JP6182705B2 - 直接試料分析用イオン源 - Google Patents
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Description
pressure chemical ionization)、及び「レーザ脱離/エレクトロスプレーイオン化」(LD/ESI:laser desorption/electrospray ionization)を含むが、これらに限定されない。そのような技術を列挙しかつ説明する最近のレビューは、(非特許文献1)、及び(非特許文献2)によって提供されている。
ータの保護及び周囲環境制御を提供する一方で、また、オープン型周囲イオン源において利用できるはずであったこれら有利な特徴を提供する筐体を備えて構成されている周囲圧力イオン源に対する需要がある。
1.1つ又は複数の試料を装填及び保持するための手段、例えば、取り外し可能なグリッド試料保持器を有する試料保持器アセンブリ、
2.各1つ又は複数の試料の分析を最適化するために各試料を移動及び配置するための手段、例えば、1つ又は複数の線形及び回転自由度、又は種々のリンク又はギヤアセンブリを有する多軸(例えば4軸)トランスレータアセンブリ、
3.イオン源への汚染の導入を最小限にしつつ1つ又は複数の気体、液体又は固体又は変物性の試料を自動的に導入するための手段、
4.導入された各試料のタイプ、サイズ、物理的特徴及び位置を検出するための手段、例えば、位置センサ、
5.試料保持器のタイプを自動的に特定するための手段、例えば、レーザ距離センサ、
6.不要なバックグラウンド種又は汚染種を監視及び除去するための手段、例えば、向流
ガス流、質量分析器、
7.分析前に試料表面を乾燥させる又は調整するための手段、例えば、熱源、
8.試料関連気相分子を乾燥させる及び/又は形成するために試料を加熱するための手段、例えば、光源、
9.試料表面の温度を検出するための手段、例えば、高温計及び熱電対、
10.試料関連分子のイオン化を促進するために試薬イオン、電子、励起状態の中性分子(準安定種)又は帯電した液滴を発生させるための手段、例えば、グロー放電、
11.種々のタイプ及び形状の試料保持器に配置される複数の試料の導入及び分析を機械的又は熱干渉なく可能にする角度をなした試薬イオン発生器、
12.試料イオン化及びイオンサンプリング効率を最大化するために、交換可能な出口チャネルを備えた回転する出口端部を含む角度をなした試薬イオン発生器、
13.導入された液体の空気式噴霧化を伴う複数の気体入口及び液体入口を含む試薬イオン発生器、
14.最適な性能を提供するために試薬イオン又はエレクトロスプレー帯電した液滴生成手段を手動で又は自動的に位置決めするための手段、例えば、トランスレータアセンブリとともに使用される位置センサ、
15.大気圧で発生した試料関連イオンを、質量電荷分析のために真空中で動作する質量分析器内に案内するための手段、例えば、電極及びイオン光学部品に印加される電圧、
16.イオン化領域及び装填済み試料を筐体外部の周囲環境から分離する、イオン源及び装填済みの試料保持器を囲む筐体、
17.DSAシステムの筐体が密閉される一方で、試料保持器を自動的に制御し、試料関連イオンの検出、運動、パージング、イオン化及び質量スペクトル分析又はイオン移動度分析するための手段、例えば、自動化された同調アルゴリズムを含む制御ソフトウェア、18.エレクトロスプレー法、大気圧化学イオン化法(APCI:atmospheric pressure chemical ionization)、光イオン化法及びレーザイオン化法の1つ又は複数に基づいて試料関連イオンを発生させる他の実施形態、19.パージガスの水分含有量を測定するための水分センサ。
ているときには周囲汚染の導入を最小限にする扉を通じて固相試料又は液相試料の装填及び取り外しを可能にするように構成される。イオン源の密閉された筐体を通過する清浄なパージングガス流の順序付けにより、試料保持器の装填及び取り外しのときの周囲汚染の導入が最小限になる。ガスのパージングは、また、密閉された筐体内でイオンを発生させるときの一連の試料間における相互汚染の低減を助ける。固体試料及び液体試料の装填及び取り外しのとき、パージガスは密閉されたイオン源筐体内において揮発した試料に使用者が曝露することを最小限にするように制御される。バックグラウンド汚染種のパージングプロセスは、質量分析器を使用して、又はパージガスの出口ベントの水分センサなどの追加のセンサにより直接監視することができる。制御システムへのデータ依存フィードバックを伴うこの監視の手法で、試料装填後、試料乾燥後又は試料分析の間に分析のための最適かつ再生可能な条件を実現することができ、試料から試料へのキャリーオーバが回避される。
分子が放出される固体試料表面又は液体試料表面の温度を測定する。精密な温度測定及びフィードバック制御は、温度ランプ、乾燥(非結合水)、脱水(結合水)、後にイオン化される分析物の蒸発、及び最終的に、試料についての構造情報を提供してもよい熱分解すなわち熱による分解の段階を含む連続的な熱プロセスを適用することによって分析中における試料の段階的な調整を可能にする。
するために4軸並進アセンブリに取り付けられている。DSA源の制御ソフトウェア及び電子機器への位置センサフィードバックにより試薬イオン発生器の位置は手動で又は自動的に設定することができる。いくつかの実施形態では、試薬イオン発生器の位置は、距離センサの、イオン源筐体内に導入された試料保持器タイプ及び試料タイプのプロファイリングに基づきソフトウェア及び電子機器によって自動的に設定することができる。種々の試料タイプ、試料サイズ及び試料種のイオン化効率を最大化するために試薬イオン発生器の種々の直径及び幾何学的サイズの出口部分を交換することができる。試薬イオン発生器は交換可能なコロナ放電針アセンブリを備えて構成される。角度をなした出口端部の取り外しはコロナ又はグロー放電針アセンブリの取り外し及び取り付けを容易にする。
