JP5906331B2 - 同期イオン改質 - Google Patents

Description

本発明は、同期イオン改質システム及び技術に関する。

イオン移動度分光器（ＩＭＳ：ion mobility spectrometers）は、関心対象サンプルから材料を同定するにあたり、その材料（例えば、分子、原子、等々）をイオン化し、結果として得られたイオンが検出器に到達するに要した時間を測定することによって同定することができる。イオンの飛行時間は、イオン化された分子の質量及びジオメトリに関連するイオン移動度に関連する。検出器出力は、ピーク高さ対ドリフト時間のプラズマグラムとして視覚表示することができる。

時には、プラズマグラムで表示される若干のイオンを同定するのは困難な場合があり得る。汚染、動作条件、類似ジオメトリ及び質量を有するイオン等がイオンを検出しまた同定するＩＭＳの能力に影響を与えるおそれがある。例えば、汚染されたサンプルは、誤った表示形状又は比較的低いピーク高さとなる。

同期イオン改質システム及び技術について記載する。イオン改質器を使用して、イオンのドリフトチャンバへの進入を制御するゲートからドリフトチャンバ内に進入するイオンの一部を改質することができる。イオン改質器に通信可能に接続したコントローラは、イオン改質器が改質すべきイオンの一部を選択するよう制御する構成とする。実施形態において、コントローラは、イオンが形成されたサンプルから形成される他のイオンに対する検出器の先行応答に基づいて前記一部を選択する。他のイオンは、例えば、分光器の先行動作におけるピークに関連するイオンに対応する。

この概要は、概念の選択を簡素化した形態で説明するものであり、これらは以下の詳細な説明でさらに記載する。この概要は、特許請求した本発明の要旨の重要な特徴又は基本特徴を限定することを意図するものではなく、特許請求した本発明の要旨の範囲を決定するために用いることを意図するものではない。

詳細な説明を、添付図面を参照しつつ行う。図面において、参照符号の最左側の桁は、最初に参照符号が現れる図番を示す。説明及び図面における異なる実施形態に同一参照符号を使用して、類似又は同一の要素を示す。

本発明によるイオン改質器を実施可能に構成された分光器を示す説明図である。 本発明による分光器の略図的説明図である。 本発明による分光器の略図的説明図である。 本発明による分光器の略図的説明図である。 本発明による分光器の略図的説明図である。 本発明によるイオン改質器の例示的動作を示すプラズマグラムのグラフである。 本発明によるイオン改質器の例示的動作を示すプラズマグラムのグラフである。 本発明によるイオン改質器の例示的動作を示すプラズマグラムのグラフである。 改質すべきイオンを分離する検出手順を示すフローチャートである。

図１は、イオン移動度分光器（ＩＭＳ）１００のような分光器を示す。ＩＭＳを本明細書に記載するが、種々の異なるタイプの分光器も本発明の構造、技術及び手法にとって役立つ。本発明はこのような変更も包含することを意図する。

図示のＩＭＳ１００はイオン化チャンバ１０２を有し、このイオン化チャンバ１０２は、ゲート１０６によりドリフトチャンバ１０４から分離される。ゲート１０６は、イオンのイオン化チャンバ１０２からドリフトチャンバ１０４への通過を制御することができる。例えば、ゲート１０６は、いつ及びどのイオンがドリフトチャンバ１０４に進入できるかを制御するよう印加／低下した電荷を有するよう構成する。ゲート１０６は、限定はしないが、ブラッドバリー−ニールセン（Bradbury-Nielsen）型ゲート、及びティンダール・ポウェル（Tyndall Powell）型ゲートを含む任意の適当なゲートとすることができる。

ＩＭＳ１００は、図示のように、関心対象サンプルからの材料をイオン化チャンバ１０２に導入するための入口１０８を有する。入口１０８には、種々のサンプル導入手法を採用することができる。空気の流れ（例えば、エアフロー）を使用することができるが、ＩＭＳ１００は、入口１０８に材料を引込む様々な他の流体及び／又はガスを使用することができる。材料を入口から引込む手法としては、ファン、加圧ガス、ドリフトチャンバを流れるドリフトガスによって生ずる真空等々を使用する。ＩＭＳ１００はほぼ大気圧で動作できるが、空気又は他の流体の流れを使用して材料をイオン化チャンバ内に導入することもできる。

実施形態において、ＩＭＳ１００は、サンプルからの材料導入を支援する他のコンポーネントを有する。例えば、ヒータのような脱離器を設け、サンプルの少なくとも一部を蒸発及び／又はガス相に移行させて入口１０８に引込むことができるようにする。ＩＭＳ１００は予濃縮器を設け、多量の材料を濃縮する又はイオン化チャンバ１０２内に進入させることができる。

