最適化乾燥ガス流を用いた常圧イオン化
【課題】試料液滴の蒸発を改善することができる、常圧イオン化において使用される装置および方法を提供する。
【解決手段】常圧イオン化において使用される装置は、試料受容チャンバと、試料受容チャンバと連通する試料液滴源と、出口導管と、境界部とを備えている。出口導管は、試料受容チャンバと連通するサンプリングオリフィスを形成する。境界部は、試料受容チャンバとサンプリングオリフィスとの間に介在し、開口部を備えている。開口部は、乾燥ガスが伸長されたフロープロファイルで試料受容チャンバ内へと流通可能な第１の通路と、試料材料が試料受容チャンバからサンプリングオリフィスに向かって流通可能な第２の通路とを形成する。第１の通路は、第２の通路に対して非同軸に配置されている。第１の通路は、第２の通路に向かって流れる試料材料の液滴の経路内へと伸長されたフロープロファイルの乾燥ガスを導入するように構成されている。
【解決手段】常圧イオン化において使用される装置は、試料受容チャンバと、試料受容チャンバと連通する試料液滴源と、出口導管と、境界部とを備えている。出口導管は、試料受容チャンバと連通するサンプリングオリフィスを形成する。境界部は、試料受容チャンバとサンプリングオリフィスとの間に介在し、開口部を備えている。開口部は、乾燥ガスが伸長されたフロープロファイルで試料受容チャンバ内へと流通可能な第１の通路と、試料材料が試料受容チャンバからサンプリングオリフィスに向かって流通可能な第２の通路とを形成する。第１の通路は、第２の通路に対して非同軸に配置されている。第１の通路は、第２の通路に向かって流れる試料材料の液滴の経路内へと伸長されたフロープロファイルの乾燥ガスを導入するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、常圧イオン化に関する。特に、本発明は、常圧（大気圧）イオン化装置の性能向上のために最適化された方法で乾燥ガス流を装置に供給することに関する。
【背景技術】
【０００２】
分析化学などにおける特定の技術では、分析に先だって試料の成分をイオン化する必要がある。質量分析（ＭＳ）は、この様な分析技術の一例である。一般的に、ＭＳとは、試料成分をその質量電荷比（質量対電荷比）に従って分解可能な、様々な機器的な定性定量分析方法のことを言う。この目的のために、ＭＳシステムは、試料成分をイオンに変換して、その質量電荷比に基づいてイオンを分類または分離して、質量スペクトルを生成するために必要に応じて、得られたイオン出力（例えば、イオン流、イオン束、イオンビームなど）を処理する。通常、質量スペクトルは、質量電荷比（通常、ｍ／ｚまたはｍ／ｅとして表され、または、大抵の場合、電荷ｚもしくはｅが値１を有するものとして、単に「質量」として表される）の関数として、荷電成分の相対存在量を示す一連のピークである。
【０００３】
本開示に関する限り、ＭＳシステムは、一般的に公知であり、詳述する必要はない。簡単に言えば、典型的なＭＳシステムは、通常、試料導入口システムと、イオン源またはイオン化システムと、質量分析装置（質量分類装置または質量分離装置とも称する）または複数の質量分析装置と、イオン検出装置と、信号処理装置と、読み取り／表示手段とを備えている。さらに、ＭＳシステムは、ＭＳシステムの１以上の構成部材の機能を制御し、ＭＳシステムが生成する情報を格納し、分析などに有用な分子データのライブラリを提供するためのコンピュータや、その他の電子処理装置ベースの装置などの電子制御装置を備えている場合もある。電子制御装置は、ＭＳシステムのオペレータに対するインタフェースを可能とするための端末およびコンソールなどを備えたメインコンピュータと、データ取得、操作などの専用機能を有する１以上のモジュールまたはユニットとを備えている場合もある。また、ＭＳシステムは、制御下の脱気環境に質量分析装置を密閉するための真空システムを備えている場合もある。質量分析装置に加え、設計に応じて、試料導入口システム、イオン源およびイオン検出装置が、全体的または部分的に脱気環境に密閉されている場合もある。ある種のイオン源またはインタフェースは、大気圧または大気圧の近くで動作するので、質量分析装置の真空領域または低圧領域とは区別される。
【０００４】
動作において、試料導入口システムは、少量の試料材料をイオン源に導入する。設計に応じて、試料導入口システムは、全体的または部分的にイオン源に組み込まれている場合もある。連結技術において、試料導入口システムは、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）装置、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）装置、キャピラリ電気泳動（ＣＥ）装置、キャピラリ電気クロマトグラフィ（ＣＥＣ）装置などの分析分離機器の出力である場合もある。イオン源は、試料材料の成分を陽イオンおよび陰イオンのストリーム（流れ）に変換する。そして、あるイオン極性が、質量分析装置へと加速される。質量分析装置は、各イオンの質量電荷比に従ってイオンを分離する。質量分析装置から出力された質量分解されたイオンは、イオン検出装置に収集される。イオン検出装置は、イオン流を電流に変換する一種のトランスデューサであり、これにより、電気信号としてのイオン出力によって表される情報をコード化して、アナログおよび／またはデジタル技術によるデータ処理を可能にする。
【０００５】
イオン化を実行するために、いくつかの異なる方法を採用することができる。したがって、イオン源のために様々な設計が開発されてきた。本開示は、主に、常圧イオン化（ＡＰＩ）として公知のイオン化技術の部類に関し、この常圧イオン化において、試料材料のイオン化は、大気圧または大気圧の近くで起こり、その後、得られたイオンは、質量分析装置に移送される。便宜上、「質量分析装置」という用語は、ここでは、質量分析／分類装置と、通常、ＡＰＩインタフェースからの試料材料の入力を受ける脱気空間内において動作する関連部材とを指すものとして、一般的かつ非限定的な意味合いで使用される。ＡＰＩ技術としては、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、常圧化学イオン化（ＡＰＣＩまたはＡＰｃＩ）、常圧光イオン化（ＡＰＰＩ）が例示される。ＡＰＩ技術は、高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）を含む液体クロマトグラフィ（ＬＣ）などの分析分離技術と質量分析との結合が望まれる場合に特に有用である。例えば、ＬＣカラムからの溶出液の出力は、試料源またはＡＰＩインタフェースへの入力となり得る。通常、溶出液は、分析対象物（例えば、分析対象の分子）の液相マトリックスと、流動相材料（例えば、溶媒や添加物）とで構成されている。
【０００６】
ＥＳＩは、気体イオンを直接生成するために試料液体にエネルギーを与える、ある種の脱着イオン化技術である。典型的なＥＳＩ源は、大気圧（または近大気圧）に保持されたチャンバを備えている。このチャンバは、質量分析部材およびイオン検出部材が存在する、質量分析装置の１以上の真空領域または低圧領域から分離されている。試料液体は、毛細管またはエレクトロスプレーニードルを介してチャンバに導入される。チャンバ内の表面またはその他の構造体である対向電極とエレクトロスプレーニードルとの間に電圧電位を印可し、これにより、チャンバ内に電界を形成する。電界は、液体表面またはエレクトロスプレーニードルの先端付近に電荷蓄積を誘発し、液体は、高電荷液滴（エレクトロスプレー）の形態でニードルから放出される。多数の微滴またはエアゾールへの液体ストリームの分解は、空気的手段、超音波的手段、または熱的手段を含む噴霧技術により支援可能である。例えば、空気的噴霧は、エレクトロスプレーニードルと同軸のチューブを準備して、窒素などの不活性ガスを試料液体と同軸に放出することによって実施可能である。電界は、チャンバから質量分析装置に至るサンプリングオリフィスに向かって、荷電液滴をエレクトロスプレーニードルの先端から導く。液滴がチャンバを通過し、そして／または、サンプリングオリフィスに関連する導管を通過する時に、液滴は、脱溶媒またはイオン蒸発プロセスを経る。液滴に含まれる溶媒が蒸発するにつれて、液滴は小さくなる。さらに、液滴は、クーロン反撥力が液滴の結合力に近づいた結果として、破裂し、更に小さな液滴へと分裂する。最終的に、荷電分析対象分子（分析対象イオン）は、液滴の表面から脱着する。分析対象イオンのみが質量分析装置に入り、中性の溶媒和液滴など、エレクトロスプレーの他の成分は質量分析装置に入らないのが理想的である。窒素などの不活性乾燥ガスストリームをチャンバに導入して、溶剤蒸発を支援したり、サンプリングオリフィスから溶媒を一掃したりする場合もある。チャンバへの導入に先だって、乾燥ガスを加熱する場合もある。従来、乾燥ガスは、サンプリングオリフィスと同軸のチューブにより形成される環状開口部を介して導入される。すなわち、乾燥ガスは、エレクトロスプレーがサンプリングオリフィスに近づくに従って、エレクトロスプレーに対向して同軸に導入される。あるいは、乾燥ガスは、サンプリングオリフィスの前方でカーテンのように導入される。
【０００７】
ＥＳＩとは異なり、ＡＰＣＩは、イオン化に先だって試料液体の噴霧および蒸発を必要とする一種の気相イオン化技術である。しかし、市販のＡＰＩ源には、ＥＳＩ動作モードとＡＰＣＩ動作モードとの間で容易に交換可能なものもあり、分析の実施において、これらの２つのモードは相補的であり、したがって非常に有用である。ＥＳＩ源と同様に、典型的なＡＰＣＩ源は、質量分析装置から分離された常圧チャンバを備えている。試料液体は、空気的噴霧装置へと導入され、この空気的噴霧装置において、窒素などの不活性噴霧ガスが、試料液体ストリームと同心に流れ、液体ストリームを液滴へと分解する。そして、試料液滴は、加熱蒸発チャンバまたはチューブ内を流れて、液滴マトリックスの流動相やその他の成分を蒸発させる。そして、得られた気相液滴分散体は、チャンバ内に放出される。コロナ放電ニードルなどの電極は、チャンバ内へと延び、電子を放出する。その結果、チャンバ内でコロナ放電が発生する。コロナ放電は、流動相分子をイオン化して、高エネルギー化学試薬ガスプラズマを生成する。コロナ放電において、イオン−分子反応が、電荷的に中性の試料と、主放電で生成された試薬イオンとの間で発生する。そして、イオン−分子反応によって、試料成分が帯電し、得られた分析対象イオンは、チャンバから質量分析装置に至るサンプリングオリフィスに向かう。分析対象イオンをサンプリングオリフィスへと導くために、例えば、サンプリングオリフィスを取り囲むプレートなどの対向電極とコロナ放電ニードルとの間に電圧電位を印加する場合もある。上記のＥＳＩ源と同様に、分析対象イオン束がサンプリングオリフィスに近づくに従って、乾燥ガス流を、分析対象イオン束に対向して同軸に導入するか、あるいは、サンプリングオリフィスの前方でカーテンのように導入して、中性の液滴が質量分析装置に入るのを防止する場合もある。
【０００８】
ＡＰＰＩ技術においては、ＡＰＣＩと同様に、試料液体は噴霧装置内を流れ、得られた液滴は気化装置内を流れ、得られた気化液滴マトリックスは、常圧チャンバ内に導入される。そして、液滴は、紫外線（ＵＶ）ランプなどの光子源やその他の適切な装置から放射された光子で照射される。光子源は、気化装置の出口オリフィスに近接して配置され、この出口オリフィスから液滴がチャンバへと導入される。あるいは、光子源は、気化装置と一体化されているか、さもなければ、光子の経路が液滴の経路と遭遇するように配置されている。液滴マトリックスは、光子とマトリックス成分との間の衝突によってイオン化される。他の技術と同様に、サンプリングオリフィスへとイオンを導くために、チャンバ内に電界を形成する場合もある。さらに、質量分析装置に至るサンプリングオリフィスと同軸の乾燥ガスの対向流または乾燥ガスのカーテンを利用して、質量分析装置への不要な液滴の流入を防止する場合もある。
【０００９】
上記の様なＡＰＩ技術において繰り返し発生する問題点は、サンプリングオリフィスへの不要な液滴やその他の非分析材料の流入である。この様な不要成分は、汚染、感度低下、堅牢性低下、ピークの尾引きなどにより、質量分析装置の性能および／またはそれにより生成される質量スペクトルデータの品質を低下させる可能性がある。これらの問題点は、イオン源に導入される試料材料の流量が増加するに従って悪化する可能性がある。上記のように、従来、イオン源は、窒素などの加熱乾燥不活性ガスの対向流またはカーテンを設けて、不要成分を吹き飛ばすことによってサンプリングオリフィスを保護してきた。しかし、これらの先行する方法は、チャンバにおける乾燥ガスから液滴への熱エネルギー伝達を増大または促進することで蒸発を増加させることによって、サンプリングオリフィスへの不要成分の流入が激しくなることを充分に把握していなかった。この目的のために、乾燥ガスの流量および温度は変更可能であり、様々な流動相組成物に適応するように変更される場合が多いが、これらのパラメータを変更可能な範囲は、実質的に制約される。サンプリングオリフィスへの分析対象イオンの流入を防止するほどに、乾燥ガスの流量を大きくすることはできない。さらに、分析対象イオンを熱劣化させたり、さもなければ分析対象イオンに悪影響を与えたり、質量分析装置の性能を損なったりするほどに、乾燥ガスの温度を高めることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、例えば、感度の向上、ノイズの低減、および汚染の低減によって、分析機器の性能およびそれにより生成されるデータの品質を向上するために、イオン源における液滴の蒸発を向上させ、そして、液滴からイオン源が接続される質量分析装置またはその他の分析機器を保護する必要がある。本開示は、適切に設計されたイオン源への乾燥ガス流によって、乾燥ガスからイオン源の試料材料へと熱エネルギーを伝達する加熱ゾーンまたは加熱領域を形成可能であることを認識している。従来設計のイオン源においては、サンプリングオリフィスの直前の領域のみに、そして、主に単一の集中流路として乾燥ガス流を集中させる。したがって、乾燥ガスが試料材料に遭遇可能な加熱ゾーンは、あまりにも小さいので、蒸発プロセスを制約する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の問題点を全体的または部分的に解決するために、そして／または、当業者により認識されてきたその他の問題点を解決するために、本開示は、下記の例示的な実施態様によって説明するように、常圧イオン化（ＡＰＩ）のための装置および方法を提供する。
一実施態様によれば、常圧イオン化において使用される装置が提供されている。この装置は、試料受容チャンバと、試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、出口導管と、境界部とを備えている。出口導管は、試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する。境界部は、試料受容チャンバとサンプリングオリフィスとの間に介在し、開口部を備えている。開口部は、乾燥ガスが伸長されたフロープロファイルで試料受容チャンバ内へと流通可能な第１の通路と、試料材料が試料受容チャンバからサンプリングオリフィスに向かって流通可能な第２の通路とを形成する。第１の通路は、第２の通路に対して非同軸に配置されている。第１の通路は、第２の通路に向かって流れる試料材料の液滴の経路内へと伸長されたフロープロファイルの乾燥ガスを導入するように構成されている。
