JP7183346B2 - イオン生成と、不連続の大気インターフェースの周期との同期 - Google Patents
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Description
本願は、2011年1月20日に出願された米国仮特許出願第61/434,473号への優先権および利益を主張し、この米国仮特許出願は全体の内容は、本明細書中に参考として援用される。
合衆国政府は、本発明においてペイドアップ・ライセンスを、そして限られた範囲で権利を有し、海軍研究事務所(Office of Naval Research)により授与された契約番号N00014-05-1-0454の条件により提供される適切な条件で、特許権者が他者に対してライセンス供与することを必要とする。
本発明は、一般的に、イオンの生成を、不連続の大気インターフェースの周期(cycling)と同期させるための方法および装置に関する。
質量分析計(MS)は、とりわけ、公衆安全、科学捜査、食品安全および製剤品質保証の領域における、迅速な痕跡分析に対する要求の増加により、現在強化されている化学分析において重要な役割を果たす。これらの要求は、MSの設備および手法を簡素化する必要性を引き起こしている。同様に、このことは、小型の設備の開発(非特許文献1;非特許文献2;および、非特許文献3)、ならびに、天然状態で調製することなく試料が試験されるアンビエントイオン化法の開発(非特許文献4;非特許文献5;非特許文献6;非特許文献7;非特許文献8;非特許文献9;非特許文献10;非特許文献11;および、非特許文献12)をもたらしている。特に、研究所の外で容易に使用され得る質量分析計を製造するために、小型化した設備が、アンビエントイオン化法と組み合わせられる。
本発明は、イオンの生成を、不連続の大気インターフェースの周期と同期させることが、イオン生成が連続的で、不連続の大気圧インターフェースの周期と独立して動作する、従前のシステムと比較して、感度が改善され、溶媒使用量が低減され、霧化ガス使用量が低減され、サンプリング効率が改善されたシステムを提供することと認識する。このように、本発明のシステムは、より高感度で、より高効率な質量分析計を提供する。特に、本発明のシステムは、研究所の外での使用および、試料の現場、例えば、犯罪現場、食品加工施設または空港での検問所での使用に十分に適合する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
試料を分析するためのシステムであって、
試料イオンを生成する質量分析プローブ;
不連続の大気インターフェース:および、
質量アナライザ
を含み、
前記システムは、イオン形成が前記不連続の大気インターフェースの周期と同期されるように構成される、
システム。
(項目2)
前記プローブが、スプレー放射体および高電圧源を含み、
前記プローブは、前記高電圧源が、前記スプレー放射体により放出されたスプレーと接触しないように構成される、項目1記載のシステム。
(項目3)
イオンが、誘導電荷により生成される、項目2記載のシステム。
(項目4)
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目1記載のシステム。
(項目5)
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目4記載のシステム。
(項目6)
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目1記載のシステム。
(項目7)
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目1記載のシステム。
(項目8)
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目1記載のシステム。
(項目9)
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目1記載のシステム。
(項目10)
前記質量アナライザが、質量分析計またはハンドヘルドの質量分析計用である、項目1記載のシステム。
(項目11)
前記質量アナライザが、四重極イオントラップ、直線型イオントラップ、円筒型イオントラップ、イオンサイクロトロン共鳴トラップおよびオルビトラップからなる群から選択される、項目10記載のシステム。
(項目12)
さらに、霧化ガス供給源を含む、項目1記載のシステム。
(項目13)
前記霧化ガス供給源が、ガスのパルスを供給するように構成される、項目12記載のシステム。
(項目14)
前記ガスパルスがまた、イオン形成および前記不連続の大気インターフェースの周期と同期される、項目13記載のシステム。
(項目15)
試料を分析するための方法であって、
質量分析プローブを使用して、試料中の検体のイオンを生成する工程;
前記イオンを不連続的に質量アナライザに導入する工程;および、
前記イオンを分析する工程を含み、
前記生成工程が、前記アナライザへの前記イオンの導入工程と同期される、
方法。
(項目16)
誘導電荷を使用して、イオンを生成する、項目15記載の方法。
(項目17)