ＩＭＳ１００は、関心対象分子の同定を促進する様々なコンポーネントを有することができる。例えば、ＩＭＳ１００は、検量体及び／又はドーパントを収納する１個又は複数個のセルを有する。これらセルは、入口、イオン化チャンバ又はドリフトチャンバのうち１つ又はそれ以上にドーパントを供給することができる。ドーパントは分子と組合わさってイオン化し、分子だけに対応するイオンよりも一層効果的に検出されるイオンを形成する。ＩＭＳは、ＩＭＳ動作中に異なる場所、異なる時点でドーパントを供給するよう構成することができる。ＩＭＳは、ＩＭＳにおける他のコンポーネントの動作と協調動作してドーパント送給を行うことができる。

図示のようにイオン化源１１０をイオン化チャンバ１０２に配置する。例えば、イオン化源としては、限定されるものではないが限定されるものではないが、コロナ放電源のような放射性及び電気的イオン化源、光イオン化源、エレクトロスプレーイオン化源、マトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：matrix assisted laser desorption ionization）源、ニッケル６３源（Ｎｉ^６３）等々がある。

実施形態において、ＩＭＳ１００は、正モード、負モード、正モードと負モードとの間の切替えモード等で動作する。正モードでは、例えば、イオン化源１１０は、関心対象サンプルからの材料に含まれる分子から正イオンを発生する。負モードでは、イオン化源１１０は負イオンを発生する。ＩＭＳ１００が、正モード、負モード、又は正モードと負モードとの間の切替えモードのいずれで動作するかは、実施の優先度、予測されたサンプルタイプ（例えば、爆発性、麻酔性、有毒性、工業化学の物質）等に基づく。電気的イオン化源及び／又はイオン化チャンバの壁は、種々のタイミングシナリオが考えられるが、約２０ミリ秒、１０ミリ秒、又はそれより短い間隔で、正モードと負モードとの間で切替わることができる。

イオン化源の動作構成は、動作の優先度に基づいて変化し得る。例示的構成としては、限定されるものではないが限定されるものではないが、電圧及び電流（電気的イオン化源に関して）、流入流量、又はドリフトガス流量を含む。他の構成としては、イオン化すべきサンプルの予測量、イオン化源とイオン化チャンバ１０２若しくはイオン化源を形成する１つ以上の壁との間における電圧差がある。例えば、ＩＭＳ１００は、サンプル導入、ゲート開放、イベント発生等に基づいてイオン化源１１０を周期的にパルス動作させる。

イオン化源１１０は質量対電荷比が異なる種々のイオンを発生する。例えば、イオン化源１１０は正電荷及び負電荷を有する分子を有するイオンを発生する。イオン化源１１０は、関心対象分子を多段ステップでイオン化することができる。例えば、イオン化源１１０は、イオン化チャンバ内でガスをイオン化するコロナを発生し、このイオン化したガスを使用して関心対象分子をイオン化する。ガスの例としては、窒素、水蒸気、空気内に含まれるガス、及びイオン化チャンバ内の他のガスがある。

実施形態において、イオン化チャンバを形成する壁は導電性とし、したがって、ＩＭＳが電気的イオン化源を有するとき、イオン化源と壁との間に電荷の差があり得る。動作にあたり、電荷差は、イオン化源から引込まれるコロナからのイオンで関心対象サンプルからの材料をイオン化させる。イオンは、イオン化源から引込むことができるが、ドリフト領域に進入するのは阻止される。ゲートが閉じている間にゲートに向かって通過するイオンは、ゲートに接触すると中和される。

実施形態において、ゲート１０６は、イオンのドリフトチャンバ内への進入を制御する。例えば、ゲート１０６は電気的帯電を印加／除荷するワイヤメッシュを有する。実施形態において、ゲート１０６を形成するワイヤメッシュは、固定グリッド１１２及び可動グリッド１１４を有する。ゲート１０６は、可動グリッドの帯電を除荷してゲートを「開く」ことによって、イオンのドリフトチャンバへの進入を制御することができる。

例えば、ブラッドバリー・ニールセン型ゲートは、互いに絡み合うワイヤの２セット（ほぼ共平面にして）から構成することができる。ゲートを閉じるとき、一方のワイヤセットを他方のセットとは異なる電位、例えば、約５０Ｖの電位に設定する。したがって、イオンは、イオンの通常移動方向に対して９０゜の角度をなす方向に強い電界を受け、ワイヤに衝突し、中和される。ゲートが開くとき、２つのワイヤセットは、同一電位に設定する。このとき、イオンは、イオンをドリフト領域に搬送する通常ＩＭＳ電界のみを受ける。

コントローラ、例えば、コンピュータコントローラ１１６を使用してゲートの開／閉を制御する。実施形態において、コントローラは、何ボルトの電圧をゲート（例えば、固定グリッド１１２、及び可動グリッド１１４）に加えるか、電圧をどのように加えるか、等々を制御する。ゲート操作は、周期的に、又はイベント発生の際に、等々で行うよう制御することができる。コントローラは、イベント発生（例えば、コロナ放電）の際、周期的に等々に基づいて、どのくらい長く開く、又は閉じるかを調整することができる。例えば、コントローラは、イオン化源モードに基づいてゲートに印加する帯電を切替えることができる。