【００１２】
他の実施態様によれば、試料液滴源は、エレクトロスプレーイオン化源、化学イオン化源または光イオン化源を備えていてもよい。
他の実施態様によれば、サンプリングオリフィスは、質量分析装置および／またはイオン検出装置などの分析機器と連通している。
他の実施態様によれば、境界部の開口部は、第１および第２の通路の両方を形成する単一の開口を備えている。
【００１３】
他の実施態様によれば、境界部の開口部は、少なくとも第１の開口と第２の開口とを備えている。第１の開口は第１の通路を形成し、第２の開口は第２の通路を形成する。
他の実施態様によれば、単一開口の開口部の、第１の通路を形成する部分、または、複数開口の開口部の、第１の通路を形成する第１の開口は、少なくとも一方向に伸長されている。
【００１４】
他の実施態様によれば、常圧イオン化において使用される装置が提供されている。この装置は、試料受容チャンバと、試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する出口導管とを備えている。この装置は、試料液滴源からの液滴流と非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルでチャンバ内へと乾燥ガス流を案内するための手段を備えており、これによって、伸長されたフロープロファイルは、試料液滴が、液滴蒸発のために乾燥ガスに接触する伸長領域を提供する。
【００１５】
他の態様においては、常圧イオン化装置において試料材料の液滴を蒸発させるための方法が提供されている。この方法によれば、試料材料は、試料液滴ストリームとしてチャンバ内に導入される。試料液滴ストリームは、開口部およびサンプリングオリフィスに向けて案内される。チャンバおよびサンプリングオリフィスは、開口部の両側に配置され、サンプリングオリフィスは、チャンバの反対側に延びている。乾燥ガス流は、試料液滴ストリームを導く一方で、試料液滴ストリームと非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルで開口部を介してチャンバ内に導入され、これによって、伸長されたフロープロファイルは、サンプリングオリフィスへの試料材料の流入に先だって液滴の蒸発を促進するために、試料液滴ストリームの液滴が乾燥ガスに接触する伸長領域を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一般的に、「連通」という用語（例えば、第１の部材が、第２の部材と「連通する」または「連通状態にある」）は、ここでは、２以上の部材または要素の間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的な関係を示すために使用される。この様に、第１の部材が第の２部材と連通するということによって、更なる部材が第１の部材と第２の部材との間に存在したり、第１の部材や第２の部材に動作可能に関連または係合したりする可能性を排除する意図はない。
【００１７】
一般的に、ここに開示されている主題は、常圧イオン化（ＡＰＩ）に関する。以下、図１〜図５Ｈを参照しながら、ＡＰＩのための装置、システム、素子および／または関連方法の実施例について詳細に説明する。これらの実施例は、質量分析を背景として説明する。ただし、質量分析装置以外の分析機器の使用を含む、イオンの生成が望まれるプロセスも、この開示の範囲に含まれる。
【００１８】
図１は、例示的な実施態様に係るＡＰＩに使用される装置１００の概略横断面である。試料受容（受け取り）チャンバ１１０は、適切なハウジングまたはその他の構造体１１２により形成されている。通常、チャンバ１１０の内部は、大気圧または大気圧の近くに保持されている。したがって、チャンバ１１０は、所望の分析手順の一部として、特に、質量分析装置１２０などの適切な分析機器によって分析対象イオンを検出する準備段階で、試料材料の全体的または部分的なイオン化が大気圧または大気圧の近くで発生する領域を提供する。チャンバ１１０に近接するハウジング１２２は、イオン集束部材、質量分析部材、およびイオン検出部材（図示せず）が動作する脱気／低圧環境または内部空間１２４を取り囲むために使用される。便宜上、ハウジング１２２内で動作する部材を一括して質量分析装置１２０と称する。当業者に理解されているように、ハウジング１２２は、質量分析装置１２０の様々な部材の１以上を収容する、１以上の別個の真空ステージ（特に図示せず）、または、異なる圧力レベルに保持された領域を取り囲んでいてもよい。
【００１９】
試料液滴源１３０は、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２がチャンバ１１０と流体連通するようにチャンバ１１０内へと延びている。当業者に理解されているように、装置１００において使用される試料液滴源１３０のタイプは、実施するＡＰＩ技術により異なる。例えば、ＥＳＩの場合、試料液滴源１３０は、エレクトロスプレーニードルなどのエレクトロスプレー装置を備えている。エレクトロスプレー装置は、毛細管またはニードル、その他の細管を備えており、その内部を試料材料が流通する。エレクトロスプレー装置は、試料材料の支援噴霧を提供することができる。例えば、空気的噴霧の場合、エレクトロスプレーニードルは、窒素などの不活性噴霧ガスが流通する環状通路を形成するために、外管によって取り囲まれている。ＡＰＣＩまたはＡＰＰＩの場合、試料液滴源１３０は、毛細管またはニードル、その他の細管を備えており、その内部を試料材料が流通し、細管は、気化装置と一体化または連通している。気化装置は、噴霧装置と一体化しているか、または、噴霧装置に続いている。これら全ての場合、試料材料は、便宜上、形態や組成に関係なく、試料液滴流１３４と称する蒸気またはガス（または、ＥＳＩの場合はエレクトロスプレー）のストリームまたは噴流として、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２から放出される。
【００２０】
本開示の目的のために、試料材料の組成、試料材料を試料液滴源１３０に供給する方法、または、流量、圧力、粘性などの流体力学的パラメータに制限はない。典型的な実施態様においては、試料液滴源１３０に供給される試料材料は、主に流体であるが、他の実施態様においては、固体または多相混合物であってもよい。ＡＰＩに関わる多数の実施態様においては、流体は、主に、液相である。例えば、試料材料は、分析対象成分（例えば、分析対象の分子）が当初１以上の溶媒に溶解されているか、または、他のタイプの成分に担持されている溶液であってもよい。溶媒に加えて、賦形剤、緩衝剤、添加物、ドーパントなど、他の非分析成分（すなわち、分析が望ましくない成分および／または分析機器への入力が通常望ましくない成分）が存在していてもよい。他の例として、試料材料は、クロマトグラフィ、電気泳動、または他の分析分離プロセスからの溶出液であってもよく、この場合、試料材料は、分析対象成分と流動相成分とから成るマトリックスであってもよい。装置１００における試料材料の所与の部分の位置や、イオン化が発生する手順段階に応じて、試料材料は、本質的にイオンのみを含むものであってもよいし、荷電および／または中性の液滴、蒸気、ガスなど、他の成分と共にイオンを含むものであってもよい。したがって、ここで用いられる「試料材料」という用語は、特定の相、形態または組成により制限されるものではない。さらに、試料液滴源１３０内を流通する試料材料は、バッチボリュームまたは試料プローブ、上流側の機器やプロセスなど、適切な供給源または試料導入口システム（図示せず）から生じるものであってもよい。例えば、試料液滴源１３０へのインレットを、クロマトグラフカラムなどの分析分離システムまたは装置のアウトレットで構成したり、連通させたりしてもよい。別の例として、試料材料を、液体取扱システムまたは溶解テストシステムから試料液滴源１３０に供給してもよい。試料液滴源１３０への試料材料の流通または料液滴源１３０内での試料材料の流通を、ポンプや毛細管作用、電気関連技術など、任意の手段で誘起してもよい。
【００２１】
ハウジング１２２の前部構造体または端部プレート１４０は、通常、常圧チャンバ１１０をハウジング１２２の脱気内部空間１２４から分離する。前部構造体１４０は、１以上の構造部材と、固定部材と、封止部材などとを備えている。サンプリングオリフィス１４２は、前部構造体１４０の開口部１４４によって、または、前部構造体１４０の開口部１４４と整合するか、もしくは、前部構造体１４０の開口部１４４を介してチャンバ１１０内に延びる、イオンのための毛細管もしくはチューブ、その他の出口導管１４６によって形成されている。すなわち、サンプリングオリフィス１４２は、前部構造体１４０の近辺に配置されていてもよく、チャンバ１１０とハウジング１２２の内部空間１２４との間に流体連通を提供する。サンプリングオリフィス１４２は、チャンバ１１０とハウジング内部空間１２４との間に維持される圧力差を無効にするほど大きくない小口径を有する。サンプリングオリフィス１４２は、チャンバ１１０からハウジング１２２内へと流入する分析対象イオン１５０のストリームのための導入口としての役割を果たし、その後、レンズ（図示せず）などの適切な手段を介してイオンストリーム１５０のイオンを質量分析装置１２０へと導く。典型的な実施態様において、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２は、ほぼサンプリングオリフィス１４２の方向に向いている。図１に例示するように、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２の軸は、サンプリングオリフィス１４２の軸に対して角度が付いているか、またはオフセットされている。
【００２２】
装置１００は、乾燥ガス給送システムを更に備えている。乾燥ガス給送システムは、任意の適切な乾燥ガス供給源（図示せず）からチャンバ１１０へと窒素などの適切な不活性乾燥ガス流を給送するための乾燥ガス導管１５２と、熱エネルギーを乾燥ガスに伝達するための加熱装置１５４とを備えている。加熱装置１５４は、チャンバ１１０への乾燥ガスの導入に伴って乾燥ガスが充分に加熱される任意の位置に配置することができる。図１に示す例示的な実施態様において、加熱装置１５４は、乾燥ガス導管１５２とインライン整合して配置されている。乾燥ガス導管１５２、または、乾燥ガス導管１５２および加熱装置１５４は、ハウジング１２２の前部構造体１４０の開口部１５６に装着されている。乾燥ガス給送システムの乾燥ガス出口オリフィス１５８は、前部構造体１４０の開口部１５６と整合するか、または、前部構造体１４０の開口部１５６を介してチャンバ１１０内へと延びている。乾燥ガス出口オリフィス１５８は、乾燥ガス出口オリフィス１５８の軸がサンプリングオリフィス１４２の軸から距離をおいて離間するように、サンプリングオリフィス１４２と非同軸に配置されている。したがって、乾燥ガスストリーム１６０は、サンプリングオリフィス１４２に流入するイオンストリーム１５０にほぼ対向してチャンバ１１０内に導かれる。すなわち、ハウジング１２２の前部構造体１４０付近で、乾燥ガスストリーム１６０は、サンプリングオリフィス１４２に流入するイオンストリーム１５０と略平行に逆方向に流れる。図２は、前部構造体１４０の正面図を示し、この例示的な実施態様におけるサンプリングオリフィス１４２に対する乾燥ガス出口オリフィス１５８の相対位置を示す。当業者に理解されているように、乾燥ガス給送システムは、動作パラメータ（例えば、試料液滴源１３０から放出される試料液滴マトリックスの一部を構成する流動相の組成または揮発性、試料液滴マトリックスの流量など）に応じて乾燥ガスの温度および流量または圧力を変更するための手段を備えていてもよい。
【００２３】
図１を再度参照して、装置１００は、ハウジング１２２とチャンバ１１０との間に介在する構造境界部１６４を更に備えている。具体的には、乾燥ガス出口オリフィス１５８およびサンプリングオリフィス１４２は、境界部１６４の一方側に配置され、チャンバ１１０は、境界部１６４の他方側に配置されている。境界部１６４は、乾燥ガス出口オリフィス１５８と、一方側のサンプリングオリフィス１４２および他方側のチャンバ１１０との間に界面空間１６６を形成している。この目的のために、境界部１６４は、ハウジング１２２の前部構造体１４０と一体的な部材であってもよいし、前部構造体１４０に取り付けられた別体の部材であってもよい。さらに、境界部１６４を備えた構造体は、壁部、表面部、肩部などの１以上の部材を備えていてもよい。図１に示す例では、境界部１６４は、ボックス形状を有するものとして横断面で示されている。図示の実施態様において、境界部１６４は、ハウジング１２２の前部構造体１４０から離間した壁部または前部プレート１６８を備えている。界面空間１６６は、チャンバ１１０の一部と考えてもよいし、チャンバ１１０の一部ではないと考えてもよい。いずれの場合も、界面空間１６６は、通常、チャンバ１１０と同じ圧力を有するが、境界部１６４が存在するため、チャンバ１１０とは別個である。
【００２４】
境界部１６４には、界面空間１６６とチャンバ１１０との間に流体連通を提供する境界開口部１７０が形成されている。図１に示す例示的な実施態様においては、境界部１６４の前部プレート１６８に、境界開口部１７０が形成されている。境界開口部１７０は、少なくとも２つの開口部位、すなわち、第１の通路または経路１７２および第２の通路または経路１７４を提供するために、乾燥ガス出口オリフィス１５８およびサンプリングオリフィス１４２に関連して配置されている。第１の通路１７２（または、開口部１７０の、第１の通路１７２を形成する部分）は、第２の通路１７４（または、開口部１７０の、第２の通路１７４を形成する部分）に間隔をおいて近接しており、第２の通路１７４と非同軸に配置されている。乾燥ガスストリーム１６０は、乾燥ガス出口オリフィス１５８から第１の通路１７２を介してチャンバ１１０内へと流れる。同時に、イオンストリーム１５０は、乾燥ガスストリーム１６０と略平行に反対方向に、チャンバ１１０から第２の通路１７４を介してサンプリングオリフィス１４２へと流れる。第１の通路１７２は、通常、乾燥ガスストリーム１６０の流量、および／または、開口部１７０の構成と、装置１００の他の部材に対するその相対位置によって、乾燥ガスストリーム１６０が、開口部１７０付近でイオンストリーム１５０からほぼ分離されているという点で、第２の通路１７４とは流体的に異なる。ある例示的な実施態様においては、第１の通路１７２は、第２の通路１７４とは構造的にも異なる。すなわち、下記に更に説明するように、実施態様によっては、第１の通路１７２および第２の通路１７４を形成する開口部１７０の各部が隣接している単一の開口によって境界開口部１７０が形成されている場合もあるし、１以上の開口が第１の通路１７２を形成し、別の１以上の開口が第２の通路１７４を形成するように、１以上の開口によって境界開口部１７０が形成されている場合もある。特に有利な実施態様においては、境界部１６４、または、境界部１６４の少なくとも前部プレート１６８（いずれの場合も、境界部１６４の、境界開口部１７０を形成する部分）は、乾燥ガス出口オリフィス１５８から放出された乾燥ガスストリーム１６０が拡がり始めるように、ハウジング１２２の前部構造体１４０から充分離間されている。この場合、第１の通路１７２の寸法は、第１の通路１７２と第２の通路１７４とが互いに関連して配置されている方向において、第２の通路１７４の寸法より大きくてもよい。したがって、図１の視点から、垂直方向に沿った第１の通路１７２の長さ（または幅）は、同方向に沿った第２の通路１７４の長さ（または幅）より大きくてもよい。
