用於離子遷移率和離子阱質譜分析的單一裝置的製作方法
2023-05-30 05:33:46
專利名稱：用於離子遷移率和離子阱質譜分析的單一裝置的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及到依據在帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子的同一裝置中的離子遷移率和質荷比的離子存儲，分離和分析。本發明特別涉及到一種使能離子阱質譜分析(ITMS)和離子遷移率譜分析的單一裝置，例如要在單一裝置中以任意的次序執行的強電場不對稱離子遷移率譜分析或FAIMS，微分遷移，橫流離子遷移率譜分析，因而執行兩種類型的分離，其中至少可以獲得兩個有著獨特不同之處的化學特異性鑑別器，以提供離子的鑑定。
背景技術：
依據離子遷移率和質荷比的離子捕捉，分離，發射和分析，一直是在執行離子遷移率譜分析和質譜分析操作的兩個不同的裝置中執行的。因此，如果要求使用兩個步驟來順序地分析樣品，就有必要提供不同的裝置，通過某種方式串聯，從而使得離子可以從一個裝置移動到另一個裝置。
這種串聯結構的裝置至少有若干個明顯的不足之處。第一，可以執行的操作被限制為裝置所被布置的特定次序。第二，總是需要兩個不同的裝置，因此增加了整個系統的複雜性，尺寸和成本。第三，當為了執行不同的操作而使離子從一個裝置移動到另一個裝置時，通常會有一些離子損失。
為了理解本發明的優勢以及這些優勢如何在單一裝置中被結合起來，需要對質譜分析和離子遷移率譜分析的技術發展水平進行簡要分析。
從質譜分析開始，質譜分析是離子分析的通用儀器法。在質譜分析中，根據離子在不同場，例如磁場，電場以及四極場中的質荷比，將離子分離。離子阱是一種類型的四極質譜分析儀。用於離子分析的離子阱質譜分析儀已經形成若干變體。這些裝置包含雙曲線結構，以及保羅阱，動態阱，以及動態金頓(kingdon)阱。在所有的這些裝置中，離子被集中起來，並且通過振蕩電場容納在阱中。根據離子的質荷比，可以利用振蕩電場性質的變化，例如振幅，頻率，DC場的重疊，以及其它方法來使離子從阱中選擇性地噴射到檢測器中。
應該注意的是，離子阱質譜分析儀的一個特別的優勢是在於這些裝置通常不要求像其它類型的質譜分析儀那樣在高度真空內運行。事實上，由於存在的背景氣體的碰撞阻尼效應，離子阱質譜分析儀的性能可以得到改良。離子阱質譜分析儀通常在處於mTorr範圍中的壓力下最優化運行。
離子分析的另一個相關方法是離子遷移率譜分析。離子遷移率譜分析用於分離由帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子所產生的離子，是一種日益重要的儀器分析化學技術。
離子遷移率譜分析的基本原理在於易受電場影響的氣體中的離子，以一個速度沿著電場線移動，其中該速度是離子遷移率常數K和電場強度E的函數。
從傳統意義上說，高電場不對稱離子遷移率譜分析(FAIMS)是離子遷移率譜分析的一種形式，基於離子的低電場和高電場離子遷移率的結合來分離離子。在恆定的氣體速度情況下，離子遷移率係數的函數關係是由等式1來定義的K(E)＝K0[1+α(E)]其中K0＝電場為零時的K(E)，而α(E)表示在恆定的氣體密度情況下，關於E的遷移係數的函數關係。
如果周期性不對稱電場E(t)在一定條件下加在氣體中的離子混合物上，就會得到不對稱波形，其中T＝t1+t2，T為電場變化周期。該電場的效應是離子將在氣體中振蕩，周期為T。在t1和t2時每個離子的速度分別取決於Emax和Emin的振幅，以及α(E)的數量。因此，當離子的α(E)數值各不相同時，這些離子將會沿著電場線移位。
當討論FAIMS時，需要分析可以執行該類型離子遷移率譜分析的裝置的某些共同結構。假設有兩個電極，被定義為兩個同心管或同心板。加上強電場並持續較短時間，然後加上弱電場並持續較長時間，所加平均電場就得到平衡。FAIMS系統的非線性通常歸因於漂移穿過同心管或在同心板之間漂移的離子的不同橫截面積。因此，本方法利用與弱電場相比較在強電場中具有不同離子遷移率率的特點。
上文已經提到，FAIMS的另一種說明方式是要指出離子的分離是基於遷移常數關於電場強度的非線性函數關係。在高電場數值情況下的遷移率的變化似乎反映離子的大小，離子與緩衝氣體的相互作用，以及離子的結構剛度。因此，離子的弱電場和強電場離子遷移率的結合被用來表現FAIMS中離子的特徵。
本發明所提供的新系統在單一裝置中將基於離子遷移率的測量技術與質譜分析相結合，從而因為將執行這兩個步驟所需的硬體結合起來，去除了將離子從一個裝置傳送到另一個裝置的步驟，並且允許這些步驟以任何預期的次序，和任意次數執行，因此具有若干好處，優於現有技術。
發明內容