図１に示すように、ドリフトチャンバは、ほぼゲート１０６とは反対側に配置した検出器１１８を有する。ドリフトチャンバは、実施形態において、イオンのイオン移動度に基づいてドリフトチャンバに受入れたイオンを分離するのに使用する。イオン移動度はイオンの電荷、イオン質量、ジオメトリ等によって決定される。このようにして、ＩＭＳ１００はイオンの飛行時間に基づいてイオンを分離することができる。ドリフトチャンバは、実施形態において、ゲート１０６から検出器１１８まで延在するほぼ均一な電界を有する。

検出器１１８は帯電したプレート（ファラデープレート）とすることができ、イオンがこのプレートに接触するとき、イオンの電荷に基づいてイオンを検出する。コンピュータコントローラ１１６は、分子をそれら分子に対応するイオンから分子を同定することができる。ＩＭＳはイオン移動度に基づいてイオン相互を区別することができる。

一連の電極１２０ａ〜ｄ（例えば、合焦リング）及び／又は保護グリッド１２２を、実施形態において、ドリフトチャンバ１０４内に設ける。合焦リングはイオンを検出器１１８に向けて合焦及び／又は指向させることができる。保護（スクリーン）グリッド１２２は検出器電極を飛来するイオンから遮蔽保護し、スクリーングリッドがないとしたら、検出器は、イオンが実際に検出器電極に達する前に、イオンの存在を相当多く記録することになる。実施形態において、電極１２０ａ〜ｄはリング状にし、ドリフトチャンバ１０４の長さに沿って配置する。合焦リングは、動作中、ドリフトチャンバ内に電界を形成し、イオン分離及び／又は検出器に向けてのイオン合焦を支援することができる。合焦リングを有するドリフトチャンバは、ほぼ均一な電界をドリフトチャンバに加えることができる。例えば、合焦リングはイオンを引込む及び／又はイオンを検出器１１８に指向させる。

実施形態において、ＩＭＳは、ドリフトガスを検出器に向かうイオンの移動経路とはほぼ反対向きの方向に流す（ドリフトガスを流す）。例えば、ドリフトガスは検出器１１８に隣接する位置からゲート１０６に向かって流れる。図示のように、ドリフトガス入口１２２及びドリフトガス出口１２４を使用し、ドリフトガスをドリフトチャンバに流す。ドリフトガスの例としては、窒素、ヘリウム、空気、循環する空気（例えば、清浄化された及び／又は乾燥した空気）等がある。

実施形態において、イオン改質器１２６をドリフトチャンバに設ける。イオン改質器は、１個以上の電極を有し、これら電極はドリフトチャンバ内でゲートと検出器との間に配置することができる。イオン改質器は、ドリフトチャンバの長さに沿って互いに離間配置した２個以上の電極を有することができる。例えば、イオン改質器はワイヤメッシュを有することができる。

イオン改質器１２６は、イオンが検出器１１８に向かってドリフトするとき、例えば、無線周波数（ＲＦ）を用いることによってイオンを改質することができる。イオン改質器１２６はドリフトチャンバに進入するイオンの一部を選択的に改質することができる。例えば、イオン改質器は、イオン移動度がほぼ類似する、例えば、共通ピーク、ＩＭＳの先行動作中におけるオーバーラップする又は隣接するピークに関連するイオンに対応するイオンを改質する。したがって、ドリフトチャンバに進入するイオンはゲート１０６とイオン改質器１２６との間で分離でき（例えば、各イオンのイオン移動度に基づいて）、イオン改質器はイオンの一部（例えば、選択したイオン）を改質するとともに、他のイオンは改質しないようにすることができる。

イオンを改質することには、限定されるものではないが、イオンを断片化する、イオンの質量対電荷比を変化させる等が含まれる。実施例において、イオン改質器は、イオンのその一部に含まれない他のイオンが検出器まで通過するのを阻止するよう構成する。イオン改質器は直流場を提供するが、他の実施形態において、イオン改質器は、交流場を使用する及び／又はイベント発生時に極性を切替えるものとする。イオン改質器は、選択したイオンを検出器に向けて通過させる間に他のイオンを中和することができる。実施形態において、イオン改質器は、一時的にイオンが検出器まで通過するのを、例えば、選択した他のイオンを中和する電荷パルスを発生することによって阻止する。例えば、他イオンの選択したグループは、イオンの飛行時間等に基づいて選別することができる。実施形態において、コントローラ及び／又はイオン改質器は、他イオンのうち若干は中和するとともに、他イオンのうち異なるイオンは中和させないよう構成することができる。イオン改質器は、例えば、関心対象ピークに隣接し、関心対象イオンに干渉する、検出器を圧倒する等を行うような他イオンを中和し、それ以外の他のイオンは中和しないでおくことができる。

このようにして、イオン改質器は、イオンを通過させることができる、又はイオンが通過するのを阻止する。イオン改質器１２６の動作は、ゲート１０６の動作と同期させることができる。例えば、イオン改質器は、ゲートが開いた後、所定時間で改質を行うようにすることができる。イオン改質器は、先行ランでピークにあるイオンに対応するイオンを改質し、サンプルからの分子の同定を支援することができる。