【００２５】
境界開口部１７０の構成の結果、乾燥ガスストリーム１６０は、伸長フロープロファイル（伸長されたフロープロファイル）１８０で、チャンバ１１０内へと境界開口部１７０の第１の通路１７２を通過する。換言すれば、フロープロファイルは、主に、少なくとも一方向または１つの次元方向に沿って拡大する。図１に示す例示的な実施態様においては、乾燥ガスストリーム１６０のフロープロファイルは、全体を１８０で示すように、略垂直方向に伸長される。伸長フロープロファイル１８０は、従来のイオン源と比較して、拡張または拡大された加熱ゾーンを提供し、これによって、試料液滴ストリーム１３４の溶媒やその他の非分析成分を蒸発させる乾燥ガスの能力を最大限に利用する機会を提供する。拡大加熱ゾーンを利用して、試料液滴ストリーム１３４と乾燥ガスストリーム１６０との間の重複量または接触量を増加させることにより試料液滴ストリーム１３４の成分の蒸発速度を増加させることができ、これによって、乾燥ガスから試料液滴への熱伝達速度および伝達熱エネルギーの総量を増加させることができる。蒸発プロセスを更に最適化するために、試料液滴ストリーム１３４が、乾燥ガスストリーム１６０の伸長方向１８０の全体または大部分に略直交して遭遇するように、試料液滴源１３０または少なくともその出口オリフィス１３２を配向させてもよい。例えば、試料液滴ストリーム１３４は、図１に示すように、直交方向または略直交方向に沿って、乾燥ガスストリーム１６０と接触可能となる。伸長乾燥ガスプロファイル１８０に対する出口オリフィス１３２の向きは、液滴形成の直後に液滴の蒸発が開始されるような、そして、チャンバ１１０中の試料液滴ストリーム１３４のほぼ全経路にわたり蒸発が継続するような向きである。試料液滴ストリーム１３４が乾燥ガスストリーム１６０の伸長フロープロファイル１８０を通過する時までに、イオンストリーム１５０で示すように、分析対象イオンのみがサンプリングオリフィス１４２に入るように、試料液滴ストリーム１３４の非分析成分の全てまたは大部分が、乾燥ガスストリーム１６０により蒸発そして／または一掃される。
【００２６】
図３は、ハウジング１２２（図１）の前部構造体１４０の正面図であり、前部プレート１６８が、境界部１６４の一部として、乾燥ガス出口オリフィス１５８およびサンプリングオリフィス１４２の前方に配置されている例示的な実施態様を示す。この例において、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、単一開口設計であるが、この開口の形状は、第１の部分３０２と、隣接する第２の部分３０４とを形成するものとして特徴付けられる。第１の部分３０２は、通常、乾燥ガス出口オリフィス１５８と流体的に整合しており、通常、乾燥ガスが乾燥ガス出口オリフィス１５８からチャンバ１１０（図１）へと通過する第１の通路１７２を形成する。第２の部分３０４は、通常、サンプリングオリフィス１４２と流体的に整合しており、通常、分析対象イオン１５０がチャンバ１１０からサンプリングオリフィス１４２へと通過する第２の通路１７４を形成する。前部プレート１６８によって生じる流体力学は、図１と同様に、乾燥ガスストリーム１６０、試料液滴ストリーム１３４、イオンストリーム１５０を概略的に表現するフローベクトルを示す図４を参照することによって、更に視覚化可能である。開口部１７０の第２の部分３０４と比較して、第１の部分３０２は、少なくとも一方向または１つの次元方向（この例では、垂直方向）に伸長され、乾燥ガスストリーム１６０のプロファイルを同方向に伸長することができる（すなわち、伸長乾燥ガス流プロファイル１８０）。図４に示す例において、第２の部分３０４は、サンプリングオリフィス１４２へのイオン入力を促進するために、略円形横断面または形状を有するが、他の形状を採用してもよい。第２の部分３０４は、第１の部分３０２よりも他の次元方向（例えば、水平方向）に沿って幅広であってもよい。
【００２７】
試料液滴ストリーム１３４の所与の部分が乾燥ガスストリーム１６０の伸長断面１８０を通過する時までに、この部分の液滴の完全な蒸発が起こり、分析価値のあるイオンのみがサンプリングオリフィス１４２に流入するのが理想的である。ここに開示されている例示的な実施態様に係る前部プレート１６８は、この結果に到達または少なくとも接近するように設計されている。対照的に、従来のイオン源は、前部プレート１６８など、第１の部分３０２を設けたり、乾燥ガス用の第１の通路１７２を形成したりするような構成を提供しない。前述のように、従来のイオン源には、サンプリングオリフィス１４２と同軸に乾燥ガス流を導入して、サンプリングオリフィス１４２の直前で主に単一の流路内に集束させるものもある。また、従来のイオン源には、イオン源がスプレープレートまたは同様の構造を備えているか否かに拘わらず、乾燥ガス流が、イオン源のチャンバ側からチャンバ１１０内へと導入されるものもある。この様な設計は、スプレープレートまたは他の同様の構造の中実部に対して試料液滴を偏向させるか、さもなければサンプリングオリフィス１４２とは反対側に偏向させるための流体機構に依存する。従来設計には、非分析材料を充分に蒸発させ、この様な材料がサンプリングオリフィス１４２に流入するのを防止するために、乾燥ガスの可能性を最大限に利用するのに充分な大きさの加熱ゾーンを確立するものはない。
【００２８】
図５Ａ〜図５Ｈは、前部プレート１６８の更なる実施例を示す。図３および図４に示す前部プレート１６８と同様に、図５Ａ〜図５Ｃは、単一開口設計の境界開口部１７０を形成する前部プレート１６８を示す。図５Ｄ〜図５Ｈは、複数開口設計の境界開口部１７０を形成する前部プレート１６８を示す。図１に関連して説明した境界部１６４の一部として設けられた、図５Ａ〜図５Ｈに示す各前部プレート１６８は、乾燥ガスストリーム１６０のための伸長フロープロファイル１８０を形成し、結果的に、チャンバ１１０内に試料液滴ストリーム１３４のための拡大加熱ゾーンを形成し、上記のような付随する利点と利益とを提供する流体力学をチャンバ１１０内に生成することができる。所望の結果を達成するために様々に構成された前部プレート１６８からの選択は、試料材料の１以上の成分の特性（例えば、組成、揮発性、分子量、粘性、極性であるか非極性であるかなど）および／または動作パラメータ（流量、圧力など）、乾燥ガスの動作パラメータ（流量、圧力、温度、イオン化においてこの様なパラメータを変更すべきかどうかなど）に依存する。
【００２９】
図５Ａにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、略一方向（例えば、垂直方向）に伸長されたスロットまたは開口の形状である。別の方向（例えば、水平方向）に沿った境界開口部１７０の第１の部分３０２の幅は、第２の部分３０４の幅と同じであってもよい。
図５Ｂにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０の第１の部分３０２は、一方向に伸長されている。第１の部分３０２の幅は、第１の部分３０２の伸長方向に沿って先細りとなっている。第２の部分３０４は、任意の適切な形状を有していてもよい。図５Ｂで提供される例においては、第２の部分３０４は、ほぼ円形である。
【００３０】
図５Ｃにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、図５Ｂに示すものと類似している。しかし、図５Ｃにおいては、第１の部分３０２の一部５０２は、一定または略一定の幅を有するが、第１の部分３０２の他の部分５０４は幅が先細りとなっている。第２の部分３０４は、略円形形状を有するが、この実施態様において、任意の他の適切な形状であってもよい。
【００３１】
図５Ｄにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、第１の開口５０６および物理的に別個の第２の開口５０８として構成されている。第１の開口５０６は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第２の開口５０８は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。第１の開口５０６は、試料液滴が乾燥ガスに遭遇するチャンバ１１０の領域において、乾燥ガス流が拡張して伸長フロープロファイル（例えば、図１および図４に示す伸長乾燥ガスフロープロファイル１８０を参照）を形成し、そして、拡大加熱ゾーンを形成するのに充分な距離をおいて第２の開口５０８から離間されている。図５Ｄに示す例において、第１の開口５０６および第２の開口５０８は、直線的に相互に関連して、すなわち、同一方向に配置されているが、これは、この特定の実施態様や、ここに記載されている他の実施態様を限定するものではない。図５Ｄに示す例においても、第１の開口５０６および第２の開口５０８は、略円形形状である。しかし、他の形状でもよく、第１の開口５０６の形状は、第２の開口５０８の形状と異なっていてもよい。さらに、第１の開口５０６の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第２の開口５０８の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５０６の直径は、第２の開口５０８の直径と同じであってもよいし、大きくてもよい。
【００３２】
図５Ｅにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、第１の開口５１２および物理的に別個の第２の開口５１４として構成される。図５Ｄと同様に、第１の開口５１２は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第２の開口５１４は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。しかし、図５Ｅにおいては、第１の開口５１２は、略一方向に伸長されたスロットの形状である。第２の開口５１４は、通常、略円形形状であるが、異なる形状を有していてもよい。図５Ｄに示す例では、第１の開口５１２の幅は、第２の開口５１４の幅（例えば、直径）よりも小さい。しかし、他の実施態様では、第１の開口５１２の幅は、第２の開口５１４の幅と同じであってもよいし、大きくてもよい。
【００３３】
図５Ｆにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、３つの別個の開口、すなわち、第１の開口５２２、第２の開口５２４、および第３の開口５２６により形成されている。第１の開口５２２および第２の開口５２４は、協働して乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第３の開口５２６は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。第１の開口５２２および第２の開口５２４は、離間されているか、または、比較的近接して纏まっているが、上記の伸長乾燥ガスフロープロファイル１８０（図１および図４）を形成するのに充分な距離をおいて第３の開口５２６から更に離間している。図５Ｆに示す例では、第１の開口５２２、第２の開口５２４、および第３の開口５２６は、略円形形状である。しかし、他の形状であってもよく、ある開口の形状が、他の開口の形状と異なっていてもよい。さらに、第１の開口５２２および第２の開口５２４の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第３の開口５２６の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５２２および第２の開口５２４の直径が、第３の開口５２６の直径と同じであっても、大きくてもよく、または、第１の開口５２２および第２の開口５２４の各直径が相互に異なっていてもよい。
【００３４】
図５Ｇにおいては、図５Ｆと同様に、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、３つの別個の開口、すなわち、第１の開口５３２、第２の開口５３４、および第３の開口５３６により形成されている。第１の開口５３２および第２の開口５３４は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第３の開口５３６は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。図５Ｆとは異なり、第１の開口５３２および第２の開口５３４は、第３の開口５３６に対して距離をおいて離間している一方、第２の開口５３４および第３の開口５３６は、離間しているか、または、比較的近接して纏まっている。この構成は、上記の伸長乾燥ガスフロープロファイル１８０（図１および図４）や、その付随する恩恵や利点を、ここに開示されている原理に従って達成するもう１つの手段である。図５Ｇに示す例においては、第１の開口５３２、第２の開口５３４、および第３の開口５３６は、略円形形状である。しかし、図５Ｆの場合と同様に、他の形状であってもよく、ある開口の形状が、他の開口とは異なっていてもよい。さらに、第１の開口５３２および第２の開口５３４の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第３の開口５３６の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５３２および第２の開口５３４の直径は、第３の開口５３６の直径と同じであっても、大きくてもよく、または、第１の開口５３２および第２の開口５３４の各直径が相互に異なっていてもよい。
【００３５】
図５Ｈにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、４つの別個の開口、すなわち、第１の開口５４２、第２の開口５４４、第３の開口５４６、または第４の開口５４８によって形成されている。第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第４の開口５４８は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。開口の間隔は、一定でもよいし、任意の２つの隣接開口の間隔が、他の２つの隣接開口の間隔と異なっていてもよい。この構成は、上記の伸長乾燥ガスプロファイル１８０（図１および図４）や、その付随する恩恵や利点を、ここに開示されている原理に従って達成する更に別の手段である。図５Ｈに示す例では、第１の開口５４２、第２の開口５４４、第３の開口５４６および第４の開口５４８は、略円形形状であるが、これらの開口５４２、５４４、５４６、５４８の１以上が他の形状であってもよい。さらに、第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第４の開口５４８の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６の直径が、第４の開口５４８の直径と同じであっても、大きくてもよく、または、第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６の各直径が相互に異なっていてもよい。
