカイン（０．０１ｍｇ／ｍＬ）、フェンタニル（０．０１ｍｇ／ｍＬ）、およびコデイン（０．０１ｍｇ／ｍＬ）の混合物２００ｎＬ）を、図１に示されるように３、４、５、６、７、８、９および１０の位置に配置した。第１のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ（９０）が準備された。レーザーカットされたステンレス鋼メッシュ（５０）が配置された試料カード（４０）を保持するリニアレール（２０）をブランク（３０）に挿入し、図１に示されるように１２個の分析スポット（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２）のそれぞれを３ｍｍ／秒の速度でスキャンするように設定した。
第１のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐ（９０）を、乱用薬物の前駆体イオンを生成するために３００℃の温度に設定されたイオン化種としてのヘリウムを用いてＤＡＲＴ ＡＰＩソースで分析した。図４Ａは、フェンタニル（ＳＩＭ３３７．２±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図４Ｂは、コカイン（ＳＩＭ３０４．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図４Ｃは、コデイン（ＳＩＭ３００．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図４Ｄは、形成されたイオンのポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）ＴＩＣトレースである。試料を適用していない分析スポット（１、２、１１、および１２、図１を参照）で有意なＴＩＣが観察され、環境に存在する分子（フタル酸エステル、パーフルオロアルカンなど）のイオン化によって、試料がイオン化領域に導入されると対象分子のイオン化プロセスの効率を低下させ得るバックグラウンド種の比較的豊富なプールが生成される可能性があることを示している。図１０に示すように、図４Ａ（短い破線）、図４Ｂ（長い破線）、図４Ｃ（二点鎖線）の質量クロマトグラムにおけるピークの幅と、図４Ｄ（実線）におけるＴＩＣピークの幅との比較は、図４Ｄのピークが、図４Ａ～４Ｃで観察されたものよりも広いことを示している。さらに、ＴＩＣトレースの強度は、図４Ａ～４ＣにおけるＳＩＭよりも早い時間に増加する。理論に拘束されることを望まないが、ＴＩＣトレースに寄与する「無関係のイオン」（すなわち、試料に関係のないバックグラウンド化学物質から形成されたイオン）が形成される短い時間間隔が観察されると考えられる。したがって、無関係のイオンを形成するバックグラウンド化学物質が存在し、イオン化種の試料と相互作用または競合する可能性があることが提案されている。したがって、バックグラウンド化学物質が試料と競合する能力を低下させると、試料の分析感度が向上する。
実施例２
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第２のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第２のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
次に、第２のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐを、実施例１と同様に操作されたＤＡＲＴ ＡＰＩソースを使用して分析したが、出口キャップは２．５ｍｍであった。
図５Ａは、フェンタニル（ＳＩＭ３３７．２±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図５Ｂは、コカイン（ＳＩＭ３０４．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図５Ｃは、コデイン（ＳＩＭ３００．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図５Ｄは、メッシュ上の試料位置の関数としての、メッシュから生成されたすべてのイオンのポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）ＴＩＣトレースである。１．０ｍｍ出口キャップ（図４Ｄ）を使用して取得したＴＩＣと、２．５ｍｍ出口キャップ（図５Ｄ）を使用して取得したＴＩＣを比較すると、キャップサイズが大きくなるにつれてイオン化の面積が大きくなることがわかる。キャップを出るガス体積が増加し、バックグラウンドおよび試料からほぼ一定のイオンが生成されるということは、試料がイオン化される前に、イオン化領域にバックグラウンドに関連するイオンが大量に存在することを意味する。イオンの生成は、個々の位置のそれぞれの間に存在する金属タインによって課される物理的障壁の存在にもかかわらず、ほぼ一定である（図１の位置１～１２の間の空白３０を参照）。狭いキャップは、分析用のイオンのより効率的な生成を提供することが観察されるが、バックグラウンド種の生成を制限しないため、バックグラウンド種と試料関連イオン間の競合を減らすことはない。もう一度、図５Ａ～５Ｃの質量クロマトグラムのピークの幅と、ＴＩＣにおけるピークの幅（図５Ｄ）とを比較すると、各試料の分析の前に、試料とは無関係のイオンが存在し、したがって、これらのバックグラウンド化学物質が存在し、イオン化種との相互作用または競合が可能であるほぼ連続した期間が続くことが示される。
実施例３
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第３のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第３のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
次に、第３のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐを、実施例１のように操作されたＤＡＲＴ ＡＰＩソースを使用して分析した。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥでは、第１の試料の提示前にイオン化種がオフになっている場所で試料が不連続に提示され、試料が提示されて３ｍｍ／秒で１秒間移動するときに開始され、その後、分析のために第２の試料が提示されるまで中止される。分析では、１２個の試料すべてに対してパルスガスと移動プロセスが繰り返される。