調製及び精製された同じタイプの医薬ピルを分析前に一貫して乾燥させることができる。
試料の直接分析のために構成されたオープン型イオン源(open ion sources)はバックグラウンド大気の組成の変化にさらされるため、エンドユーザが分析される試料及び分析に導入される任意の試薬種に曝露する。分析を実施するエンドユーザが気体試薬種及び揮発した試料材料を吸入するおそれがある。この曝露は、薬剤、新規合成化合物、医薬試料、罹患組織、有毒物質、又はさらには利用可能な履歴のない法医学試料のような未知の試料を分析する場合に特に危険となる可能性がある。オープン型イオン源を操作する場合、バックグランドガスの組成の変化がイオン化効率に影響し、バックグラウンド汚染の一因となり、質量スペクトルに干渉成分ピーク(interfering component peaks)を加え、薬イオンの組成及び温度を予測不可能に変化させ、予測不可能な分析結果に至るおそれがある。本開示は、密閉されたイオン源容積内に直接導入された複数の試料の分析を、バックグランドガスの組成、温度及び流れを精密に監視及び制御したうえで可能にする装置及び方法を特徴とする。DSAイオン源システム内における試薬イオン生成は厳密に制御されかつ再生可能であり、試料分析の頑健性及び再現性が増加する。使用者が電極に印加される任意の電圧に曝露する可能性のあるオープン型イオン源とは異なり、DSAイオン源システムは、密閉されたイオン源容積内に構成された電極に印加される電圧から形成された電界の印加を含む。これらの印加された電界は、イオンを、オリフィスを通じて真空中に案内することによって質量分析器の分析感度を増加する。
22は、液体試料が充填される、通常、ステンレス鋼又は多孔質ポリマーのメッシュ24を含む。メッシュ24は支持及び取り付けのために金属プレート25と金属プレート26との間に挟まれている。試料保持器アセンブリ3は、図8,9,10,11に示される4軸トランスレータアセンブリ180により配置される。トランスレータアセンブリ180は、試料保持器アセンブリ3のY垂直軸15、回転軸16、Z水平軸17及びX水平軸18の運動を生じさせる2つの直線並進運動度及び2つの回転並進運動度を含む。
霧器ガスと補助ガスの総流とによって決定される。例えば、入口41内を流れる1分あたり1リットルの噴霧器ガス、及び1分あたり1マイクロリットルの流量の水を噴霧器43に送達するシリンジポンプ58を用い、約1000倍の体積膨張を生じる水の蒸発後、出口チャネル49及びコロナ又はグロー放電部47内を流れる水分は約0.1体積%濃度を有しうる。この試薬イオンガス流中の水の割合はシリンジ58によって送達される流量又は気体入口41及び気体入口42を通過するガス流量を変えることによって正確に調整することができる。コロナ又はグロー放電部47はその中を流れる窒素ガス分子をイオン化し、それがさらには、当業者に公知の一連の気相反応を通じてヒドロニウムイオンを形成する。試薬イオン発生器出口チャネル49を出口50において出る加熱された試薬イオンガスはグリッド24内を流れ、試料スポット27に堆積した試料を蒸発させる。蒸発した試料分子は、この試料分子が、通過するヒドロニウムイオンよりも高い陽子親和力を有する場合、ヒドロニウムイオンと電荷交換し、プロトン化された試料イオンを形成する。試料スポット27の下流側の領域84内において試料イオンが形成される。形成された試料イオンは、その後、前金具電極13及びキャピラリ入口電極12ならびに接地又はゼロボルト試料保持器22に印加される電圧によって形成される集束する電界線に追従する。電界によって推進され、試料イオンは乾燥窒素向流ガス流60に抗して移動する。向流ガス流60はあらゆる中性水分子又は水クラスタを運び去り、電界により移動するプロトン化された水クラスタを乾燥し、それによって、中性水クラスタが新規に形成された試料イオンから電荷を取り除くことを低減及び/又は防止し、試料又は水の中性分子が真空に入ることを排除する。イオン及び中性窒素ガスは、キャピラリ80内のキャピラリオリフィス30の出口端部85において形成される急速に冷却される自由噴流膨張を通じて真空に入る。試料イオン上の中性分子の凝縮はほぼ又は全く起こらない。本開示により構成されるDSAイオン源システムは、試薬イオンの生産及び送達の正確な制御を提供し、頑健な、一貫した、再生可能な分析作業を可能にする。所望のように、再生可能な制御及び動作時に試料を取り巻く状況ゆえに、試料それ自体が分析される1つの変数である。
ーラ82に接続され、試薬イオン発生器2内に流れる気体及び液体の一部又は全てのソフトウェア及び自動制御を提供する。あるいは、補助ガスの組成及び流れは手動で制御することができる。