【００３６】
様々な例示的な実施態様についての前記の説明を鑑み、当業者は、単一開口設計および複数開口設計の前部プレート１６８に関する更なる実施態様を容易に確認できるであろう。この様な実施態様は、第１の通路１７２および／または第２の通路１７４（図１、図４および図６）が、円形形状またはスロット形状、先細り形状、その他の形状を有する１以上の開口によって形成されている前部プレート１６８のための境界開口部１７０を備えていてもよい。この様な実施態様は、全て、図１、図４および図６に概略的に示すように、乾燥ガスストリーム１６０のための伸長フロープロファイル１８０を形成し、結果的に、ＡＰＩのための装置１００などのイオン源において拡大加熱ゾーンを形成する能力を特徴とし、上記の利点と利益とを提供する。ある特定の実施態様においては、オリフィスまたは開口の数が、前部プレート１６８をメッシュまたはスクリーンとして構成することを特徴とするのに充分な数となっている。この実施態様は、前部プレート１６８の前方の低速ゾーンに遭遇するまで、前部プレート１６８の前方で離間して分裂液滴を浮遊させる効果を有する。液滴が、低速ゾーンに遭遇すると、液滴は、開口を通過して界面空間１６６内に至る。
【００３７】
ここで再び図６を参照して、境界部１６４（前部プレート１６８が設けられている場合には、前部プレート１６８）が、サンプリングオリフィス１４２の軸に対して傾斜させて乾燥ガスストリーム１６０を境界開口部１７０から導くために構成された複数開口設計を有する、他の例示的な実施態様を示す。この目的のために、境界開口部１７０により形成された１以上の開口を１以上の各ルーバまたは薄板６０２によって形成し、少なくとも１つのルーバ６０２または少なくとも１対の隣接ルーバ６０２の間に形成されるスロットの形状を有するものとして各開口を特徴付けてもよい。ルーバ６０２のために任意の角度を選択することができ、試料液滴ストリーム１３４（または、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２）の一般的な向きを考慮して選択することもできる。図６に示す例においては、試料液滴ストリーム１３４の向きが与えられると、乾燥ガスストリーム１６０の少なくとも一部およびその伸長フロープロファイル１８０が、試料液滴ストリーム１３４に向かって上方に向くように、ルーバ６０２に角度を与える。その結果、試料液滴ストリーム１３４と乾燥ガスストリーム１６０との間の対向関係または逆平行関係によって、拡大加熱ゾーンが、直交流と対向して形成される。この構成は、特定の流体流量や、その他の動作パラメータにとって有利であることが分かる。なお、第１の通路１７２および／または第２の通路１７４を、部分的または全体的にルーバ６０２によって形成してもよい。さらに、ルーバ６０２を、上記の様な他のタイプの開口と共に利用してもよい。さらに、境界部１６４または前部プレート１６８は、乾燥ガスストリーム１６０の角度調整が可能なように、ルーバ６０２を移動可能とする構成であってもよい。
【００３８】
図１〜図６に示した上記の様々な実施態様に関して、乾燥ガス流を利用して試料をイオン化する方法の例を説明する。この方法は、既に簡単に説明した当業者に理解されているＥＳＩやＡＰＣＩ、ＡＰＰＩなどの任意の技術に応じて、常圧イオン化に適応させたイオン源を使用することができる。この方法では、例えば、質量分析装置１２０などの分析機器への入力のためのイオンストリームまたはイオン束を生成するために、試料材料が加熱ゾーンの乾燥ガスに遭遇する大気圧または近大気圧領域において、拡大加熱ゾーンを形成するように構成された、図１または図６に示す上記の装置１００を利用することができる。質量分析装置１２０の例は、既に簡単に説明されており、当業者に理解されている。この方法で使用される質量分析装置１２０のタイプや、その関連部材に制約はない。質量分析装置１２０は、例えば、多重極電極構造体、イオントラップ、飛行時間型（ＴＯＦ）部材、静電分析装置（ＥＳＡ）、磁気セクターなど、任意のタイプの質量分類部材もしくはフィルタ部材、または、１以上のタイプを組み合わせて利用することができる。また、質量分析装置１２０は、例えば、電子増倍管、光電子増倍管、ファラデーカップなど、任意のタイプのイオン検出手段を利用することができる。この方法で利用されるイオン源は、試料材料の直接入力を受けるものであってもよいし、質量分析装置１２０と、ＬＣ機器などの上流側のシステムとの間のインタフェースであってもよい。
【００３９】
例えば、図１または図６を参照して、この方法によれば、結果的に分析対象物および非分析成分を含む多数の試料液滴をチャンバ１１０に導入する任意の適切な手段によって、例えば、試料液滴ストリーム１３４を放出するために試料液滴源１３０を動作することによって、試料材料を処理する。採用する技術に応じて、液滴が試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２から放出される時に、液滴を帯電させてもよいし、帯電させなくてもよい。前述のように、採用する技術に応じて、試料液滴源１３０は、エレクトロスプレーニードル、気化装置および／または噴霧装置を備えていてもよい。試料液滴ストリーム１３４の成分のイオン化は、例えば、（通常、試料液滴源１３０と一体化された）エレクトロスプレーニードル、チャンバ１１０内に配置されたコロナニードル（図示せず）、または、試料液滴源１３０と一体化されるか、または、チャンバ１１０内に配置された光子源（図示せず）などを使用して、任意の適切な技術によって開始される。試料液滴ストリーム１３４は、任意の適切な手段によって、例えば、直接的または間接的に（例えば、角度を付けて、あるいは、非同軸に）試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２をサンプリングオリフィス１４２に向けることによって、そして／または、この目的のためにチャンバ１１０内に生成された電圧電位を利用して、サンプリングオリフィス１４２に向かって導かれる。
【００４０】
試料液滴ストリーム１３４が、チャンバ１１０内を流通する一方、乾燥ガスストリーム１６０は、チャンバ１１０内に導入される。イオン源（例えば、装置１００）は、チャンバ１１０内で乾燥ガスストリーム１６０を伸長フロープロファイル１８０へと進展させ、試料液滴ストリーム１３４の成分の蒸発を促進するための拡大加熱ゾーンを提供するように構成されている。伸長フロープロファイル１８０は、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２からサンプリングオリフィス１４２までの試料液滴ストリーム１３４の経路の殆どの部分で試料液滴ストリーム１３４と交差するか、または、接触して、試料液滴ストリーム１３４の成分への熱エネルギーの伝達を最適化するように配置することができる。その結果、分析対象イオンストリーム１５０は、不要成分の無い状態または殆ど無い状態でサンプリングオリフィス１４２を通過する。サンプリングオリフィス１４２から、イオンは、任意の適切な手段によって、分析および検出のために質量分析装置１２０やその他の適切な機器へと導かれる。
【００４１】
この方法によれば、伸長フロープロファイル１８０は、図１、図２および図６に示すように、乾燥ガス出口オリフィス１５８をサンプリングオリフィス１４２に対して非同軸に配置すること、および／または、図１、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈまたは図６に示すように、開口部１７０を有する境界部１６４を設けることを含む、ここに開示されている実施態様のいずれかを実施することによって形成可能である。開口部１７０は、同時に、第１の通路１７２および第２の通路１７４を形成する構造を備えることによって、一方向の乾燥ガスの通過および略反対方向のイオンの通過を許容する。各通路１７２または１７４は、物理的に１つの開口または１以上の開口によって形成されていてもよい。これらの目的のために、開口部１７０は、図１、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈまたは図６に示すように、前部プレート１６８など、境界部１６４の１以上の構造的な特徴によって形成されていてもよい。
【００４２】
本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の様々な態様または詳細を変更可能であると理解される。さらに、前述の説明は、特許請求の範囲で定義される本発明の例示目的であり、限定目的ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】例示的な実施態様に係る、常圧イオン化において使用される装置（ＡＰＩ装置）の概略横断面である。
【図２】ＡＰＩ装置を備えた構造の正面図であり、乾燥ガス出口オリフィスおよびサンプリングオリフィスを示す。
【図３】図２に示す構造の正面図であり、例示的な実施態様に係る、乾燥ガス出口オリフィスおよびサンプリングオリフィスの前方に配置される、開口部を備えた境界部または前部プレートを示す。
【図４】例示的な実施態様に係るＡＰＩ装置の他の構成部材に関連して設けられた、図３に示す境界部または前部プレートの斜視図である。
【図５Ａ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｂ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｃ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｄ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｅ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｆ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｇ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｈ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図６】他の例示的な実施態様に係る、常圧イオン化に使用される装置（ＡＰＩ装置）の概略横断面である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、常圧イオン化に関する。特に、本発明は、常圧（大気圧）イオン化装置の性能向上のために最適化された方法で乾燥ガス流を装置に供給することに関する。
【背景技術】
【０００２】
分析化学などにおける特定の技術では、分析に先だって試料の成分をイオン化する必要がある。質量分析（ＭＳ）は、この様な分析技術の一例である。一般的に、ＭＳとは、試料成分をその質量電荷比（質量対電荷比）に従って分解可能な、様々な機器的な定性定量分析方法のことを言う。この目的のために、ＭＳシステムは、試料成分をイオンに変換して、その質量電荷比に基づいてイオンを分類または分離して、質量スペクトルを生成するために必要に応じて、得られたイオン出力（例えば、イオン流、イオン束、イオンビームなど）を処理する。通常、質量スペクトルは、質量電荷比（通常、ｍ／ｚまたはｍ／ｅとして表され、または、大抵の場合、電荷ｚもしくはｅが値１を有するものとして、単に「質量」として表される）の関数として、荷電成分の相対存在量を示す一連のピークである。
【０００３】
本開示に関する限り、ＭＳシステムは、一般的に公知であり、詳述する必要はない。簡単に言えば、典型的なＭＳシステムは、通常、試料導入口システムと、イオン源またはイオン化システムと、質量分析装置（質量分類装置または質量分離装置とも称する）または複数の質量分析装置と、イオン検出装置と、信号処理装置と、読み取り／表示手段とを備えている。さらに、ＭＳシステムは、ＭＳシステムの１以上の構成部材の機能を制御し、ＭＳシステムが生成する情報を格納し、分析などに有用な分子データのライブラリを提供するためのコンピュータや、その他の電子処理装置ベースの装置などの電子制御装置を備えている場合もある。電子制御装置は、ＭＳシステムのオペレータに対するインタフェースを可能とするための端末およびコンソールなどを備えたメインコンピュータと、データ取得、操作などの専用機能を有する１以上のモジュールまたはユニットとを備えている場合もある。また、ＭＳシステムは、制御下の脱気環境に質量分析装置を密閉するための真空システムを備えている場合もある。質量分析装置に加え、設計に応じて、試料導入口システム、イオン源およびイオン検出装置が、全体的または部分的に脱気環境に密閉されている場合もある。ある種のイオン源またはインタフェースは、大気圧または大気圧の近くで動作するので、質量分析装置の真空領域または低圧領域とは区別される。
【０００４】
動作において、試料導入口システムは、少量の試料材料をイオン源に導入する。設計に応じて、試料導入口システムは、全体的または部分的にイオン源に組み込まれている場合もある。連結技術において、試料導入口システムは、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）装置、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）装置、キャピラリ電気泳動（ＣＥ）装置、キャピラリ電気クロマトグラフィ（ＣＥＣ）装置などの分析分離機器の出力である場合もある。イオン源は、試料材料の成分を陽イオンおよび陰イオンのストリーム（流れ）に変換する。そして、あるイオン極性が、質量分析装置へと加速される。質量分析装置は、各イオンの質量電荷比に従ってイオンを分離する。質量分析装置から出力された質量分解されたイオンは、イオン検出装置に収集される。イオン検出装置は、イオン流を電流に変換する一種のトランスデューサであり、これにより、電気信号としてのイオン出力によって表される情報をコード化して、アナログおよび／またはデジタル技術によるデータ処理を可能にする。
【０００５】
イオン化を実行するために、いくつかの異なる方法を採用することができる。したがって、イオン源のために様々な設計が開発されてきた。本開示は、主に、常圧イオン化（ＡＰＩ）として公知のイオン化技術の部類に関し、この常圧イオン化において、試料材料のイオン化は、大気圧または大気圧の近くで起こり、その後、得られたイオンは、質量分析装置に移送される。便宜上、「質量分析装置」という用語は、ここでは、質量分析／分類装置と、通常、ＡＰＩインタフェースからの試料材料の入力を受ける脱気空間内において動作する関連部材とを指すものとして、一般的かつ非限定的な意味合いで使用される。ＡＰＩ技術としては、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、常圧化学イオン化（ＡＰＣＩまたはＡＰｃＩ）、常圧光イオン化（ＡＰＰＩ）が例示される。ＡＰＩ技術は、高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）を含む液体クロマトグラフィ（ＬＣ）などの分析分離技術と質量分析との結合が望まれる場合に特に有用である。例えば、ＬＣカラムからの溶出液の出力は、試料源またはＡＰＩインタフェースへの入力となり得る。通常、溶出液は、分析対象物（例えば、分析対象の分子）の液相マトリックスと、流動相材料（例えば、溶媒や添加物）とで構成されている。
【０００６】