実施形態において、イオン改質器は、どのエネルギーをイオンに加えるかが変化する。イオン改質器１２６は、イオンに加えるエネルギーを上昇（増加）させる、動作中の極性を切替える等を行うことができる。例えば、イオン改質器は、正モードで動作し、次に負モードに切替えることができる。

イオン改質器１２６は、ドリフトチャンバに進入するイオンの分離及び／又はイオンの選択した部分を改質することから得られたイオンの分離を可能にするよう位置決めする。例えば、イオン改質器１２６は、改質から得られた断片を、イオンの各イオン移動度に基づいてイオン改質器と検出器との間で分離するよう位置決めする。

イオン改質器のドリフトチャンバ内の位置は、デザイン優先、予想材料、予想材料タイプ、イオン／非改質イオン、イオンの断片、動作条件等に基づいて変化し得る。イオン改質器は、例えば、ドリフトチャンバの中ほど又はドリフトチャンバのほぼ中間点に配置し、ゲートに進入するイオン、並びにゲートを動作することから生ずる改質したイオンを分離できるようにする。若干の実施形態において、イオン改質器はゲートに隣接するが、イオン改質器と検出器との間における改質したイオンの分離を行うのに十分な距離に配置する。他の実施形態において、イオン改質器はドリフトチャンバの中間点よりも検出器に近接させて配置し、ドリフトチャンバに進入するイオンを分離するとともに、イオンを改質することから生ずる断片の分離を十分行うことができるようにする。

イオン改質器は、イオンのうち若干を選択的に改質するとともに、他のイオンを改質しない及び／又は異なるイオンを改質する、例えば、若干のイオンに（比較的）高い電荷を加えるとともに、他のイオンには低い電荷又は異なる電荷を与えるようにすることができる。実施形態において、イオン改質器は、選択したイオンの検出に干渉するような選択しないイオンが検出器に達するのを阻止するとともに、選択したイオンを改質する。先行ランで関心対象ピークに隣接するピークに関連するイオンは中和するとともに、関心対象ピークに対応するピークは断片化し、材料、例えば、サンプルからの分子の同定を支援することができる。

コントローラ、例えば、コンピュータコントローラ１１６を分光器に設け、イオン改質器１２６の動作を制御する。コンピュータシステム１１６は、図示のように、イオン改質器に通信可能に接続し、イオン改質器の動作を制御する。コンピュータシステム１１６は、他の機能、例えば検出器出力の解析（例えば、イオンに基づいて関心対象サンプルの同定）、ゲート動作の制御（開／閉）、ＩＭＳ動作の制御等々を行うことができるが、コントローラは、イオン改質器の制御に特化することもできる。

コンピュータシステム１１６は、イオン改質器の動作を分光器の先行動作結果に基づいて制御することができる。例えば、制御は、イオン改質器をいつ及び／又はどのように動作させるかを、関心対象サンプルからの先行材料分析中における検出器出力に基づいて決定する。このようにして、コントローラは、検出器の先行応答に基づいてイオンのどの部分を改質すべきかを選択する。コントローラ１２８は、イオン改質器を曖昧な同定に基づいて動作させることができる。曖昧な同定としては、限定されるものではないが、部分同定、非同定、非検出等がある。例えば、コントローラは、ＩＭＳの先行動作中隣接ピークからイオンを区別する支援を行うよう次のランでイオン改質器を動作させる。実施形態において、コントローラ１２８は、イオン改質器の動作とともに、ＩＭＳの他のコンポーネントの動作を変化させる。例えば、コントローラは、次のランでイオン改質器の動作と協調動作するようどのようにゲート１０６を開閉するかを制御する。

実施形態において、ＩＭＳは、ゲート又はイオン改質器の１回又はそれ以上の動作で少なくとも若干のイオンの検出器到達を時間調整することができる。このようにして、イオン改質器をほぼ同時に通過するイオンを改質することから得られるイオン（例えば、断片）は、ドリフトチャンバ内へのイオン進入に関連する。タイミングデータを含む種々のデータを組合せ及び分析して、サンプルからの材料を検出及び／又は同定する支援を行う。例えば、イオン改質器が機能していない間のランからのデータを、イオン改質器が動作したランからのデータと相関付けする。イオン改質器の動作に関連するデータを使用して、類似イオン移動度を有するイオン同定を区別又は確認することができる。

実施形態において、コンポーネントを有するＩＭＳ１００はコンピュータ制御の下に動作する。例えば、プロセッサはＩＭＳに外付け又は内蔵し、ＩＭＳコンポーネント及び以下に説明する機能を、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア（例えば、固定論理回路）、手動処理、又はそれらの組合せを使用して制御する。本明細書に使用する用語「コントローラ」、「機能性」、「サービス」及び「論理」は、概してＩＭＳ１００を制御するのに関連して、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、又はソフトウェア、ファームウェア若しくはハードウェアの組合せを表す。ソフトウェア実装の場合、モジュール、機能性、又は論理は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ又はＣＰＵｓ）で実行するとき特定タスクを実施するプログラムコードを表す。このプログラムコードは、１つ又はそれ以上のコンピュータ可読メモリデバイス（例えば、メモリ及び／又は１つ若しくはそれ以上の有形媒体）等に保存することができる。本明細書に記載の構造、機能、手法及び技術は、種々のプロセッサを有する様々な商業的コンピュータプラットフォーム上で実現することができる。