された流量調整器72を通じて制御される。向流乾燥ガス60に抗して移動する試料イオンをキャピラリオリフィス30内に案内するためにキャピラリ入口電極12及び前金具電極13に電圧が印加される。真空中に膨張するキャリアガスが同伴したイオンを真空ステージ74内に掃引する。キャピラリ出口電極76及びスキマー電極75に電圧が印加され、キャピラリオリフィス31を出るイオンが質量電荷分析のために質量分析器78内に案内される。通常、窒素又はドライエアであるがそれらに限定されない向流ガス流60は不要な中性汚染分子を掃き出し、中性汚染種が真空に入ることを防止する。向流ガス流60は、真空への自由噴流膨張内の試料イオン上における汚染分子の凝縮を排除するか最小にし、かつ真空内の電極の不要中性分子汚染を最小限にする。キャピラリ入口電極12及び出口電極76は空間的及び電気的に分離される。米国特許第4,542,293号明細書に記載されているように、キャピラリ入口電極12及び出口電極13のために異なる電圧値を同時に及び単独で最適化することができる。例えば、DSAイオン源の動作中における正イオン極性生成のために、前金具13、キャピラリ入口電極12及びキャピラリ出口電極76に印加される電圧値はそれぞれ−300VDC、−800VDC及び+120VDCに設定してもよい。前金具電極13及びキャピラリ入口12に印加される電圧から形成されるイオン集束電界(ion focusing electric field)は接地試料ターゲット27近辺に形成される試料イオンをキャピラリオリフィス30内に案内する。キャピラリオリフィス30内を流れるガスが、それぞれキャピラリ入口電極12とキャピラリ出口電極76との間の減速電界に抗してキャピラリオリフィス30内においてイオンを押す。イオンは、ほぼキャピラリ出口電極76に印加される電気電位に加え、シード化分子ビーム(seeded molecular beam)によって付与される速度でキャピラリオリフィス31を出る。試料イオン化領域84内の電界を変えることなくイオンのフラグメンテーションを選択的に生じさせるためにキャピラリ出口電極76の電圧はスキマー75に印加される電圧に対して増加させることができる。イオンのフラグメンテーションは、化合物の同定の確立において、又は化合物の構造を決定するために有用となりうる。
かって移動し、帯電した液滴の蒸発が進むにつれてイオンを形成する。あるいは、上述のように、蒸発するエレクトロスプレー液滴から形成された複数の電荷を場合により有する試薬イオンが、その後、質量電荷分析のために、キャピラリオリフィス30内に、及び質量分析器78に案内される試料イオンを形成するために、気相試料分子と電荷交換することができる。試料102からの気相試料分子は、試薬イオン発生器2を出る試薬イオン55、又はエレクトロスプレーにより発生した試薬イオン、又は帯電した液滴に、個々に又は同時に曝露させることができる。試薬イオン源又は帯電した液滴源の選択は、コロナ又はグロー放電針48及びエレクトロスプレー針103に印加される電圧を制御することによって、及び流体の流れ又は噴霧化及び試薬ガス源111,58,59,87,88,98を制御することによって実現される。
選択性を可能にすることができる。熱脱離分光業者に周知の手法で温度に応じて種の脱離を監視することによって試料表面の組成についての追加の分析情報も得られる。
質量スペクトルのデータに相関させるとともに、また、試料分析中にビデオ画像に相関させることもできる。ビデオカメラ10は試料表面の拡大像を提供するために適切な光学顕微鏡レンズを含む。ビデオカメラ10の試料環境への曝露を最小限にするために、及びカメラ筐体又は電子機器のあらゆる脱ガスを低減及び/又は排除するために、適切な光学部品類を用いて、ビデオカメラ10を筐体14の外部に構成することができる。そのような脱ガスは望ましくないバックグラウンド化学種をDSAイオン源システム1の筐体14内部に付加する。
より自動的に調整することもできる。並進軸の種々の構成を、同様の、低減された又は増加された柔軟性及び機能を保持しつつ、152で示される実施形態に置換することができる。ソフトウェアに、試料位置に対する、及びノーズピース13の固定された位置に対する試薬イオン発生器2の精密な位置決めを提供する、手動式又は自動化トランスレータアセンブリの各軸の位置を測定するためのセンサを付加することができる。後の段落に記載されるように、ソフトウェアへの、試料保持器アセンブリ3,110,132,162位置及び試薬イオン発生器2位置の位置センサフィードバックにより、DSAイオン源システム1の表面及び電極への接触を回避しつつも、分析中の試薬イオン発生器及び試料の位置決めの自動化及び最適化が可能になる。
は、大径の端部部品168が選択されうる。試薬イオン発生器2の回転可能な角度をなした端部アセンブリ134においてより短い又はより長い及び種々の直径の端部部品を入れ替えることができる。
駆動される親ネジ330を回転させることによって実施される。垂直並進プレート328は低摩擦の精密な動きを実施するためにレール335上を摺動する。軸受326及び軸受325にそれぞれ載る内側シャフト300及び中間シャフト301の回転は低摩擦の回転する精密な動きを可能にする。
50姿勢を提供することができる。水平姿勢で配向された試薬イオン発生器出口50により、加熱された試薬ガス流55及び/又は光ヒータ7は前金具13の正面及びキャピラリ入口電極12の方に案内される。前金具13又はキャピラリ入口電極12に蓄積している可能性のあるあらゆる汚染はこの直接加熱によって再蒸発し、前の試料汚染分子は向流乾燥ガス流70及びパージガス流352によって掃き出され、次の試料を流す前にベント344から出る。光ヒータ7の強度及び加熱された試薬ガス流55の流量を増加して汚染分子の蒸発速度を加速し、電極清浄化の時間を効果的に低減することができる。この清浄化及びパージ工程中に質量スペクトルを取得して残ったバックグラウンド又は汚染試料のレベルを監視することができる。このパージステップは取得したスペクトルのバックグラウンド化学的ノイズが許容レベルに低減されるまでデータ依存フィードバックアルゴリズムを使用して継続することも、その代わりに、データ依存フィードバックなしでプログラムされた時間継続することもできる。バックグラウンド又は汚染信号の許容可能な低減が実現されると、光ヒータ7の強度が弱められ、加熱された試薬ガス及びイオン流55は分析のための最適なレベルに低減する。試料保持器アセンブリ190を、その後、分析のための最適な位置に移動し、回転させて分析のために次の試料ピルを提示する。試料分析及び試料分析間における汚染低減工程は、ソフトウェアによる自動化運転用にプログラムすることも手動制御により実施することもできる。試料保持器は、試料表面又は試料保持器表面内に間隙が現れる領域を提供するように構成することができる。試料保持器トランスレータ180は、分析の間に試料保持器内の間隙に移動し、パージ又は清浄化ステップを実施することができる。この手法で、試料保持器位置は試料分析の間において最小限の移動を必要とする。