ＥＳＩは、気体イオンを直接生成するために試料液体にエネルギーを与える、ある種の脱着イオン化技術である。典型的なＥＳＩ源は、大気圧（または近大気圧）に保持されたチャンバを備えている。このチャンバは、質量分析部材およびイオン検出部材が存在する、質量分析装置の１以上の真空領域または低圧領域から分離されている。試料液体は、毛細管またはエレクトロスプレーニードルを介してチャンバに導入される。チャンバ内の表面またはその他の構造体である対向電極とエレクトロスプレーニードルとの間に電圧電位を印可し、これにより、チャンバ内に電界を形成する。電界は、液体表面またはエレクトロスプレーニードルの先端付近に電荷蓄積を誘発し、液体は、高電荷液滴（エレクトロスプレー）の形態でニードルから放出される。多数の微滴またはエアゾールへの液体ストリームの分解は、空気的手段、超音波的手段、または熱的手段を含む噴霧技術により支援可能である。例えば、空気的噴霧は、エレクトロスプレーニードルと同軸のチューブを準備して、窒素などの不活性ガスを試料液体と同軸に放出することによって実施可能である。電界は、チャンバから質量分析装置に至るサンプリングオリフィスに向かって、荷電液滴をエレクトロスプレーニードルの先端から導く。液滴がチャンバを通過し、そして／または、サンプリングオリフィスに関連する導管を通過する時に、液滴は、脱溶媒またはイオン蒸発プロセスを経る。液滴に含まれる溶媒が蒸発するにつれて、液滴は小さくなる。さらに、液滴は、クーロン反撥力が液滴の結合力に近づいた結果として、破裂し、更に小さな液滴へと分裂する。最終的に、荷電分析対象分子（分析対象イオン）は、液滴の表面から脱着する。分析対象イオンのみが質量分析装置に入り、中性の溶媒和液滴など、エレクトロスプレーの他の成分は質量分析装置に入らないのが理想的である。窒素などの不活性乾燥ガスストリームをチャンバに導入して、溶剤蒸発を支援したり、サンプリングオリフィスから溶媒を一掃したりする場合もある。チャンバへの導入に先だって、乾燥ガスを加熱する場合もある。従来、乾燥ガスは、サンプリングオリフィスと同軸のチューブにより形成される環状開口部を介して導入される。すなわち、乾燥ガスは、エレクトロスプレーがサンプリングオリフィスに近づくに従って、エレクトロスプレーに対向して同軸に導入される。あるいは、乾燥ガスは、サンプリングオリフィスの前方でカーテンのように導入される。
【０００７】
ＥＳＩとは異なり、ＡＰＣＩは、イオン化に先だって試料液体の噴霧および蒸発を必要とする一種の気相イオン化技術である。しかし、市販のＡＰＩ源には、ＥＳＩ動作モードとＡＰＣＩ動作モードとの間で容易に交換可能なものもあり、分析の実施において、これらの２つのモードは相補的であり、したがって非常に有用である。ＥＳＩ源と同様に、典型的なＡＰＣＩ源は、質量分析装置から分離された常圧チャンバを備えている。試料液体は、空気的噴霧装置へと導入され、この空気的噴霧装置において、窒素などの不活性噴霧ガスが、試料液体ストリームと同心に流れ、液体ストリームを液滴へと分解する。そして、試料液滴は、加熱蒸発チャンバまたはチューブ内を流れて、液滴マトリックスの流動相やその他の成分を蒸発させる。そして、得られた気相液滴分散体は、チャンバ内に放出される。コロナ放電ニードルなどの電極は、チャンバ内へと延び、電子を放出する。その結果、チャンバ内でコロナ放電が発生する。コロナ放電は、流動相分子をイオン化して、高エネルギー化学試薬ガスプラズマを生成する。コロナ放電において、イオン−分子反応が、電荷的に中性の試料と、主放電で生成された試薬イオンとの間で発生する。そして、イオン−分子反応によって、試料成分が帯電し、得られた分析対象イオンは、チャンバから質量分析装置に至るサンプリングオリフィスに向かう。分析対象イオンをサンプリングオリフィスへと導くために、例えば、サンプリングオリフィスを取り囲むプレートなどの対向電極とコロナ放電ニードルとの間に電圧電位を印加する場合もある。上記のＥＳＩ源と同様に、分析対象イオン束がサンプリングオリフィスに近づくに従って、乾燥ガス流を、分析対象イオン束に対向して同軸に導入するか、あるいは、サンプリングオリフィスの前方でカーテンのように導入して、中性の液滴が質量分析装置に入るのを防止する場合もある。
【０００８】
ＡＰＰＩ技術においては、ＡＰＣＩと同様に、試料液体は噴霧装置内を流れ、得られた液滴は気化装置内を流れ、得られた気化液滴マトリックスは、常圧チャンバ内に導入される。そして、液滴は、紫外線（ＵＶ）ランプなどの光子源やその他の適切な装置から放射された光子で照射される。光子源は、気化装置の出口オリフィスに近接して配置され、この出口オリフィスから液滴がチャンバへと導入される。あるいは、光子源は、気化装置と一体化されているか、さもなければ、光子の経路が液滴の経路と遭遇するように配置されている。液滴マトリックスは、光子とマトリックス成分との間の衝突によってイオン化される。他の技術と同様に、サンプリングオリフィスへとイオンを導くために、チャンバ内に電界を形成する場合もある。さらに、質量分析装置に至るサンプリングオリフィスと同軸の乾燥ガスの対向流または乾燥ガスのカーテンを利用して、質量分析装置への不要な液滴の流入を防止する場合もある。
【０００９】
上記の様なＡＰＩ技術において繰り返し発生する問題点は、サンプリングオリフィスへの不要な液滴やその他の非分析材料の流入である。この様な不要成分は、汚染、感度低下、堅牢性低下、ピークの尾引きなどにより、質量分析装置の性能および／またはそれにより生成される質量スペクトルデータの品質を低下させる可能性がある。これらの問題点は、イオン源に導入される試料材料の流量が増加するに従って悪化する可能性がある。上記のように、従来、イオン源は、窒素などの加熱乾燥不活性ガスの対向流またはカーテンを設けて、不要成分を吹き飛ばすことによってサンプリングオリフィスを保護してきた。しかし、これらの先行する方法は、チャンバにおける乾燥ガスから液滴への熱エネルギー伝達を増大または促進することで蒸発を増加させることによって、サンプリングオリフィスへの不要成分の流入が激しくなることを充分に把握していなかった。この目的のために、乾燥ガスの流量および温度は変更可能であり、様々な流動相組成物に適応するように変更される場合が多いが、これらのパラメータを変更可能な範囲は、実質的に制約される。サンプリングオリフィスへの分析対象イオンの流入を防止するほどに、乾燥ガスの流量を大きくすることはできない。さらに、分析対象イオンを熱劣化させたり、さもなければ分析対象イオンに悪影響を与えたり、質量分析装置の性能を損なったりするほどに、乾燥ガスの温度を高めることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、例えば、感度の向上、ノイズの低減、および汚染の低減によって、分析機器の性能およびそれにより生成されるデータの品質を向上するために、イオン源における液滴の蒸発を向上させ、そして、液滴からイオン源が接続される質量分析装置またはその他の分析機器を保護する必要がある。本開示は、適切に設計されたイオン源への乾燥ガス流によって、乾燥ガスからイオン源の試料材料へと熱エネルギーを伝達する加熱ゾーンまたは加熱領域を形成可能であることを認識している。従来設計のイオン源においては、サンプリングオリフィスの直前の領域のみに、そして、主に単一の集中流路として乾燥ガス流を集中させる。したがって、乾燥ガスが試料材料に遭遇可能な加熱ゾーンは、あまりにも小さいので、蒸発プロセスを制約する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の問題点を全体的または部分的に解決するために、そして／または、当業者により認識されてきたその他の問題点を解決するために、本開示は、下記の例示的な実施態様によって説明するように、常圧イオン化（ＡＰＩ）のための装置および方法を提供する。
一実施態様によれば、常圧イオン化において使用される装置が提供されている。この装置は、試料受容チャンバと、試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、出口導管と、境界部とを備えている。出口導管は、試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する。境界部は、試料受容チャンバとサンプリングオリフィスとの間に介在し、開口部を備えている。開口部は、乾燥ガスが伸長されたフロープロファイルで試料受容チャンバ内へと流通可能な第１の通路と、試料材料が試料受容チャンバからサンプリングオリフィスに向かって流通可能な第２の通路とを形成する。第１の通路は、第２の通路に対して非同軸に配置されている。第１の通路は、第２の通路に向かって流れる試料材料の液滴の経路内へと伸長されたフロープロファイルの乾燥ガスを導入するように構成されている。
【００１２】
他の実施態様によれば、試料液滴源は、エレクトロスプレーイオン化源、化学イオン化源または光イオン化源を備えていてもよい。
他の実施態様によれば、サンプリングオリフィスは、質量分析装置および／またはイオン検出装置などの分析機器と連通している。
他の実施態様によれば、境界部の開口部は、第１および第２の通路の両方を形成する単一の開口を備えている。
【００１３】
他の実施態様によれば、境界部の開口部は、少なくとも第１の開口と第２の開口とを備えている。第１の開口は第１の通路を形成し、第２の開口は第２の通路を形成する。
他の実施態様によれば、単一開口の開口部の、第１の通路を形成する部分、または、複数開口の開口部の、第１の通路を形成する第１の開口は、少なくとも一方向に伸長されている。
【００１４】
他の実施態様によれば、常圧イオン化において使用される装置が提供されている。この装置は、試料受容チャンバと、試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する出口導管とを備えている。この装置は、試料液滴源からの液滴流と非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルでチャンバ内へと乾燥ガス流を案内するための手段を備えており、これによって、伸長されたフロープロファイルは、試料液滴が、液滴蒸発のために乾燥ガスに接触する伸長領域を提供する。
【００１５】
他の態様においては、常圧イオン化装置において試料材料の液滴を蒸発させるための方法が提供されている。この方法によれば、試料材料は、試料液滴ストリームとしてチャンバ内に導入される。試料液滴ストリームは、開口部およびサンプリングオリフィスに向けて案内される。チャンバおよびサンプリングオリフィスは、開口部の両側に配置され、サンプリングオリフィスは、チャンバの反対側に延びている。乾燥ガス流は、試料液滴ストリームを導く一方で、試料液滴ストリームと非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルで開口部を介してチャンバ内に導入され、これによって、伸長されたフロープロファイルは、サンプリングオリフィスへの試料材料の流入に先だって液滴の蒸発を促進するために、試料液滴ストリームの液滴が乾燥ガスに接触する伸長領域を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一般的に、「連通」という用語（例えば、第１の部材が、第２の部材と「連通する」または「連通状態にある」）は、ここでは、２以上の部材または要素の間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的な関係を示すために使用される。この様に、第１の部材が第の２部材と連通するということによって、更なる部材が第１の部材と第２の部材との間に存在したり、第１の部材や第２の部材に動作可能に関連または係合したりする可能性を排除する意図はない。
【００１７】
一般的に、ここに開示されている主題は、常圧イオン化（ＡＰＩ）に関する。以下、図１〜図５Ｈを参照しながら、ＡＰＩのための装置、システム、素子および／または関連方法の実施例について詳細に説明する。これらの実施例は、質量分析を背景として説明する。ただし、質量分析装置以外の分析機器の使用を含む、イオンの生成が望まれるプロセスも、この開示の範囲に含まれる。
【００１８】
図１は、例示的な実施態様に係るＡＰＩに使用される装置１００の概略横断面である。試料受容（受け取り）チャンバ１１０は、適切なハウジングまたはその他の構造体１１２により形成されている。通常、チャンバ１１０の内部は、大気圧または大気圧の近くに保持されている。したがって、チャンバ１１０は、所望の分析手順の一部として、特に、質量分析装置１２０などの適切な分析機器によって分析対象イオンを検出する準備段階で、試料材料の全体的または部分的なイオン化が大気圧または大気圧の近くで発生する領域を提供する。チャンバ１１０に近接するハウジング１２２は、イオン集束部材、質量分析部材、およびイオン検出部材（図示せず）が動作する脱気／低圧環境または内部空間１２４を取り囲むために使用される。便宜上、ハウジング１２２内で動作する部材を一括して質量分析装置１２０と称する。当業者に理解されているように、ハウジング１２２は、質量分析装置１２０の様々な部材の１以上を収容する、１以上の別個の真空ステージ（特に図示せず）、または、異なる圧力レベルに保持された領域を取り囲んでいてもよい。
【００１９】
試料液滴源１３０は、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２がチャンバ１１０と流体連通するようにチャンバ１１０内へと延びている。当業者に理解されているように、装置１００において使用される試料液滴源１３０のタイプは、実施するＡＰＩ技術により異なる。例えば、ＥＳＩの場合、試料液滴源１３０は、エレクトロスプレーニードルなどのエレクトロスプレー装置を備えている。エレクトロスプレー装置は、毛細管またはニードル、その他の細管を備えており、その内部を試料材料が流通する。エレクトロスプレー装置は、試料材料の支援噴霧を提供することができる。例えば、空気的噴霧の場合、エレクトロスプレーニードルは、窒素などの不活性噴霧ガスが流通する環状通路を形成するために、外管によって取り囲まれている。ＡＰＣＩまたはＡＰＰＩの場合、試料液滴源１３０は、毛細管またはニードル、その他の細管を備えており、その内部を試料材料が流通し、細管は、気化装置と一体化または連通している。気化装置は、噴霧装置と一体化しているか、または、噴霧装置に続いている。これら全ての場合、試料材料は、便宜上、形態や組成に関係なく、試料液滴流１３４と称する蒸気またはガス（または、ＥＳＩの場合はエレクトロスプレー）のストリームまたは噴流として、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２から放出される。
【００２０】