プロセッサは、形成されている材料又は使用されている処理メカニズムによって限定されない。例えば、プロセッサは半導体及び／又はトランジスタ（電子集積回路(ＩＣ)）を含むものとすることができる。

メモリはプロセッサに含まれるものとすることができる。メモリは、データ、例えばＩＭＳ（そのコンポーネントを含む）を動作させる命令のプログラム、データ等を保存することができる。単独メモリデバイスを使用することができるが、広範囲なタイプ及びメモリ（有形メモリ、非一時的）の組合せを使用でき、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクメモリ、着脱可能媒体メモリ、外部メモリ、及び他のタイプのコンピュータ可読記憶媒体を使用できる。

他の実施形態において、種々の分析装置は、本明細書に記載のような構造、技術、手法等を利用することができる。本明細書にわたりＩＭＳデバイスを説明したが、種々の分析機器は、本明細書に記載の技術、手法、構造等を利用できる。これらデバイスは、限定機能性（シンデバイス）又はロバスト機能性（シックデバイス）として構成することができる。このように、デバイスの機能性は、デバイスにおけるソフトウェア又はハードウェアのリソース、例えば、処理パワー、メモリ（例えば、データ保存能力）、分析能力等に関連する。

さらに、ＩＭＳ１００を制御するプロセッサは、多様な異なるネットワークと通信するよう構成することができる。例えば、ネットワークとしては、インターネット、携帯電話ネットワーク、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、無線ネットワーク、公衆電話ネットワーク、イントラネット等がある。

図１につき本発明による分光器の種々の構成、動作を詳述してきたが、イオン改質器を含む分光器の他の構成／動作の態様を以下に詳述する。コンポーネント、構成、手法、技術、動作パラメータは、図１及び図４につき説明した態様に関連して使用することができる。

図２Ａ〜Ｄは、イオン改質器２２６を使用してドリフトチャンバ１０６に進入するイオンの一部を改質する例示的実施形態を示す。

図２Ａは、イオン化源が関心対象サンプルから分子、原子などの材料をイオン化チャンバ内でイオン化する状況のＩＭＳ２００を示す。図示のように、ゲート２０６は閉じてイオン化チャンバ内にイオンを維持する。ゲートを閉じるのは、ゲートに反発電荷を与えることによって行い、イオンがドリフトチャンバ２０４に進入するのを阻止する。ゲートは、例えば、より大きい電荷を有するイオンに対しては、より低い電荷を有するイオンに比べてより遠くに離れるような力を及ぼすことができる。

図２Ｂは、イオンのうち少なくとも若干がドリフトチャンバ２０４内に進入した状況のＩＭＳ２００を示す。イオン２２８は、ゲート２０６における反発電荷を除荷することに応答して、合焦リングによって発生する電界の影響の下に検出器２１８に向かって引込まれる。個々のイオンはそれぞれのイオン移動度に基づいてドリフトチャンバ２０４内に進入する。例えば、反発電荷が除荷されるに先立ってゲートに隣接するイオンは、ドリフトチャンバ内に、ゲートから強制的に離間させられたイオンよりも前に進入する。ドリフトチャンバ内のイオン２２８は、イオン改質器２２６に向かって移動するとき分離する。例えば、イオン改質器２２６はドリフトチャンバのほぼ中間点に位置決めし、これによりイオン改質器がドリフトチャンバ２０４に進入するイオンの一部を選択的に改質する。

図２Ｃは、イオン改質器がイオンの一部２３０を改質する状況にあるＩＭＳ２００を示す。図示のように、イオン改質器は、イオンがイオン改質器２２６に到達するのにかかった時間に基づいて選択したイオンを改質することができる。例えば、ゲート又はイオン改質器の動作を制御するコンピュータシステムは、関心対象サンプルからの材料を同定するため、ゲート開放、イオン改質器動作及び／又は検出器応答の時間を調整することができる。例えば、イオン改質器２２６は、中間点まで５ミリ秒（ｍｓ）（２３０）かかる速度に関連するイオンを改質するとともに、それより速い、例えば２ｍｓ（２３０ｂ）又はそれより遅い、例えば７ｍｓ（２３０ａ）かかる速度で移動するイオンは中和する又は改質しない。実施形態において、コンピュータシステムは、コンピュータシステムは、イオンがゲートから検出器まで移動するのにどれくらいかかるのかを時間調整することができる。コンピュータシステムは、ゲート開放時とイオン改質器動作時との間の時間間隔を調整することができ、例えば、ゲート開放時とイオン改質器動作時との間の時間間隔を指示することができる。