ことを最小限にするため又は防止するためにパージガス流365をオンにしたままとすることができる。図16を参照すると、新規の試料保持器アセンブリ380が装填領域363内の試料参照プレート371上に装填されている。試料保持器アセンブリ380は、装填された粉末試料383を有する試料管382とプレート識別用孔パターン381とを含む。参照アライメントピン372及び試料参照プレート371の頂面384が試料保持器アセンブリ380の正確な位置を設定し、この位置はソフトウェアに知られている。ソフトウェアはいくつの試料が装填されているか、及び各試料の特定の位置及び高さが何であるかを未だ確認していない。パージガス流352は使用者又は方法の好みに応じてオン又はオフに維持される。
レーを維持する。エレクトロスプレー時に、配置された試料をスプレー器402のスプレー先端405に向かって移動するために液体滴404を針103から試料が配置されたスプレー器402に送達してもよい。エレクトロスプレー時に針103を通じてスプレー器402に送達される流体流量及び溶液組成はシリンジ60及びシリンジ61をそれぞれ備えたシリンジポンプ58及びシリンジポンプ59を使用して制御される。
第1の態様によると、化学種を分析するための装置であって、a.帯電した又は励起した試薬種を発生させるための手段と、b.前記試薬種をほぼ大気圧で動作する筐体内に送達するための手段と、c.試料分析中における周囲空気との気体交換を防止するために前記筐体を密閉するための手段と、d.周囲汚染が前記筐体に入ることを最小限にする一方
で1つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入するための手段と、e.試料化学種を前記帯電した又は励起試薬種によりイオン化し、イオン化試料化学種を発生させるための手段と、f.前記イオン化試料化学種を検出器に案内するための手段と、を含む、装置を要旨とする。
第2の態様は、第1の態様において、前記帯電した又は励起試薬種を発生させるための前記手段及び前記試薬種を前記筐体内に送達するための前記手段が、ガスヒータ又は蒸発器と、コロナ又はグロー放電領域とを備えて構成されている試薬イオン発生器を含む。第3の態様は、第2の態様において、前記試薬イオン発生器が、前記試薬イオン発生器のガス又は蒸気流路内部に構成されている前記コロナ又はグロー放電領域を含む。第4の態様は、第1の態様において、前記試薬種を、帯電した液体滴の形態において発生させるための前記手段が、エレクトロスプレー式又は空気式噴霧器アシスト式エレクトロスプレーを含む。第5の態様は、第1の態様において、前記1つ又は複数の試料化学種が、固相試料、液相試料もしくは気相試料、又は乳濁液試料もしくは粉末試料を含む。第6の態様は、第1の態様において、1つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入するための前記手段が、1つ又は複数の試料保持器と、並進ステージと、密閉可能な試料導入扉又はポートと、からなる群から選択される要素を含む。第7の態様は、第2の態様において、前記試料化学種をイオン化するための前記手段が、帯電した又は励起された試薬種を生成するための、光源、もしくは前記試薬イオン発生器のコロナ又はグロー放電領域を通過する加熱されたガス又は蒸気による前記試料の蒸発と、前記帯電した又は励起試薬種との気相電荷交換反応による前記蒸発した試料化学種のイオン化と、を含む。第8の態様は、第2の態様において、前記試料化学種をイオン化するための前記手段が、前記蒸発した試料を前記エレクトロスプレーされた帯電した液滴内に蒸発及び同伴させるための、光源、もしくは前記試薬イオン発生器を通過する加熱されたガス又は蒸気による前記試料の加熱及び蒸発を含む。第9の態様は、第1の態様において、前記検出器が、質量分析器と、イオン移動度分析器と、からなる群から選択される要素を含む。第10の態様は、第1の態様において、前記イオン化試料化学種を前記検出器内に案内するための前記手段が、電極と、真空へのオリフィスとを含む。
第11の態様は、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.試料保持器を含み、1つ又は複数の試料の1次元〜複数次元の試料位置決めを提供する試料位置トランスレータであって、前記試料位置トランスレータが前記筐体内部に化学汚染を導入することを最小限にする又は防止するように構成されている、試料位置トランスレータと、c.帯電した又は励起された試薬種を前記筐体内部において発生させるための手段と、d.周囲汚染が前記筐体に入ることを最小限にするか防止する一方で、1つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入するための手段と、e.イオン化試料化学種を発生させるために前記帯電した又は励起された試薬種を使用して前記試料化学種をイオン化するための手段と、f.前記イオン化試料化学種を検出器に案内するための手段と、を含む、イオン源を要旨とする。第12の態様は、第11の態様において、前記試料保持器が、1つ又は複数の固体試料、液体試料、粉末試料又は乳濁液試料を保持するように構成されている。第13の態様は、第11の態様において、前記試料位置トランスレータが、1次元〜4次元の試料の運動を含む。第14の態様は、第11の態様において、帯電した又は励起された試薬種を発生させるための前記手段が、1つ又は複数の位置並進軸と、回転可能な角度をなした出口チャネルと、ヒータと、溶液試薬種を噴霧するための空気式噴霧器と、からなる群から選択される特徴を備えて構成されている試薬イオン発生器を含む。第15の態様は、第11の態様において、前記検出器が質量分析器又は移動度分析器を含む。