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目15記載の方法。
(項目18)
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目17記載の方法。
(項目19)
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目15記載の方法。
(項目20)
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目15記載の方法。
(項目21)
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目15記載の方法。
(項目22)
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目15記載の方法。
(項目23)
前記不連続的に導入する工程が、
大気圧インターフェースに連結された弁を開ける工程であって、ここで、前記弁を開けることにより、実質的に大気圧におけるイオンを、減圧下の前記質量アナライザに移動させる工程;および、
大気圧インターフェースに連結された前記弁を閉じる工程であって、ここで、前記弁を閉じることにより、実質的に大気圧における前記イオンの、減圧下の前記質量アナライザへの更なる移動を防止する工程
を含む、項目15記載の方法。
(項目24)
分析工程が、質量アナライザを提供して、前記試料中の検体のマススペクトルを生成する工程を含む、項目15記載の方法。
(項目25)
前記質量アナライザが、四重極イオントラップ、直線型イオントラップ、円筒型イオントラップ、イオンサイクロトロン共鳴トラップおよびオルビトラップからなる群から選択される、項目23記載の方法。
(項目26)
試料イオンを形成する方法であって、
試料を、装置を通して流す工程;
前記流れる試料と接触しない供給源から電圧をパルスして、前記流れる試料と誘導的に相互作用させ、これにより、試料イオンを生じさせる工程
を含む、方法。
(項目27)
前記装置が、質量分析プローブである、項目26記載の方法。
(項目28)
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目27記載の方法。
(項目29)
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目28記載の方法。
(項目30)
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目27記載の方法。
(項目31)
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目27記載の方法。
(項目32)
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目27記載の方法。
(項目33)
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目27記載の方法。
(項目34)
質量分析プローブからの試料イオン生成を不連続の大気インターフェースと同期させるための方法であって、
質量分析プローブから試料スプレーを生成する工程;
前記試料スプレーと接触しない供給源から電圧をパルスして、前記試料スプレーと誘導的に相互作用させ、これにより、試料イオンを生じさせる工程;および、
前記電圧のパルスを、前記不連続の大気インターフェースの周期と同期させる工程
を含む、方法。
(項目35)
さらに、霧化ガスをパルスして、前記試料と相互作用する工程を含み、ここで、前記ガスパルスがまた、イオン形成および前記不連続の大気インターフェースの周期と同期される、項目34記載の方法。
(項目36)
前記プローブが、大気圧直接イオン化技術により動作する、項目34記載の方法。
(項目37)
前記大気圧直接イオン化技術が、脱離エレクトロスプレーイオン化である、項目36記載の方法。
(項目38)
前記プローブが、エレクトロスプレーイオン化により動作する、項目34記載の方法。
(項目39)
前記プローブが、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、項目34記載の方法。
(項目40)
前記プローブが、低温プラズマプローブである、項目34記載の方法。
(項目41)
前記プローブが、紙スプレープローブである、項目34記載の方法。
(項目42)
試料スプレーにおいて陽イオンおよび陰イオンの両方を生じさせる方法であって、
前記スプレーと接触しない電極から、試料スプレーにパルス状の電圧を印加して、前記スプレーにおいて陽イオンおよび陰イオンの両方を生じさせる工程を含む、
方法。
(項目43)
さらに、前記陽イオンおよび前記陰イオンのマススペクトルを記録する工程を含む、項目42記載の方法。
(項目44)
記録工程は、質量分析計が前記試料を受けている間に、前記質量分析計の極性を切り替える工程を含む、項目42記載の方法。