本開示の目的のために、試料材料の組成、試料材料を試料液滴源１３０に供給する方法、または、流量、圧力、粘性などの流体力学的パラメータに制限はない。典型的な実施態様においては、試料液滴源１３０に供給される試料材料は、主に流体であるが、他の実施態様においては、固体または多相混合物であってもよい。ＡＰＩに関わる多数の実施態様においては、流体は、主に、液相である。例えば、試料材料は、分析対象成分（例えば、分析対象の分子）が当初１以上の溶媒に溶解されているか、または、他のタイプの成分に担持されている溶液であってもよい。溶媒に加えて、賦形剤、緩衝剤、添加物、ドーパントなど、他の非分析成分（すなわち、分析が望ましくない成分および／または分析機器への入力が通常望ましくない成分）が存在していてもよい。他の例として、試料材料は、クロマトグラフィ、電気泳動、または他の分析分離プロセスからの溶出液であってもよく、この場合、試料材料は、分析対象成分と流動相成分とから成るマトリックスであってもよい。装置１００における試料材料の所与の部分の位置や、イオン化が発生する手順段階に応じて、試料材料は、本質的にイオンのみを含むものであってもよいし、荷電および／または中性の液滴、蒸気、ガスなど、他の成分と共にイオンを含むものであってもよい。したがって、ここで用いられる「試料材料」という用語は、特定の相、形態または組成により制限されるものではない。さらに、試料液滴源１３０内を流通する試料材料は、バッチボリュームまたは試料プローブ、上流側の機器やプロセスなど、適切な供給源または試料導入口システム（図示せず）から生じるものであってもよい。例えば、試料液滴源１３０へのインレットを、クロマトグラフカラムなどの分析分離システムまたは装置のアウトレットで構成したり、連通させたりしてもよい。別の例として、試料材料を、液体取扱システムまたは溶解テストシステムから試料液滴源１３０に供給してもよい。試料液滴源１３０への試料材料の流通または料液滴源１３０内での試料材料の流通を、ポンプや毛細管作用、電気関連技術など、任意の手段で誘起してもよい。
【００２１】
ハウジング１２２の前部構造体または端部プレート１４０は、通常、常圧チャンバ１１０をハウジング１２２の脱気内部空間１２４から分離する。前部構造体１４０は、１以上の構造部材と、固定部材と、封止部材などとを備えている。サンプリングオリフィス１４２は、前部構造体１４０の開口部１４４によって、または、前部構造体１４０の開口部１４４と整合するか、もしくは、前部構造体１４０の開口部１４４を介してチャンバ１１０内に延びる、イオンのための毛細管もしくはチューブ、その他の出口導管１４６によって形成されている。すなわち、サンプリングオリフィス１４２は、前部構造体１４０の近辺に配置されていてもよく、チャンバ１１０とハウジング１２２の内部空間１２４との間に流体連通を提供する。サンプリングオリフィス１４２は、チャンバ１１０とハウジング内部空間１２４との間に維持される圧力差を無効にするほど大きくない小口径を有する。サンプリングオリフィス１４２は、チャンバ１１０からハウジング１２２内へと流入する分析対象イオン１５０のストリームのための導入口としての役割を果たし、その後、レンズ（図示せず）などの適切な手段を介してイオンストリーム１５０のイオンを質量分析装置１２０へと導く。典型的な実施態様において、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２は、ほぼサンプリングオリフィス１４２の方向に向いている。図１に例示するように、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２の軸は、サンプリングオリフィス１４２の軸に対して角度が付いているか、またはオフセットされている。
【００２２】
装置１００は、乾燥ガス給送システムを更に備えている。乾燥ガス給送システムは、任意の適切な乾燥ガス供給源（図示せず）からチャンバ１１０へと窒素などの適切な不活性乾燥ガス流を給送するための乾燥ガス導管１５２と、熱エネルギーを乾燥ガスに伝達するための加熱装置１５４とを備えている。加熱装置１５４は、チャンバ１１０への乾燥ガスの導入に伴って乾燥ガスが充分に加熱される任意の位置に配置することができる。図１に示す例示的な実施態様において、加熱装置１５４は、乾燥ガス導管１５２とインライン整合して配置されている。乾燥ガス導管１５２、または、乾燥ガス導管１５２および加熱装置１５４は、ハウジング１２２の前部構造体１４０の開口部１５６に装着されている。乾燥ガス給送システムの乾燥ガス出口オリフィス１５８は、前部構造体１４０の開口部１５６と整合するか、または、前部構造体１４０の開口部１５６を介してチャンバ１１０内へと延びている。乾燥ガス出口オリフィス１５８は、乾燥ガス出口オリフィス１５８の軸がサンプリングオリフィス１４２の軸から距離をおいて離間するように、サンプリングオリフィス１４２と非同軸に配置されている。したがって、乾燥ガスストリーム１６０は、サンプリングオリフィス１４２に流入するイオンストリーム１５０にほぼ対向してチャンバ１１０内に導かれる。すなわち、ハウジング１２２の前部構造体１４０付近で、乾燥ガスストリーム１６０は、サンプリングオリフィス１４２に流入するイオンストリーム１５０と略平行に逆方向に流れる。図２は、前部構造体１４０の正面図を示し、この例示的な実施態様におけるサンプリングオリフィス１４２に対する乾燥ガス出口オリフィス１５８の相対位置を示す。当業者に理解されているように、乾燥ガス給送システムは、動作パラメータ（例えば、試料液滴源１３０から放出される試料液滴マトリックスの一部を構成する流動相の組成または揮発性、試料液滴マトリックスの流量など）に応じて乾燥ガスの温度および流量または圧力を変更するための手段を備えていてもよい。
【００２３】
図１を再度参照して、装置１００は、ハウジング１２２とチャンバ１１０との間に介在する構造境界部１６４を更に備えている。具体的には、乾燥ガス出口オリフィス１５８およびサンプリングオリフィス１４２は、境界部１６４の一方側に配置され、チャンバ１１０は、境界部１６４の他方側に配置されている。境界部１６４は、乾燥ガス出口オリフィス１５８と、一方側のサンプリングオリフィス１４２および他方側のチャンバ１１０との間に界面空間１６６を形成している。この目的のために、境界部１６４は、ハウジング１２２の前部構造体１４０と一体的な部材であってもよいし、前部構造体１４０に取り付けられた別体の部材であってもよい。さらに、境界部１６４を備えた構造体は、壁部、表面部、肩部などの１以上の部材を備えていてもよい。図１に示す例では、境界部１６４は、ボックス形状を有するものとして横断面で示されている。図示の実施態様において、境界部１６４は、ハウジング１２２の前部構造体１４０から離間した壁部または前部プレート１６８を備えている。界面空間１６６は、チャンバ１１０の一部と考えてもよいし、チャンバ１１０の一部ではないと考えてもよい。いずれの場合も、界面空間１６６は、通常、チャンバ１１０と同じ圧力を有するが、境界部１６４が存在するため、チャンバ１１０とは別個である。
【００２４】
境界部１６４には、界面空間１６６とチャンバ１１０との間に流体連通を提供する境界開口部１７０が形成されている。図１に示す例示的な実施態様においては、境界部１６４の前部プレート１６８に、境界開口部１７０が形成されている。境界開口部１７０は、少なくとも２つの開口部位、すなわち、第１の通路または経路１７２および第２の通路または経路１７４を提供するために、乾燥ガス出口オリフィス１５８およびサンプリングオリフィス１４２に関連して配置されている。第１の通路１７２（または、開口部１７０の、第１の通路１７２を形成する部分）は、第２の通路１７４（または、開口部１７０の、第２の通路１７４を形成する部分）に間隔をおいて近接しており、第２の通路１７４と非同軸に配置されている。乾燥ガスストリーム１６０は、乾燥ガス出口オリフィス１５８から第１の通路１７２を介してチャンバ１１０内へと流れる。同時に、イオンストリーム１５０は、乾燥ガスストリーム１６０と略平行に反対方向に、チャンバ１１０から第２の通路１７４を介してサンプリングオリフィス１４２へと流れる。第１の通路１７２は、通常、乾燥ガスストリーム１６０の流量、および／または、開口部１７０の構成と、装置１００の他の部材に対するその相対位置によって、乾燥ガスストリーム１６０が、開口部１７０付近でイオンストリーム１５０からほぼ分離されているという点で、第２の通路１７４とは流体的に異なる。ある例示的な実施態様においては、第１の通路１７２は、第２の通路１７４とは構造的にも異なる。すなわち、下記に更に説明するように、実施態様によっては、第１の通路１７２および第２の通路１７４を形成する開口部１７０の各部が隣接している単一の開口によって境界開口部１７０が形成されている場合もあるし、１以上の開口が第１の通路１７２を形成し、別の１以上の開口が第２の通路１７４を形成するように、１以上の開口によって境界開口部１７０が形成されている場合もある。特に有利な実施態様においては、境界部１６４、または、境界部１６４の少なくとも前部プレート１６８（いずれの場合も、境界部１６４の、境界開口部１７０を形成する部分）は、乾燥ガス出口オリフィス１５８から放出された乾燥ガスストリーム１６０が拡がり始めるように、ハウジング１２２の前部構造体１４０から充分離間されている。この場合、第１の通路１７２の寸法は、第１の通路１７２と第２の通路１７４とが互いに関連して配置されている方向において、第２の通路１７４の寸法より大きくてもよい。したがって、図１の視点から、垂直方向に沿った第１の通路１７２の長さ（または幅）は、同方向に沿った第２の通路１７４の長さ（または幅）より大きくてもよい。
【００２５】
境界開口部１７０の構成の結果、乾燥ガスストリーム１６０は、伸長フロープロファイル（伸長されたフロープロファイル）１８０で、チャンバ１１０内へと境界開口部１７０の第１の通路１７２を通過する。換言すれば、フロープロファイルは、主に、少なくとも一方向または１つの次元方向に沿って拡大する。図１に示す例示的な実施態様においては、乾燥ガスストリーム１６０のフロープロファイルは、全体を１８０で示すように、略垂直方向に伸長される。伸長フロープロファイル１８０は、従来のイオン源と比較して、拡張または拡大された加熱ゾーンを提供し、これによって、試料液滴ストリーム１３４の溶媒やその他の非分析成分を蒸発させる乾燥ガスの能力を最大限に利用する機会を提供する。拡大加熱ゾーンを利用して、試料液滴ストリーム１３４と乾燥ガスストリーム１６０との間の重複量または接触量を増加させることにより試料液滴ストリーム１３４の成分の蒸発速度を増加させることができ、これによって、乾燥ガスから試料液滴への熱伝達速度および伝達熱エネルギーの総量を増加させることができる。蒸発プロセスを更に最適化するために、試料液滴ストリーム１３４が、乾燥ガスストリーム１６０の伸長方向１８０の全体または大部分に略直交して遭遇するように、試料液滴源１３０または少なくともその出口オリフィス１３２を配向させてもよい。例えば、試料液滴ストリーム１３４は、図１に示すように、直交方向または略直交方向に沿って、乾燥ガスストリーム１６０と接触可能となる。伸長乾燥ガスプロファイル１８０に対する出口オリフィス１３２の向きは、液滴形成の直後に液滴の蒸発が開始されるような、そして、チャンバ１１０中の試料液滴ストリーム１３４のほぼ全経路にわたり蒸発が継続するような向きである。試料液滴ストリーム１３４が乾燥ガスストリーム１６０の伸長フロープロファイル１８０を通過する時までに、イオンストリーム１５０で示すように、分析対象イオンのみがサンプリングオリフィス１４２に入るように、試料液滴ストリーム１３４の非分析成分の全てまたは大部分が、乾燥ガスストリーム１６０により蒸発そして／または一掃される。
【００２６】
図３は、ハウジング１２２（図１）の前部構造体１４０の正面図であり、前部プレート１６８が、境界部１６４の一部として、乾燥ガス出口オリフィス１５８およびサンプリングオリフィス１４２の前方に配置されている例示的な実施態様を示す。この例において、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、単一開口設計であるが、この開口の形状は、第１の部分３０２と、隣接する第２の部分３０４とを形成するものとして特徴付けられる。第１の部分３０２は、通常、乾燥ガス出口オリフィス１５８と流体的に整合しており、通常、乾燥ガスが乾燥ガス出口オリフィス１５８からチャンバ１１０（図１）へと通過する第１の通路１７２を形成する。第２の部分３０４は、通常、サンプリングオリフィス１４２と流体的に整合しており、通常、分析対象イオン１５０がチャンバ１１０からサンプリングオリフィス１４２へと通過する第２の通路１７４を形成する。前部プレート１６８によって生じる流体力学は、図１と同様に、乾燥ガスストリーム１６０、試料液滴ストリーム１３４、イオンストリーム１５０を概略的に表現するフローベクトルを示す図４を参照することによって、更に視覚化可能である。開口部１７０の第２の部分３０４と比較して、第１の部分３０２は、少なくとも一方向または１つの次元方向（この例では、垂直方向）に伸長され、乾燥ガスストリーム１６０のプロファイルを同方向に伸長することができる（すなわち、伸長乾燥ガス流プロファイル１８０）。図４に示す例において、第２の部分３０４は、サンプリングオリフィス１４２へのイオン入力を促進するために、略円形横断面または形状を有するが、他の形状を採用してもよい。第２の部分３０４は、第１の部分３０２よりも他の次元方向（例えば、水平方向）に沿って幅広であってもよい。
【００２７】
試料液滴ストリーム１３４の所与の部分が乾燥ガスストリーム１６０の伸長断面１８０を通過する時までに、この部分の液滴の完全な蒸発が起こり、分析価値のあるイオンのみがサンプリングオリフィス１４２に流入するのが理想的である。ここに開示されている例示的な実施態様に係る前部プレート１６８は、この結果に到達または少なくとも接近するように設計されている。対照的に、従来のイオン源は、前部プレート１６８など、第１の部分３０２を設けたり、乾燥ガス用の第１の通路１７２を形成したりするような構成を提供しない。前述のように、従来のイオン源には、サンプリングオリフィス１４２と同軸に乾燥ガス流を導入して、サンプリングオリフィス１４２の直前で主に単一の流路内に集束させるものもある。また、従来のイオン源には、イオン源がスプレープレートまたは同様の構造を備えているか否かに拘わらず、乾燥ガス流が、イオン源のチャンバ側からチャンバ１１０内へと導入されるものもある。この様な設計は、スプレープレートまたは他の同様の構造の中実部に対して試料液滴を偏向させるか、さもなければサンプリングオリフィス１４２とは反対側に偏向させるための流体機構に依存する。従来設計には、非分析材料を充分に蒸発させ、この様な材料がサンプリングオリフィス１４２に流入するのを防止するために、乾燥ガスの可能性を最大限に利用するのに充分な大きさの加熱ゾーンを確立するものはない。
【００２８】
図５Ａ〜図５Ｈは、前部プレート１６８の更なる実施例を示す。図３および図４に示す前部プレート１６８と同様に、図５Ａ〜図５Ｃは、単一開口設計の境界開口部１７０を形成する前部プレート１６８を示す。図５Ｄ〜図５Ｈは、複数開口設計の境界開口部１７０を形成する前部プレート１６８を示す。図１に関連して説明した境界部１６４の一部として設けられた、図５Ａ〜図５Ｈに示す各前部プレート１６８は、乾燥ガスストリーム１６０のための伸長フロープロファイル１８０を形成し、結果的に、チャンバ１１０内に試料液滴ストリーム１３４のための拡大加熱ゾーンを形成し、上記のような付随する利点と利益とを提供する流体力学をチャンバ１１０内に生成することができる。所望の結果を達成するために様々に構成された前部プレート１６８からの選択は、試料材料の１以上の成分の特性（例えば、組成、揮発性、分子量、粘性、極性であるか非極性であるかなど）および／または動作パラメータ（流量、圧力など）、乾燥ガスの動作パラメータ（流量、圧力、温度、イオン化においてこの様なパラメータを変更すべきかどうかなど）に依存する。
【００２９】
図５Ａにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、略一方向（例えば、垂直方向）に伸長されたスロットまたは開口の形状である。別の方向（例えば、水平方向）に沿った境界開口部１７０の第１の部分３０２の幅は、第２の部分３０４の幅と同じであってもよい。