第16の態様は、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.前記筐体内部に構成されている可動試薬イオン発生器と、c.1つ又は複数の試料を前記筐体内において位置決めするための試料位置トランスレータであって、密閉された筐体を提供するために、前記周囲外部環境と前記筐体内部との間にシールを含む、試料位置トランスレータと、d.1つ又
は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータを利用する手段と、e.前記1つ又は複数の試料を加熱するための少なくとも1つの手段と、f.前記1つ又は複数の試料の温度を検出するための手段と、g.試料イオンを発生させるために前記1つ又は複数の試料を前記筐体内部でイオン化するための手段と、h.前記試料イオンを検知するための手段と、を含む、イオン源を要旨とする。第17の態様は、第16の態様において、前記温度を検出するための前記手段が少なくとも1つの高温計を含む。第18の態様は、第16の態様において、前記1つ又は複数の試料を加熱するための前記手段が、光ヒータと、前記試薬イオン発生器から生成された加熱されたガスと、からなる群から選択される要素を含む。第19の態様は、第16の態様において、1つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すための前記手段が、前記1つ又は複数の試料の装填又は取り外しを可能にするために開く扉を含む。第20の態様は、第16の態様において、前記試料イオンを検知するための前記手段が、質量分析器と、移動度分析器と、からなる群から選択される要素を含む。
第21の態様は、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.前記筐体内部に構成されている位置調節可能な帯電した又は励起された試薬種発生器と、c.1つ又は複数の試料を前記筐体内において位置決めするための試料位置トランスレータであって、密閉された筐体を提供するために、前記周囲外部環境と前記筐体との間にシールを含む、試料位置トランスレータと、d.前記1つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータを利用するための手段と、e.前記1つ又は複数の試料を加熱するための少なくとも1つの手段と、f.前記1つ又は複数の試料の温度を検出するための手段と、g.少なくとも1つの試料を保持するための試料保持器と、h.前記筐体内に装填される前記1つ又は複数の試料の数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための手段と、i.前記1つ又は複数の試料を前記筐体内部でイオン化するための手段と、を含む、イオン源を要旨とする。第21の態様は、第22の態様において、前記1つ又は複数の試料の前記温度を検出するための前記手段が高温計である。第23の態様は、第16の態様において、前記1つ又は複数の試料を加熱するための前記手段が、光ヒータと、前記試薬種発生器から生成された加熱されたガスと、からなる群から選択される要素を含む。第24の態様は、第22の態様において、前記高温計からの出力が前記1つ又は複数の試料の加熱を制御するように構成されている。第25の態様は、第21の態様において、前記筐体内に装填される前記1つ又は複数の試料の前記数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための前記手段が、距離測定センサ又はビデオ画像センサからなる群から選択される要素を含む。第26の態様は、第21の態様において、前記試料保持器を特定するための距離又はバーコードセンサをさらに含む。
第27の態様は、第16の態様において、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.前記周囲外部環境と前記筐体内部のイオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.水分センサ又は湿度センサを含む前記筐体からのベントと、c.パージガスを前記筐体内に提供するための少なくとも1つの手段と、d.前記筐体内部に構成されている帯電した又は励起された試薬種発生器と、e.試料を前記筐体内において位置決めするための試料位置トランスレータと、f.前記試料を前記筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータを利用する手段と、g.前記試料を加熱するための少なくとも1つの手段と、h.前記試料の温度を検出するための手段と、i.少なくとも1つの試料を保持するための試料保持器と、j.前記筐体内に装填される前記試料の数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための手段と、k.前記試料を前記筐体内部でイオン化するための手段と、を含む、イオン源を要旨とする。第28の態様は、第27の態様において、前記試料位置トランスレータが、前記周囲外部環境と前記筐体との間のシールを含む。第29の態様は、第27の態様において、前記試料を加熱するための前記手段が、光ヒータと、レーザと、加熱されたガス流と、からなる群から選択される要素を含む。第30の態様は、第27の態様において、前記試料をイオン化するための前記手段が試薬イオン発生器を含む。第31の態様は、第27の態様において、前記試料の前記温度を検出するた
