KR20220088409A

KR20220088409A - 실시간 맥동 흐름 대기 이온화

Info

Publication number: KR20220088409A
Application number: KR1020227008641A
Authority: KR
Inventors: 스콧 오로; 브라이언 디. 무셀만
Original assignee: 이온센스 인코포레이티드
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-06-27
Also published as: WO2021086778A1; EP4052278A1; US11615951B2; US20220262614A1; EP4052278A4; CN114730694A; US11424116B2; US20220013347A1; JP2022553600A

Abstract

본 발명의 주변 이온화 실험의 일 실시형태에서, 관심 이온에 대비한 배경 화학물질의 존재량은 샘플로 지향되는 여기된 종을 생성하는 데 사용되는 캐리어 가스를 펄싱함으로써 감소된다. 상기 여기된 종은 단계적으로 샘플로 지향되어, 이온화 영역에 도입된 배경 화학물질의 전체 존재량을 감소시킨다. 본 발명의 주변 이온화 실험의 일 실시형태에서, 여기된 종 앞으로 샘플을 이동하는 것 및 여기된 종을 생성하는 데 사용되는 캐리어 가스를 펄싱하는 것의 조합은 검출 감도를 증가시킨다.

Description

실시간 맥동 흐름 대기 이온화

본 발명은 캐리어 가스(carrier gas)의 펄스 도입을 통한 주변 대기에서 이온화되는 분자의 화학적 분석을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

실험실 또는 현장 환경의 주변 대기에서의 관심 분자의 분석은, 이온화 종을 사용하여 관심 분자를 이온으로 변환시키고 상기 이온을 분광계로 지향시키거나 배출함으로써 수행될 수 있다. 그러나 실험실 또는 현장 환경의 주변 대기는 검출될 수 있는 많은 '배경 화학물질(background chemical)'을 함유할 수 있다. 이러한 배경 화학물질은 지역 환경에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 실험실 대기에 존재하는 미량 화학물질은, 합성 또는 추출에 사용되는 용매, 먼지 입자, 에어로졸, 반대 이온 및 화학물질을 함유할 수 있다. 또한, 상기 배경은 호흡, 향수, 향기, 구강 세척제, 화장품, 땀, 고창, 박테리아 가스 및 박테리아 냄새를 포함한, 분광계 작업자/과학자의 존재로부터를 포함한, 인간, 동물, 박테리아, 바이러스 또는 진균 활동으로부터의 화학물질을 포함할 수 있다. 이들 중 임의의 하나 이상의 존재는 지속적인 배경의 생성을 초래할 있다. 상기 배경이 너무 풍부해지면, 관심 분자가 검출될 수 없거나, 배경 화학물질의 검출에 의해 관심 분자의 검출이 가려질 정도로 낮은 존재량으로 검출될 수 있다는 점에서, 관심 분자의 주변 이온화 및 이온 검출 과정이 비효율적이 된다.

관심 샘플에 존재하는 미량 화학물질 또한, 이온화 영역에 존재하기는 하지만 관심 대상이 아니기 때문에, 배경 화학물질로 간주될 수 있다. 이들은 샘플 용기에서 유래한 화학물질, 용매 잔류물, 일반적으로 존재하지만 샘플의 특성화에 중요하지 않은 화학물질, 및 용매와 같은 인간 활동 또는 기타 근처의 분석 노력으로부터의 것들을 포함한 이온화 종을 둘러싼 공기로 도입될 수 있는 화학물질을 포함한다. 예를 들어, 소변 샘플에서, 근육 대사에 의해 생성되는 화학 폐기물인 대사 산물인 크레아티닌은 쉽게 이온화되고 분광계를 사용하여 검출된다. 신장은 순환 혈액으로부터 크레아티닌 및 요소를 포함한 기타 노폐물을 걸러내어, 배뇨를 통해 이들이 신체에서 제거되도록 한다. 따라서 이 두 화합물 (크레아티닌 및 요소)은 인간 기원의 유체를 분석하는 동안 배경 화학물질로 존재한다. 또한, 요소 자체는 소변으로부터 추출하기 어려우며, 이로 인해, 작업장 약물 검사(workplace drug testing)에서의 소변으로부터의 남용 약물 분석은 일반적으로, 관심 분자로부터 요소를 분리하기 위해 크로마토그래피 물질을 사용하여 수행된다. 크로마토그래피 물질은 더 큰 약물 분자의 통과를 지연시키면서 요소가 폐기물로 향하도록 허용한다. 요소의 부재 시, 더 큰 약물 분자가 주변 대기에서 이온화되고, 분광계에 도입된 후, 쉽게 검출된다.

용매 효과 또한 배경 화학물질에 기여할 수 있으며, 예를 들어, 디메틸 설폭사이드 (DMSO: dimethyl sulfoxide)와 같은 샘플을 용해시키는 데 사용되는 용매 및 pH 변화를 촉진시키기 위해 샘플에 첨가되는 화학물질 또는 이온화되는 완충제가 또한 배경에 기여할 수 있다.

이론상 및 실제로, 주변 이온화 전에 배경 화학물질을 제거하는 것은 배경 화학 이온, 즉 화학적 노이즈를 감소시켜 관심 분자에 대한 감도의 증가를 허용한다.

주변 이온화 실험에서의 본 발명의 일 실시형태에서, 관심 분자의 이온화를 증가시켜 검출 한계 감소를 가능하게 하기 위해, 이온화 종을 생성하기 위해 사용되는 캐리어 가스를 펄싱(pulsing)하는 것이 사용될 수 있다. 주변 이온화 실험을 사용하는 본 발명의 일 실시형태에서, 관심 분자의 이온화를 증가시켜 검출 한계 감소를 가능하게 하기 위해, 한 위치로부터 급격하게 이동하고 이온화 종을 생성하기 위해 사용되는 캐리어 가스를 펄싱하는 것이 사용될 수 있다.

달리 명시되지 않는 한, 모든 실시간 직접 분석 (DART: Direct Analysis Real Time) 대기압 이온화 (API: Atmospheric Pressure Ionization) 측정은 300℃에서 수행되었다. 모든 샘플은 양변위 피펫터(positive displacement pipettor)인 TTP Labtech Mosquito를 사용하여 스팟팅하였다. 모든 질량 분석은 Thermo Scientific™ Q-Exactive™ 질량 분석기에서 수행되었다. 본 발명의 다양한 실시형태는 하기 도면에 기초하여 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른, 일정한 간격으로 메쉬 표면에 침착된 일련의 샘플 (1 내지 12)을 DART API 소스의 원위 단부로부터 방출된 이온화 종에 제시하는 것을 가능하게 하도록 설계된 X-Y 드라이브에 삽입하는 블랭크에 위치하는 와이어 메쉬(wire mesh)를 보유하는 종이 소모품이고;
도 2a는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른, 좁은 캡을 통과하고 분광계의 이온화 부피 내로 삽입된 메쉬에 적용된 샘플로 지향된 DART API 소스로부터의 이온화 종의 개략도이고;
도 2b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른, 더 긴 캡을 통과하고 분광계의 이온화 부피 내로 삽입된 메쉬에 적용된 샘플로 지향된 DART API 소스로부터의 이온화 종의 개략도이고;
도 3은, 3 mm/초의 속도로 연속적으로 (이하 '연속적 이온화 실험 (CIE: Continuous Ionization Experiment)'으로 지칭됨); 샘플을 제시하기 전에 캐리어 가스가 중지된 상태에서 샘플을 불연속적으로 제시한 다음, 샘플이 제시되고 3 mm/초로 이동될 때 캐리어 가스가 3초 동안 작동되고, 이어서, 다음 샘플이 분석을 위해 제시될 때까지 중단되는 것을 포함하는 하이브리드 모드로 (이하 '하이브리드 실험 (HE: Hybrid Experiment)'으로 지칭됨); 및 샘플을 제시하기 전에 캐리어 가스가 중지된 상태에서 샘플을 불연속적으로 제시한 다음, 샘플이 정적으로 제시된 (즉, 이동되지 않음) 동안 캐리어 가스가 1초 동안 작동되고, 이어서, 분석을 위한 다음 샘플이 제공되기 전에 캐리어 가스가 중단되는 것을 포함하는 펄스 모드로 (이하 '펄스 실험 (PE: Pulsed Experiment)'으로 지칭됨) 샘플을 제공하는 3개의 상이한 실험에서의 상대적인 헬륨 소비의 플롯이며;
도 4a는, 1.0 mm 출구 캡을 사용하여 (이하 '1.0 mm 출구 캡 사용'으로 지칭됨) 획득된, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 위치 3 내지 10에서 8개의 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 펜타닐 (단일 이온 모니터링 (이하 SIM: Single Ion Monitoring) 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE 질량 크로마토그램이고;
도 4b는, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (8개 복제물, 위치 3 내지 10에서의 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 4c는, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 4d는, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 양성 DART API CIE (1.0 mm 출구 캡 사용) 총 이온 전류 (TIC: total ion current) 트레이스(trace)이고;
도 5a는, 2.5 mm 출구 캡을 사용하여 (이하 '2.5 mm 출구 캡 사용'으로 지칭됨) 획득된, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE 질량 크로마토그램이고;
도 5b는, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 5c는, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 5d는, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 스캐닝이 이루어지는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC 트레이스이고;
도 6a는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE 질량 크로마토그램 (1.0 mm 출구 캡 사용)이고;
도 6b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 6c는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 6d는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡 사용) TIC 트레이스이고;
도 7a는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 7b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 7c는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 7d는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 HE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC 트레이스이고;
도 8a는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 8b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 8c는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 8d는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡 사용) TIC 트레이스이고;
도 9a는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 9b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 9c는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL) 및 메탐페타민의 혼합물에 존재하는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 9d는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 12개 샘플 위치 모두에 걸쳐 PE가 수행되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC 트레이스이고;
도 10은 도 4d (실선)와 비교하여 도 4a (짧은 대시), 도 4b (긴 대시), 도 4c (대시 점 점)에 도시된 0.62분과 0.66분 사이의 SIM 응답을 나타낸다.
도 11의 A는 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC이며, 여기서 샘플은 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물이고;
도 11의 B는 본 발명의 일 실시형태에 따른, DART API PE TIC (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC이며, 여기서 샘플은 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물이고;
도 12의 A는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 12의 B는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 12의 A에 제시된 바와 같이 샘플이 제시되는 메쉬 (위치 3 내지 10에서, 8개 복제물)에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물의 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC 트레이스이고;
도 13의 A는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 카페인 (SIM 195.1 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이고;
도 13의 B는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 코카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 리도카인 (SIM 235.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이고;
도 13의 C는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이고;
도 13의 D는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 코카인 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 메타돈 (SIM 310.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이고;
도 14의 A는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 카페인 (SIM 195.1 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 14의 B는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 코카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 리도카인 (SIM 235.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 14의 C는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 14의 D는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 코카인 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 메타돈 (SIM 310.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이고;
도 14의 E는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 메타돈 (1 mg/mL), 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 코카인 (1 mg/mL) 샘플에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC이고;
도 15a는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 16a에 도시된 바와 같은 QuickStrip-96 와이어 메쉬의 표면 상에 소량 샘플을 전달하기 위한 피펫팅 로봇(1504)의 선도이고;
도 15b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 16b에 도시된 바와 같은 질량 검출기에 90도 각도로 연결된 GIS 인터페이스와 수직 위치로 장착된 DART API 소스의 선도이고;
도 16a는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 샘플링 스테이지(1543)에 장착된 QuickStrip-96 와이어 메쉬 소모품(1532)의 표면 상으로의 소량 샘플을 위한 일련의 16개의 양변위 피펫(1523)을 갖는 TTP Labtech Mosquito 로봇(1504)의 피펫팅 헤드이고;
도 16b는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 질량 검출기에 90도 각도로 연결된 GIS 인터페이스와 일직선을 이루는 2.5 mm 출구 캡과 수직 위치로 장착된 DART API 소스이고;
도 16c는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 질량 검출기에 90도 각도로 연결된 GIS 인터페이스와 일직선을 이루는 2.5 mm 출구 캡과 수직 위치로 장착된 DART API 소스이고;
도 16d는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 질량 검출기에 90도 각도로 매끄러운 연속 튜브 표면에 연결된 GIS 인터페이스와 일직선을 이루는 2.5 mm 출구 캡과 수직 위치로 장착된 DART API 소스이다.

약어는 하기를 포함한다:

API = 대기압 이온화; CIE = 연속 이온화 실험; DART = 실시간 직접 분석; DESI = 탈착 전자분무 이온화; DMS = 차동 이동도 분광계; ESI = 전자분무 이온화; GIS = 가스 이온 분리기; HE = 하이브리드 실험; RS = 반응성 종; PE = 펄스 실험; SIM = 단일 이온 모니터링; TIC = 총 이온 전류.

이하 사용되는 특정 용어들의 정의는 하기를 포함한다:

"포함하는(including)", "함유하는(containing)" 또는 "~을 특징으로 하는(characterized by)"과 동의어인 전환 용어 "포함하는 (comprising)"은 포괄적이거나 개방형이며, 언급되지 않은 추가적인 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.

전환 어구 "~로 구성된(consisting of)"은 청구범위에 명시되지 않은 임의의 요소, 단계 또는 성분을 배제하지만, 본 발명과 관련이 없는 추가 성분 또는 단계, 예를 들어 일반적으로 조성물과 관련된 불순물을 배제하지 않는다.

전환 용어 "~로 본질적으로 구성된"은 청구범위의 범위를, 명시된 물질 또는 단계, 및 청구된 발명의 기본적이고 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 주지 않는 것들로 제한한다.