図６Ａは、フェンタニル（ＳＩＭ３３７．２±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図６Ｂは、コカイン（ＳＩＭ３０４．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図６Ｃは、コデイン（ＳＩＭ３００．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図６Ｄは、形成されたすべてのイオンのポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）ＴＩＣトレースである。試料の分析では、存在する試料が多いほど、観測される信号強度が大きくなると想定される。さらに、より多くの試料がイオン化条件にさらされるように、時間の関数としてイオン化種を通して試料を移動させることによって、より多くの試料イオンを脱着させることができる。これらの仮定は両方とも、提示された結果によって疑問視されている。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）では、試料の移動は、イオン化種の圧力をオフにして、ソースに対するメッシュの位置が、イオン化種が試料に向けられるようになるまでが発生する。イオン化ソース内のキャリアガス圧力の同時活性化と、試料を提示するためのメッシュの移動は、短時間である。図６Ａ、６Ｂ、６Ｃの質量クロマトグラムのピークの幅と、ＴＩＣのピークの幅（図６Ｄ）の比較は、試料の導入前にバックグラウンド化学物質関連イオンが存在しないことを示している（図１１を参照）。つまり、試料分析期間の前に、試料に関係のないイオンが存在するほぼ連続した期間が発生することはない。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃの質量クロマトグラムのピークの形状およびＴＩＣ（図５Ｄ）を調べると、試料が移動するときに試料に関係のないイオンが存在することが示されている。例えば、各ピークのテーリングが観察され、試料イオンがイオン化種のバックグラウンド化学物質分子と競合していることを示している。
実施例４
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第４のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第４のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
次に、第４のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐを、実施例３と同様に操作されたＤＡＲＴ ＡＰＩソースを使用して分析したが、出口キャップは２．５ｍｍであった。
図７Ａは、フェンタニル（ＳＩＭ３３７．２±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図７Ｂは、コカイン（ＳＩＭ３０４．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図７Ｃは、コデイン（ＳＩＭ３００．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図７Ｄは、メッシュ上の試料位置の関数としての、メッシュから形成されたすべてのイオンのポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）ＴＩＣトレースである。１．０ｍｍ出口キャップ（図６Ｄ）を使用して取得したＴＩＣと、２．５ｍｍ出口キャップ（図７Ｄ）を使用して取得したＴＩＣを比較すると、キャップサイズが大きくなるにつれてイオン化の面積が大きくなることがわかる。本発明の実施形態において、イオン化種をメッシュで流動させるために圧力を増加させる前にイオンが存在しないことにより、試料関連イオンの優先的な生成がもたらされた。イオン化種を試料に向けるために圧力が増大させられる前のイオン化種領域への試料の移動が、試料関連イオンの生成を改善することが観察される。ピーク幅の増加と、各質量クロマトグラムのピークテーリングがＣＩＥと比較して増加しているという観察は、バックグラウンドに関連するイオンの生成が発生しており、それらのイオンが試料関連イオンの生成を減少させていることを示すように機能する。
実施例５
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第４のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第４のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
次に、第５のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐは、実施例１のように動作するＤＡＲＴ ＡＰＩソース、つまり１．０ｍｍの出口キャップを使用して分析されたが、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥを使用した（つまり、線形レールは、図１に示すように１２の分析スポット（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２）のそれぞれにジャンプするように設定され、各ジャンプ後１秒間休止し、その間にヘリウムがＤＡＲＴ ＡＰＩ ソースへパルスされた。
図８Ａは、フェンタニル（ＳＩＭ３３７．２±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図８Ｂは、コカイン（ＳＩＭ３０４．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図８Ｃは、コデイン（ＳＩＭ３００．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図８Ｄは、形成されたイオンのポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）ＴＩＣトレースである。本発明の一実施形態では、脱着される試料の量は、試料の所定の位置への移動を完了し、キャリアガスに加えられる圧力を短い間隔で増加させ、次にキャリアガス圧力をオフにすることによって増加する。理論に拘束されることを望まないが、キャリアガスのパルスが加えられると、イオン化種が増加すると考えられている。図８Ａ～８Ｃの質量クロマトグラムのピークの幅とＴＩＣ（図８Ｄ）のピークの幅を比較すると、ガス圧が低下する前およびガス圧が低下した後の短い期間だけバックグラウンド関連のイオンが存在しないことがわかる。試料分析期間の前に、試料に関係のないイオンが生成されているほぼ連続した期間がなく、イオン化種の流れを減らすことによってイオンの生成が時間的に制限され、バックグラウンド種および試料に関連するイオンの生成が効果的に減少する。図８Ａ～８ＣおよびＴＩＣ（図８Ｄ）の質量クロマトグラムのピークの形状を調べると、試料に関連するイオン生成が急速に増加することが示され、固定試料でパルスガス法を使用すると、各ピークのテーリングについて電位が低下する。線が図８ＤのＴＩＣのベースラインに戻ることで示されるようなバックグラウンド種の不在は、ピーク形状信号が不均一であるために以前は行うのが困難であることが証明されている、それほど複雑でないピーク検出アルゴリズムの使用を可能にする。
実施例６
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第６のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
Ｍｏｓｑｕｉｔｏロボットを使用して、第６のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐに実施例１と同じ試料を堆積させた。
次に、第６のＱｕｉｃｋＳｔｒｉｐを、実施例５と同様に操作されたＤＡＲＴ ＡＰＩソースを使用して分析したが、出口キャップは２．５ｍｍであった。