コンピュータシステムは、この時間を、イオン、断片等（イオンの選択した部分の改質から生じたもの）が検出器に到達するにかかる時間に関連させることができる。実施形態において、限定されるものではないが、異なるラン間の飛行時間を含むデータは、関心対象サンプルからの材料を同定するのに互いに関連する。ＩＭＳ２００は、イオン改質器の動作に加えて他の動作形態も変化させることができ、例えば、ＩＭＳは、先行ランにおける曖昧同定に基づいて後続ランでドーパントを使用する。

実施形態において、イオン改質器は選択されないイオンを中和することができる。例えば、コントローラは、イオン改質器に対して他イオンの少なくとも若干を中和させるよう構成する。イオン改質器は、選択されないイオンをイオン改質器及び／又は合焦リングに設けた電極に引き付けさせ、そこでイオンを中和することができる。初期ランにおいて、例えば、ＩＭＳは、２ミリ秒、５ミリ秒及び７ミリ秒でピークを生じるとともに、第２ランにおいて、２ミリ秒及び７ミリ秒に関連するイオンを排除し、したがって、検出器まで通過するイオン又は断片は５ミリ秒ピークからのイオンにのみ関連するようにできる。

図２Ｄは、イオン及び／又は改質されたイオン断片２３２が、検出器２１８に向かって通過するとき分離する状況にあるＩＭＳ２００を示す。イオンは、各イオンのイオン移動度に基づいて分離することができる。図３Ａ〜Ｃは、本発明によるイオン改質器の動作を示すプラズマグラムのグラフを示す。これらプラズマグラムは例示目的のためにのみ提示するものである。

図３Ａは、イオン改質器を機能させていないプラズマグラム３００を示す。このプラズマグラムは、イオン改質器を使用しない初期ラン中の検出器出力の例を示す。異なるイオン移動度を有するイオンの検出に起因して多重ピークが示されている。１個又は複数個のピークは、種々の原因により、例えば、関心対象サンプルにおける濃度が低い等に起因して曖昧に同定されて、同定されないことがあり得る。

図３Ｂは、初期ランからの単独ピークを示すプラズマグラム３０２のグラフであり、この場合、後続のランでイオン改質器が対応のイオンを改質する。ピークは、手動で、又はコンピュータシステムがイオン改質器及び／又は検出器を制御して自動的に選択することができる。例えば、コンピュータシステムはピークを選択し、さらに、ピークに関連するイオンの同定を確認する、又は関心対象イオン（例えば、ドラッグ、有毒化学物質）と、類似イオン移動度を有する汚染物質との区別を行うようにする。実施形態において、イオン改質器を有するＩＭＳは単独ピークを探し出すよう動作することができ、図３Ｂのプラズマグラムは、図３Ａに示すプラズマグラムに対するコンピュータ操作によるものである。

図３Ｃは、本発明によるイオン改質器の動作を示すプラズマグラム３０４のグラフである。例えば、イオン改質器を使用して、図３Ａの関心対象でないピークに関連するイオンを中和し、また図３Ｂにおける関心対象ピークに相関するイオンを改質する。図３Ｃのプラズマグラムは、２個のピーク、すなわち、分子における電荷を有するピーク３０６、及びＲＦを使用してイオンの一部を改質することにより生じた断片ピーク３０８を示す。

本発明により実施できるシステム、コンポーネント、技術、モジュール及び手法について説明してきたが、以下に上述のシステム、コンポーネント、技術、モジュール及び手法で実施できるサンプル手順を説明する。

サンプル手順
以下の説明は、上述のＩＭＳ１００のコンポーネント、技術、手法及びモジュールを用いて実施できる手順について記載する。各手順の態様は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せで実施することができる。手順は、１個又は複数個のデバイス（例えば、分光器、分光器又は分光器コンポーネントを制御するコンピュータシステム）によって実行される動作を特定するブロックの一連のセットとして示し、必ずしも各ブロックにより動作を実施するよう示した順序に限定するものではない。以下の説明の一部において、図１のＩＭＳ１００に言及する。

図４は、関心対象サンプルからの材料の検出及び／又は同定を支援するようイオンを改質する例示的実施形態の手順４００を示す。例えば、イオン改質器を使用して、選択したイオンを改質し、イオンのうち少なくとも若干を改質しない場合と比較して同定精度を向上する。実施形態において、手順４００はコンピュータ制御の下に実施する。

随意的に、初期ランを、関心対象サンプルからの材料同定に関して検出器応答が曖昧な状態で行う（ブロック４０２）。例えば、初期ランにおけるピークは、種々の理由ではっきりしない、検出困難、又は検出できないことがあり得る。初期ランは、総電力消費量等を最小限にするためイオンの一部を改質せずに行うことができる。

実施形態において、曖昧同定に応答して、後続ランを行う（ブロック４０４）。例えば、ＩＭＳの動作を制御するコンピュータシステムが関心対象サンプルからの材料同定に失敗するとき、後続ランをトリガし、この後続ランでイオンのうち若干を改質する。例えば、非検出に応答して、イオン改質器１２６は、初期（先行）ランにおける特定ピークに関連するイオンに対応する少なくとも若干のイオンを断片化する。