가스 이온 분리기 (GIS: Gas-Ion Separator)라는 용어는 이온을 중성 분자와 중성 원자 중 하나 또는 둘 모두로부터 분리하여 사전 농축 및 분석 시스템으로의 상기 이온의 전달을 가능하게 하는 장치를 지칭하기 위해 사용된다. '유입구 튜브'라는 용어는 GIS의 저진공 쪽을 지칭하기 위해 사용된다. '배출구 튜브'라는 용어는 GIS의 고진공 쪽을 지칭하기 위해 사용된다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 포함된 튜브는 유입구 튜브일 수 있다. 활성 이온화는 방사성 핵을 사용하지 않는 대기 분석기를 사용하여 분석물 이온을 이온화할 수 있는 공정을 지칭한다. 용량성 표면은 전위로 충전될 수 있는 표면이다. 실험의 일반적인 지속 기간 동안 표면에 적용된 전위가 유지되고, 상기 표면의 전위가 상기 표면에 인가된 전위의 50%보다 큰 경우, 상기 표면은 전위로 대전될 수 있다. 대기압의 진공은 대략 760 torr이다. 여기서, '대략'은 10¹ 기압 = 7.6 x 10³ torr 미만에서 10^-1 기압 = 7.6 x 10¹torr까지의 압력 범위를 포함한다. 10^-3 torr 미만의 진공은 고진공을 구성한다. 여기서, '대략'은 5x10^-3 torr 미만에서 5x10^-6 torr까지의 압력 범위를 포함한다. 10^-6 torr 미만의 진공은 초고진공을 구성할 것이다. 여기서, '대략'은 5x10^-6 torr 미만에서 5x10^-9 torr까지의 압력 범위를 포함한다. 이하에서, 어구 '고진공'은 고진공과 초고진공을 포함한다.

'접촉'이라는 단어는 가스상, 액체상 및 고체상 중 하나 이상에 있는 샘플의 분자가 표면에 흡착, 흡수 또는 화학적으로 결합되는 모든 과정을 지칭하기 위해 사용된다.

일정 과정이 기판 분자가 표면에 흡착, 흡수 또는 화학적으로 결합되게 하는 경우, 그리드(grid)가 기판으로 '코팅'되게 된다. 비드가 그리드에 흡착, 흡수 또는 화학적으로 결합되는 경우, 상기 그리드가 코팅될 수 있다. 나노비드가 그리드에 흡착, 흡수 또는 화학적으로 결합되는 경우, 상기 그리드가 코팅될 수 있다.

필라멘트는 와이어 루프, 와이어 세그먼트, 금속 리본, 금속 가닥 또는 비절연 와이어, 동물 끈, 종이, 천공지, 섬유, 직물, 실리카, 용융 실리카, 플라스틱, 플라스틱 폼(foam), 중합체, 테플론, 중합체 함침된 테플론, 셀룰로오스 및 소수성 지지체 물질이 코팅 및 함침된 필라멘트를 의미한다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 필라멘트는 대략 50 마이크론 내지 대략 2 mm의 직경을 갖는다. 필라멘트의 직경을 측정할 때, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 필라멘트의 길이는 대략 1 mm 내지 대략 25 mm이다. 필라멘트의 길이를 측정할 때, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 나타낸다.

용어 '배향'은 메쉬의 다른 섹션에 대한 또는 그리드 또는 샘플 홀더에 대한 메쉬의 위치를 의미한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 메쉬, 상기 그리드 또는 상기 샘플 홀더는 상기 이온화 종에 대비해 상기 메쉬 상에 스팟팅된 샘플의 정확한 배향을 가능하게 하기 위해 X-Y 변환 스테이지에 장착될 수 있다. X-Y 스테이지용 제어 전자 장치와 스테퍼 모터 드라이버는 X-Y 변환 스테이지를 수용하는 상자 상에 직접 장착될 수 있으며, 배향을 제어하는 마이크로제어기가 별도로 장착될 수 있다.

용어 '근접'은 다른 메쉬 또는 메쉬의 다른 구역에 대비한 일정 메쉬 또는 상기 메쉬의 구역의 위치를 의미한다.

용어 '등록(registration)'은 일정 메쉬의 구역 (예를 들어 근위 구역)이 상기 메쉬와 정렬되어 상기 메쉬에서 타인(tine)의 근위 구역으로 열을 전달하는 경우를 의미한다.

용어 '접촉하는'은 물체 또는 표면이 합쳐지거나 이것에 닿는 것, 예를 들어 메쉬의 구역을 갖는 표면을 샘플링하는 것을 의미한다.

메쉬의 형태는 원통, 타원형 원통, 긴 정사각형 블록, 긴 직사각형 블록 또는 길고 얇은 표면일 수 있다.

용어 '홀(hole)'은 빛 및/또는 입자로 하여금 그 외에는 고체인 물체를 통과하도록 허용하는 개구를 갖는, 그 외에는 고체인 물체의 빈 공간을 지칭한다. 홀은 원형, 타원형, 배 모양, 슬릿, 또는 다각형 (삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 등 포함)일 수 있다.

고온 원자 및/또는 고온 분자 등의 맥락에서 용어 '고온(hot)'은 주위 온도(273 K)보다 높은 온도에 해당하는 속도를 갖는 종을 의미한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 고온 종은 300 K, 400 K 및 500 K의 온도에 해당하는 속도를 갖는다.

용어 '연속 흐름' 캐리어 가스는 배출 챔버로의 캐리어 가스의 흐름이 일정한 방식으로 조절됨을 의미한다. 용어 '하이브리드 흐름' 캐리어 가스는, 측정된 시간 간격 동안 선형 레일이 메쉬를 이동할 때 방전 챔버로의 캐리어 가스의 흐름이 펄싱되고, 그렇지 않으면 배출 챔버로의 캐리어 가스의 흐름이 존재하지 않음을 의미한다. 용어 '펄스 흐름' 캐리어 가스는, 일정 기간 동안 선형 레일이 중지될 때 방전 챔버로의 캐리어 가스의 흐름이 펄싱되고, 그렇지 않으면 배출 챔버로의 캐리어 가스의 흐름이 존재하지 않음을 의미한다.

용어 '코로나 방전'은, (예를 들어 와이어보다 훨씬 큰 반경을 갖는 금속 원통 내부에 가는 와이어를 배치함으로써) 매우 불균일한 전기장에서 비교적 높은 가스 압력 (예를 들어 대기압)에서 발생하는 방전을 의미한다. 상기 전기장은 상기 와이어를 둘러싸고 있는 가스의 이온화를 일으킬 만큼 충분히 높지만 절연 파괴나 근처 도체에 아크를 일으킬 만큼 높지는 않다. 용어 '아크 방전'은 아크를 지지하는 전극으로부터의 전자의 열이온 방출에 의존하는 방전을 의미하며, 글로우 방전보다 전압은 낮지만 전류는 강한 것이 특징이다. 용어 '글로우 방전'은 2차 전자 방출에 의해 발생하는 방전을 의미한다.

용어 '제1 대기압 챔버'는 대략 대기압인 챔버를 의미한다.

용어 '방전'은 코로나 방전, 아크 방전 및 글로우 방전 중 하나 이상을 의미한다.

금속은 리튬, 베릴륨, 붕소, 탄소, 질소, 산소, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 인, 황, 칼륨, 칼슘, 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀레늄, 루비듐, 스트론튬, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 테크네튬, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 카드뮴, 인듐, 주석, 안티몬, 텔루르, 세슘, 바륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 루테튬, 하프늄, 탄탈룸, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 금, 수은, 탈륨, 납, 비스무트, 폴로늄, 프란슘 및 라듐으로 구성된 하나 이상의 요소를 포함한다. 따라서 금속은 예를 들어, 니티놀로 알려진 니켈 티타늄 합금 또는 스테인리스강을 제조하는 데 사용되는 크롬 철 합금을 포함한다.

플라스틱은 폴리스티렌, 고충격 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 고충격 폴리스티렌과 합금된 폴리페닐 에테르, 발포 폴리스티렌, 폴리페닐렌 에테르 및 펜탄으로 함침된 폴리스티렌, 폴리페닐렌 에테르와 펜탄으로 함침된 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 블렌드 중 하나 이상을 포함한다.

중합체는, 스티렌, 프로필렌, 카보네이트, 에틸렌, 아크릴로니트릴, 부타디엔, 비닐 클로라이드, 비닐 플루오라이드, 에틸렌 테레프탈레이트, 테레프탈레이트, 디메틸 테레프탈레이트, 비스-베타-테레프탈레이트, 나프탈렌 디카르복실산, 4-히드록시벤조산, 6-히드록시나프탈렌-2-카르복실산, 모노 에틸렌 글리콜 (1,2 에탄디올), 시클로헥실렌-디메탄올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 폴리에스테르, 시클로헥산 디메탄올, 테레프탈산, 이소프탈산, 메틸아민, 에틸아민, 에탄올아민, 디메틸아민, 헥사메틸아민 디아민 (헥산-1,6-디아민), 펜타메틸렌 디아민, 메틸에탄올아민, 트리메틸아민, 아지리딘, 피페리딘, N-메틸피페리딘, 무수 포름알데히드, 페놀, 비스페놀 A, 시클로헥사논, 트리옥산, 디옥솔란, 에틸렌 옥사이드, 아디포일 클로라이드, 아디프, 아디프산 (헥산디올산), 세바스산, 글리콜산, 락티드, 카프로락톤, 아미노카프론산 및/또는 이들 시약의 중합으로부터 합성된 2개 이상의 물질의 블렌드를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 시약으로부터 합성된 물질을 포함한다.

플라스틱 폼은 가스 기포가 포획된 중합체 또는 플라스틱이며, 이는 폴리우레탄, 발포 폴리스티렌, 페놀 폼, XPS 폼 및 양자 폼을 포함한다.

'메쉬'는 2개 이상의 연결된 필라멘트, 2개 이상의 연결된 끈, 폼, 천공지, 스크린, 종이 스크린, 플라스틱 스크린, 섬유 스크린, 직물 스크린, 중합체 스크린, 실리카 스크린, 테플론® (폴리테트라플루오로에틸렌 (PVDF: polytetrafluoroethylene)) 스크린, 중합체 함침된 테플론 스크린 및 셀룰로오스 스크린 중 하나 이상을 의미한다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, '메쉬'는 3개 이상의 연결된 필라멘트, 3개 이상의 연결된 끈, 메쉬, 폼, 그리드, 천공지, 스크린, 플라스틱 스크린, 섬유 스크린, 직물, 및 중합체 스크린을 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 메쉬는 mm 당 대략 10개의 필라멘트를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 메쉬는 mm 당 대략 20개의 필라멘트를 가질 수 있다. 본 발명의 추가 실시형태에서, 메쉬는 mm 당 대략 30개의 필라멘트를 가질 수 있다. 본 발명의 대안적인 실시형태에서, 메쉬는 mm 당 대략 100개의 필라멘트를 가질 수 있다. mm 당 필라멘트의 수를 설계할 때, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 나타낸다.

'기판'은 중합체, 금속 및/또는 플라스틱이다.

'펄스 발생기'는 캐리어 가스의 짧은 (대략 0.1초, 여기서 대략은 플러스 또는 마이너스 10%를 의미함) 펄스를 생성하도록 조정될 수 있는 장치, 예를 들어 밸브, 압력 조절기 또는 전압 제어 펄스 발생기이다.

'캐리어 가스'는 대기압에서 방전의 존재 시 여기된 종을 생성할 수 있는 가스이다.

'그리드'는, 갭(gap), 공간 또는 홀이 펀칭되거나 기타 방식으로 기판에 도입되거나, 또는 창이나 섹션이 절단되거나 기타 방식으로 기판으로부터 제거되고 메쉬가 상기 제거된 창 또는 섹션에 삽입된 기판이다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 그리드는 대략 1 마이크론의 하한과 대략 1 cm의 상한 사이의 두께를 가질 수 있다. 이 범위에서, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다.

문구 '배경 화학물질'은 '매트릭스(matrix) 분자' 및/또는 '도입된 오염 물질'을 의미한다.

'관심 분자' 또는 '분석물'이라는 문구는 임의의 자연적으로 발생하는 종 (예를 들어 카페인, 코카인, 테트라 하이드로 칸나비놀) 또는 생물학적 시스템에 도입된 합성 분자, 예를 들어 의약품 (예를 들어 리도카인, 메타돈, 실데나필, 리피토(Lipitor), 에날라프릴 및 이의 유도체), 및 기분전환 약물 (예를 들어, 모르핀, 헤로인, 메탐페타민 등 및 이의 유도체)을 의미한다.

'도입된 오염 물질'이라는 문구는 샘플 제조 및/또는 샘플 분석 도중에 샘플과 결합되는 화학물질을 의미한다. 도입된 오염 물질은 공기 중에 떠 있거나 또는 샘플이 접촉하는 표면 내에 또는 위에 존재할 수 있다. 예를 들어, 향수 및 탈취제가 샘플 분석 중에 결합 및 분석될 수 있다. 대안적으로, 샘플을 취급하는 데 사용되는 플라스틱 튜브에 존재하는 프탈레이트가 상기 플라스틱 튜브로부터 샘플로 침출되어 샘플로 도입될 수 있다.

문구 '배경 화학물질'은 '매트릭스 분자' 및/또는 '도입된 오염 물질'을 의미한다.

문구 '이온 억제자 분자'는 관심 분자의 이온화를 억제하고/거나, 이온화하여 관심 분자의 검출에 해를 끼치는 배경 종을 생성하는 배경 화학물질을 의미한다.

'배경 이온' 또는 '배경 종'이라는 문구는 배경 화학물질로부터 형성된 이온을 지칭한다. 상기 배경 종은 그 분자 자체, 그 분자의 부가물, 그 분자의 단편 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

문구 '매트릭스 효과'는 배경 종의 존재로 인한 관심 분자의 이온화 감소를 지칭한다. 매트릭스 효과는 배경 화학물질이 관심 분자의 이온화를 억제하고/거나 배경 종이 이온화하여 관심 분자에 해를 끼칠 때 발생한다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 전자의 경우, 관심 분자는 배경 화학물질의 존재에 의해 이온화되지 않는 것으로 여겨진다. 후자의 경우, 생성된 질량 스펙트럼은 관심 분자의 분석에 해를 끼치는 배경 종에 의해 지배된다. 상기 배경 종은 관심 분자의 이온화를 억제 및/또는 마스킹할 수 있다.