図９Ａは、フェンタニル（ＳＩＭ３３７．２±０．５Ｄａ）のＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図９Ｂは、コカイン（ＳＩＭ３０４．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図９Ｃは、コデイン（ＳＩＭ３００．３±０．５Ｄａ）のポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）質量クロマトグラムである。図９Ｄは、形成されたイオンのポジティブＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）ＴＩＣトレースである。１．０ｍｍ出口キャップ（図８Ｄ）を使用して取得したＴＩＣと２．５ｍｍ出口キャップ（図９Ｄ）を使用して取得したＴＩＣを比較すると、イオン化の領域が２．５ｍｍ出口キャップによって増大される（１．０ｍｍ出口キャップと比較して）のに対し、バックグラウンド種の生成は、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）と比較して、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）では増加しなかった。本発明の実施形態において、イオン化種をメッシュで流動させるために圧力を増加させる前にイオンが存在しないことは、試料に関連するイオンの優先的な生成をもたらした。試料を所定の位置に移動した後、圧力を上げながら短時間キャリアガスを導入すると、試料に関連するイオンが優先的に生成された。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）の質量クロマトグラム（図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）からのピーク幅は狭く、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（１．０ｍｍ出口キャップ）（図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）で観察されたものと同等である。ピークテーリングの減少は顕著であり、２．５ｍｍの出口キャップがバックグラウンド種のより連続的な生成をもたらすことが観察された試料移動実験による連続およびパルスからの観察とは異なり、ピーク存在量の改善が認められる。
本発明の一実施形態では、質量クロマトグラム（図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）で観察される狭くて豊富なピークは、ピーク検出が必要とされないので、ピーク分析を容易にする。質量クロマトグラム（図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）で観察された狭くて豊富なピークでは、質量クロマトグラムに含まれる情報のデジタル表現を生成するためにバックグラウンド減算は必要ない。質量クロマトグラム（図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）では、時間に対するイオン電流の存在量を合計し、ピークの高さに関係なく平均値を生成することが可能である。このようにして、質量クロマトグラム（図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）に含まれる情報のデジタル表現を生成することが可能である。このようにして、２秒のパルスイオン化（ｔ１）と１秒のジャンプと遅延（ｔ２）を使用して、３８４の試料のＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥ（２．５ｍｍ出口キャップ）を分析することが可能であり、これにより、ベースラインで解決されたピークの場合は試料当たり３．４秒、３８４の試料の場合は合計２２分が必要である。３８４の質量クロマトグラムに含まれる情報は、単一のファイルに保存し、解析ソフトウェアを使用してアクセスできる。本発明の一実施形態では、解析ソフトウェアを使用して、単一のファイルに保存された３８４の試料の定量的および定性的情報の両方を決定することができる。本発明の一実施形態では、ピーク検出またはバックグラウンド減算などの操作を必要としないピークを含む質量クロマトグラムを生成し、分析を単一ファイルへの保存と組み合わせることにより、保存ファイルを開いて情報を保存する速度は、サンプリング速度に対する制約ではない。
本発明の実施形態では、試料は２つ以上の試料スポットを含み、第１の試料スポットは第２の試料スポットから距離ｄだけ離れており、２つ以上の試料スポットは、以下のように操作される。１つ以上のイオン化種は、２つの以上のパルスの第１のパルスの時間ｔ１の間、第１の試料スポットに向けられ、１つ以上のイオン化種は、２つ以上のパルスの第２のパルスの時間ｔ１の間、第２の試料スポットに向けられ、ここで、２つ以上のパルスは時間ｔ２だけ分離されており、第１の試料スポットのために分光計によって検出された１つ以上の試料に対応するピーク存在量は、約０．９ｔ１秒の下限と、約１．１ｔ１秒の上限との間で検出され、ピーク存在量に関して約平均プラスまたはマイナス１０％であった。本発明の代替の実施形態では、第１の試料スポットのための分光計によって検出された１つ以上の試料イオンに対応するピークの存在量は、約０．９５ｔ１秒の下限と約１．０５ｔ１秒の上限との間で検出される。本発明の一実施形態では、試料スポットについて分光計によって検出された試料イオンに対応するピーク存在量と比較したバックグラウンドイオンに対応する相対ピーク存在量は、約０．０１の下限と約０．１の上限との間である。
実施例７
ガスのパルスは、出口キャップの近位側のガス圧を下げて（図２（１１９））、次にそれを上げて、メッシュへのガスの流れを確立することによって完了する。キャリアガスの流れが大きいほど、メッシュに向かうイオン化種の移動が大きくなる。試料からの対象イオンの生成に対するキャリアガスフロー（例えば、キャリアガス体積）の影響を調べるために、同じ体積の試料を、１．０ｍｍの出口キャップを出るイオン化種を２．５ｍｍの出口キャップを出るイオン化種に対してさらし、穴の近位側の圧力が等しい場合、出口オリフィスを流れるガスの体積は、２．５ｍｍ出口キャップの方が大きくなる。２００ｎＬ試料中の分析物フェンタニルのＳＩＭの比較を使用して、１．０ｍｍ出口キャップ（図４Ａ）対２．５ｍｍ出口キャップ（図５Ａ）を出るガスの場合のプロトン化分子の相対存在量の比較は以下の点で劇的である。より多くのイオン化種がメッシュ上の試料に向けられると、相対的な存在量が劇的に減少する。コカイン（図４Ｂ）対（図５Ｂ）、およびコデイン（図４Ｃ）対（図５Ｃ）についても同様の結果が観察される。各分析で生成されたすべてのイオンの相対存在量を調べると、１．００出口キャップ（図４Ｄ）対２．５ｍｍ出口キャップ（図５Ｄ）を使用して生成されたＴＩＣは、以下のことを示す。１．０ｍｍ出口キャップの相対存在量が、２．５ｍｍ出口キャップに関して顕著であるように見えるのに対し、２．５ｍｍ出口キャップを使用した場合のイオンのほぼ連続的な生成と検出により、分析対象物イオンの生成を減少させる著しくより大きな体積のイオンが生成される。２．５ｍｍ出口キャップ実験で生成されたイオンの連続体は、生成されたバックグラウンド種を示し、これらのイオンは、検出可能な分析物の生成に利用できるイオン化種の体積を減らしていることが観察される。