本発明は、一般的に、イオンの生成を、不連続の大気インターフェースの周期と同期させるための方法および装置に関する。ある実施形態において、本発明は、試料イオンを生成する質量分析プローブ、不連続の大気インターフェースおよび質量アナライザを含む、試料を分析するためのシステムを提供する。前記システムは、イオンの形成が前記不連続の大気インターフェースの周期と同期されるように構成される。図1に、典型的なシステムを示す。前記システムは、アンビエントイオン化法により動作する質量分析プローブを含む。アンビエントイオン化法としては、スプレーに基づく方法(Cooksら、Science 2006,311,1566-1570;Takatsら、Science 2004,306,471-473;Talatyら、Analyst 2005,130,1624-1633;Liuら、Anal.Chem.2010,82,2463-2471;Wangら、Angew.Chem.,Int.Ed.2010,49,877-880;Kerteszら、Anal.Chem.2008,80,1027-1032;Kerteszら、Anal.Chem.2008,80,5168-5177;および、Beremanら、J.Am.Soc.Mass Spectrom.2007,18,1093-1096)、プラズマに基づく方法(Codyら、Anal.Chem.2005,77,2297-2302;および、Blockら、J.Agric.Food Chem.2010,58,4617-4625)、ならびに、レーザー支援法(Bradyら、Rapid Commun.Mass Spectrom.2010,24,1659-1664;Judgeら、Anal.Chem.2010,82,3231-3238;Nemesら、Anal.Chem.2007,79,8098-8106;Nemesら、Anal.Chem.2008,80,4575-4582;および、Nemesら、Anal.Chem.2009,81,6668-6675)が挙げられる。
b ガス流量の平均。
不連続の大気インターフェースは、Ouyangら(米国特許出願特願12/622,776およびPCT出願番号PCT/US2008/065245)に記載されており、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。
脱離エレクトロスプレーイオン化(DESI)は、例えば、Takatsら(米国特許第7,335,897)に記載されており、その内容全体は、参照により本願明細書に援用される。DESIは、アンビエント条件下における大気圧または減圧において、原料(検体)をイオン化および脱離させる。DESIシステムは、一般的に、霧化ガス内に液滴を送達することにより、DESI活性スプレーを生成するための装置を含む。前記システムは、前記DESI活性スプレーを表面上に導入するための手段も含む。前記DESI活性スプレーは、前記表面と接触する間際に、荷電および非荷電の両方の、またはそれらのいずれかの液滴、気体イオン、霧化ガスおよび近接した大気の分子を含むものと理解される。空気圧で支援されるスプレーは、試料中に存在する場合、1つ以上の検体と相互作用する試料材料の表面上に導入され、検体または複数の検体の脱離イオンを生成する。脱離イオンは、質量分析用の質量アナライザ、サイズにより分離し、得られた電圧変化を測定するIMS装置、スペクトル分析用のフレーム分光計等に導入され得る。
低温プラズマ(LTP)プローブは、Ouyangら(米国特許出願特願12/863,801およびPCT出願番号PCT/US09/33760)に記載されており、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。エレクトロスプレーまたはレーザーに基づくアンビエントイオン化源と異なり、プラズマ源は、エレクトロスプレー溶媒、補助ガスおよびレーザーを必要としない。LTPは、比較的低運動エネルギーであるが、反応性イオンおよび中性物質を含む、高エネルギー電子を有する非平衡プラズマとして特徴付けられ得;その結果が、表面から検体を脱離、イオン化し、検体の分子イオンまたはフラグメントイオンを生じさせる、低温アンビエントプラズマである。高温(平衡)プラズマと比較して、LTPの特徴的な特性は、LTPが、分子を原子にも小分子フラグメントにも分解しないことであり、分子の情報が、生じたイオンで保持される。LTPイオン化源は、小型化の可能性を有し、電力およびガスの消費が少ない(または周囲空気のみを使用する)。これらの利点により、操作コストが低減され得る。コスト節約に加えて、LTPに基づくイオン化法は、現場でのリアルタイム解析的分析用のポータブルな質量分析計に利用できる可能性を有する(Gao,L.;Song,Q.;Patterson,G.E.;Cooks,D.Ouyang,Z.,Anal.Chem.2006,78,5994-6002;Mulligan,C.C.;Talaty,N.;Cooks,R.G.,Chemical Communications 2006,1709-1711;および、Mulligan,C.C.;Justes,D.R.;Noll,R.J.;Sanders,N.L.;Laughlin,B.C.;Cooks,R.G.,The Analyst 2006,131,556-567)。