문구 '분석 부피'는 예를 들어 분석을 위한 메쉬에 적용된, 분석되는 샘플의 분취량을 지칭한다.

문구 '이온 강화제'는 매트릭스 효과를 억제하는 화학물질을 의미한다.

용어 '피크 존재량'은 생성된 이온의 수이다. 샘플의 양성자화된 분자 이온의 피크 존재량은 생성된 샘플의 온전한 이온의 수의 척도이다 (양이온화와 같은 다른 공정들 또한 생성된 샘플의 온전한 이온의 수의 척도일 수 있음). 2개의 종의 상대적인 피크 존재량은 각 종에 해당하는 강도의 합이다.

DART API CIE

DART API CIE는 예를 들어 QuickStrip를 사용하여 도입된 분석 방법이며, 이동식 표면 상의 개별 위치에 침착된 일련의 샘플을 제시하는 것을 포함한다. 상기 표면은 선형 레일에 고정된 홀더에 장착되며, 여기서 상기 선형 레일은 일정한 선형 운동 (즉, 고정 속도)이 분석을 위한 시리즈로서 샘플을 제시하도록 허용한다. 상기 표면 (일반적으로 메쉬)은 샘플이 존재하는 구역과 샘플이 존재하지 않는 구역을 포함한다. 이에 의해, 상기 선형 운동은 이온화 종의 정적 소스(static source) 앞에 샘플을 제시하고, 이에 의해 샘플의 스캐닝 (및 분석)을 허용한다.

DART API CIE는 표면 (예를 들어 1536 QuickStrip 메쉬 카드)으로 지향된 이온화 종을 생성하는 캐리어 가스를 사용한다. DART API CIE 작동 모드에서, 캐리어 가스는 펄싱되지 않으므로, 샘플이 이온화 종에 제공되는지 여부에 관계없이, 상기 이온화 종은 표면으로 지향된다. 따라서, 가치 있는 정제된 캐리어 가스가 낭비되고 있다 (도 3 참조).

또한, DART API CIE 모드에서는, 상기 표면에 샘플이 존재하지 않을 때 배경 종이 생성된다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 상기 이온화 종이 샘플의 선단 (또는 후단)과 상호작용할 때, 샘플 내의 분석물은 상기 이온화 종에 의해 생성된 전하에 대해 배경 화학물질과 경쟁하는 것으로 여겨진다. 이 경쟁 이벤트에서 분석물이 이기는 경우, 분석물 이온이 형성된다. 배경 화학물질이 상기 경쟁에서 이기는 경우, 배경 종이 형성된다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 어느 한 종이 독점적으로 상기 경쟁에서 승리하는 것이 아니며, 상기 경쟁은 양성 이온화 모드에서 양성자 친화도에 의해 주도되는 것으로 여겨진다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 추가로, 선단 전에서의 많은 양의 배경 종의 형성은 후단에서 형성되는 분석물 종의 검출을 손상시킬 수 있는 것으로 여겨진다. DART API CIE 방법의 장점은 분석을 위한 샘플의 부정확한 (또는 재현할 수 없는) 침착을 허용한다는 것이다. 이온화 가스가 쏟아지는 영역의 어딘가에 샘플이 존재하는 한. DART API CIE 방법에서, 이온화 종의 연속적인 쏟아짐(continuous shower)은 실험 동안 샘플과 배경 모두로부터 이온을 생성한다.

DART API PE

DART API PE는 로봇 공학을 사용한 샘플의 정확한 침착과 이온화 종의 쏟아짐을 제공하는 소스 앞으로의 샘플의 정확한 제시를 이용함으로써 캐리어 가스의 낭비되는 사용을 최소화하고자 하는 분석 방법이다. 샘플이 제자리로 이동되는 동안, 소스로 도입되는 캐리어 가스를 중지시킴으로써, 상기 소스에 의해 형성된 이온화 종이 보존된다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 캐리어 가스가 중지되면 방전은 계속되지만, 캐리어 가스의 흐름이 없으면, 상기 소스로부터 방출되는 이온화 종이 감쇠되는 것으로 여겨진다. 샘플의 간격과 샘플의 탈착에 필요한 시간에 따라, 캐리어 가스의 소모량이 급격히 감소하는 것이 관찰될 수 있다 (도 3 참조). 즉, 정확한 샘플 침착과 정확한 타이밍(timing)으로 인해, 샘플의 부정확한 (또는 재현할 수 없는) 침착을 해결할 필요가 없다. 따라서, 정확한 침착 및 상기 이온화 종의 정확한 위치로 인해, 이온화 종의 넓은 빔을 가질 필요가 없다. 대신, 좁은 말단 캡을 사용하여, 더 좁은 스프레이 패턴을 갖는 (즉, 더 작은 범위의 충격을 갖는) 이온화 종의 정의된 쏟아짐을 생성할 수 있다.

이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 정적 샘플을 제시함으로써, 전하에 대해 샘플에 존재하는 분석물과 성공적으로 경쟁하는 경우에만 배경 종이 관찰되는 것으로 여겨진다. 상기 이온화 종이 샘플과 상호작용하는 동안, 분석물 이온 강도의 변화는 배경 종 또는 분석물 종의 고갈에 기인할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 지속 기간 펄스를 갖는 DART API PE 작동 모드를 사용하여, 분석물의 이온화가 최적화되었으며, 여기서 지속 기간은 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 또는 2.0초였다. 본 발명의 일 실시형태에서, 1초 펄스를 갖는 DART API PE 작동 모드를 사용하여, 분석물의 이온화가 최적화되었다. 본 발명의 일 실시형태에서, 2초 펄스를 갖는 DART API PE 작동 모드를 사용하여, 분석물의 이온화가 최적화되었다.

DART API HE

DART API HE는 DART API CIE의 특징을 유지하면서 캐리어 가스의 낭비된 사용을 최소화하고자 하는 분석 방법이다. 즉, 샘플의 영역에 이온화 종을 위치시키는 동안 캐리어 가스를 중지시킴으로써, 캐리어 가스 소비가 동일하게 급격히 감소하는 것이 관찰된다 (도 3의 하이브리드 3 mm/초 참조).

캐리어 가스

캐리어 가스의 존재 시 DART API는 방전 주위에 플라즈마를 생성한다. 대략 1초에서 대략 3초 동안 캐리어 가스 압력을 대략 70 psi에서 대략 0 psi로 감소시키는 것은 플라즈마의 안정성에 해로운 영향을 미치지 않는다. 이 압력 범위에서, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다. 이 시간 범위에서, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 전극을 둘러싸고 있는 플라즈마는 안정한 플라즈마에 근접한 영역에서 유지되는 것으로 여겨진다. 캐리어 가스가 플라즈마로 공급되지 않으면, 상기 이온화 종은 플라즈마로부터 샘플을 향해 흐르지 않는다. 캐리어 가스의 펄스는 안정한 플라즈마에 근접한 영역에서 캐리어 가스에 가해지는 압력을 증가시킴으로써 생성되며, 이는 상기 이온화 종을 안정한 플라즈마 생성 영역으로부터 샘플을 향해 흐르게 한다.

헬륨 DART

DART는 분석물 분석에 적합한 다른 API 방법이다. DART API의 다양한 실시형태는 Laramee의 미국 특허 제7,112,785호 (이하 '785 특허'로 지칭됨)에 기술되어 있으며, 이 특허는 모든 목적을 위해 그 전체가 원용에 의해 본원에 명시적으로 포함된다. '785 특허는 반응성 종 (RS: reactive species)을 함유하는 캐리어 가스를 사용하는 표면, 액체 및 증기로부터의 분자의 탈착 이온화에 관한 것이다. DART API는 많은 부피의 캐리어 가스를 사용할 수 있으며, 예를 들어 헬륨이 적합하지만, RS를 생성할 수 있는 다른 불활성 가스가 사용될 수도 있다.

질소 DART

API는 분석물을 용해하기 위한 용매를 사용하지 않으면서 분석물 분자를 이온화할 수 있다. 상기 이온화는 고체와 액체로부터 직접 발생한다. 가스상으로 존재하는 분자 또한 API로부터 배출되는 반응성 종에 의해 이온화될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 이용되는 반응성 종은 여기된 질소 원자 또는 분자일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 반응성 종은 수명이 긴 준안정 종을 생성할 수 있어서, 대기압에서의 분석물 분자에 영향을 미치고, 예를 들어 이온화에 영향을 미칠 수 있으며, 모든 목적을 위해 그 전체가 원용에 의해 본원에 포함된, 2019년 5월 24일에 출원된 발명가 Brian D. Musselman의 "APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING MATRIX EFFECTS"라는 명칭의 미국 실용특허출원 제16422339호를 또한 참조한다.

가스-이온 분리기 (GIS)

본 발명의 다양한 실시형태에서, 대기 분석기를 사용하여 흡착제 표면으로부터 탈착된 분석물 이온을 질량 분석기의 유입구로 전달하기 위한 장치 및 방법은 GIS를 이용할 수 있다. 본 발명의 실시형태들은, 분석물 이온 및/또는 캐리어 내의 형성된 다른 분석물 종을 수집하고 질량 분석기의 유입구로 전달하기 위한 장치 및 방법을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유입구 및 배출구 GIS 튜빙(tubing) 중 하나 또는 둘 모두는, 스테인리스강, 비자성 스테인리스강, 강철, 티타늄, 금속, 가요성 금속, 세라믹, 석영 유리, 플라스틱 및 가요성 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 제조될 수 있다 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 GIS 튜빙은 길이가 10 밀리미터 내지 10 미터 범위일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 GIS 튜빙은 부직포 물질로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 GIS 튜빙은 하나 이상의 직조 물질로 제조될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태에서, 많은 부피의 캐리어 가스가 샘플링되도록 하기 위해, 튜브 사이의 갭과 갭 영역에 적용된 진공을 갖는 2개 이상의 동축 튜브를 포함하는 GIS가 사용된다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, GIS는 유입구 튜브와 배출구 튜브로 구성된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유입구 튜브의 근위 단부는 흡착제 표면에 가장 가깝고 상기 유입구 튜브의 원위 단부는 진공이 적용될 수 있는 근위 단부로부터 어느 정도 이격될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 배출구 튜브의 근위 단부는 상기 유입구 튜브의 원위 단부에 인접하고 상기 배출구 튜브의 원위 단부는 분광 시스템으로 진입한다.

90도 GIS(Ninety Degree GIS)

로봇 샘플 침착의 사용은 시스템으로 하여금, 샘플의 DART API 분석을 위한 정확한 고속 X-Y 플레이트 배향과 함께, 서브마이크로리터 부피의 샘플을 침착하도록 허용한다. 이전에는, 90도 GIS 구성요소의 성능이 높은 배경 및 매트릭스 효과로 인해 손상되었다. 예기치 않게도, 펄스 캐리어 가스 소스를 사용하고 고정된 위치로 이동하는 경우, 90도 GIS는 높은 배경 및 매트릭스 효과의 징후를 보이지 않는다. 따라서, 펄스 캐리어 가스 소스와 고정된 위치로의 이동은, 샘플 침착 로봇으로부터 샘플을 이동할 필요 없이, 더 성능이 높은 로봇으로부터의 90도 GIS 분석을 갖는 직접 DART API를 허용한다. 또한, 상기 90도 GIS는, 상기 메쉬의 전면 상에 침착된 샘플이 상기 메쉬의 후면에 위치한 GIS의 근위 단부에 매우 근접하여 기화 및 이온화될 수 있도록, 상기 DART 소스의 원위 단부에 위치한 탈착 이온화 영역을 통한 QuickStrip 메쉬 상에 침착된 샘플의 이동을 허용하는 홀더를 갖는 확장된 X-Y 플레이트와 조합될 수 있다. 상기 90도 GIS는, 상기 메쉬의 전면 상에 침착된 샘플이 상기 메쉬의 후면에 위치한 GIS의 근위 단부에 매우 근접하여 기화 및 이온화될 수 있도록, 상기 DART 소스의 원위 단부에 위치한 탈착 이온화 영역을 통한 QuickStrip 메쉬 상에 침착된 샘플의 이동을 허용하는 홀더를 갖는 확장된 X-Y 플레이트와 조합될 수 있다. 도 15a는, 도 16a에 도시된 바와 같은, 샘플링 스테이지(1543)에 장착된 QuickStrip-96 와이어 메쉬 소모품(1532)의 표면 상으로의 소량 샘플을 위한 일련의 16개의 양변위 피펫(1523)을 갖는 피펫팅 로봇(1504)의 선도이다. 샘플이 정확한 위치에서 피펫팅되고 나면, 샘플링 스테이지는, PE 모드에서 샘플을 이온화하기 위해 DART API 소스의 이온화 영역을 관통하여 샘플을 이동하도록 설계된 로봇 팔로 이동된다. 도 15b는, 도 16b에 도시된 바와 같은, MS(170) 기기를 갖는 90도 GIS(140)와 일렬로 장착된 2.5 mm 출구 캡(118)과 수직 위치로 장착된 DART API 소스(110)의 선도이다. DART API CIE를 사용하여 90도 GIS 실험을 수행하려는 시도는 때때로 성공하지 못하였다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, DART API CIE는 배경 종을 생성할 수 있으며, 90도 GIS 구성으로 인해, 이러한 배경 종이 선형 구성에서만큼 빨리 이온화 영역으로부터 제거되지 않으며, 따라서 분석물 종과 배경 종의 경쟁이 증가하는 것으로 여겨진다.

도 16a는, 샘플링 스테이지(1543)에 장착된 QuickStrip-96 와이어 메쉬 소모품(1532)의 표면 상으로의 소량 샘플을 위한 일련의 16개의 양변위 피펫(1523)을 갖는 TTP Labtech Mosquito 로봇(1504)의 피펫팅 헤드이다. 도 16b는, 질량 검출기에 90도 각도로 연결된 GIS 인터페이스와 일직선을 이루는 2.5 mm 출구 캡과 수직 위치로 장착된 DART API 소스이다. 도 16c는, 질량 검출기에 90도 각도로 연결된 GIS 인터페이스와 일직선을 이루는 2.5 mm 출구 캡과 수직 위치로 장착된 DART API 소스이다. 도 16d는, 질량 검출기에 90도 각도로 연결된 매끄러운 연속 튜브 표면 GIS 인터페이스와 일직선을 이루는 2.5 mm 출구 캡과 수직 위치로 장착된 DART API 소스이다.