ガスのパルスは、出口キャップの近位側のガス圧を下げて（図２（１１９））、次にそれを上げて、メッシュへのガスの流れを確立することによって完了する。キャリアガスの流れが大きいほど、メッシュに向かうイオン化種の移動が大きくなる。試料からの対象イオンの生成に対するキャリアガスフロー（例えば、キャリアガス体積）の影響を調べるために、同じ体積の試料を、１．０ｍｍの出口キャップを出るイオン化種を２．５ｍｍの出口キャップを出るイオン化種に対してさらし、穴の近位側の圧力が等しい場合、出口オリフィスを流れるガスの体積は、２．５ｍｍ出口キャップの方が大きくなる。２００ｎＬ試料中の分析物フェンタニルのＳＩＭの比較を使用して、１．０ｍｍ出口キャップ（図４Ａ）対２．５ｍｍ出口キャップ（図５Ａ）を出るガスの場合のプロトン化分子の相対存在量の比較は以下の点で劇的である。より多くのイオン化種がメッシュ上の試料に向けられると、相対的な存在量が劇的に減少する。コカイン（図４Ｂ）対（図５Ｂ）、およびコデイン（図４Ｃ）対（図５Ｃ）についても同様の結果が観察される。各分析で生成されたすべてのイオンの相対存在量を調べると、１．００出口キャップ（図４Ｄ）対２．５ｍｍ出口キャップ（図５Ｄ）を使用して生成されたＴＩＣは、以下のことを示す。１．０ｍｍ出口キャップの相対存在量が、２．５ｍｍ出口キャップに関して顕著であるように見えるのに対し、２．５ｍｍ出口キャップを使用した場合のイオンのほぼ連続的な生成と検出により、分析対象物イオンの生成を減少させる著しくより大きな体積のイオンが生成される。２．５ｍｍ出口キャップ実験で生成されたイオンの連続体は、生成されたバックグラウンド種を示し、これらのイオンは、検出可能な分析物の生成に利用できるイオン化種の体積を減らしていることが観察される。
実施例５～７に記載されている実験は、パルスイオン化および試料移動なしの検出に対するバックグラウンド種の影響を示す。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥでのイオン生成に対する出口キャップの影響の検査は、２００ｎＬ試料中の分析物フェンタニルのＳＩＭを検査することによって行われる。１．０ｍｍの出口キャップ（図６Ａ）対２．５ｍｍの出口キャップ（図７Ａ）でプロトン化された分子の相対的な存在量を比較すると、以下のことが分かる。出口キャップの効果はＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥおよびＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥの違いほど顕著ではない。フェンタニル関連イオンの相対存在量は、１．０ｍｍの出口キャップを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（図５Ａを参照）の方が多い。同様の結果が、コカイン（図６Ｂ）対（図７Ｂ）、およびコデイン（図６Ｃ）対（図７Ｃ）で観察される。各分析で生成されたすべてのイオンの相対的な存在量を調べると、１．０ｍｍの出口キャップ（図６Ｄ）対２．５ｍｍの出口キャップ（図７Ｄ）を使用して生成されたＴＩＣは、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥの場合により類似している。メッシュへのガスの流れが多いにもかかわらず、イオンの相対的な存在量はより同等であるからである。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥの場合、分析物からのイオンの生成に改善が見られるが、２．５ｍｍの出口キャップは依然としてバックグラウンド物質のイオン化を誘発するようであり、したがって理想的ではない。
実施例５～７で説明した実験により、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥを使用した検出に対するバックグラウンドの影響が特定された。ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥの実験条件では、生成された質量スペクトルが試料関連イオンにおいて豊富である期間が短く、試料がメッシュに適用されたスポットが、もはやイオン化種によって影響を受ける領域にないため、試料関連イオンが減少する。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥにおけるイオンの生成に対する出口キャップの効果の検査は、２００ｎＬの試料中の分析物フェンタニルについてのＳＩＭの検査によって行われる。１．０ｍｍ出口キャップ（図８Ａ）対２．５ｍｍ出口キャップ（図９Ａ）を出るガスの場合のプロトン化分子の相対存在量の比較は、２．５ｍｍ出口キャップの場合に著しく改善されており、相対存在量とフェンタニルＳＩＭの劇的な上昇と下降は、１．０ｍｍ出口キャップに比べて改善されている。同様の結果が、コカイン（図８Ｂ）対（図９Ｂ）、およびコデイン（図８Ｃ）対（図９Ｃ）で観察される。各分析で生成されたすべてのイオンの相対的な存在量を調べると、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥでは２．５ｍｍの出口キャップが分析対象物の検出を改善することがわかる。１．０ｍｍの出口キャップ（図８Ｄ）を使用して生成されたＴＩＣは、２．５ｍｍの出口キャップ（図９Ｄ）で生成されたものよりも少量のイオンの生成を示すが、バックグラウンド種ではなく分析物のイオンを生成することが最も望ましいので、２．５ｍｍ出口キャップを備えたＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥが好ましい。
本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥは、バックグラウンド種からの干渉が少ないことを示す、より均一なピークを生成することが観察される。本発明の一実施形態では、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＰＥおよびＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥは、分析中に試料がターゲットから完全に除去される可能性を低減し、バックグラウンド種のイオン化の可能性を制限する。本発明の実施形態では、試料の脱着およびイオン化の両方に十分なガスの流れは、デバイスの圧力および流れをパルスの持続時間と一致させて、その持続時間以下にわたって試料を最適に脱着することによって達成される。異なる出口キャップで改善されたシグナルの観察は、試料サイズが変化する可能性があるため、より大きな表面積からイオン化する必要があるかもしれないという点で重要である。より多くのイオン化種を２．５ｍｍ出口キャップに流すと、ＤＡＲＴ ＡＰＩ ＣＩＥ（図４および図５を参照）およびＴＩＣがベースラインに戻らなかったＤＡＲＴ ＡＰＩ ＨＥに示すように、より広いイオン化フィールドが得られる。イオン化のより広いフィールドは、試料がより低い位置精度で適用されるか、試料がより広い領域に分散された場合に、改善された結果をもたらす可能性がある。ただし、正確な位置決め精度と少量の試料を適用すれば、より広いイオン化フィールドは必要ない。他方、キャリアガスの不十分な流れもまた、おそらく回避されるべき条件である。つまり、試料を正常にイオン化するのに十分なイオン化種が必要である。
試料を分析する際の一般的な前提は、存在する試料が多いほど、その試料で観察される信号強度が大きくなることである。さらに、その前提から、脱着される試料イオンの量は、すべての試料が脱着されるように、時間の関数としてイオン化種を通して試料を移動させることによって増加させることができるということになる。予期しない結果では、提示された結果に基づいて、これら両方の前提条件の基盤が疑問視される可能性がある。予期しない結果として、（ｉ）体積を減らした試料を正確に配置し、（ｉｉ）試料に対するイオン化種の位置を移動せずに、試料上にイオン化種の短いパルスを正確に配置することにより、感度の向上を観察できる。
本明細書で企図される実施形態は、以下の実施形態Ｒ１－Ｒ３５、Ｓ１およびＴ１－Ｔ５０をさらに含む。
本明細書で企図される実施形態は、以下の実施形態Ｒ１－Ｒ３５、Ｓ１およびＴ１－Ｔ５０をさらに含む。