イオンを生じさせるために湿らせた多孔質材料を含むプローブは、Ouyangら(米国特許出願特願13/265,110およびPCT出願番号PCT/US10/32881)に記載されており、各内容全体は、参照により本願明細書に援用される。図13A-Bに、典型的なプローブを示す。多孔質材料、例えば、紙(例えば、ろ紙もしくはクロマトグラフ紙)または他の同様の材料は、液体および固体を保持および移動するのに使用され、イオンは、高電圧が前記材料に印加された場合、前記材料の端から直接生成される。前記多孔質材料は、溶媒の流れ、例えば、連続性の溶媒の流れから離れた(すなわち、分離または切断された)状態を保たれる。または、試料が、前記多孔質材料上にスポットされるか、または、前記試料を含む表面からその上に塗りつけられる。ついで、前記スポットされた試料または塗りつけられた試料は、高電圧源に連結され、前記試料イオンを生じさせ、続けて前記イオンが質量分析される。前記試料は、分離溶媒流を必要とせずに、前記多孔質材料を通して輸送される。空気圧の支援を必要とせずに、検体が輸送され、むしろ、質量分析計の前に保持された前記多孔質材料に、電圧が印加されるのみである。
誘導nESIを、物理的な接触なしに、各種のnESIアレイについて行い得る。図13に、円形モードおよび直線モードの例を示す。回転式アレイにおいて、各スプレー放射体順に約2mmで配置された電極を、イオンシグナルの順序を与える、2~4kVの正パルス(10~3000Hz)で供給した。同時のイオンシグナルが、nESI放射体の近くにおいて誘導的に生成されるパルス状の電圧を使用する直線アレイにおいて生成された。ナノエレクトロスプレーのスプレープルームが観察され、正および負の検出モードの両方における質量分析において、検体が検出される。
本開示を通じてなされている、他のドキュメント、例えば、特許、特許出願、特許公開、ジャーナル、本、論文、ウェブコンテンツに対する、任意の全ての参照および引用は、全ての目的のために、それらの内容全体を参照により、本願明細書に援用される。
本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態に具現化されてもよい。したがって、前述の実施形態は、全て配慮される例示であり、本願明細書に記載の発明を限定するものではないものと考えられる。
実験を、特注の小型の質量分析計(Mini10;Gaoら、Anal.Chem.2006,78,5994-6002)または、ThermoLTQ質量分析計(Thermo Scientific,San Jose,CA)を使用して行った。キャピラリー温度:150℃;キャピラリー電圧:15V;チューブレンズ電圧:240Vとした。特注の電源から、50~5,000Hzおよび0~8kVのパルス状の出力を供給した。DESI(Takatsら、Science 2004,306,471-473)条件を、窒素ガス150psi、外側電極としての役割を果たす金属チューブ(id250μm、長さ5cm)、スプレー放射体としての役割を果たす内側シリカキャピラリー(id50μm)とした。基材に対するDESIスプレーの角度を40°に設定した。スプレーチップと試料との間の距離を、2mmに設定した。試料とMS吸入口との距離を、3mmに設定した。スプレー溶液を、MeOH/水(v:v=1:1)とした。20μmの市販のシリカナノエレクトロスプレーチップを、New Objective(Woburn,MA,USA)から入手した。
Claims (11)
- 試料イオンを形成する方法であって、
前記方法は、
試料を、単一のスプレー放射体を通して流すことと、
前記流れる試料と接触しない前記単一のスプレー放射体の電極からの印加される電位をパルスして、前記流れる試料と誘導的に相互作用させ、これにより、試料イオンを生じさせることであって、前記試料イオンを生じさせる周波数は、前記印加される電位の周波数であり、前記印加される電位は、前記単一のスプレー放射体からの印加される電位の極性を変更することなく正の成分および負の成分の両方を備える、ことと
を含む、方法。 - 前記単一のスプレー放射体は、質量分析プローブである、請求項1に記載の方法。
- 前記質量分析プローブは、大気圧直接イオン化技術により動作する、請求項2に記載の方法。
- 前記質量分析プローブは、エレクトロスプレーイオン化により動作する、請求項3に記載の方法。
- 前記質量分析プローブは、ナノエレクトロスプレーイオン化により動作する、請求項3に記載の方法。
- 質量分析計中で前記生じさせられたイオンを分析することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記質量分析計は、ハンドヘルドの質量分析計である、請求項6に記載の方法。
- 前記質量分析計は、質量アナライザを含み、四重極イオントラップ、直線型イオントラップ、円筒型イオントラップ、イオンサイクロトロン共鳴トラップおよびオルビトラップからなる群から選択される、請求項6に記載の方法。
- 霧化ガス供給源をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記霧化ガス供給源が、ガスのパルスを供給するように構成される、請求項9に記載の方法。
- 前記試料は、生体分子を含み、前記生じさせられたイオンは、前記生体分子のイオンを含む、請求項1に記載の方法。
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