めの前記手段が高温計を含む。第32の態様は、第27の態様において、前記筐体内に装填される前記試料の前記数、タイプ、位置又はプロファイルを測定するための前記手段が、要素であって、距離センサと、ビデオセンサと、前記要素に対する前記試料保持器の運動と、からなる群から選択される要素を含む。
第33の態様は、化学種の直接試料分析の方法であって、a.大気圧又はその近辺で動作するイオン源を利用するステップであり、前記イオン源が、周囲ガスがイオン化領域に入ることを防止する筐体と、試料装填領域と、第1の位置トランスレータを含む試薬イオン発生器と、少なくとも1つの光ヒータと、試料保持器と、前記試料保持器のための第2の位置トランスレータと、可変流量パージガスと、電極を含む質量分析器への入口及び真空へのオリフィスと、を含む、
ステップと、b.少なくとも1つの試料を前記試料保持器上に取り付けるステップと、c.前記試料装填領域内において前記試料保持器を前記第2の位置トランスレータ上に装填するステップと、d.前記筐体内部に配置された前記試料保持器により前記周囲ガスに対して前記試料装填領域を閉鎖するステップと、e.前記第2の位置トランスレータを使用して前記少なくとも1つの試料を分析のための位置に移動するステップと、f.試料種を蒸発させるために前記少なくとも1つの試料を加熱するステップと、g.前記試薬イオン発生器から出る励起された又はイオン化された種を使用して前記試料種から試料イオンを発生させるステップと、h.分析のために前記試料イオンを前記質量分析器内に案内するステップと、を含む、方法を要旨とする。第34の態様は、第33の態様において、前記試料保持器を分析のための前記位置に移動する前に、周囲ガスを前記密閉された試料装填領域からパージするために前記パージガスが使用される。第35の態様は、第34の態様において、前記密閉された試料装填領域を出る前記パージガスの湿度が水分センサ又は湿度センサで測定される。第36の態様は、第35の態様において、前記水分センサ又は前記湿度センサからの読み取り値が前記少なくとも1つの試料を前記筐体の前記イオン化領域内に移動する前に前記少なくとも1つの試料を一貫して調整するために使用される。第37の態様は、第33の態様において、前記試料保持器が分析のための前記位置に移動するときに、バーコードリーダと、距離センサと、からなる群から選択される要素を使用して前記試料保持器のタイプが特定される。第38の態様は、第33の態様において、前記試料保持器が分析のための前記位置に移動するときに、前記試料の存在及び前記位置の検証が距離センサを使用して実施される。第39の態様は、第33の態様において、前記試料分析の最適化のために前記試料保持器が移動する最適な位置を決定するために、前記試料の存在及び前記位置、表面プロファイル、形状及びサイズが、距離センサと、ビデオ画像センサと、表面プロファイリングソフトウェアと、からなる群から選択される要素を使用して検出及び測定される。第40の態様は、第39の態様において、前記試料保持器を、各取り付けられた試料の分析のための最適な位置に、手動で、又は前記試料保持器の特定、もしくは各取り付けられた試料の前記存在及び位置、表面プロファイル、形状及びサイズの前記検出及び前記測定に基づき前記第2の位置トランスレータを使用するソフトウェア制御により自動的に移動するステップをさらに含む。第41の態様は、第39の態様において、前記試薬イオン発生器の出口端部を、各取り付けられた試料を分析するための最適な位置に、手動で、又は前記試料保持器の前記特定、もしくは各取り付けられた試料の前記存在及び位置、表面プロファイル、形状及びサイズの前記検出に基づき前記第1の位置トランスレータを使用するソフトウェア制御により自動的に移動するステップをさらに含む。第42の態様は、第33の態様において、前記試料の加熱が、光ヒータと、レーザと、前記試薬イオン発生器から出る加熱されたガスと、の1つ又は複数を使用して実施される。第43の態様は、第33の態様において、加熱中、少なくとも1つの高温計及び少なくとも1つの熱電対の1つ又は複数を含む少なくとも1つの温度センサを使用して前記試料の前記温度が検出される。第44の態様は、第43の態様において、前記少なくとも1つの温度センサからの読み取り値が前記試料の前記加熱を制御するために使用される。第45の態様は、第33の態様において、前記試料イオンを前記加熱された向流乾燥ガスに抗して真空への前記オリフィス内に移動させる電圧を前記電極に印加することによっ
て前記試料イオンが前記質量分析器に案内される。第46の態様は、第33の態様において、試料キャリーオーバ又はクロストークを最小限にする又は除去するために、前記パージガス流と、前記試薬イオン発生器からの前記ガス流と、前記向流ガス流と、の1つ又は複数が、試料分析の間に前記試料種の汚染物質イオンの前記イオン化領域をパージするために使用される。第47の態様は、第33の態様において、前記試料種から試料イオンを発生させるステップが、蒸発した試料種を、前記筐体内に構成されている帯電した液滴の発生器から生成される帯電した液滴内に吸収するステップと、前記試料種のイオンを生成するために前記液滴を蒸発させるステップと、を含む。