実施形態Ｒ１．大気圧イオン化のために大量の生物学的試料を堆積させるためのサンプラーであって、試料の領域を制限するように設計されたメッシュと、大気中に形成されたイオン化種を制限された区域の試料に向けることができる供給部と、イオン化種によって形成された試料イオンを分析するための分光計とを含む、サンプラー。
実施形態Ｒ２．試料は、メッシュ上に吸着される、吸収される、結合される、および含まれるのうちの１つ以上である、実施形態Ｒ１のサンプラー。
実施形態Ｒ３．イオン化種と相互作用するようにメッシュを配置するための手段をさらに含む、実施形態Ｒ１またはＲ２のサンプラー。
実施形態Ｒ４．表面上の希釈された試料密度は、１平方ミリメートル当たり約１ピコグラムの下限と、１平方ミリメートル当たり約１ナノグラムとの間にある、実施形態Ｒ１～Ｒ３のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｒ５．イオン化種は、ガス中に分散されたイオン化種を含む、実施形態Ｒ１～Ｒ４のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｒ６．イオン化種が希釈された試料と相互作用した後、試料イオンが分光計に入る前に導入されたガスイオン分離器をさらに含む、実施形態Ｒ１～Ｒ５のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｒ７．メッシュがグリッドである、実施形態Ｒ１～Ｒ６のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｒ８．イオン化種に対してメッシュを移動させるための手段をさらに含む、実施形態Ｒ１～Ｒ７のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｒ９．血清中に存在する試料のパルス大気圧イオン化用のイオン化装置であって、表面積を制限するように設計された表面と、試料を受け取るようにプログラムされ、制限領域試料を生成するようにプログラムされ、試料を制限領域表面に送達するようにプログラムされたロボットであって、表面の試料密度は、１平方ミリメートル当たり約１ナノグラム未満であるロボットと、表面の制限された領域の試料にパルス大気イオン化源から形成されたイオン化種を向けることができる供給部とを含む、イオン化装置。
実施形態Ｒ１０．希釈された試料は、表面上に吸着される、吸収される、結合される、および含まれるのうちの１つ以上である、実施形態Ｒ９のイオン化装置。
実施形態Ｒ１１．イオン化種と相互作用するように表面を配置するための手段をさらに含む、実施形態Ｒ９またはＲ１０のイオン化装置。
実施形態Ｒ１２．イオン化種は、ガス中に分散されたイオン化種を含む、実施形態Ｒ９～Ｒ１１のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１３．さらにガスイオン分離器を含む、実施形態Ｒ９～Ｒ１２のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１４．表面がグリッドである、実施形態Ｒ９～Ｒ１３のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１５．イオン化種に対して表面を移動させるための手段をさらに含む、実施形態Ｒ９～Ｒ１４のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１６．表面が複数の試料を支持し、複数の試料は、イオン化種が隣接する試料から試料材料を同時に脱着しないのに十分な距離で分離されている、実施形態Ｒ９～Ｒ１５のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１７．表面が可動ステージに取り付けられており、ステージ速度は、イオン化種が隣接する試料から試料材料を同時に脱着しないような速度で試料をイオン化種を通して移動させるように制御される、実施形態Ｒ９～Ｒ１６のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１８．表面の速度が、隣接する試料とは無関係に試料が完全に気化するのに十分である、実施形態Ｒ９～Ｒ１７のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ１９．表面の速度は、１平方ミリメートル当たりの表面上の試料密度を増加させることができるのに十分である、実施形態Ｒ９～Ｒ１８のいずれか１つのイオン化装置。
実施形態Ｒ２０．試料をイオン化する方法であって、試料を受け取ることと、試料を水で希釈することと、希釈した試料をグリッドに適用することと、パルス大気圧イオン化源の前のグリッド上で試料を通過させることとを含む、方法。
実施形態Ｒ２１．試料が大気圧イオン化源の前を調整された速度で通過する、実施形態Ｒ２０の方法。
実施形態Ｒ２２．マトリックス効果を低減するために、調整された速度が増加される、実施形態Ｒ２０またはＲ２１の方法。
実施形態Ｒ２３．パルス大気圧イオン化源を出るイオン化種の流れが不連続である、実施形態Ｒ２０～Ｒ２２のいずれか１つの方法。
実施形態Ｒ２４．パルス大気圧イオン化源を出るイオン化種の流れは、試料が、その試料の分析を完了するためにイオン化源出口の前の位置に移動したときに開始される、実施形態Ｒ２０～Ｒ２３のいずれか１つの方法。
実施形態Ｒ２５．パルス大気圧イオン化源を出るイオン化種の流れと、流れの近位の位置への試料の流入とが時間的に一致する、実施形態Ｒ２０～Ｒ２４のいずれか１つの方法。
実施形態Ｒ２６．一致する期間が試料の不完全な脱着に時間的に制限される、実施形態Ｒ２５の方法。
実施形態Ｒ２７．不完全な脱着が、イオン化された試料のよりガウス分布の生成をもたらす、実施形態Ｒ２６の方法。
実施形態Ｒ２８．試料関連イオンのガウス分布が、より均一なデータパケットの収集を可能にする、実施形態Ｒ２７の方法。
実施形態Ｒ２９．グリッド上に存在する試料が完全に脱着されたときに通常収集されるであろうデータのバックグラウンド減算を必要とせずに、統計分析プログラムを使用してデータの均一なパケットを処理することができる、実施形態Ｒ２８の方法。
実施形態Ｒ３０．データのより均一なパケットを使用することによって統計分析の結果が改善される、実施形態Ｒ２９の方法。
実施形態Ｒ３１．パルス大気圧イオン化源を出るイオン化種の流れが不連続であり、分析に必要なガスの体積を減らすことができる、実施形態Ｒ３０の方法。
実施形態Ｒ３２．ＤＡＲＴ実験における試料の脱着およびイオン化に必要なキャリアガスの体積が９５パーセントを超えて減少する、実施形態Ｒ３１の方法。
実施形態Ｒ３３．キャリアガスパルスの使用が、グリッド上に提示された試料に関係のないイオンの生成を排除する、実施形態Ｒ３２の方法。
実施形態Ｒ３４．イオン化種を生成するためのキャリアガスパルスの使用を第２のガスキャリアガスのパルスと組み合わせて、イオン化された試料と、一般にドーパントと呼ばれる第２のガスとの反応によって試料中に存在する異なる物質の選択的イオン化を可能にする、実施形態Ｒ３３の方法。
実施形態Ｒ３５．大気圧イオン化装置であって、試料と接触するように適合されたメッシュと、パルスキャリアガスを生成するように適合されたキャリアガス供給部と、第１の大気圧チャンバーであって、パルスキャリアガス用の入口、その中の第１の電極、およびパルスキャリアガス中に放電を生成し、少なくとも準安定の中性励起状態種を生成する対電極を有する第１の大気圧チャンバーと、大気で形成されたイオン化種をメッシュに向けるための出口ポートと、メッシュ上の試料と相互作用するイオン化種によって形成された試料イオンを分析するための分光計とを含む、大気圧イオン化装置。