図５Ｂにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０の第１の部分３０２は、一方向に伸長されている。第１の部分３０２の幅は、第１の部分３０２の伸長方向に沿って先細りとなっている。第２の部分３０４は、任意の適切な形状を有していてもよい。図５Ｂで提供される例においては、第２の部分３０４は、ほぼ円形である。
【００３０】
図５Ｃにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、図５Ｂに示すものと類似している。しかし、図５Ｃにおいては、第１の部分３０２の一部５０２は、一定または略一定の幅を有するが、第１の部分３０２の他の部分５０４は幅が先細りとなっている。第２の部分３０４は、略円形形状を有するが、この実施態様において、任意の他の適切な形状であってもよい。
【００３１】
図５Ｄにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、第１の開口５０６および物理的に別個の第２の開口５０８として構成されている。第１の開口５０６は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第２の開口５０８は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。第１の開口５０６は、試料液滴が乾燥ガスに遭遇するチャンバ１１０の領域において、乾燥ガス流が拡張して伸長フロープロファイル（例えば、図１および図４に示す伸長乾燥ガスフロープロファイル１８０を参照）を形成し、そして、拡大加熱ゾーンを形成するのに充分な距離をおいて第２の開口５０８から離間されている。図５Ｄに示す例において、第１の開口５０６および第２の開口５０８は、直線的に相互に関連して、すなわち、同一方向に配置されているが、これは、この特定の実施態様や、ここに記載されている他の実施態様を限定するものではない。図５Ｄに示す例においても、第１の開口５０６および第２の開口５０８は、略円形形状である。しかし、他の形状でもよく、第１の開口５０６の形状は、第２の開口５０８の形状と異なっていてもよい。さらに、第１の開口５０６の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第２の開口５０８の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５０６の直径は、第２の開口５０８の直径と同じであってもよいし、大きくてもよい。
【００３２】
図５Ｅにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、第１の開口５１２および物理的に別個の第２の開口５１４として構成される。図５Ｄと同様に、第１の開口５１２は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第２の開口５１４は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。しかし、図５Ｅにおいては、第１の開口５１２は、略一方向に伸長されたスロットの形状である。第２の開口５１４は、通常、略円形形状であるが、異なる形状を有していてもよい。図５Ｄに示す例では、第１の開口５１２の幅は、第２の開口５１４の幅（例えば、直径）よりも小さい。しかし、他の実施態様では、第１の開口５１２の幅は、第２の開口５１４の幅と同じであってもよいし、大きくてもよい。
【００３３】
図５Ｆにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、３つの別個の開口、すなわち、第１の開口５２２、第２の開口５２４、および第３の開口５２６により形成されている。第１の開口５２２および第２の開口５２４は、協働して乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第３の開口５２６は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。第１の開口５２２および第２の開口５２４は、離間されているか、または、比較的近接して纏まっているが、上記の伸長乾燥ガスフロープロファイル１８０（図１および図４）を形成するのに充分な距離をおいて第３の開口５２６から更に離間している。図５Ｆに示す例では、第１の開口５２２、第２の開口５２４、および第３の開口５２６は、略円形形状である。しかし、他の形状であってもよく、ある開口の形状が、他の開口の形状と異なっていてもよい。さらに、第１の開口５２２および第２の開口５２４の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第３の開口５２６の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５２２および第２の開口５２４の直径が、第３の開口５２６の直径と同じであっても、大きくてもよく、または、第１の開口５２２および第２の開口５２４の各直径が相互に異なっていてもよい。
【００３４】
図５Ｇにおいては、図５Ｆと同様に、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、３つの別個の開口、すなわち、第１の開口５３２、第２の開口５３４、および第３の開口５３６により形成されている。第１の開口５３２および第２の開口５３４は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第３の開口５３６は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。図５Ｆとは異なり、第１の開口５３２および第２の開口５３４は、第３の開口５３６に対して距離をおいて離間している一方、第２の開口５３４および第３の開口５３６は、離間しているか、または、比較的近接して纏まっている。この構成は、上記の伸長乾燥ガスフロープロファイル１８０（図１および図４）や、その付随する恩恵や利点を、ここに開示されている原理に従って達成するもう１つの手段である。図５Ｇに示す例においては、第１の開口５３２、第２の開口５３４、および第３の開口５３６は、略円形形状である。しかし、図５Ｆの場合と同様に、他の形状であってもよく、ある開口の形状が、他の開口とは異なっていてもよい。さらに、第１の開口５３２および第２の開口５３４の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第３の開口５３６の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５３２および第２の開口５３４の直径は、第３の開口５３６の直径と同じであっても、大きくてもよく、または、第１の開口５３２および第２の開口５３４の各直径が相互に異なっていてもよい。
【００３５】
図５Ｈにおいて、前部プレート１６８の境界開口部１７０は、４つの別個の開口、すなわち、第１の開口５４２、第２の開口５４４、第３の開口５４６、または第４の開口５４８によって形成されている。第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６は、乾燥ガスのための第１の通路１７２（図１および図４）を形成し、第４の開口５４８は、イオンのための第２の通路１７４を形成する。開口の間隔は、一定でもよいし、任意の２つの隣接開口の間隔が、他の２つの隣接開口の間隔と異なっていてもよい。この構成は、上記の伸長乾燥ガスプロファイル１８０（図１および図４）や、その付随する恩恵や利点を、ここに開示されている原理に従って達成する更に別の手段である。図５Ｈに示す例では、第１の開口５４２、第２の開口５４４、第３の開口５４６および第４の開口５４８は、略円形形状であるが、これらの開口５４２、５４４、５４６、５４８の１以上が他の形状であってもよい。さらに、第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６の直径（または、非円形である場合には、その他の特徴的な寸法の大きさ）は、第４の開口５４８の直径よりも小さいものとして例示されている。しかし、第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６の直径が、第４の開口５４８の直径と同じであっても、大きくてもよく、または、第１の開口５４２、第２の開口５４４および第３の開口５４６の各直径が相互に異なっていてもよい。
【００３６】
様々な例示的な実施態様についての前記の説明を鑑み、当業者は、単一開口設計および複数開口設計の前部プレート１６８に関する更なる実施態様を容易に確認できるであろう。この様な実施態様は、第１の通路１７２および／または第２の通路１７４（図１、図４および図６）が、円形形状またはスロット形状、先細り形状、その他の形状を有する１以上の開口によって形成されている前部プレート１６８のための境界開口部１７０を備えていてもよい。この様な実施態様は、全て、図１、図４および図６に概略的に示すように、乾燥ガスストリーム１６０のための伸長フロープロファイル１８０を形成し、結果的に、ＡＰＩのための装置１００などのイオン源において拡大加熱ゾーンを形成する能力を特徴とし、上記の利点と利益とを提供する。ある特定の実施態様においては、オリフィスまたは開口の数が、前部プレート１６８をメッシュまたはスクリーンとして構成することを特徴とするのに充分な数となっている。この実施態様は、前部プレート１６８の前方の低速ゾーンに遭遇するまで、前部プレート１６８の前方で離間して分裂液滴を浮遊させる効果を有する。液滴が、低速ゾーンに遭遇すると、液滴は、開口を通過して界面空間１６６内に至る。
【００３７】
ここで再び図６を参照して、境界部１６４（前部プレート１６８が設けられている場合には、前部プレート１６８）が、サンプリングオリフィス１４２の軸に対して傾斜させて乾燥ガスストリーム１６０を境界開口部１７０から導くために構成された複数開口設計を有する、他の例示的な実施態様を示す。この目的のために、境界開口部１７０により形成された１以上の開口を１以上の各ルーバまたは薄板６０２によって形成し、少なくとも１つのルーバ６０２または少なくとも１対の隣接ルーバ６０２の間に形成されるスロットの形状を有するものとして各開口を特徴付けてもよい。ルーバ６０２のために任意の角度を選択することができ、試料液滴ストリーム１３４（または、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２）の一般的な向きを考慮して選択することもできる。図６に示す例においては、試料液滴ストリーム１３４の向きが与えられると、乾燥ガスストリーム１６０の少なくとも一部およびその伸長フロープロファイル１８０が、試料液滴ストリーム１３４に向かって上方に向くように、ルーバ６０２に角度を与える。その結果、試料液滴ストリーム１３４と乾燥ガスストリーム１６０との間の対向関係または逆平行関係によって、拡大加熱ゾーンが、直交流と対向して形成される。この構成は、特定の流体流量や、その他の動作パラメータにとって有利であることが分かる。なお、第１の通路１７２および／または第２の通路１７４を、部分的または全体的にルーバ６０２によって形成してもよい。さらに、ルーバ６０２を、上記の様な他のタイプの開口と共に利用してもよい。さらに、境界部１６４または前部プレート１６８は、乾燥ガスストリーム１６０の角度調整が可能なように、ルーバ６０２を移動可能とする構成であってもよい。
【００３８】
図１〜図６に示した上記の様々な実施態様に関して、乾燥ガス流を利用して試料をイオン化する方法の例を説明する。この方法は、既に簡単に説明した当業者に理解されているＥＳＩやＡＰＣＩ、ＡＰＰＩなどの任意の技術に応じて、常圧イオン化に適応させたイオン源を使用することができる。この方法では、例えば、質量分析装置１２０などの分析機器への入力のためのイオンストリームまたはイオン束を生成するために、試料材料が加熱ゾーンの乾燥ガスに遭遇する大気圧または近大気圧領域において、拡大加熱ゾーンを形成するように構成された、図１または図６に示す上記の装置１００を利用することができる。質量分析装置１２０の例は、既に簡単に説明されており、当業者に理解されている。この方法で使用される質量分析装置１２０のタイプや、その関連部材に制約はない。質量分析装置１２０は、例えば、多重極電極構造体、イオントラップ、飛行時間型（ＴＯＦ）部材、静電分析装置（ＥＳＡ）、磁気セクターなど、任意のタイプの質量分類部材もしくはフィルタ部材、または、１以上のタイプを組み合わせて利用することができる。また、質量分析装置１２０は、例えば、電子増倍管、光電子増倍管、ファラデーカップなど、任意のタイプのイオン検出手段を利用することができる。この方法で利用されるイオン源は、試料材料の直接入力を受けるものであってもよいし、質量分析装置１２０と、ＬＣ機器などの上流側のシステムとの間のインタフェースであってもよい。
【００３９】
例えば、図１または図６を参照して、この方法によれば、結果的に分析対象物および非分析成分を含む多数の試料液滴をチャンバ１１０に導入する任意の適切な手段によって、例えば、試料液滴ストリーム１３４を放出するために試料液滴源１３０を動作することによって、試料材料を処理する。採用する技術に応じて、液滴が試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２から放出される時に、液滴を帯電させてもよいし、帯電させなくてもよい。前述のように、採用する技術に応じて、試料液滴源１３０は、エレクトロスプレーニードル、気化装置および／または噴霧装置を備えていてもよい。試料液滴ストリーム１３４の成分のイオン化は、例えば、（通常、試料液滴源１３０と一体化された）エレクトロスプレーニードル、チャンバ１１０内に配置されたコロナニードル（図示せず）、または、試料液滴源１３０と一体化されるか、または、チャンバ１１０内に配置された光子源（図示せず）などを使用して、任意の適切な技術によって開始される。試料液滴ストリーム１３４は、任意の適切な手段によって、例えば、直接的または間接的に（例えば、角度を付けて、あるいは、非同軸に）試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２をサンプリングオリフィス１４２に向けることによって、そして／または、この目的のためにチャンバ１１０内に生成された電圧電位を利用して、サンプリングオリフィス１４２に向かって導かれる。
【００４０】
試料液滴ストリーム１３４が、チャンバ１１０内を流通する一方、乾燥ガスストリーム１６０は、チャンバ１１０内に導入される。イオン源（例えば、装置１００）は、チャンバ１１０内で乾燥ガスストリーム１６０を伸長フロープロファイル１８０へと進展させ、試料液滴ストリーム１３４の成分の蒸発を促進するための拡大加熱ゾーンを提供するように構成されている。伸長フロープロファイル１８０は、試料液滴源１３０の出口オリフィス１３２からサンプリングオリフィス１４２までの試料液滴ストリーム１３４の経路の殆どの部分で試料液滴ストリーム１３４と交差するか、または、接触して、試料液滴ストリーム１３４の成分への熱エネルギーの伝達を最適化するように配置することができる。その結果、分析対象イオンストリーム１５０は、不要成分の無い状態または殆ど無い状態でサンプリングオリフィス１４２を通過する。サンプリングオリフィス１４２から、イオンは、任意の適切な手段によって、分析および検出のために質量分析装置１２０やその他の適切な機器へと導かれる。