関心対象サンプルから形成されるイオンは、それらに対応のイオン移動度に基づいて分離することができる（ブロック４０６）。例えば、関心対象サンプルからの少なくとも若干のイオンは、可動グリッドにおける電位が固定グリッドにおける電位にほぼ等しくなる時点に応答して、ドリフトチャンバ１０６内に進入する。実施形態において、イオンは、検出器まで通過するときのイオン移動度に基づいて分離する。

イオンの一部を改質する（ブロック４０８）。改質には、イオンの一部に無線周波数（ＲＦ）を印加してそれらを断片化することが含まれ、結果として得られたイオン化断片を検出及び／又は同定する。改質には、イオンの中和、例えば、イオン及び／又は断片を中和することでイオン及び／又は断片が検出器まで通過するのを阻止することが含まれる。例えば、一部に対応するイオンの通過を一時停止させ、この一時停止は、例えば、ＲＦを加えてイオンを改質する前にイオンを破壊することによって行い、次にイオン及び／又は結果として生じた断片を検出器まで通過させる。随意的に、改質は、関心対象でないイオンを中和することを含む。例えば、本発明方法を実施するイオン改質器を有するＩＭＳは、５ｍｓかかってドリフトチャンバを通過するイオンを改質するとともに、ゲートから検出器まで２ｍｓ又は７ｍｓかかるイオンは検出されるのを阻止することができる。イオンは、イオン改質器及び／又は他の電極に接触するなどして中和することができる。

イオンを部分的に改質することから生ずるイオンは、それぞれに対応するイオン移動度に基づいて分離する（ブロック４１０）。例えば、イオンを改質することから生じた断片は、分子のイオンよりも飛行時間が短い。断片及びイオンは、イオン改質器から検出器に移動するとき、それぞれに対応のイオン移動度に基づいて分離することができる。手順を実施する分光器は、ゲートを開放してから改質するまでの時間、又は改質されることから生ずる断片及び／又はイオンが検出器に達するのにかかる時間のうち１つ又は複数の時間調整をすることができる。

イオンを改質することから生ずる断片及び／又はイオンを検出する（ブロック４１２）。例えば、検出器は、関心対象サンプルからの材料を同定するのに使用する出力を発生することができる。本発明方法を実施するコンピュータシステムは、関心対象サンプルからの材料、例えば、分子を、少なくとも部分的に一部内のイオンを改質することから生ずる断片及び／又はイオンに基づいて、同定することができる。

本出願は、２０１１年１月２１日出願の「Combined Ion Gate and Ion Modifier」と題する英国特許出願第１１０１１３２.７号の全体を参照により組入れるものとする。

本発明は、構造的特徴及び／又は方法論的行為を特定用語で説明したが、特許請求の範囲で定義される本発明は、記載した特定特徴又は行為に必ずしも限定されるものではない。種々の構成を詳述したが、装置、システム、サブシステム、コンポーネント等は、本発明から逸脱することなく種々のやり方で構成することができる。むしろ、特定特徴及び行為は、特許請求した本発明を実施する例示的形態を開示するものである。

Claims (27)