実施形態Ｓ１．試料をイオン化するための拍動流大気圧イオン化装置であって、第１の大気圧チャンバーであって、キャリアガス用の入口、第１の電極、対電極、および出口ポート、を含む、第１の大気圧チャンバーと、第１の電極および対電極に通電し、第１の電極と対電極との間に電流を提供し、放電を生成するように構成された電源と、キャリアガスの２つ以上のパルスを第１の大気圧チャンバーに導入するように構成された圧力調整器と、を含み、２つ以上のパルスは時間ｔによって分離されており、電源は、ｔの時間の間連続的に作動し、キャリアガスの２つ以上のパルスのそれぞれが放電と相互作用すると、１つ以上のイオン化種が生成され、１つ以上のイオン化種とパルスキャリアガスとの気体接触は、大気に形成された１つ以上のイオン化種を、出口ポートを介して試料へ向け、これにより、試料のイオンを形成する、拍動流大気圧イオン化装置。
実施形態Ｔ１．試料をイオン化するための拍動流大気圧イオン化装置であって、第１の大気圧チャンバーであって、キャリアガス用の入口、第１の電極、対電極、および出口ポート、を含む第１の大気圧チャンバーと、第１の電極および対電極に通電し、第１の電極と対電極との間に電流を提供し、放電を生成するように構成された電源と、キャリアガスの２つ以上のパルスを第１の大気圧チャンバーに導入するように構成された圧力調整器と、を含み、キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間が、時間ｔ１の間であり、キャリアガスの２つ以上のパルス、時間ｔ２によって分離されており、時間ｔ１の間のキャリアガスの２つ以上のパルスと放電との相互作用が、１つ以上のイオン化種を生成し、１つ以上のイオン化種とキャリアガスの２つ以上のパルスとの間の気体接触が、大気中で形成された１つ以上のイオン化種を、出口ポートを介して試料へ向け、これにより、試料のイオンを形成する、拍動流大気圧イオン化装置。
実施形態Ｔ２．電源は、第１の電極および対電極に連続的に通電するように構成されている、実施形態Ｔ１のサンプラー。
実施形態Ｔ３．１つ以上のイオン化種が、イオン、電子、高温原子、高温分子、ラジカル、および準安定中性励起状態種を含む、実施形態Ｔ１またはＴ２のサンプラー。
実施形態Ｔ４．試料は、メッシュに適用された分析物、ディップイットプローブ、ＳＰＭＥファイバー、チケット付きのワンド、ガラスもしくは金属のスライド、フィラメント、ガラスもしくは金属のロッド、ファイバー、またはワイヤーループを含む、実施形態Ｔ１～Ｔ３のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ５．出口ポートにキャップをさらに含み、キャップは、約０．１ｍｍの下限と、約４ｍｍの上限との間の出口穴を有する、実施形態Ｔ１～Ｔ４のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ６．試料が、２つ以上の試料スポットを含み、第１の試料スポットが、第２の試料スポットから距離ｄだけ分離されており、２つ以上の試料スポットは、１つ以上のイオン化種が、キャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第１のパルスの時間ｔ１の間に第１の試料スポットに向けられ、１つ以上のイオン化種が、キャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第２のパルスの時間ｔ１の間に第２の試料スポットに向けられるように、操作される、実施形態Ｔ１～Ｔ５のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ７．２つ以上の試料スポットは、２つ以上の試料スポットが時間ｔ１の間静止したままであるように操作される、実施形態Ｔ６のサンプラー。
実施形態Ｔ８．２つ以上の試料スポットは時間ｔ２の間、１つ以上のイオン化種が第１の試料スポットから第２の試料スポットに向けられるように操作される、実施形態Ｔ６またはＴ７のサンプラー。
実施形態Ｔ９．２つ以上の試料スポットは、２つ以上の試料スポットが時間ｔ２の間に距離ｄにわたって移動されるように操作される、実施形態Ｔ６～Ｔ８のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ１０．距離ｄが、約０．５ｍｍの下限と約９ｍｍの上限との間である、実施形態Ｔ９のサンプラー。
実施形態Ｔ１１．出口穴を備えた出口ポートにキャップをさらに含み、出口穴の寸法は、約０．２ｍｍの下限と約９ｍｍの上限との間の空間分解能を生成するように選択される、実施形態Ｔ１～Ｔ６のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ１２．試料が２つ以上の試料スポットを含み、第１の試料スポットが第２の試料スポットから距離ｄだけ分離されており、空間分解能が距離ｄに基づいて選択される、実施形態Ｔ１１のサンプラー。
実施形態Ｔ１３．生成される放電が、コロナ放電、アーク放電、およびグロー放電のうちの１つ以上である、実施形態Ｔ１～Ｔ１２のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ１４．時間ｔ１は、約０．１秒の下限と約１０秒の上限との間である、実施形態Ｔ１～Ｔ１３のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ１５．時間ｔ２は、約０．１秒の下限と約１０秒の上限との間である、実施形態Ｔ１～Ｔ１４のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ１６．第１の大気圧チャンバーと流体連絡する加熱要素をさらに含む、実施形態Ｔ１～Ｔ１５のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ１７．キャリアガスが加熱要素の近くを通過する、実施形態Ｔ１６のサンプラー。
実施形態Ｔ１８．キャリアガスが約１００℃の下限と約５００℃の上限との間の温度に加熱された、実施形態Ｔ１６またはＴ１７のサンプラー。
実施形態Ｔ１９．出口ポートに配置されたグリッドをさらに含む、実施形態Ｔ１～Ｔ１８のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ２０．帯電種を偏向させるために第１の電位がグリッドに印加される、実施形態Ｔ１９のサンプラー。
実施形態Ｔ２１．キャリアガス圧力は、約０ｐｓｉの下限と約８０ｐｓｉの上限との間にある、実施形態Ｔ１～Ｔ２０のいずれか１つのサンプラー。
実施形態Ｔ２２．試料を分析するためのデバイスであって、第１の大気圧チャンバーであって、キャリアガス用の入口、第１の電極、対電極、および出口ポート、を含む第１の大気圧チャンバーと、第１の電極および対電極に通電し、第１の電極と対電極との間に電流を提供し、放電を生成するように構成された電源と、キャリアガスを第１の大気圧チャンバーに導入し、キャリアガスの２つ以上のパルスを生成するように構成された圧力調整器とを含み、キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間は、時間ｔ１の間であり、キャリアガスの２つ以上のパルスは、時間ｔ２によって分離されており、時間ｔ１の間のキャリアガスの２つ以上のパルスと放電との相互作用は、１つ以上のイオン化種を生成し、１つ以上のイオン化種とキャリアガスの２つ以上のパルスとの間の気体接触は、大気に形成された１つ以上のイオン化種を、出口ポートを介して試料に向け、１つ以上の試料イオンを生成し、１つ以上の試料イオンを分析するための分光計を含む、デバイス。