90도 GIS 구성을 갖는 DART API PE은 활용은, 샘플이 존재할 때만 이온화 종의 펄스의 타이밍이 발생하는 DART API CIE보다 더 높은 효율로 분석물 이온을 생성할 수 있었고, 배경 종의 생성을 감소시켰다. 배경 종의 수가 더 적었기 때문에, 분자간 상호작용의 가능성이 감소하였다. 그 결과, 분자간 상호작용이 더 적어서, 분석물 종이 90도 GIS를 보다 효율적으로 통과할 수 있다.

DART API PE를 사용하는 90도 GIS를 사용하여, 펜타닐의 신속하고 재현 가능한 탈착 및 분석이 촉진되었으며, 여기서 샘플에 존재하는 모든 분석물 이온 종이 검출되었다. 이것은, 샘플의 침착과 상기 이온화 종 앞의 샘플의 배치가 정확한 로봇 시스템의 제어 하에 있는 초저량 샘플 (200 nL)의 경우에도 적용된다. 따라서, 확장된 X-Y 플레이트 홀더를 갖는 DART API PE의 사용은, 플레이트의 전면에서의 DART 직접 이온화 종의 조합을 가능하게 한다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 펄스 캐리어 가스를 사용함으로써 생성된 이온은, 분자간 이온-이온 상호작용의 가능성을 감소시키는 절대 수의 수가 더 적고 따라서 기역자 관을 보다 효율적으로 통과하는 것으로 여겨진다.

캡 치수

상기 이온화 종의 소스와 상기 메쉬 사이의 거리에 따라, 상기 메쉬에 영향을 주는 이온화 종의 스팟 크기가 달라질 수 있다. 상기 이온화 종이 방출되는 캡 홀을 갖는 캡을 사용하여 샘플에서의 스팟 크기를 제한할 수 있다. 상기 캡과 상기 캡 홀의 치수는 샘플에서의 상기 이온화 종의 스팟 크기를 조정하기 위해 선택될 수 있다. 상기 캡(117, 118)은 대략 0.1 mm의 하한과 대략 5.0 mm (예를 들어, 0.2, 0.3, 0.4 등 내지 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 mm)의 상한 사이의 거리(121)를 포괄할 수 있으며, 여기서 이 범위에서의 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 거리(121)는, 예를 들어 분석될 샘플의 수를 포함한 다수의 인자에 따라, 스캔 속도를 최적화하도록 연속적으로 조정 가능할 수 있다. 상기 캡 홀(119)은 난형, 타원형, 직사각형, 정사각형 및 원형을 포함한 다양한 형상을 가질 수 있다. 원형 캡 홀(119)은 대략 0.1 mm의 하한과 대략 5.0 mm (예를 들어, 0.2, 0.3, 0.4 등 내지 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 mm)의 상한 사이의 직경을 가질 수 있으며, 여기서 이 범위에서의 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다. 비원형 캡 홀(119)의 경우, 상기 캡 홀 내의 개구의 최대 범위는 대략 0.1 mm의 하한과 대략 5.0 mm (예를 들어, 0.2, 0.3, 0.4 등 내지 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 mm)의 상한 사이에 존재할 수 있으며, 여기서 이 범위에서의 대략은 플러스 또는 마이너스 20%의 공간 해상도를 의미한다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 캡 홀(119)은 스팟 크기 및 공간 분해도를 최적화하기 위해 연속적으로 조정 가능할 수 있으며, 이에 의해 적절한 캐리어 가스 펄싱 및/또는 스캔 속도를 선택하여 감도를 최적화하고 배경 종, 오염 또는 인공물의 생성을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 1.0 mm 직경 홀(119)을 갖는 좁은 캡(117)에 대해 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 DART 소스의 원위 단부(115)와 샘플(130) 사이의 거리(121)는 대략 2.0 mm였다. 이 구성 (1.0 mm 직경 홀을 갖는 좁은 캡 및 샘플까지의 거리 2.0 mm)은 '1.0 mm 출구 캡'으로 지칭된다. 1.0 mm 출구 캡 구성을 사용하여, (즉, 인접 샘플로부터) 2.25 mm 이격된 스팟을 분석할 수 있었다. 일반적으로, 분석된 200 nL 샘플은 대략 1.1 mm 직경의 스팟으로서 건조되어, 대략 1.1 mm 이격된 스팟을 생성하였다. 이 구성에서, 2.5 mm/초 스캔 속도의 DART API CIE를 사용하여, 관찰된 인접 샘플로부터의 종의 최소 기여도 (즉, 최소 교차 오염)가 관찰되었다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서, 2.5 mm/초에서의 공간 해상도는 대략 1 mm이다. 이 범위에서, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다.

본 발명의 대안적인 실시형태에서, 대략 2.5 mm 직경 홀(119)을 갖는 더 긴 캡(118)과 대략 1.0 mm의, 상기 DART 소스의 원위 단부(115)와 샘플(130) 사이의 거리(121)가 도 2b에 도시되어 있다. 이 구성 (2.5 mm 직경 홀을 갖는 더 긴 캡 및 샘플까지의 거리 1.0 mm)은 '2.5 mm 출구 캡'으로 지칭된다.

1536 샘플

본 발명의 일 실시형태에서, 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API PE를 사용하는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 인접 샘플로부터의 종의 관찰 없이 (즉, 교차 오염 없이), (즉, 인접 샘플로부터) 2.25 mm (x 방향) 및 2.25 mm (y 방향) 이격된, 200 nL의 xxx 샘플의 분취물을 적용함으로써 형성된 스팟을 분석할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에서, 공간 해상도는 대략 1 mm이다. 이 범위에서, 대략은 플러스 또는 마이너스 20%를 의미한다.

도 13의 A는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 카페인 (SIM 195.1 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이다. 도 13의 B는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 코카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 리도카인 (SIM 235.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이다. 도 13의 C는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이다. 도 13의 D는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 코카인 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 메타돈 (SIM 310.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 스펙트럼이다.

도 14의 A는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 코카인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 카페인 (SIM 195.1 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이다. 도 14의 B는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 코카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 리도카인 (SIM 235.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이다. 도 14의 C는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 메타돈 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이다. 도 14의 D는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 200 nL 부피의, 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 코카인 (1 mg/mL)의 혼합물에 존재하는 메타돈 (SIM 310.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) 질량 크로마토그램이다. 도 14의 E는, 1536 샘플 플레이트 형식으로 제공된 메쉬 (위치 1 내지 12에서, 12개 복제물) 샘플에 적용된 메타돈 (1 mg/mL), 카페인 (1 mg/mL), 리도카인 (1 mg/mL) 및 코카인 (1 mg/mL)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡 사용) TIC이다.

API

API 공정은 전기 방전에 의해 가스를 이온화하는 초기 작용을 포함한다. 플라즈마 기반 API에서, 질소, 아르곤 및 헬륨과 같은 불활성 가스의 전기 방전은 이온화된 가스 분자, 원자, 준안정 분자 및 원자의 형성을 유발한다. 이들 대전된 고에너지 입자는, 이들이 배경 화학물질을 포함한 공기 중의 분자와 상호작용하는 이온화 소스로부터 배출된다. 이 상호작용 동안 이온이 형성된다. 이러한 이온은 일반적으로 (i) NO⁺, O₂ ^-, H₃O⁺와 같은 온전한 양성자화 또는 탈양성자화된 분자, (ii) 하나의 양성자를 갖는 물 분자의 클러스터, (iii) 배경 화학물질을 포함한 주변 공기에 존재하는 분자로부터 유도된 이온이다. 이들 양성자화된 물 분자가 공기 중에 존재하는 분석물과 상호작용하여 양성자를 분석물로 전달하는 경우, API는 분석 도구가 된다. 상기 분석물은, 상기 가스의 전기 방전 생성물의 경로에 위치된 가스, 액체 또는 고체로서의 분석물의 도입에 의해 상기 이온화 종에 도입될 수 있다. API의 두 가지 형태는 고전압 바늘과 샘플이 적용된 표면 사이의 전기 방전을 사용하는 대기압 화학 이온화 (APCI: Atmospheric Pressure Chemical Ionization)와 전기 방전과 표면으로부터 대기로 샘플을 탈착하는 가열된 가스를 사용하는 실시간 직접 분석 (DART) (DART API)이다. 샘플의 부재 시, 주변 공기에 존재하는 분자가 이온화되고, 검출되는 경우 질량 스펙트럼을 생성한다.

많은 경우에서, 상기 이온화 종에 샘플을 의도적으로 도입하면, API 부위에 매우 근접하게 위치된 분광계를 사용함으로써 쉽게 측정되는 이온이 형성된다.

생물학적 샘플의 경우, 존재하는 특정 분자는 매우 높은 양성자 친화도를 가지며, 이는, 상기 이온화 종으로의 의도적인 도입은 이들의 이온화 및 상기 분자들 중 2개와 양성자를 함유하는 이온화된 이량체의 형성을 유발함을 의미한다. 높은 양성자 친화도 분자는 또한 다른 분자 또는 일부 밀접하게 관련된 분자와 결합하여, 양성자화된 형태의 혼합 이량체 또는 사량체를 형성할 수 있다. 양성자에 대한 이들 분자의 친화도는 분석 방법으로서의 이온화 방법의 사용을 막는데, 그 이유는 샘플 내의 다른 관심 분자가 이온화되지 않은 상태로 남아 있을 수 없고 따라서 API 부위에 매우 근접하게 위치된 분광계를 사용하여 검출되지 않기 때문이다. API 실험에서, 하나의 분자 또는 높은 양성자 친화도 분자의 집합에 의한 생성 스펙트럼의 지배는 일반적으로, 매트릭스 효과가 존재하는 실험으로서 식별된다.

이론적으로, 분석되고 있는 샘플이 분석물보다 더 효율적으로 이온화하는 배경 종을 함유하고 있는 경우, 주변 이온화 동안 관심 분석물 또는 분자가 검출되지 않을 수 있다. 배경 화학물질의 특성이 더욱 경쟁적이 됨에 따라, 관심 분자의 검출은 손상된다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 이온화 종에 대한 배경 화학물질의 친화도가 증가함에 따라, 관심 분자의 검출이 손상되어 관심 분자의 검출 효율을 감소시키는 것으로 여겨진다. 이는, 상기 분석 방법의 사용을 막을 수 있는 API에서의 상태인, '매트릭스 효과'의 발현이다. 특정 상황에서 매트릭스 효과를 일으키는 많은 배경 화학물질이 존재한다. 예를 들어, 소변 내의 요소와 담배 제품 내의 니코틴아미드는, 배경 화학물질이 샘플 내의 다른 화학물질의 신뢰할 만한 검출을 방해하는 지점까지 생성된 스펙트럼을 지배하는 예이다.

본 발명의 일 실시형태에서, 생성된 이온화 종의 양은 1.0 mm 출구 캡에서 2.5 mm 출구 캡으로 변경함으로써 증가될 수 있다. 유사하게, 생성된 이온화 종의 양은 DART API HE 또는 DART API PE에서 DART API CIE로 변경함으로써 증가될 수 있다. 예상외로, 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API CIE와 비교하여 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API PE를 사용하여 감도가 증가될 수 있는 것으로 관찰되었다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, DART API PE의 사용으로 인한 이온화 종의 감소는 이온화 종의 좁은 시간 패킷을 생성하며, 이는 분석물 종과 배경 종 사이의 경쟁에 대해 더 적은 시간을 허용하여, 분석물 이온의 형성의 증가를 유도하는 것으로 여겨진다. 이것이 더 넓은 홀과 샘플까지의 더 짧은 거리를 필요로 한다는 것은, 감소된 이온화 종이 상쇄될 수 있고, 더 넓은 홀 및/또는 더 짧은 거리가 이온화 종의 더 많은 패킷이 샘플로 지향되는 것을 촉진시킨다는 것을 시사한다.

도 2a 및 도 2b는 API 소스(110)를 도시하며, 이 곳에서 상기 이온화 종이 캡(117, 118)을 통해 상기 소스의 원위 단부로부터 배출되고 이온의 생성을 유발하는 주변 대기에 존재하는 분자와 상호작용한다. 이온 및 중성 가스는, 분광계(170) 또는 외부 진공 펌프(180)에 의해, 원위 단부(150)에 진공이 적용된 전달 튜브(140)의 근위 단부에 적용된 진공의 작용에 의해, 표면(130)에 적용된 샘플을 둘러싸고 있는 이온화 영역(120)으로부터 분광계(170)로 끌어당겨진다. 본 발명의 일 실시형태에서, 이온을 함유하는 가스는 상기 전달 튜브(140)의 근위 단부에서 가스 이온 분리기로 도입되고, 분광계 유입구 튜브(165)를 포함하는 입구 영역(160)의 입구를 향해 이동하고, 거기에서 상기 분광계(170)의 진공 또는 이 진공과 외부 펌프(180)의 진공의 조합에 의해 분광계(170)로 끌어당겨진다. 분광계 유입구 튜브(165)를 통과하여 분광계(170)의 부피로 유입되는 이온을 함유하는 가스의 부피는 상기 이온의 검출 및 특성화를 허용하기 위해 분석될 수 있다. 샘플이 적용되지 않은 메쉬로부터 생성된 질량 스펙트럼은, 대기에 존재하는 저질량 분자로부터 생성된 이온과 플라스틱 및 기타 화학물질의 생산으로부터의 잔류성 유기 분자에 의해 지배된다. 실험 시험에서, 샘플의 도입은 관심 가스를 지향시키거나, 또는 관심 샘플을 표면(130)에 위치시키고, 이어서, 이 표면이 상기 소스(110)와 분광계(170) 사이의 이온화 영역(120)에 위치되고, 일반적으로 이것이 스펙트럼 모양의 즉각적인 변화를 초래하는 것을 포함한다.