第48の態様は、化学種の直接試料分析の方法であって、a.大気圧又はその近辺で動作するイオン源を利用するステップであり、前記イオン源が、イオン化領域に入ることを防止する筐体周囲ガスと、試料装填領域と、帯電した液滴の発生器と、少なくとも1つの光ヒータと、試料保持器と、前記試料保持器のための位置トランスレータと、可変流量パージガスと、電極を含む質量分析器への入口及び真空へのオリフィスと、を含む、ステップと、b.少なくとも1つの試料を前記試料保持器上に取り付けるステップと、c.前記試料装填領域内において前記試料保持器を前記位置トランスレータ上に装填するステップと、d.前記筐体内部に配置された前記試料保持器により前記周囲ガスに対して前記試料装填領域を閉鎖するステップと、e.前記位置トランスレータを使用して前記少なくとも1つの試料を分析のための位置に移動するステップと、f.試料種を蒸発させるために前記少なくとも1つの試料を加熱するステップと、g.蒸発した試料種を前記帯電した液滴の発生器から生成される帯電した液滴に吸収させ、前記試料種のイオンを生成するために前記液滴を蒸発させることによって前記試料種から試料イオンを発生させる、ステップと、h.分析のために前記試料イオンを前記質量分析器内に案内するステップと、を含む、方法を要旨とする。第49の態様は、第48の態様において、前記試料の前記加熱が前記筐体内部にある試薬イオン発生器から出る加熱されたガスを使用して実施される。第50の態様は、第49の態様において、前記試薬イオン発生器の出口端部が、第2の位置トランスレータを使用して前記筐体内部の前記イオン化領域内に配置される。第51の態様は、第49の態様において、前記試料イオンを前記発生させるステップが、前記試薬イオン発生器から出る試薬イオン又は励起試薬種を使用して実施される。
第52の態様は、直接試料分析の方法であって、a.試料を試料保持器に取り付けるステップと、b.前記試料保持器を、周囲大気からの前記イオン化領域の分離を提供する、密閉可能な試料装填扉と、密閉されたイオン化領域と、を含む筐体内に装填するステップと、c.周囲ガスの、前記イオン化領域内のガスとの混合を防止するために前記試料保持器の装填後に前記密閉可能な試料装填扉を閉鎖するステップと、d.前記試料保持器を前記装填扉の近傍から前記イオン化領域に移動する前にバックグラウンド汚染を除去するために前記筐体の内部をパージガス流でパージするステップと、e.前記試料保持器を前記イオン化領域内に移動するステップと、f.前記試料をイオン化するためにイオン化試薬を発生させるステップと、g.前記試料の前記イオン化を促進するために前記試料を蒸発させるステップと、h.試料イオンを発生させるステップと、i.前記試料イオンを質量分析器又は移動度分析器内に案内するステップと、を含む、方法を要旨とする。
第53の態様は、化学種を分析するための装置であって、a.ガスヒータ又は蒸発器、及び試薬イオン種を発生させるためのコロナ又はグロー放電領域と、b.前記試薬イオン種をほぼ大気圧で動作する筐体内に送達するためのガス流路又は蒸気流路と、c.試料分析中における周囲空気との気体交換を防止する前記筐体周囲のシールと、d.1つ又は複数の試料化学種を前記筐体内に導入する一方で、周囲汚染が前記筐体に入ることを最小限にするための1つ又は複数のポート及び入口と、e.試料化学種を前記筐体内に配置するためのトランスレータアセンブリと、f.前記筐体内に導入された前記1つ又は複数の前記試料化学種の位置を測定し、かつタイプ及び幾何学的配置を特定するための位置センサと、g.前記試料化学種を制御可能に加熱し、前記試料種の蒸発を生じさせるための熱源と、h.前記加熱された試料の温度を検出するための温度センサと、i.前記蒸発した試料化学種をイオン化するための手段と、j.前記イオン化試料種を前記筐体領域から真空
内に案内するためにイオン光学部品に印加される電圧と、k.前記真空内の前記イオン化試料種の一部を質量電荷分析する質量分析器であって、前記蒸発した試料化学種をイオン化するための前記手段が、試薬イオンと、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突と、光イオン化と、からなる群から選択される、質量分析器と、を含む、装置を要旨とする。
第54の態様は、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.前記周囲外部環境と前記筐体内部の前記イオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.前記イオン源筐体内部に構成されている可動試薬イオン発生器と、c.前記周囲環境と、前記筐体内部との間にシールを含む、前記筐体内における1つ又は複数の試料の位置決めのための試料位置トランスレータと、d.1つ又は複数の試料を前記密閉された筐体内に装填する及び取り出すために前記試料位置トランスレータによって利用される試料保持器と、e.前記試料を加熱するための少なくとも1つの熱源と、f.前記試料の温度を検出するための温度センサと、g.前記筐体内に装填される前記試料の数、タイプ及び位置を測定するためのレーザ距離センサと、h.前記筐体内部の前記試料をイオン化するための手段であって、前記手段が、試薬イオンと、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突と、光イオン化と、からなる群から選択される、手段と、を含む、イオン源を要旨とする。