実施形態Ｔ２３．電源が、第１の電極および対電極に連続的に通電するように構成されている、実施形態Ｔ２２のデバイス。
実施形態Ｔ２４．１つ以上のイオン化種が、イオン、電子、高温原子、高温分子、ラジカル、および準安定中性励起状態種を含む、実施形態Ｔ２２またはＴ２３のデバイス。
実施形態Ｔ２５．試料は、メッシュに適用された分析物、ディップイットプローブ、ＳＰＭＥファイバー、チケット付きのワンド、ガラスもしくは金属のスライド、フィラメント、ガラスもしくは金属のロッド、ファイバー、またはワイヤーループである、実施形態Ｔ２２～Ｔ２４のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ２６．ガスイオン分離器をさらに含む、実施形態Ｔ２２～Ｔ２５のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ２７．ガスイオン分離器が、低質量イオンと比較して１つ以上の試料イオンのピーク存在量を増加させる、実施形態Ｔ２２～Ｔ２６のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ２８．試料を分析するためのデバイスであって、第１の大気圧チャンバーであって、キャリアガス用の入口、第１の電極、対電極、および出口ポート、を含む、第１の大気圧チャンバーと、第１の電極および対電極に通電し、第１の電極と対電極との間に電流を提供し、放電を生成するように構成された電源と、キャリアガスを第１の大気圧チャンバーに導入し、キャリアガスの２つ以上のパルスを生成するように構成された圧力調整器とを含み、キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間は、時間ｔ１の間であり、キャリアガスの２つ以上のパルスは、時間ｔ２によって分離されており、時間ｔ１の間のキャリアガスの２つ以上のパルスと放電との相互作用は、１つ以上のイオン化種を生成し、１つ以上のイオン化種とキャリアガスの２つ以上のパルスとの間の気体接触は、大気に形成された１つ以上のイオン化種を、出口ポートを介して試料に向け、１つ以上の試料イオンを生成し、１つ以上の試料イオンの分析から質量クロマトグラムを生成するための分光計を含む、デバイス。
実施形態Ｔ２９．電源が、第１の電極および対電極に連続的に通電するように構成されている、実施形態Ｔ２８のデバイス。
実施形態Ｔ３０．１つ以上のイオン化種が、イオン、電子、高温原子、高温分子、ラジカル、および準安定中性励起状態種を含む、実施形態Ｔ２８またはＴ２９のデバイス。
実施形態Ｔ３１．試料は、メッシュに適用された分析物、ディップイットプローブ、ＳＰＭＥファイバー、チケット付きのワンド、ガラスもしくは金属のスライド、フィラメント、ガラスもしくは金属のロッド、ファイバー、またはワイヤーループである、実施形態Ｔ２８～Ｔ３０のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３２．試料が、２つ以上の試料スポットを含み、第１の試料スポットが、第２の試料スポットから距離ｄだけ分離されており、２つ以上の試料スポットは、１つ以上のイオン化種が、キャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第１のパルスの時間ｔ１の間に第１の試料スポットに向けられ、１つ以上のイオン化種が、キャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第２のパルスの時間ｔ１の間に第２の試料スポットに向けられるように、操作される、実施形態Ｔ２８～Ｔ３１のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３３．２つ以上の試料スポットは、２つ以上の試料スポットが時間ｔ１の間静止したままであるように操作される、実施形態Ｔ２８～Ｔ３２のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３４．２つ以上の試料スポットは時間ｔ２の間、１つ以上のイオン化種が第１の試料スポットから第２の試料スポットに向けられるように操作される、実施形態Ｔ２８～Ｔ３３のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３５．ガスイオン分離器をさらに含む、実施形態Ｔ２８～Ｔ３４のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３６．ガスイオン分離器が、低質量イオンと比較して１つ以上の試料イオンのピーク存在量を増加させる、実施形態Ｔ３５のデバイス。
実施形態Ｔ３７．時間ｔ２の間にバックグラウンドイオンが検出されない、実施形態Ｔ２８～Ｔ３６のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３８．第１の試料スポットについて分光計によって検出された１つ以上の試料イオンに対応するピーク存在量と比較したバックグラウンドイオンに対応する相対ピーク存在量は、約０．０１の下限と約０．１の上限との間である、実施形態Ｔ２８～Ｔ３７のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ３９．分光計によって検出された１つ以上の試料イオンが時間ｔ１の間に検出される、実施形態Ｔ２８～Ｔ３８のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ４０．第１の試料スポットに対応する分光計によって検出された１つ以上の試料イオンが時間ｔ１の間に検出される、実施形態Ｔ２８～Ｔ３９のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ４１．第１の試料スポットのための分光計によって検出された１つ以上の試料イオンに対応するピークの存在量は、約０．９×ｔ１秒の下限と約１．１×ｔ１秒の上限との間で検出される、実施形態Ｔ２８～Ｔ４０のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ４２．質量クロマトグラムの１つ以上のピークが、ピーク検出を必要としない、実施形態Ｔ２８～Ｔ４１のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ４３．時間ｔ１の間のピーク存在量が、ピーク検出の必要性を排除する、実施形態Ｔ２８～Ｔ４２のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ４４．複数の試料のための質量クロマトグラムが、１つのデータファイルに格納されている、実施形態Ｔ２８～Ｔ４３のいずれか１つのデバイス。
実施形態Ｔ４５．拍動流大気圧イオン化装置を用いて分析物をイオン化する方法であって、（ａ）第１の電極から間隔を置いて配置された第２の電極に対して第１の電極に通電することであって、第１の電極および第２の電極はチャンバー内に配置されており、チャンバーは、ガス入口および出口を含み、第２の電極に対して第１の電極に通電することは放電を生成する、通電することと、（ｂ）ガス入口を通じてチャンバー内にキャリアガスの２つ以上のパルスを導入することであって、キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間がｔ１であり、キャリアガスの２つ以上のパルスは時間ｔ２によって分離されている、導入することと、（ｃ）キャリアガスの２つ以上のパルスのイオン、電子、および励起状態種を生成することと、（ｄ）イオン、電子、励起状態種を分析物に向けることとを含む、方法。