실시예 1

mosquito® 로봇 (TTP Labtech, 영국 캠브리지 소재)을 사용하여 12개 웰 형식을 사용하여 제1 QuickStrip® (IonSense Inc., 매사추세츠주 써거스 소재) 와이어 메쉬 스크린에 8개의 샘플을 침착시켰다. 도 1에 도시된 바와 같이 위치 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 및 10에 샘플 (200 nL의, 코카인 (0.01 mg/mL), 펜타닐 (0.01 mg/mL) 및 코데인 (0.01 mg/mL)의 혼합물)을 침착시켰다. 제1 QuickStrip(90)을 제조하였다. 레이저 절단된 스테인리스강 메쉬(50)가 위치된 샘플 카드(40)를 보유하는 선형 레일(20)을 블랭크(30)에 삽입하고, 도 1에 도시된 바와 같은 12개의 분석 스팟 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) 각각을 지나서 3 mm/초의 속도로 스캔하도록 설정하였다.

남용 약물의 전구체 이온을 생성하기 위한 300℃의 온도로 설정된 이온화 종으로서 헬륨을 사용하는 DART API 소스를 사용하여 제1 QuickStrip(90)을 분석하였다. 도 4a는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 4b는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API DART API CIE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 4c는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API DART API CIE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 4d는 형성된 이온에 대한 양성 DART API DART API CIE (1.0 mm 출구 캡) TIC 트레이스이다. 샘플이 적용되지 않은 분석 스팟 (1, 2, 11 및 12, 도 1 참조)에서 현저한 TIC가 관찰되었으며, 이는 환경에 존재하는 분자 (예를 들어 프탈레이트 및 퍼플루오로알칸 포함)의 이온화가, 샘플이 이온화 영역에 도입되고 나면 관심 분자에 대한 이온화 공정의 효율성을 감소시킬 수 있는 배경 종의, 비교적 풍부한 풀(pool)을 생성할 수 있음을 나타낸다. 도 4a (짧은 대시), 도 4b (긴 대시), 도 4c (대시 점 점)의 질량 크로마토그램의 피크의 폭과 도 4d (실선)의 TIC 피크의 폭을 비교하고 있는 도 10은, 도 4d의 피크가 도 4a 내지 도 4c에서 관찰된 것보다 더 넓다는 것을 보여준다. 또한, TIC 트레이스의 강도는 도 4a 내지 도 4b의 SIM보다 일찍 증가한다. 임의의 이론에 구속되고자 하는 것은 아니지만, TIC 트레이스에 기여하는 '관련이 없는 이온' (즉, 샘플과 관련이 없는 배경 화학물질로부터 형성된 이온)이 형성되는 짧은 시간 간격이 관찰되는 것으로 여겨진다. 따라서, 관련이 없는 이온을 형성하는 배경 화학물질이 존재하고 상기 이온화 종에 대해 샘플과 상호작용하거나 샘플과 경쟁할 수 있는 것으로 제안된다. 따라서, 샘플과 경쟁하는 배경 화학물질의 능력을 감소시키면, 샘플 분석의 감도가 증가된다.

실시예 2

Mosquito 로봇을 사용하여 제2 QuickStrip에 실시예 1과 동일한 샘플을 침착시켰다.

그런 다음, 실시예 1에서와 같이 작동되었지만 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API 소스를 사용하여 제2 QuickStrip을 분석하였다.

도 5a는 펜타닐(SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 5b는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도5c는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 5d는 메쉬 상의 샘플 위치의 함수로서의 메쉬로부터 생성된 모든 이온에 대한 양성 DART API CIE (2.5 mm 출구 캡) TIC 트레이스이다. 1.0 mm 출구 캡 (도 4d)을 사용하여 획득한 TIC와 2.5 mm 출구 캡 (도 5d)을 사용하여 획득한 TIC의 비교는, 캡 크기가 증가함에 따라 이온화 구역이 증가함을 입증한다. 캡으로부터 배출되는 가스 부피가 증가하고 샘플뿐만 아니라 배경으로부터의 거의 일정한 이온 생성을 유발한다는 것은, 샘플이 이온화되기 전에, 상기 이온화 영역에 존재하는 배경과 관련된 이온이 매우 풍부하다는 것을 의미한다. 각각의 개별 위치 사이에 존재하는 금속 타인에 의해 부과된 물리적 장벽의 존재에도 불구하고 (도 1의 위치 1 내지 12 사이의 블랭크(30) 참조), 이온의 생성은 거의 일정하다. 상기 좁은 캡은 분석을 위한 보다 효율적인 이온 생성을 제공하는 것으로 관찰되지만 배경 종의 생성을 제한하지 않으므로, 배경 종과 샘플 관련 이온 간의 경쟁을 감소시키지 않는다. 도 5a 내지 도 5c의 질량 크로마토그램의 피크의 폭을 TIC (도 5d)의 피크의 폭과 다시 한번 비교하면, 이는, 샘플과 관련이 없는 이온이 존재하고 따라서 이러한 배경 화학물질이 존재하며 이온화 종과 상호작용하거나 경쟁할 수 있는, 가까운 연속적인 기간이 각각의 샘플의 분석에 선행한다는 것을 보여준다.

실시예 3

Mosquito 로봇을 사용하여 제3 QuickStrip에 실시예 1과 동일한 샘플을 침착시켰다.

그런 다음, DART API HE를 사용하여 실시예 1에서와 같이 작동된 DART API 소스를 사용하여 제3 QuickStrip을 분석했으며, DART API HE에서는, 샘플이 불연속적으로 제공되었으며, 이온화 종은 제1 샘플을 제공하기 전에 중지되어 있고, 샘플이 제공되고 3 mm/초로 1초 동안 이동할 때 개시되며, 제2 샘플이 분석을 위해 제공될 때까지 중단되고, 펄스 가스 및 이동 과정은 12개 샘플 모두에 대해 반복된다.

도 6a는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 6b는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 6c는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 6d는 형성된 이온 모두에 대한 양성 DART API HE (1.0 mm 출구 캡) TIC 트레이스이다. 샘플을 분석함에 있어, 더 많은 샘플이 존재할수록 관찰되는 신호 강도가 더 큰 것으로 가정된다. 또한, 더 많은 샘플이 이온화 조건에 노출되도록 시간의 함수로서 이온화 종을 관통하여 샘플을 이동함으로써, 더 많은 샘플 이온이 탈착될 수 있다. 제시된 결과는 이 두 가지 가정에 의문을 제기한다. DART API HE (1.0 mm 출구 캡)에서, 소스에 대비한 메쉬의 위치가 이온화 종이 샘플로 지향되도록 될 때까지 이온화 종 압력이 중지된 상태에서, 샘플의 이동이 발생한다. 이온화 소스 내의 캐리어 가스 압력의 동시 활성화와 샘플을 제공하기 위한 메쉬의 이동은 짧은 시간 동안이다. 도 6a, 도 6b, 도 6c의 질량 크로마토그램의 피크의 폭과 TIC (도 6d)의 피크의 폭의 비교는, 샘플 도입 전에 배경 화학물질 관련 이온이 존재하지 않는다는 것을 보여준다 (도 11 참조). 즉, 샘플과 관련이 없는 이온이 존재하는 가까운 연속적인 기간이 샘플 분석 기간에 선행하지 않는다. 도 5a, 도 5b, 도 5c의 질량 크로마토그램의 피크의 형태와 TIC (도 5d)의 조사는, 샘플이 이동하는 동안 샘플과 관련이 없는 이온이 존재함을 나타낸다. 예를 들어 각 피크의 테일링이 관찰되며, 이는 샘플 이온이 이온화 종에 대해 배경 화학 분자와 경쟁하고 있음을 나타낸다.

실시예 4

Mosquito 로봇을 사용하여 제4 QuickStrip에 실시예 1과 동일한 샘플을 침착시켰다.

그런 다음, 실시예 3에서와 같이 작동되었지만 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API 소스를 사용하여 제4 QuickStrip을 분석하였다.

도 7a는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 7b는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 7c는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 7d는 메쉬 상의 샘플 위치의 함수로서의 메쉬로부터 형성된 모든 이온에 대한 양성 DART API HE (2.5 mm 출구 캡) TIC 트레이스이다. 1.0 mm 출구 캡 (도 6d)을 사용하여 획득한 TIC와 2.5 mm 출구 캡 (도 7d)을 사용하여 획득한 TIC의 비교는, 캡 크기가 증가함에 따라 이온화 구역이 증가함을 입증한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 이온화 종을 메쉬에 흐르게 하기 위해 압력을 증가시키기 전의 이온의 부재는, 샘플 관련 이온의 우선적인 생성을 초래하였다. 이온화 종을 샘플로 지향시키기 위해 압력이 증가되기 전의 이온화 종 영역으로의 샘플의 이동은 샘플 관련 이온의 생성을 개선하는 것으로 관찰된다. 피크 폭의 증가, 및 각 질량 크로마토그램의 피크 테일링이 CIE에 비해 증가한다는 관찰은, 배경과 관련된 이온의 생성이 발생하고 있으며 이러한 이온이 샘플 관련 이온의 생성을 감소시키고 있음을 나타낸다.

실시예 5

그런 다음, 실시예 1에서와 같이 작동된 DART API 소스, 즉 1.0 mm 출구 캡을 사용하지만, DART API PE를 사용하여 제5 QuickStrip을 분석하였다 (즉, 선형 레일은 도 1에 표시된 바와 같은 12개의 분석 스팟 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) 각각으로 급격하게 이동하고, 각각의 급격한 이동 후 1초 지속 기간 동안 휴지하도록 설정되었으며, 이 시간 동안 헬륨이 DART API 소스로 펄싱되었다.

도 8a는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 8b는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 8c는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 8d는 형성된 이온에 대한 양성 DART API PE (1.0 mm 출구 캡) TIC 트레이스이다. 본 발명의 일 실시형태에서, 샘플을 제 위치로 완전히 이동시키고, 짧은 간격 동안 캐리어 가스에 적용되는 압력을 증가시킨 다음 캐리어 가스 압력을 중지시킴으로써, 탈착된 샘플의 양이 증가된다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 캐리어 가스의 펄스가 적용되는 경우 상기 이온화 종이 증가하는 것으로 여겨진다. 도 8a 내지 도 8c의 질량 크로마토그램의 피크의 폭과 TIC (도 8d)의 피크의 폭의 비교는, 가스 압력이 감소되기 전과 그 후의 단지 짧은 기간 동안 배경 관련 이온이 존재하지 않음을 나타낸다. 샘플과 관련이 없는 이온이 생성되고 있는 가까운 연속적인 기간이 샘플 분석 기간에 선행하며, 이온화 종의 흐름을 감소시켜 샘플 관련 이온뿐만 아니라 배경 종의 생성을 효과적으로 감소시킴으로써 이온의 생성이 시간적으로 제한된다. 도 8a 내지 도 8c의 질량 크로마토그램의 피크의 형태와 TIC (도 8d)의 조사는, 샘플 관련 이온 생성의 급격한 증가가 입증되고, 정적 샘플을 사용하는 펄스 가스 방법의 사용이 각 피크의 테일링 가능성을 감소시킨다는 것을 보여준다. 도 8d의 TIC에서의 선의 기준선으로의 복귀에 의해 표시된 바와 같은 배경 종의 부재는, 불균일한 피크 형태 신호로 인해 이전에는 수행하기 어려운 것으로 입증되었던 덜 복잡한 피크 검출 알고리즘의 사용을 가능하게 한다.

실시예 6

Mosquito 로봇을 사용하여 제6 QuickStrip에 실시예 1과 동일한 샘플을 침착시켰다.

그런 다음, 실시예 5에서와 같이 작동되었지만 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API 소스를 사용하여 제6 QuickStrip을 분석하였다.