【００４１】
この方法によれば、伸長フロープロファイル１８０は、図１、図２および図６に示すように、乾燥ガス出口オリフィス１５８をサンプリングオリフィス１４２に対して非同軸に配置すること、および／または、図１、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈまたは図６に示すように、開口部１７０を有する境界部１６４を設けることを含む、ここに開示されている実施態様のいずれかを実施することによって形成可能である。開口部１７０は、同時に、第１の通路１７２および第２の通路１７４を形成する構造を備えることによって、一方向の乾燥ガスの通過および略反対方向のイオンの通過を許容する。各通路１７２または１７４は、物理的に１つの開口または１以上の開口によって形成されていてもよい。これらの目的のために、開口部１７０は、図１、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈまたは図６に示すように、前部プレート１６８など、境界部１６４の１以上の構造的な特徴によって形成されていてもよい。
【００４２】
本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の様々な態様または詳細を変更可能であると理解される。さらに、前述の説明は、特許請求の範囲で定義される本発明の例示目的であり、限定目的ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】例示的な実施態様に係る、常圧イオン化において使用される装置（ＡＰＩ装置）の概略横断面である。
【図２】ＡＰＩ装置を備えた構造の正面図であり、乾燥ガス出口オリフィスおよびサンプリングオリフィスを示す。
【図３】図２に示す構造の正面図であり、例示的な実施態様に係る、乾燥ガス出口オリフィスおよびサンプリングオリフィスの前方に配置される、開口部を備えた境界部または前部プレートを示す。
【図４】例示的な実施態様に係るＡＰＩ装置の他の構成部材に関連して設けられた、図３に示す境界部または前部プレートの斜視図である。
【図５Ａ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｂ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｃ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｄ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｅ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｆ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｇ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図５Ｈ】更なる例示的な実施態様に係る前部プレートの正面図である。
【図６】他の例示的な実施態様に係る、常圧イオン化に使用される装置（ＡＰＩ装置）の概略横断面である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧イオン化において使用される装置であって、
試料受容チャンバと、
前記試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、
前記試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する出口導管と、
前記試料受容チャンバと前記サンプリングオリフィスとの間に介在し、開口部を備えた境界部であって、前記開口部は、乾燥ガスが伸長されたフロープロファイルで前記試料受容チャンバ内へと流通可能な第１の通路と、試料材料が前記乾燥ガスにほぼ対向して前記試料受容チャンバから前記サンプリングオリフィスに向かって流通可能な第２の通路とを形成し、前記第１の通路が、前記第２の通路に対して非同軸に配置されている境界部とを備えた装置。
【請求項２】
内部空間を取り囲むハウジングを備え、前記サンプリングオリフィスが、前記チャンバと前記内部空間との間に流体連通を提供する請求項１に係る装置。
【請求項３】
前記境界部の前記サンプリングオリフィスと同じ側に配置されている乾燥ガス出口オリフィスを備えた請求項１に係る装置。
【請求項４】
前記開口部が、前記第１および第２の通路を有する単一の開口を備えた請求項１に係る装置。
【請求項５】
前記開口部の、前記第１の通路を形成する部分が、少なくとも一次元方向に延びている請求項４に係る装置。
【請求項６】
前記開口部が、前記第１の通路を含む第１の部分と、前記第２の通路を含む第２の部分とを備え、前記第１の部分が、少なくとも第１の次元方向に延びており、前記第２の部分が、前記第１の部分に隣接している請求項４に係る装置。
【請求項７】
前記第１の部分が、前記第１の次元方向の少なくとも一部に沿って先細りになった横断面を有する請求項６に係る装置。
【請求項８】
前記開口部が、少なくとも第１の開口と、別個の第２の開口とを備え、前記第１の開口が前記第１の通路を形成し、前記第２の開口が前記第２の通路を形成する請求項１に係る装置。
【請求項９】
前記第１の開口が、前記第２の開口に対して少なくとも第１の次元方向に延びている請求項８に係る装置。
【請求項１０】
前記開口部が、複数の別個の開口を備え、前記開口のうちの１つが前記第２の通路を形成し、他の開口が前記第１の通路を形成する請求項１に係る装置。
【請求項１１】
前記境界部が、前記開口部の少なくとも一部を形成するルーバを備えている請求項１に係る装置。
【請求項１２】
常圧イオン化において使用される装置であって、
試料受容チャンバと、
前記試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、
前記試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する出口導管と、
前記試料液滴源からの液滴流と非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルで、前記チャンバ内へと乾燥ガス流を案内するための手段とを備えた装置。
【請求項１３】
前記案内手段が、前記チャンバと前記サンプリングオリフィスとの間に介在する境界部を備え、前記境界部が、前記乾燥ガスが案内される開口部を備えている請求項１２に係る装置。
【請求項１４】
前記開口部が、前記乾燥ガスが案内される第１の通路と、前記液滴からのイオンが導入される第２の通路とを形成し、前記第１の通路が、前記第２の通路に対して非同軸に配置されている請求項１２に係る装置。
【請求項１５】
常圧イオン化装置において試料材料の液滴を蒸発させるための方法であって、
試料材料を試料液滴ストリームとしてチャンバ内に導入することと、
前記試料液滴ストリームを開口部およびサンプリングオリフィスに向けて案内することであって、前記チャンバおよび前記サンプリングオリフィスが、前記開口部の両側に配置され、前記サンプリングオリフィスが、前記チャンバから離れるように延びていることと、
前記試料液滴ストリームを案内する一方で、前記試料液滴ストリームと非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルで、前記開口部を介して前記チャンバ内へと乾燥ガス流を導入し、これによって、前記伸長されたフロープロファイルは、前記サンプリングオリフィスへの前記試料材料の流入に先だって液滴の蒸発を促進するために、前記試料液滴ストリームの液滴が前記乾燥ガスに接触する伸長領域を提供することとを含む方法。
【請求項１６】
前記開口部の、少なくとも一方向に伸長された部分を介して前記乾燥ガス流を導入することによって、前記伸長されたフロープロファイルを形成することを含む請求項１５に係る方法。
【請求項１７】
前記開口部が、複数の開口を備え、前記開口部に向かって前記試料液滴流を案内することが、前記開口のうちの少なくとも１つに向けて前記試料液滴ストリームを案内することを含み、前記乾燥ガス流を前記チャンバへと導入することが、少なくとも１つの他の開口を介して前記乾燥ガス流を導入することを含む請求項１５に係る方法。
【請求項１８】
前記開口部の、少なくとも一方向に伸長された少なくとも１つの開口を介して前記乾燥ガス流を導入することによって、前記伸長されたフロープロファイルを形成することを含む請求項１７に係る方法。
【請求項１】
常圧イオン化において使用される装置であって、
試料受容チャンバと、
前記試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、
前記試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する出口導管と、
前記試料受容チャンバと前記サンプリングオリフィスとの間に介在し、開口部を備えた境界部であって、前記開口部は、乾燥ガスが伸長されたフロープロファイルで前記試料受容チャンバ内へと流通可能な第１の通路と、試料材料が前記乾燥ガスにほぼ対向して前記試料受容チャンバから前記サンプリングオリフィスに向かって流通可能な第２の通路とを形成し、前記第１の通路が、前記第２の通路に対して非同軸に配置されている境界部とを備えた装置。
【請求項２】
内部空間を取り囲むハウジングを備え、前記サンプリングオリフィスが、前記チャンバと前記内部空間との間に流体連通を提供する請求項１に係る装置。
【請求項３】
前記境界部の前記サンプリングオリフィスと同じ側に配置されている乾燥ガス出口オリフィスを備えた請求項１に係る装置。
【請求項４】
前記開口部が、前記第１および第２の通路を有する単一の開口を備えた請求項１に係る装置。
【請求項５】
前記開口部の、前記第１の通路を形成する部分が、少なくとも一次元方向に延びている請求項４に係る装置。
【請求項６】
前記開口部が、前記第１の通路を含む第１の部分と、前記第２の通路を含む第２の部分とを備え、前記第１の部分が、少なくとも第１の次元方向に延びており、前記第２の部分が、前記第１の部分に隣接している請求項４に係る装置。
【請求項７】
前記第１の部分が、前記第１の次元方向の少なくとも一部に沿って先細りになった横断面を有する請求項６に係る装置。
【請求項８】
前記開口部が、少なくとも第１の開口と、別個の第２の開口とを備え、前記第１の開口が前記第１の通路を形成し、前記第２の開口が前記第２の通路を形成する請求項１に係る装置。
【請求項９】
前記第１の開口が、前記第２の開口に対して少なくとも第１の次元方向に延びている請求項８に係る装置。
【請求項１０】
前記開口部が、複数の別個の開口を備え、前記開口のうちの１つが前記第２の通路を形成し、他の開口が前記第１の通路を形成する請求項１に係る装置。
【請求項１１】
前記境界部が、前記開口部の少なくとも一部を形成するルーバを備えている請求項１に係る装置。
【請求項１２】
常圧イオン化において使用される装置であって、
試料受容チャンバと、
前記試料受容チャンバと連通している試料液滴源と、
前記試料受容チャンバと連通しているサンプリングオリフィスを形成する出口導管と、
前記試料液滴源からの液滴流と非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルで、前記チャンバ内へと乾燥ガス流を案内するための手段とを備えた装置。
【請求項１３】
前記案内手段が、前記チャンバと前記サンプリングオリフィスとの間に介在する境界部を備え、前記境界部が、前記乾燥ガスが案内される開口部を備えている請求項１２に係る装置。
【請求項１４】
前記開口部が、前記乾燥ガスが案内される第１の通路と、前記液滴からのイオンが導入される第２の通路とを形成し、前記第１の通路が、前記第２の通路に対して非同軸に配置されている請求項１２に係る装置。
【請求項１５】
常圧イオン化装置において試料材料の液滴を蒸発させるための方法であって、
試料材料を試料液滴ストリームとしてチャンバ内に導入することと、
前記試料液滴ストリームを開口部およびサンプリングオリフィスに向けて案内することであって、前記チャンバおよび前記サンプリングオリフィスが、前記開口部の両側に配置され、前記サンプリングオリフィスが、前記チャンバから離れるように延びていることと、
前記試料液滴ストリームを案内する一方で、前記試料液滴ストリームと非同軸にほぼ対向して、伸長されたフロープロファイルで、前記開口部を介して前記チャンバ内へと乾燥ガス流を導入し、これによって、前記伸長されたフロープロファイルは、前記サンプリングオリフィスへの前記試料材料の流入に先だって液滴の蒸発を促進するために、前記試料液滴ストリームの液滴が前記乾燥ガスに接触する伸長領域を提供することとを含む方法。
【請求項１６】
前記開口部の、少なくとも一方向に伸長された部分を介して前記乾燥ガス流を導入することによって、前記伸長されたフロープロファイルを形成することを含む請求項１５に係る方法。
【請求項１７】
前記開口部が、複数の開口を備え、前記開口部に向かって前記試料液滴流を案内することが、前記開口のうちの少なくとも１つに向けて前記試料液滴ストリームを案内することを含み、前記乾燥ガス流を前記チャンバへと導入することが、少なくとも１つの他の開口を介して前記乾燥ガス流を導入することを含む請求項１５に係る方法。
【請求項１８】
前記開口部の、少なくとも一方向に伸長された少なくとも１つの開口を介して前記乾燥ガス流を導入することによって、前記伸長されたフロープロファイルを形成することを含む請求項１７に係る方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図５Ｈ】
【図６】
【公表番号】特表２００８−５２４８０４（Ｐ２００８−５２４８０４Ａ）
【公表日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４６７０７（Ｐ２００７−５４６７０７）
【出願日】平成１７年１１月２８日（２００５．１１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４３０６０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６５５２０
【国際公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５９９０６０９２８）バリアン・インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２８日（２００５．１１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４３０６０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６５５２０
【国際公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（５９９０６０９２８）バリアン・インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
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