実施形態Ｔ４６．時間ｔ１＋ｔ２の間、第２の電極が第１の電極に対して連続的に通電される、実施形態Ｔ４５の方法。
実施形態Ｔ４７．分析物が第１の試料スポットおよび第２の試料スポットを含み、第１の試料スポットが第２の試料スポットから距離ｄだけ分離され、さらに（ｅ）イオン、電子、励起状態種がキャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第１のパルスの間に第１の試料スポットに向けられ、イオン、電子、励起状態種がキャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第２のパルスの間に第２の試料スポットに向けられるように、第１の試料スポットおよび第２の試料スポットを操作することを含む、実施形態Ｔ４５またはＴ４６の方法。
実施形態Ｔ４８．（ｆ）第１の持続時間ｔ１の間、第１の試料スポットを静止状態に保持することをさらに含む、実施形態Ｔ４７の方法。
実施形態Ｔ４９．（ｇ）第２の持続時間ｔ１の間、第２の試料スポットを静止状態に保持することをさらに含む、実施形態Ｔ４８の方法。
実施形態Ｔ５０．（ｈ）時間ｔ２の間、第１の試料スポットから第２の試料スポットに移動することをさらに含む、実施形態Ｔ４９の方法。
本発明の方法、システム、および構成要素の例示的な実施形態は、本明細書に記載されている。他の場所で述べたように、これらの例示的な実施形態は、例示の目的でのみ説明されており、限定するものではない。他の実施形態が可能であり、本発明によってカバーされる。そのような実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、関連技術分野の当業者には明らかであろう。例えば、上記の様々な図および実施形態に示される実際の形状に関係なく、入口管の外径出口は先細りまたは非先細りであることができ、出口管の外径入口は先細りまたは非先細りであることができることが想定される。
したがって、本発明の幅および範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物に従ってのみ定義されるべきである。
Claims (15)
- 試料のパルス式大気イオン化のためのイオン化装置であって、
第１の大気圧チャンバーであって、
キャリアガス用の入口、
第１の電極、
対電極、および
出口ポート、を含む第１の大気圧チャンバーと、
前記第１の電極および前記対電極に通電し、前記第１の電極と前記対電極との間に電流を供給して放電を生成するように構成された電源と、
キャリアガスを前記第１の大気圧チャンバー内へパルス化して、前記試料のイオンを形成するキャリアガスの２つ以上のパルスを生成するように構成されたパルス生成器と、を含むイオン化装置。 - キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間が、時間ｔ１である、請求項１に記載のイオン化装置。
- 前記キャリアガスの２つ以上のパルスが、時間ｔ２によって分離されている、請求項１または２に記載のイオン化装置。
- 前記時間ｔ１の間の前記キャリアガスの２つ以上のパルスと、前記放電との相互作用が、１つ以上のイオン化種を生成する、請求項２または３に記載のイオン化装置。
- 前記１つ以上のイオン化種と、前記キャリアガスの２つ以上のパルスとの間の気体接触が、大気中で形成された前記１つ以上のイオン化種を、前記出口ポートを通じて前記試料へ向ける、請求項２～４のいずれか一項に記載のイオン化装置。
- 前記電源が、前記第１の電極および前記対電極に連続的に通電するように構成されている、請求項２～５のいずれか一項に記載のイオン化装置。
- 前記１つ以上のイオン化種が、イオン、電子、高温原子、高温分子、ラジカル、および準安定中性励起状態種を含む、請求項２～６のいずれか一項に記載のイオン化装置。
- 前記試料が、メッシュに適用された分析物、ディップイットプローブ、ＳＰＭＥファイバー、チケット付きのワンド、ガラスもしくは金属のスライド、フィラメント、ガラスもしくは金属のロッド、ファイバー、またはワイヤーループを含む、請求項２～７のいずれか一項に記載のイオン化装置。
- 前記出口ポートにキャップをさらに含み、前記キャップは、
約０．１ｍｍの下限と、
約４ｍｍの上限との間の出口穴を有する、請求項２～８のいずれか一項に記載のイオン化装置。 - 前記試料が、２つ以上の試料スポットを含み、第１の試料スポットが、第２の試料スポットから距離ｄだけ分離されており、前記２つ以上の試料スポットは、前記１つ以上のイオン化種が、前記キャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第１のパルスの時間ｔ１の間に前記第１の試料スポットに向けられ、前記１つ以上のイオン化種が、前記キャリアガスの２つ以上のパルスのうちの第２のパルスの時間ｔ１の間に前記第２の試料スポットに向けられるように、操作される、請求項２～９のいずれか一項に記載のイオン化装置。
- 前記２つ以上の試料スポットは、前記２つ以上の試料スポットが前記時間ｔ１の間静止したままであるように操作される、請求項１０に記載のイオン化装置。
- 前記２つ以上の試料スポットは前記時間ｔ２の間、前記１つ以上のイオン化種が前記第１の試料スポットから前記第２の試料スポットに向けられるように操作される、請求項１０に記載のイオン化装置。
- 試料をイオン化するための装置であって
第１の大気圧チャンバーであって、
キャリアガス用の入口、
第１の電極、
対電極、および
出口ポート、を含む第１の大気圧チャンバーと、
前記第１の電極および前記対電極に通電し、前記第１の電極と前記対電極との間に電流を供給して放電を生成するように構成された電源と、
キャリアガスを前記第１の大気圧チャンバーに導入して、キャリアガスの２つ以上のパルスを生成するように構成されたパルス生成器であって、キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間が、時間ｔ１であり、前記キャリアガスの２つ以上のパルスが、時間ｔ２によって分離されており、前記時間ｔ１の間の前記キャリアガスの２つ以上のパルスと、前記放電との相互作用が、１つ以上のイオン化種を生成し、前記１つ以上のイオン化種と、前記キャリアガスの２つ以上のパルスとの気体接触が、大気中に形成された前記１つ以上のイオン化種を前記出口ポートを通じて試料へ向け、それによって、１つ以上の試料イオンを生成する、パルス生成器と、を含む、装置。 - 前記電源が、前記第１の電極および前記対電極に連続的に通電するように構成されている、請求項１３に記載の装置。
- 拍動流大気圧イオン化装置を用いて分析物をイオン化する方法であって、
（ａ）第１の電極から間隔を置いて配置された第２の電極に対して前記第１の電極を通電することであって、前記第１の電極および前記第２の電極は、チャンバー内に配置されており、前記チャンバーは、ガス入口および出口を含み、前記第２の電極に対して前記第１の電極を通電することが、放電を生成する、通電することと、
（ｂ）キャリアガスの２つ以上のパルスを、ガス入口を通じて前記チャンバー内へ導入することであって、前記キャリアガスの２つ以上のパルスの持続時間が、時間ｔ１であり、前記キャリアガスの２つ以上のパルスは、時間ｔ２によって分離されている、導入することと、
（ｃ）前記キャリアガスの２つ以上のパルスのイオン、電子、および励起状態種を生成することと、
（ｄ）前記イオン、電子、励起状態種を分析物に向けることと、を含む、方法。
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