第55の態様は、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.前記周囲外部環境と前記筐体内部の前記イオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.前記イオン源筐体内部に構成されている可動試薬イオン発生器と、c.前記イオン源筐体内部における1次元〜3次元の試料保持器の幾何学的配置の試料位置決めを提供することができる試料位置トランスレータと、d.1次元〜3次元で配置された位置において1つ又は複数の試料を取り付けるように構成されている試料保持器と、e.前記試料保持器のタイプを自動的に特定するための少なくとも1つのセンサと、f.前記試料の数、位置及び幾何学的配置を測定するための少なくとも1つのレーザ距離センサと、g.前記少なくとも1つの前記試料を加熱するための少なくとも1つの熱源と、h.前記少なくとも1つの試料をイオン化するための少なくとも1つの手段であって、少なくとも1つの前記手段が、試薬イオンと、エレクトロスプレーにより発生したイオン又は帯電した液滴との衝突と、光イオン化と、からなる群から選択される、手段と、を含む、イオン源を要旨とする。
第56の態様は、ほぼ大気圧で動作するイオン源であって、a.前記周囲外部環境と前記筐体内部の前記イオン源領域との間にシールを提供する筐体と、b.前記イオン源筐体内部における1次元〜3次元の試料保持器の幾何学的配置の試料位置決めを提供することができる試料位置トランスレータであって、前記試料位置トランスレータが前記筐体内部に化学汚染を導入することを防止するように前記試料位置トランスレータが構成されている、試料位置トランスレータと、c.1次元〜3次元で配置された位置に1つ又は複数の試料を取り付けるように構成されている試料保持器と、d.前記試料保持器のタイプを自動的に特定するためのセンサと、e.前記試料の数、位置及び幾何学的配置を測定するためのレーザ距離センサと、を含む、イオン源を要旨とする。
Claims (14)
- 化学種の分析のための装置において、
前記装置の動作の間に概ね大気圧で動作する筐体と、
前記筐体内に配備される、試薬イオン又は準安定種の発生器であって、前記装置の動作の間に試薬イオン又は準安定種を発生するためにコロナ又はグロー放電を生じるための要素を含んでなる、試薬イオン又は準安定種の前記発生器と、
前記筐体内の試料の分析の間に周囲の空気との気体の交換を抑止するための少なくとも1つのシールと、
前記筐体内の並進ステージに載置された試料保持器アセンブリであって、複数の別個の試料配備位置を有した少なくとも1つの試料保持器を含んでなる、試料保持器アセンブリと、
前記装置の動作の間にイオン化された試料化学種を検出し、かつ分析するための化学分析器と、
前記イオン化された試料化学種を前記化学分析器内へと指向させるために配備されるキャピラリとを備え、
前記試薬イオン又は準安定種の発生器は、回転可能な角度をなした端部と、取外し可能な端部部品とを有し、前記回転可能な角度をなした端部は前記少なくとも1つの試料保持器の近傍に配備され、
前記装置は、該装置の動作の間に、前記試薬イオン又は準安定種が対応する試料配備位置に配置された試料化学種をイオン化して、前記イオン化試料化学種を生成する、化学種の分析のための装置。 - 前記試料イオン又は準安定種の発生器の気体又は蒸気の流路は、コロナ又はグロー放電を生じるための前記要素を通過する、請求項1に記載の装置。
- 1つ以上の試料化学種は、固相、液相、又は気相の試料又は、又は乳濁液試料もしくは粉末試料を含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 試料ガスの流れを前記筐体内に入れるために試料ガス供給部をさらに備える、請求項1
に記載の装置。 - 前記キャピラリは、前記装置の動作中に一定の電圧がかかるオリフィスをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 少なくとも1つのガス流量調整器と、少なくとも1つのガスヒータと、少なくとも1つの温度調節器とをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記複数の別個の試料配備位置は2次元のアレイに配置されている、請求項1に記載の装置。
- 前記複数の試料保持器アセンブリは複数の試料保持器を備える、請求項1に記載の装置。
- 前記複数の試料保持器のうちの2つが互いに交差するように配備されている、請求項8に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの試料保持器のための位置センサをさらに備え、前記装置の動作の間に、前記試薬イオン又は準安定種の発生器の前記少なくとも1つの試料保持器に相対して、自動化かつ最適化した位置決めを可能とさせるために前記位置センサはフィードバックを与える、請求項1に記載の装置。
- 異なる試料成分の、試料の表面からの分離を時間的又は温度において生じるために少なくとも1つの試料保持器の試料表面に制御された加熱又は加熱の勾配を与えるための熱源をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの試料保持器は、液体試料を保持するためのメッシュターゲットを含んでなる、請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの保持器は、2つの平行な表面を有した基板を含んでなり、前記2つの平行な表面のうちの一方は前記試薬イオン又は準安定種の発生器に近接して設けられ、他方は前記キャピラリの入口オリフィスに近接して設けられる、請求項1に記載の装置。
- 前記装置は、該装置の動作の間に前記試料ガスの流れが前記コロナ又はグロー放電から形成された試薬イオン又は準安定種と電荷を交換するように配置されている、請求項4に記載の装置。
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