도 9a는 펜타닐 (SIM 337.2 ± 0.5 Da)에 대한 DART API PE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 9b는 코카인 (SIM 304.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 9c는 코데인 (SIM 300.3 ± 0.5 Da)에 대한 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램이다. 도 9d는 형성된 이온에 대한 양성 DART API PE (2.5 mm 출구 캡) TIC 트레이스이다. 1.0 mm 출구 캡 (도8d)을 사용하여 획득한 TIC와 2.5 mm 출구 캡 (도 9d)을 사용하여 획득한 TIC의 비교는, (1.0 mm 출구 캡에 비해) 2.5 mm 출구 캡의 경우, 이온화 구역이 증가하는 반면, 배경 종의 생성은 DART API PE (1.0 mm 출구 캡)에 비해 DART API PE (2.5 mm 출구 캡)에서 증가하지 않았음을 입증한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이온화 종을 메쉬로 흐르게 하기 위해 압력을 증가시키기 전의 이온의 부재는, 샘플 관련 이온의 우선적인 생성을 유도하였다. 샘플이 제자리로 이동한 후, 압력이 증가함에 따라 짧은 시간 동안 캐리어 가스가 도입된 것은, 샘플 관련 이온의 우선적인 생성을 유발하였다. DART API PE (2.5 mm 출구 캡) 질량 크로마토그램 (도 9a, 도 9b, 도 9c)으로부터의 피크 폭은 좁고, DART API PE (1.0 mm 출구 캡)에서 관찰된 것 (도 8a, 도 8b, 도 8c)과 유사하다. 피크 테일링의 감소가 주목할 만하며, 2.5mm 출구 캡이 배경 종의 보다 연속적인 생성을 유발하는 것으로 관찰된 샘플 이동 실험에서의 연속 및 펄스로부터의 관찰과 달리, 피크 존재량의 개선이 주목된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 질량 크로마토그램 (도 9a, 도 9b, 도 9c)에서 관찰되는 좁고 풍부한 피크는, 피크 검출이 필요하지 않기 때문에 피크 분석을 용이하게 한다. 상기 질량 크로마토그램 (도 9a, 도 9b, 도 9c)에서 관찰되는 좁고 풍부한 피크에서는, 질량 크로마토그램에 포함된 정보의 디지털 표현을 생성하기 위해 배경 차감이 요구되지 않는다. 상기 질량 크로마토그램 (도 9a, 도 9b, 도 9c)에서는, 시간에 대비한 이온 전류 존재량을 합산하고 피크 높이에 관계없이 평균값을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 상기 질량 크로마토그램 (도 9a, 도 9b, 도 9c)에 포함된 정보의 디지털 표현을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 2초의 펄스 이온화 (t₁) 및 1초의 급격한 이동 및 지연 (t₂)을 사용하여 384개 샘플 DART API PE (2.5 mm 출구 캡)를 분석할 수 있으므로, 기준선 분해된 피크에 대해 샘플 당 3.4초 및 상기 384개 샘플에 대해 총 22분이 필요하다. 384개의 질량 크로마토그램에 포함된 정보는 단일 파일에 저장되고 파싱(parsing) 소프트웨어를 사용하여 접근될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 파싱 소프트웨어를 사용하여, 상기 단일 파일에 저장된 384개 샘플에 대한 정량적 및 정성적 정보 둘 모두가 측정될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 피크 검출 또는 백그라운드 차감과 같은 조작이 필요 없는 피크를 포함하는 질량 크로마토그램을 생성하고 상기 분석과 하나의 파일에서의 저장을 조합함으로써, 저장 파일을 열고 정보를 저장하는 속도가 샘플링 속도에 대한 제약이 되지 않는다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 샘플은 2개 이상의 샘플 스팟을 포함하고, 제1 샘플 스팟은 제2 샘플 스팟으로부터 거리 d만큼 분리되고, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 상기 2개 이상의 펄스 중 제1 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제1 샘플 스팟으로 지향되고 상기 하나 이상의 이온화 종이 상기 2개 이상의 펄스 중 제2 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 조작되고, 상기 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되고, 상기 제1 샘플 스팟에 대해 분광계에 의해 검출된 하나 이상의 샘플 이온에 해당하는 피크 존재량은 대략 0.9t₁초의 하한과 대략 1.1t₁초의 상한 사이에서 검출되고, 피크 존재량와 관련하여, 대략은 플러스 또는 마이너스 10%를 의미한다. 본 발명의 대안적인 실시형태에서, 상기 제1 샘플 스팟에 대해 분광계에 의해 검출된 하나 이상의 샘플 이온에 해당하는 피크 존재량은 대략 0.95t₁초의 하한과 대략 1.05t₁초의 상한 사이에서 검출된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 샘플 스팟에 대해 상기 분광계에 의해 검출된 샘플 이온에 해당하는 피크 존재량에 대비한 배경 이온에 해당하는 상대적인 피크 존재량은 대략 0.01의 하한과 대략 0.1의 상한 사이에 존재한다.

실시예 7

도 2의 출구 캡(119)의 근위측에서 가스 압력을 줄인 다음 메쉬로의 가스 흐름을 설립하기 위해 이것을 증가시킴으로써, 가스의 펄싱이 완료된다. 캐리어 가스의 흐름이 클수록 메쉬를 향한 이온화 종의 이동이 커진다. 샘플로부터의 관심 이온 생성에 대한 캐리어 가스 흐름 (예를 들어 캐리어 가스 부피)의 영향을 조사하기 위해, 2.5 mm 출구 캡에 대비해 1.0 mm 출구 캡으로부터 배출되는 이온화 종에 동일한 부피의 샘플을 노출시켰으며, 여기서 홀의 근위측 상의 압력이 동일한 경우, 출구 오리피스를 관통하여 흐르는 가스의 부피는 2.5 mm 출구 캡에서 더 크다. 200 nL 샘플에서의 분석물 펜타닐에 대한 SIM의 비교를 사용할 때, 2.5 mm 출구 캡 (도 5a)에 대비해 1.0 mm 출구 캡 (도 4a)로부터 배출되는 가스의 양성자화된 분자의 상대적 존재량의 비교는, 더 많은 이온화 종이 메쉬 상의 샘플로 지향된 경우 상대적 존재량이 극적으로 감소한다는 점에서, 극적이다. 유사한 결과가 코카인 (도 4b) 대 (도 5b) 및 코데인 (도 4c) 대 (도 5c)에 대해 관찰된다. 각 분석에서 생성된 모든 이온의 상대적 존재량의 조사에서, 2.5 mm 출구 캡 (도 5d)에 대비해 1.00 출구 캡 (도 4d)을 사용하여 생성된 TIC는, 2.5 mm 출구 캡과 관련하여 1.0 mm 출구 캡의 상대적 존재량이 현저한 것으로 나타나며, 2.5 mm 출구 캡을 사용할 때의 이온의 거의 연속적인 생성 및 검출이 현저히 더 많은 부피의 이온을 생성하여 분석물 이온의 생성을 감소시킴을 나타낸다. 2.5 mm 출구 캡 실험에서 생성되는 이온의 연속체는 배경 종이 생성되고 있음을 나타내며, 이러한 이온이 검출 가능한 분석물의 생성에 사용할 수 있는 이온화 종의 부피를 감소시키는 것이 관찰되었다.

실시예 5 내지 7에 기술된 실험은 펄스 이온화 및 샘플 이동이 없는 검출에 대한 배경 종의 영향을 설명한다. DART API HE에서의 이온 생성에 대한 출구 캡의 영향에 대한 조사는, 200 nL 샘플에서의 분석물 펜타닐에 대한 SIM 조사를 통해 수행된다. 2.5 mm 출구 캡 (도 7a)에 대비해 1.0 mm 출구 캡 (도 6a)을 사용한 경우의 양성자화된 분자의 상대적 존재량의 비교는, (펜타닐 관련 이온의 상대적 존재량이 1.0 mm 출구 캡을 갖는 DART API CIE (도 5a 참조)에서 더 크다는 점에서) 출구 캡의 효과가 DART API HE와 DART API CIE 간의 차이만큼 중요하지 않음을 나타낸다. 유사한 결과가 코카인 (도 6b) 대 (도 7b) 및 코데인 (도 6c) 대 (도 7c)에 대해 관찰된다. 각 분석에서 생성된 모든 이온의 상대적 존재량의 조사에서, 2.5 mm 출구 캡 (도 7d)에 대비해 1.0 mm 출구 캡 (도 6d)을 사용하여 생성된 TIC는 DART API PE의 경우 더 유사하며, 이는, 메쉬로의 더 많은 가스 흐름에도 불구하고 이온의 상대적 존재량은 더 유사하기 때문이다. DART API HE의 경우, 분석물로부터의 이온 생성이 개선된 것으로 보이지만, 2.5 mm 출구 캡은 여전히 배경 물질의 이온화를 유도하는 것으로 보이므로 이상적이지 않다.

실시예 5 내지 7에 기술된 실험은 DART API HE를 사용한 검출에 대한 배경의 영향을 식별하였다. DART API PE 실험 조건에서, 생성된 질량 스펙트럼에 샘플 관련 이온이 풍부한 짧은 기간이 존재하고, 이후, 샘플이 메쉬에 적용된 스팟이 상기 이온화 종에 의해 영향을 받는 영역에 더 이상 존재하지 않음에 따라 샘플 관련 이온이 감소한다. 본 발명의 일 실시형태에서, DART API PE에서의 이온 생성에 대한 출구 캡의 영향에 대한 조사는, 200 nL 샘플에서의 분석물 펜타닐에 대한 SIM 조사를 통해 수행된다. 2.5 mm 출구 캡 (도 9a)에 대비해 1.0 mm 출구 캡(도 8a)으로부터 배출되는 가스의 양성자화된 분자의 상대적 존재량의 비교는, 펜타닐 SIM의 극적인 상승 및 하락 및 상대적 존재량이 1.0 mm 출구 캡에 대비해 개선된다는 점에서, 2.5 mm 출구 캡에 대해 현저히 개선된다. 유사한 결과가 코카인 (도 8b) 대 (도 9b) 및 코데인 (도 8c) 대 (도 9c)에 대해 관찰된다. 각 분석에서 생성된 모든 이온의 상대적 존재량의 조사는, DART API PE에서 2.5 mm 출구 캡이 분석물의 검출을 향상시킴을 나타낸다. 1.0 mm 출구 캡 (도 8d)을 사용하여 생성된 TIC는 2.5 mm 출구 캡 (도 9d)으로 생성된 것보다 더 적은 존재량의 이온 생성을 나타내지만, 배경 종이 아닌 분석물의 이온을 생성하는 것이 가장 바람직하기 때문에, 2.5 mm 출구 캡을 갖는 DART API PE가 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에서, DART API PE가 더 균일한 피크를 생성하는 것으로 관찰되며, 이는 배경 종으로부터의 간섭이 적다는 것을 나타낸다. 본 발명의 일 실시형태에서, DART API PE 및 DART API HE는, 배경 종의 이온화 가능성을 제한하는 분석 동안 샘플이 표적으로부터 완전히 제거될 가능성을 감소시킨다. 본 발명의 일 실시형태에서, 장치의 압력 및 흐름을 펄스의 지속 기간과 일치시켜 해당 시간 동안 샘플을 최적으로 탈착하고 더 이상은 하지 않음으로써, 샘플을 탈착 및 이온화하기에 충분한 가스 흐름이 달성된다. 샘플 크기가 변경될 수 있으므로 더 큰 표면적으로부터 이온화해야 할 수도 있다는 점에서, 다양한 출구 캡을 사용한 개선된 신호의 관찰이 중요하다. 2.5 mm 출구 캡을 통해 더 많은 이온화 종을 흐르게 하면, TIC가 기준선으로 복귀하지 않은 DART API HE 및 DART API CIE (도 4 및 도 5 참조)에 나타난 바와 같이 더 넓은 이온화 필드가 생성된다. 샘플이 낮은 위치 정확도로 적용되거나 샘플이 더 넓은 구역에 분포된 경우, 더 넓은 이온화 필드는 개선된 결과를 획득할 수 있다. 그러나 정확한 위치 정확도와 적은 부피의 샘플이 적용되는 경우, 더 넓은 이온화 필드가 필요하지 않다. 한편, 캐리어 가스의 불충분한 흐름도 아마도 피해야 할 조건이다. 즉, 샘플을 성공적으로 이온화하기 위한 충분한 이온화 종이 필요하다.

샘플을 분석함에 있어서의 일반적인 전제는 샘플이 많을수록 해당 샘플에 대해 관찰되는 신호 강도가 더 크다는 것이다. 또한, 이 전제로부터, 모든 샘플이 탈착될 수 있도록 시간의 함수로서 이온화 종을 관통하여 샘플을 이동함으로써, 탈착된 샘플 이온의 양이 증가될 수 있다는 점이 도출된다. 예상치 못한 결과에서, 제시된 결과를 기반으로 이 두 전제의 기초에 대해 의문이 제기될 수 있다. 예상치 못한 결과에서, (i) 감소된 부피의 샘플을 정확하게 배치하고 (ii) 샘플에 대비해 이온화 종의 위치를 이동하지 않으면서 샘플 위에 이온화 종의 짧은 펄스를 정확하게 배치함으로써, 감도 증가가 관찰될 수 있다.

본원에서 고려되는 실시형태는 하기의 실시형태 R1 내지 R35, S1 및 T1 내지 T50을 추가로 포함한다.

실시형태 R1. 대기 이온화를 위한 일정 부피의 생물학적 샘플을 침착하기 위한 샘플러(sampler)로서, 샘플의 구역을 제한하도록 설계된 메쉬; 대기에서 형성된 이온화 종을 제한된 구역 샘플로 지향시킬 수 있는 공급 장치; 및 상기 이온화 종에 의해 형성된 샘플 이온을 분석하기 위한 분광계를 포함하는, 대기 이온화를 위한 일정 부피의 생물학적 샘플을 침착하기 위한 샘플러.

실시형태 R2. 실시형태 R1에 있어서, 상기 샘플은 상기 메쉬 상에 흡착, 흡수, 결합 및 함유된 것 중 하나 이상인, 샘플러.

실시형태 R3. 실시형태 R1 또는 R2에 있어서, 상기 이온화 종과 상호작용하도록 상기 메쉬를 위치시키기 위한 수단을 추가로 포함하는, 샘플러.

실시형태 R4. 실시형태 R1 내지 R3에 있어서, 표면 상의 희석된 샘플 밀도는 평방 밀리미터 당 대략 1 피코그램의 하한; 및 평방 밀리미터 당 대략 1 나노그램의 상한 사이에 존재하는, 샘플러.

실시형태 R5. 실시형태 R1 내지 R4에 있어서, 상기 이온화 종은 가스에 분산된 이온화 종을 포함하는, 샘플러.

실시형태 R6. 실시형태 R1 내지 R5에 있어서, 상기 이온화 종이 희석된 샘플과 상호작용한 후 및 상기 샘플 이온이 상기 분광계로 도입되기 전에 도입되는 가스 이온 분리기를 추가로 포함하는, 샘플러.

실시형태 R7. 실시형태 R1 내지 R6에 있어서, 상기 메쉬가 그리드인, 샘플러.

실시형태 R8. 실시형태 R1 내지 R7에 있어서, 상기 이온화 종에 대비해 상기 메쉬를 이동시키기 위한 수단을 추가로 포함하는, 샘플러.

실시형태 R9. 혈청에 존재하는 샘플의 펄스 대기 이온화(pulsed atmospheric ionization)를 위한 이온화 장치로서, 표면적을 제한하도록 설계된 표면; 샘플을 수용하도록 프로그래밍되고, 제한된 구역 샘플을 생성하도록 프로그래밍되고, 상기 샘플을 제한된 구역 표면으로 전달하도록 프로그래밍된 로봇으로서, 상기 표면 상의 샘플 밀도가 평방 밀리미터 당 대략 1 나노그램 미만인, 로봇; 및 펄스 대기 이온화 소스로부터 형성된 이온화 종을 상기 표면 상의 제한된 구역 샘플로 지향시킬 수 있는 공급 장치를 포함하는, 혈청에 존재하는 샘플의 펄스 대기 이온화를 위한 이온화 장치.