1. 分光器において、
   ドリフトチャンバ内へのイオン進入を制御するよう構成したゲートを有する該ドリフトチャンバ内に配置したイオン改質器であって、前記ドリフトチャンバ内に進入するイオンの一部を改質するよう構成した、該イオン改質器と、
   前記イオン改質器に通信可能に接続したコントローラであって、イオン改質器の動作を制御してサンプルから形成されるイオンの一部を選択する、該コントローラと、を備え、
   前記イオン改質器を、さらに、他のイオンが検出器に向かって通過するのを阻止するよう構成し、
   前記コントローラを、さらに、前記イオン改質器の動作を前記ゲートの開放と同期させ、改質すべきイオンの前記一部を選択するよう構成した、分光器。
2. 請求項１記載の分光器において、前記イオン改質器を、さらに、前記他のイオンのうち少なくとも若干を中和するよう構成した、分光器。
3. 請求項１記載の分光器において、前記コントローラを、前記イオン改質器の動作を制御して、検出器の先行応答に基づいて前記イオンの一部を選択するよう構成した、分光器。
4. 請求項１記載の分光器において、前記コントローラを、さらに、前記イオン改質器に作用して、前記分光器の先行動作中の前記一部のイオンに対応する他のイオンの曖昧同定に応答して、前記一部のイオンにおける少なくとも若干のイオンを改質させるよう構成した、
   分光器。
5. 請求項１記載の分光器において、前記イオン改質器を、前記一部のイオンのうち少なくとも若干を断片化するよう構成した、分光器。
6. 請求項１記載の分光器において、該分光器を、ほぼ大気圧で動作するよう構成した、分光器。
7. 請求項１記載の分光器において、前記分光器を、前記ゲート及び前記イオン改質器の動作で前記一部のイオンを改質することにより形成される少なくとも若干の断片の到達時間を調整するよう構成した、分光器。
8. 請求項１記載の分光器において、前記分光器を、前記イオン改質器の動作で前記一部のイオンを改質することにより形成される少なくとも若干の断片の到達時間を調整するよう構成した、分光器。
9. 請求項１記載の分光器において、前記イオン改質器を、無線周波数で前記一部のイオンのうち、少なくとも若干のイオンを改質するよう構成した、分光器。
10. 請求項１記載の分光器において、前記ゲート及び前記イオン改質器を、互いに離間させ、前記ドリフトチャンバに進入したイオンを分離できるよう構成した、分光器。
11. 請求項１記載の分光器において、
    該分光器はイオン移動度分光器であって、
    前記検出器とはほぼ反対側の前記ドリフトチャンバの端部に配置した、前記ゲートと、
    前記ゲートと前記検出器との間に配置した前記イオン改質器であって、前記イオンのイオン移動度に基づいて前記ゲートと前記イオン改質器との間で前記イオンをそれぞれ分離する、前記イオン改質器と、を備える、イオン移動度分光器。
12. 請求項１１記載のイオン移動度分光器において、さらに、前記イオン改質器に接続し、前記イオン改質器の動作と同期するよう構成したコントローラを備え、これにより前記イオン改質器の動作から生じた断片が、イオン移動度に基づくイオンの一部に関連付けされる、イオン移動度分光器。
13. 請求項１２記載のイオン移動度分光器において、前記コントローラを、さらに、前記イオン改質器の動作を時間調整し、前記一部ではないイオンが前記検出器まで通過するのを阻止するよう構成した、イオン移動度分光器。
14. 請求項１２記載のイオン移動度分光器において、前記イオン改質器を、さらに、前記一部ではない他のイオンの大部分が前記検出器まで通過するのを阻止するよう構成した、イオン移動度分光器。
15. 請求項１２記載のイオン移動度分光器において、前記イオン改質器を、さらに、前記他のイオンのほぼすべてを中和するよう構成した、イオン移動度分光器。
16. 請求項１２記載のイオン移動度分光器において、イオン改質器を、さらに、前記他のイオンのうち少なくとも若干を中和するよう構成した、イオン移動度分光器。
17. 請求項１２記載のイオン移動度分光器において、前記コントローラを、さらに、先行動作中に前記一部に対応する他のイオンが前記検出器によって同定されなかったとの決定に応答して、前記イオン改質器を動作させるよう構成した、イオン移動度分光器。
18. 請求項１１記載のイオン移動度分光器において、前記イオン移動度分光器を、さらに、前記ゲート及び前記イオン改質器の動作により、前記断片のうち少なくとも若干を検出する時間を調整するよう構成した、イオン移動度分光器。
19. イオンのそれぞれのイオン移動度に基づいてドリフトチャンバ内で前記イオンを分離するステップと、
    前記イオンの一部を断片化する断片化ステップであって、前記一部における前記イオンはほぼ類似するイオン移動度を有するものとした、該断片化ステップと、
    前記断片それぞれのイオン移動度に基づいてイオン化した断片を分離するステップと、を有し、
    さらに、前記一部ではない少なくとも若干の他のイオンが検出器に向かって通過するのを阻止するステップを有する、方法。
20. 請求項１９記載の方法において、前記方法は、前記方法を実施するデバイスの先行動作中に前記一部に対応する他のイオンが同定されなかったことに応答して実施する、方法。
21. 請求項１９記載の方法において、前記断片化ステップは、前記一部に含まれず、検出を阻止されるイオンを生ずる、方法。
22. 請求項１９記載の方法において、さらに、少なくとも若干の他のイオンを中和するステップを有する、方法。
23. コンピュータシステムによって実行される内容に応答して、前記コンピュータシステムに対して、以下の動作をさせる命令を有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体であって、
    ゲートと検出器との間におけるドリフトチャンバ内に配置したイオン改質器に作用して、前記検出器の先行動作中に曖昧にしか同定されなかった他のイオンに対応するイオンを改質させ、該他のイオンのうち少なくとも若干が検出器に向かって通過するのを阻止させ、また
    分子から形成されるイオンを前記イオン改質器で改質することで生じた断片に関連するイオン移動度に基づいて、関心対象サンプルにふくまれる分子を同定させる、という動作をさせる命令を有する、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体。
24. 請求項２３記載の１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において、前記命令は、さらに、前記ゲート及び前記イオン改質器の動作を同期させるよう実行可能な、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体。
25. 請求項２３記載の１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において、前記命令は、さらに、同定の少なくとも一部が、前記イオン改質器の動作と前記断片の検出との間の時間に基づいて実行可能な、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体。
26. 請求項２３記載の１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において、前記同定は、前記検出器の先行動作中の前記検出器の応答に少なくとも部分的に基づくものとした、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体。
27. 請求項２３記載の１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において、前記命令は、さらに、前記イオン改質器に作用して他のイオンのうち少なくとも若干を中和させるよう実行可能な、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体。

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