실시형태 R10. 실시형태 R9에 있어서, 상기 희석된 샘플이 상기 표면에 흡착, 흡수, 결합 및 함유된 것 중 하나 이상인, 이온화 장치.

실시형태 R11. 실시형태 R9 또는 R10에 있어서, 상기 이온화 종과 상호작용하도록 상기 표면을 위치시키기 위한 수단을 추가로 포함하는, 이온화 장치.

실시형태 R12. 실시형태 R9 내지 R11에 있어서, 상기 이온화 종은 가스에 분산된 이온화 종을 포함하는, 이온화 장치.

실시형태 R13. 실시형태 R9 내지 R12에 있어서, 가스 이온 분리기를 추가로 포함하는, 이온화 장치.

실시형태 R14. 실시형태 R9 내지 R13에 있어서, 상기 표면이 그리드인, 이온화 장치.

실시형태 R15. 실시형태 R9 내지 R14에 있어서, 상기 이온화 종에 대비해 상기 표면을 이동시키기 위한 수단을 추가로 포함하는, 이온화 장치.

실시형태 R16. 실시형태 R9 내지 R15에 있어서, 상기 표면이 다수의 샘플을 지지하고, 상기 다수의 샘플은, 상기 이온화 종이 인접 샘플로부터 샘플 물질을 동시에 탈착하지 않도록 충분한 거리로 분리되어 있는, 이온화 장치.

실시형태 R17. 실시형태 R9 내지 R16에 있어서, 상기 표면이 이동식 스테이지에 장착되고, 스테이지 속도는 상기 이온화 종이 인접 샘플로부터 샘플 물질을 동시에 탈착하지 않는 속도로 상기 이온화 종을 관통하여 상기 샘플을 이동시키도록 제어되는, 이온화 장치.

실시형태 R18. 실시형태 R9 내지 R17에 있어서, 상기 표면의 속도는, 상기 샘플이 인접 샘플과 무관하게 완전히 기화되기에 충분한, 이온화 장치.

실시형태 R19. 실시형태 R9 내지 R18에 있어서, 상기 표면의 속도는, 평방 밀리미터 당 상기 표면 상의 샘플 밀도가 증가될 수 있을 만큼 충분한, 이온화 장치.

실시형태 R20. 샘플을 이온화하는 방법으로서, 샘플을 수용하는 단계; 상기 샘플을 물로 희석하는 단계; 희석된 샘플을 그리드에 적용하는 단계; 및 상기 그리드 상의 샘플을 펄스 대기 이온화 소스 앞으로 통과시키는 단계를 포함하는, 샘플을 이온화하는 방법.

실시형태 R21. 실시형태 R20에 있어서, 상기 샘플이 조절된 속도로 상기 대기 이온화 소스 앞으로 통과되는, 방법.

실시형태 R22. 실시형태 R20 또는 R21에 있어서, 상기 조절된 속도가 증가되어 매트릭스 효과를 감소시키는, 방법.

실시형태 R23. 실시형태 R20 내지 R22에 있어서, 펄스 대기압 이온화 소스로부터 배출되는 이온화 종의 흐름이 불연속적인, 방법.

실시형태 R24. 실시형태 R20 내지 R23에 있어서, 펄스 대기압 이온화 소스로부터 배출되는 이온화 종의 흐름은, 샘플의 분석을 완료하기 위해 해당 샘플이 이동되어 상기 이온화 소스 출구 앞에 위치될 때 시작되는, 방법.

실시형태 R25. 실시형태 R20 내지 R24에 있어서, 펄스 대기압 이온화 소스로부터 배출되는 이온화 종의 흐름과 상기 흐름에 근접한 위치로의 샘플의 진입이 시간적으로 일치하는, 방법.

실시형태 R26. 실시형태 R25에 있어서, 상기 일치하는 기간이, 시간적으로, 샘플의 불완전한 탈착으로 제한되는, 방법.

실시형태 R27. 실시형태 R26에 있어서, 불완전한 탈착은 이온화된 샘플의 더 많은 가우스 분포의 생성을 유도하는, 방법.

실시형태 R28. 실시형태 R27에 있어서, 샘플 관련 이온의 가우스 분포가 보다 균일한 데이터 패킷의 수집을 가능하게 하는, 방법.

실시형태 R29. 실시형태 R28에 있어서, 상기 그리드 상에 존재하는 샘플이 완전히 탈착된 경우 정상적으로 수집될 데이터의 배경 차감에 대한 요구 없이 통계 분석 프로그램을 사용하여 균일한 데이터 패킷이 처리될 수 있는, 방법.

실시형태 R30. 실시형태 R29에 있어서, 상기 보다 균일한 데이터 패킷을 사용함으로써 통계적 분석의 결과가 개선되는, 방법.

실시형태 R31. 실시형태 R30에 있어서, 펄스 대기압 이온화 소스로부터 배출되는 이온화 종의 흐름이 불연속적이어서, 분석에 필요한 가스의 부피를 줄일 수 있는, 방법.

실시형태 R32. 실시형태 R31에 있어서, DART 실험에서 샘플의 탈착 및 이온화에 필요한 캐리어 가스의 부피가 95% 초과만큼 감소되는, 방법.

실시형태 R33. 실시형태 R32에 있어서, 캐리어 가스 펄싱의 사용이 상기 그리드 상에 제공된 샘플과 관련이 없는 이온의 생성을 제거하는, 방법.

실시형태 R34. 실시형태 R33에 있어서, 상기 이온화 종을 생성하기 위한 캐리어 가스 펄싱의 사용이 제2 가스 캐리어 가스의 펄싱과 조합될 수 있어서, 이온화된 샘플과 일반적으로 도펀트로 지칭되는 상기 제2 가스의 반응에 의해 샘플에 존재하는 상이한 물질들의 선택적인 이온화를 허용할 수 있는, 방법.

실시형태 R35. 대기 이온화 장치로서, 샘플과 접촉하도록 조정된 메쉬; 펄스 캐리어 가스를 생성하도록 조성된 캐리어 가스 공급 장치; 펄스 캐리어 가스를 위한 유입구, 내부의 제1 전극, 및 적어도 준안정 중성 여기 상태 종을 생성하는 펄스 캐리어 가스에서 전기 방전을 생성하기 위한 상대 전극을 갖는 제1 대기압 챔버; 대기에서 형성된 이온화 종을 상기 메쉬로 지향시키기 위한 배출구 포트; 및 상기 메쉬 상의 샘플과 상호작용하는 이온화 종에 의해 형성된 샘플 이온을 분석하기 위한 분광계를 포함하는, 대기 이온화 장치.

실시형태 S1. 샘플을 이온화하기 위한 맥동 흐름 대기압 이온화 장치로서, 캐리어 가스를 위한 유입구; 제1 전극; 상대 전극; 및 배출구 포트; 방전을 발생시키도록 상기 제1 전극과 상대 전극 사이에 전류를 제공하기 위해 상기 제1 전극과 상기 상대 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치; 및 상기 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 제1 대기압 챔버에 도입하도록 구성된 압력 조절기를 포함하는 제1 대기압 챔버를 포함하고, 상기 2개 이상의 펄스는 시간 t만큼 분리되고, 상기 전원 공급 장치는 시간 t 동안 연속적으로 작동하며, 상기 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 각각이 상기 방전과 상호작용하는 경우, 하나 이상의 이온화 종이 생성되고, 상기 하나 이상의 이온화 종과 맥동 캐리어 가스 간의 기체 접촉(gaseous contact)은 대기에서 형성된 하나 이상의 이온화 종을 상기 배출구 포트를 통해 샘플로 지향시켜서, 상기 샘플의 이온을 형성하는, 샘플을 이온화하기 위한 맥동 흐름 대기압 이온화 장치.

실시형태 T1. 샘플을 이온화하기 위한 맥동 흐름 대기압 이온화 장치로서, 캐리어 가스를 위한 유입구; 제1 전극; 상대 전극; 및 배출구 포트; 방전을 발생시키도록 상기 제1 전극과 상대 전극 사이에 전류를 제공하기 위해 상기 제1 전극과 상기 상대 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치; 및 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 제1 대기압 챔버에 도입하도록 구성된 압력 조절기를 포함하는 제1 대기압 챔버를 포함하고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 기간은 시간 t₁ 동안이고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되고, 시간 t₁ 동안의 방전과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 상호작용은 하나 이상의 이온화 종을 생성하고, 상기 하나 이상의 이온화 종과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 간의 기체 접촉은 대기에서 형성된 하나 이상의 이온화 종을 상기 배출구 포트를 통해 샘플로 지향시켜서, 상기 샘플의 이온을 형성하는, 샘플을 이온화하기 위한 맥동 흐름 대기압 이온화 장치.

실시형태 T2. 실시형태 T1에 있어서, 상기 전원 공급 장치가 상기 제1 전극 및 상기 상대 전극에 연속적으로 에너지를 공급하도록 구성된, 샘플러.

실시형태 T3. 실시형태 T1 또는 T2에 있어서, 상기 하나 이상의 이온화 종은 이온, 전자, 고온 원자, 고온 분자, 라디칼 및 준안정 중성 여기 상태 종을 포함하는, 샘플러.

실시형태 T4. 실시형태 T1 내지 T3에 있어서, 상기 샘플은 메쉬, 딥-잇 프로브(dip-it probe), spme 섬유, 라벨을 갖는 완드(wand), 유리 또는 금속 슬라이드, 필라멘트, 유리 또는 금속 막대, 섬유 또는 와이어 루프에 적용된 분석물을 포함하는, 샘플러.

실시형태 T5. 실시형태 T1 내지 T4에 있어서, 상기 배출구 포트에 캡을 추가로 포함하고, 상기 캡은 대략 0.1 mm의 하한과 대략 4 mm의 상한 사이의 출구 홀을 갖는, 샘플러.

실시형태 T6. 실시형태 T1 내지 T5에 있어서, 상기 샘플은 2개 이상의 샘플 스팟을 포함하고, 제1 샘플 스팟은 제2 샘플 스팟으로부터 거리 d만큼 분리되고, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제1 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제1 샘플 스팟으로 지향되고 상기 하나 이상의 이온화 종이 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제2 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 조작되는, 샘플러.

실시형태 T7. 실시형태 T6에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 시간 t₁ 동안 정지 상태로 유지되도록 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 조작되는, 샘플러.

실시형태 T8. 실시형태 T6 또는 T7에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 상기 제1 샘플 스팟으로부터 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 시간 t₂ 동안 조작되는, 샘플러.

실시형태 T9. 실시형태 T6 내지 T8에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 시간 t₂ 동안 거리 d를 관통하여 이동되도록 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 조작되는, 샘플러.

실시형태 T10. 실시형태 T9에 있어서, 거리 d가 대략 0.5 mm의 하한과 대략 9 mm의 상한 사이에 존재하는, 샘플러.

실시형태 T11. 실시형태 T1 내지 T6에 있어서, 출구 홀을 갖는 출구 포트에 캡을 추가로 포함하고, 출구 홀 치수는 대략 0.2 mm의 하한 및 대략 9 mm의 상한 사이의 공간 해상도를 생성하도록 선택되는, 샘플러.

실시형태 T12. 실시형태 T11에서, 상기 샘플은 2개 이상의 샘플 스팟을 포함하고, 제1 샘플 스팟은 제2 샘플 스팟으로부터 거리 d만큼 분리되고, 공간 해상도는 거리 d에 기초하여 선택되는, 샘플러.

실시형태 T13. 실시형태 T1 내지 T12에 있어서, 생성된 방전이 코로나 방전, 아크 방전 및 글로우 방전 중 하나 이상인, 샘플러.

실시형태 T14. 실시형태 T1 내지 T13에 있어서, 시간 t₁이 대략 0.1초의 하한과 대략 10초의 상한 사이에 존재하는, 샘플러.

실시형태 T15. 실시형태 T1 내지 T14에 있어서, 시간 t₂가 대략 0.1초의 하한과 대략 10초의 상한 사이에 존재하는, 샘플러.

실시형태 T16. 실시형태 T1 내지 T15에 있어서, 상기 제1 대기압 챔버와 유체 소통하는 가열 요소를 추가로 포함하는, 샘플러.

실시형태 T17. 실시형태 T16에 있어서, 상기 캐리어 가스가 상기 가열 요소에 근접하게 통과되는, 샘플러.

실시형태 T18. 실시형태 T16 또는 T17에 있어서, 상기 캐리어 가스가 대략 100℃의 하한과 대략 500℃의 상한 사이의 온도로 가열된, 샘플러.

실시형태 T19. 실시형태 T1 내지 T18에 있어서, 상기 배출구 포트에 위치된 그리드를 추가로 포함하는, 샘플러.

실시형태 T20. 실시형태 T19에 있어서, 제1 전위가 상기 그리드에 인가되어 대전된 종을 편향시키는, 샘플러.

실시형태 T21. 실시형태 T1 내지 T20에 있어서, 캐리어 가스 압력이 대략 0 psi의 하한과 대략 80 psi의 상한 사이에 존재하는, 샘플러.

실시형태 T22. 샘플을 분석하기 위한 장치로서, 캐리어 가스를 위한 유입구; 제1 전극; 상대 전극; 및 배출구 포트; 방전을 발생시키도록 상기 제1 전극과 상대 전극 사이에 전류를 제공하기 위해 상기 제1 전극과 상기 상대 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치; 및 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 생성하기 위해 제1 대기압 챔버에 캐리어 가스를 도입하도록 구성된 압력 조절기를 포함하는 제1 대기압 챔버 및 하나 이상의 샘플 이온을 분석하기 위한 분광계를 포함하고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 기간은 시간 t₁ 동안이고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되고, 시간 t₁ 동안의 방전과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 상호작용은 하나 이상의 이온화 종을 생성하고, 상기 하나 이상의 이온화 종과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 간의 기체 접촉은 대기에서 형성된 하나 이상의 이온화 종을 상기 배출구 포트를 통해 샘플로 지향시켜서, 하나 이상의 샘플 이온을 생성하는, 샘플을 분석하기 위한 장치.

실시형태 T23. 실시형태 T22에 있어서, 상기 전원 공급 장치는 상기 제1 전극 및 상기 상대 전극에 연속적으로 에너지를 공급하도록 구성된, 장치.

실시형태 T24. 실시형태 T22 또는 T23에 있어서, 상기 하나 이상의 이온화 종은 이온, 전자, 고온 원자, 고온 분자, 라디칼 및 준안정 중성 여기 상태 종을 포함하는, 장치.

실시형태 T25. 실시형태 T22 내지 T24에 있어서, 상기 샘플은 메쉬, 딥-잇 프로브, spme 섬유, 라벨을 갖는 완드, 유리 또는 금속 슬라이드, 필라멘트, 유리 또는 금속 막대, 섬유 또는 와이어 루프에 적용된 분석물을 포함하는, 장치.

실시형태 T26. 실시형태 T22 내지 T25에 있어서, 가스 이온 분리기를 추가로 포함하는, 장치.

실시형태 T27. 실시형태 T22 내지 T26에 있어서, 상기 가스 이온 분리기가 저질량 이온에 대비해 하나 이상의 샘플 이온의 피크 존재량을 증가시키는, 장치.

실시형태 T28. 샘플을 분석하기 위한 장치로서, 캐리어 가스를 위한 유입구; 제1 전극; 상대 전극; 및 배출구 포트; 방전을 발생시키도록 상기 제1 전극과 상대 전극 사이에 전류를 제공하기 위해 상기 제1 전극과 상기 상대 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치; 및 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 생성하기 위해 제1 대기압 챔버에 캐리어 가스를 도입하도록 구성된 압력 조절기를 포함하는 제1 대기압 챔버 및 하나 이상의 샘플 이온의 분석으로부터의 질량 크로마토그램을 생성하기 위한 분광계를 포함하고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 기간은 시간 t₁ 동안이고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되고, 시간 t₁ 동안의 방전과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 상호작용은 하나 이상의 이온화 종을 생성하고, 상기 하나 이상의 이온화 종과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 간의 기체 접촉은 대기에서 형성된 하나 이상의 이온화 종을 상기 배출구 포트를 통해 샘플로 지향시켜서, 하나 이상의 샘플 이온을 생성하는, 샘플을 분석하기 위한 장치.

실시형태 T29. 실시형태 T28에 있어서, 상기 전원 공급 장치는 상기 제1 전극 및 상기 상대 전극에 연속적으로 에너지를 공급하도록 구성된, 장치.

실시형태 T30. 실시형태 T28 또는 T29에 있어서, 상기 하나 이상의 이온화 종은 이온, 전자, 고온 원자, 고온 분자, 라디칼 및 준안정 중성 여기 상태 종을 포함하는, 장치.

실시형태 T31. 실시형태 T28 내지 T30에 있어서, 상기 샘플은 메쉬, 딥-잇 프로브, spme 섬유, 라벨을 갖는 완드, 유리 또는 금속 슬라이드, 필라멘트, 유리 또는 금속 막대, 섬유 또는 와이어 루프에 적용된 분석물을 포함하는, 장치.

실시형태 T32. 실시형태 T28 내지 T31에 있어서, 상기 샘플은 2개 이상의 샘플 스팟을 포함하고, 제1 샘플 스팟은 제2 샘플 스팟으로부터 거리 d만큼 분리되고, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제1 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제1 샘플 스팟으로 지향되고 상기 하나 이상의 이온화 종이 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제2 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 조작되는, 장치.

실시형태 T33. 실시형태 T28 내지 T32에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 시간 t₁ 동안 정지 상태로 유지되도록 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 조작되는, 장치.

실시형태 T34. 실시형태 T28 내지 T33에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 상기 제1 샘플 스팟으로부터 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 시간 t₂ 동안 조작되는, 장치.

실시형태 T35. 실시형태 T28 내지 T34에 있어서, 가스 이온 분리기를 추가로 포함하는, 장치.

실시형태 T36. 실시형태 T35에 있어서, 상기 가스 이온 분리기가 저질량 이온에 대비해 하나 이상의 샘플 이온의 피크 존재량을 증가시키는, 장치.

실시형태 T37. 실시형태 T28 내지 T36에 있어서, 시간 t₂ 동안 배경 이온이 검출되지 않는, 장치.

실시형태 T38. 실시형태 T28 내지 T37에 있어서, 상기 제1 샘플 스팟에 대해 상기 분광계에 의해 검출된 하나 이상의 샘플 이온에 해당하는 피크 존재량에 대비한 배경 이온에 해당하는 상대적인 피크 존재량이 대략 0.01의 하한과 대략 0.1의 상한 사이에 존재하는, 장치.

실시형태 T39. 실시형태 T28 내지 T38에 있어서, 상기 분광계에 의해 검출된 하나 이상의 샘플 이온은 시간 t₁ 동안 검출되는, 장치.

실시형태 T40. 실시형태 T28 내지 T39에 있어서, 상기 제1 샘플 스팟에 해당하는 상기 분광계에 의해 검출된 하나 이상의 샘플 이온은 시간 t₁ 동안 검출되는, 장치.

실시형태 T41. 실시형태 T28 내지 T40에 있어서, 상기 제1 샘플 스팟에 대해 상기 분광계에 의해 검출된 하나 이상의 샘플 이온에 해당하는 피크 존재량은 대략 0.9 x t₁초의 하한과 대략 1.1 x t₁초의 상한 사이에서 검출되는, 장치.

실시형태 T42. 실시형태 T28 내지 T41에 있어서, 질량 크로마토그램 내의 하나 이상의 피크가 피크 검출을 필요로 하지 않는, 장치.

실시형태 T43. 실시형태 T28 내지 T42에 있어서, 시간 t₁ 동안의 피크 존재량은 피크 검출의 필요성을 제거하는, 장치.

실시형태 T44. 실시형태 T28 내지 T43에 있어서, 다수의 샘플에 대한 질량 크로마토그램이 하나의 데이터 파일에 저장되는, 장치.

실시형태 T45. 펄스 흐름 대기압 이온화 장치를 사용하여 분석물을 이온화하는 방법으로서, (a) 제1 전극과 이격된 제2 전극에 대비해 상기 제1 전극에 에너지를 공급하는 단계로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 챔버 내에 위치하며, 상기 챔버는 가스 유입구 및 출구를 포함하고, 상기 제2 전극에 대비해 상기 제1 전극에 에너지를 공급하는 단계는 방전을 발생시키는, 단계, (b) 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 가스 유입구를 통해 상기 챔버로 도입하는 단계로서, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 기간은 시간 t₁ 동안이고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되는, 단계, (c) 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 이온, 전자, 여기 상태 종을 생성하는 단계, 및 (d) 상기 이온, 전자, 여기 상태 종을 분석물로 지향시키는 단계를 포함하는, 펄스 흐름 대기압 이온화 장치를 사용하여 분석물을 이온화하는 방법.

실시형태 T46. 실시형태 T45에 있어서, 상기 제2 전극은 시간 t₁+ t₂ 동안 상기 제1 전극에 대비해 연속적으로 에너지가 공급되는, 방법.

실시형태 T47. 실시형태 T45 또는 T46에 있어서, 상기 분석물이 제1 샘플 스팟 및 제2 샘플 스팟을 포함하고, 제1 샘플 스팟이 상기 제2 샘플 스팟으로부터 거리 d만큼 분리되고, (e) 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제1 펄스 동안 상기 이온, 전자, 여기 상태 종이 상기 제1 샘플 스팟으로 지향되고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제2 펄스 동안 상기 이온, 전자, 여기 상태 종이 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록, 상기 제1 샘플 스팟 및 상기 제2 샘플 스팟을 조작하는 단계를 추가로 포함하는 방법.

실시형태 T48. 실시형태 T47에 있어서, (f) 제1 지속 기간 t₁ 동안 상기 제1 샘플 스팟을 정지 상태로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.

실시형태 T49. 실시형태 T48에 있어서, (g) 제2 지속 기간 t₁ 동안 상기 제2 샘플 스팟을 정지 상태로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.

실시형태 T50. 실시형태 T49에 있어서, (h) 시간 t₂ 동안 상기 제1 샘플 스팟으로부터 상기 제2 샘플 스팟으로 이동하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.

본 발명의 방법, 시스템 및 구성요소의 예시적인 실시형태가 본원에 기술되었다. 다른 곳에서 언급된 바와 같이, 이러한 예시적인 실시형태들은 예시 목적으로만 기술되었으며 제한하는 것이 아니다. 다른 실시형태들이 가능하고 본 발명에 포함된다. 이러한 실시형태들은 본원에 포함된 교시에 기초하여 관련 기술(들)의 숙련자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 전술한 다양한 도면 및 실시형태에 도시된 실제 형상과 무관하게, 유입구 튜브의 외경 출구는 테이퍼되거나 테이퍼되지 않을 수 있고 배출구 튜브의 외경 입구는 테이퍼되거나 테이퍼되지 않을 수 있는 것으로 예상된다.

따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시형태 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위 및 이의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.

Claims

샘플의 펄스 대기 이온화(pulsed atmospheric ionization)를 위한 이온화 장치로서, 하기를 포함하는 샘플의 펄스 대기 이온화를 위한 이온화 장치:
하기를 포함하는 제1 대기압 챔버:
캐리어 가스 유입구;
제1 전극;
상대 전극; 및
유출구 포트;
방전을 발생시키기 위해 상기 제1 전극과 상대 전극 사이에 전류를 제공하기 위해 상기 제1 전극과 상기 상대 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치; 및
샘플의 이온을 형성하는 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 생성하기 위해 상기 제1 대기압 챔버로 캐리어 가스를 펄싱하도록 구성된 펄스 발생기.
제1항에 있어서, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 기간은 시간 t₁ 동안인, 이온화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되는, 이온화 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 시간 t₁ 동안의 방전과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 상호작용은 하나 이상의 이온화 종을 생성하는, 이온화 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 이온화 종과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 간의 기체 접촉(gaseous contact)은 대기에서 형성된 하나 이상의 이온화 종을 상기 유출구 포트를 통해 샘플로 지향시키는, 이온화 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원 공급 장치는 상기 제1 전극 및 상기 상대 전극에 연속적으로 에너지를 공급하도록 구성된, 이온화 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 이온화 종은 이온, 전자, 고온 원자, 고온 분자, 라디칼 및 준안정 중성 여기 상태 종을 포함하는, 이온화 장치.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 메쉬, 딥-잇 프로브, spme 섬유, 라벨을 갖는 완드(wand), 유리 또는 금속 슬라이드, 필라멘트, 유리 또는 금속 막대, 섬유 또는 와이어 루프에 적용된 분석물을 포함하는, 이온화 장치.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출구 포트에 캡을 추가로 포함하고, 상기 캡은 하기 사이의 출구 홀을 갖는, 이온화 장치:
대략 0.1 mm의 하한; 및
대략 4 mm의 상한.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 2개 이상의 샘플 스팟을 포함하고, 제1 샘플 스팟은 제2 샘플 스팟으로부터 거리 d만큼 분리되고, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제1 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제1 샘플 스팟으로 지향되고 상기 하나 이상의 이온화 종이 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 중 제2 펄스의 시간 t₁ 동안 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 조작되는, 이온화 장치.
제10항에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 시간 t₁ 동안 정지 상태로 유지되도록 상기 2개 이상의 샘플 스팟이 조작되는, 이온화 장치.
제10항에 있어서, 상기 2개 이상의 샘플 스팟은, 상기 하나 이상의 이온화 종이 상기 제1 샘플 스팟으로부터 상기 제2 샘플 스팟으로 지향되도록 시간 t₂ 동안 조작되는, 이온화 장치.
샘플을 이온화하는 장치로서, 하기를 포함하는 샘플을 이온화하는 장치:
하기를 포함하는 제1 대기압 챔버:
캐리어 가스 유입구;
제1 전극;
상대 전극; 및
유출구 포트;
방전을 발생시키기 위해 상기 제1 전극과 상대 전극 사이에 전류를 제공하기 위해 상기 제1 전극과 상기 상대 전극에 에너지를 공급하도록 구성된 전원 공급 장치; 및
캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 생성하기 위해 상기 제1 대기압 챔버에 캐리어 가스를 도입하도록 구성된 펄스 발생기로서, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 기간은 시간 t₁ 동안이고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되며, 시간 t₁ 동안의 방전과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 상호작용은 하나 이상의 이온화 종을 생성하고, 상기 하나 이상의 이온화 종과 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스 간의 기체 접촉은 대기에서 형성된 하나 이상의 이온화 종을 상기 유출구 포트를 통해 샘플로 지향시켜 하나 이상의 샘플 이온을 생성하는, 펄스 발생기.
제13항에 있어서, 상기 전원 공급 장치는 상기 제1 전극 및 상기 상대 전극에 연속적으로 에너지를 공급하도록 구성된, 장치.
펄스 흐름 대기압 이온화 장치를 사용하여 분석물을 이온화하는 방법으로서,
(a) 제1 전극과 이격된 제2 전극에 대비해 상기 제1 전극에 에너지를 공급하는 단계로서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 챔버 내에 위치하며, 상기 챔버는 가스 유입구 및 출구를 포함하고, 상기 제2 전극에 대비해 상기 제 1 전극에 에너지를 공급하는 단계는 방전을 발생시키는, 단계;
(b) 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스를 가스 유입구를 통해 상기 챔버로 도입하는 단계로서, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 지속 시간은 시간 t₁ 동안이고, 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스는 시간 t₂만큼 분리되는, 단계;
(c) 캐리어 가스의 2개 이상의 펄스의 이온, 전자 및 여기 상태 종을 생성하는 단계; 및
(d) 상기 이온, 전자, 여기 상태 종을 분석물로 지향시키는 단계를 포함하는, 펄스 흐름 대기압 이온화 장치를 사용하여 분석물을 이온화하는 방법.