本發明的目的是要提供一種將執行基於離子遷移率的測量的能力和執行質譜分析(MS)的能力在同一裝置中結合起來的系統。
在優選的實施例中，本發明是一組電極，其中在不同的時段向該組電極施加不同的電勢，從而在離子樣品上執行基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析，通過以任意次序執行任意次數的基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析來處理離子，並且作為單獨的或重疊的步驟執行，從而捕捉，分離和分析帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子。
在本發明的第一方面，可以加在不同電極上的電勢是可變更的，從而使得系統可以執行基於離子遷移率，MS步驟或這兩個步驟的重疊操作。
在本發明的第二方面，可以在任何基於離子遷移率的步驟或MS步驟之間，或者在這些步驟相互重疊的情況下插入離子碎裂步驟。
在本發明的第三方面，通過將同一系統用於基於離子遷移率的測量和MS步驟，可以使系統小型化而且易攜帶，以利於手攜式操作。
在本發明的第四方面，可以修改系統以使能橫流離子遷移率分析。
本發明的這些以及其它的目的，特徵，優勢和可選方案對於本領域技術人員來說，通過考慮下文中與附圖相結合的詳細說明，將會是顯而易見的。
圖1是根據本發明的原理進行操作的第一實施例的側視圖，其中該實施例被設定為以FAIMS模式運行。
圖2是通過修改從而以MS模式運行的第一實施例的側視圖。
圖3是一種可以執行橫流遷移分析並能以FAIMS和離子遷移率模式運行的裝置的橫截面側視圖。
圖4是儲存環離子阱(storage ring ion trap)的透視圖。
圖5是圖4中所示的儲存環離子阱的側視圖。
圖6是圖4中的儲存環離子阱的橫截面視圖。
圖7是圖6中所示的橫截面視圖的透視圖。
圖8示出平面開口儲存環離子阱。
圖9是圖8中的平面開口儲存環離子阱的橫截面視圖。
圖10是圖9中所示的橫截面視圖的透視圖。
圖11是典型的FAIMS波形圖。
圖12是用於基於離子遷移率的光譜分析的典型外加RF電場的曲線圖。
圖13是常規離子阱的透視圖。
圖14是圖13中所示的常規離子阱的橫截面視圖。
圖15是當RF施加到圖8中的平面開口儲存環離子阱時，存在的電勢場線的示意圖。
圖16是當施加FAIMS的高電場不對稱波形時，存在的電勢場線的示意圖。
圖17是當施加FAIMS的弱電場不對稱波形時，存在的電勢場線的示意圖。
圖18是當RF和高電場不對稱波形相互疊加時，存在的電勢場線的示意圖。
圖19是當RF和弱電場不對稱波形相互疊加時，存在的電勢場線的示意圖。
圖20是可以用作本發明的單一裝置的四極的示意圖。
具體實施例方式
現在將要參照附圖，其中本發明的各種元件將會給出數字標號，並且對本發明進行論述，以使本領域技術人員能夠製作和利用本發明。應該了解的是，以下僅是對本發明原理進行的示範性說明，不應被認為是限制下文中的權利要求。
為了充分地公開本發明的所有優勢，需要說明本發明的多個實施例。因此，應該了解的是，並不是僅有一個優選實施例，相反地，而是有不同優點的多個實施例。不應該假設這些實施例的說明次序對於最優實施例有所暗示。
同樣應該了解的是，本發明執行多種粒子的捕捉，分離和分析，包括帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子。為使說明簡潔，所有這些粒子在本文件的全文中都被稱作是離子。
簡單地說，本發明將用於執行質譜分析(MS)和基於離子遷移率的光譜分析的步驟的硬體和電路在單一裝置中結合起來。更具體地，FAIMS被用於基於離子遷移率的光譜分析步驟。可以通過對電路通道的簡單修正來執行FAIMS和MS步驟，從而改變加在下文中將要說明的單一裝置中的電極上的電勢。
圖1是根據本發明的原理製作的第一實施例的側視圖。在該實施例中，單一裝置10能夠執行質譜分析和FAIMS，在圖中顯示為與外部圓筒電極14同軸布置圓棒電極12。
為了執行FAIMS，圓棒電極12通常保持為一個恆定的電壓或接地，並且在外部圓筒電極14上施加不對稱FAIMS波形。應該注意的是在任何情況下施加恆定電壓或接地時，都可以使用動態或恆定的共模電壓。
在FAIMS步驟期間，所有離子都在內部圓棒電極12和外部圓筒電極14之間來回振蕩。只有離子的弱電場和強電場離子遷移率的結合所確定的離子被捕捉到單一裝置10中。所有其它的離子都散失到圓棒電極12和外部圓筒電極14。
通過開關16和18向電極12和14施加所需電勢。在圖中，開關16向內部圓棒電極12施加地電位，而開關18施加FAIMS波形。因此，通過施加所需電勢，就可根據離子遷移率來選擇離子，從而在FAIMS配置下操作單一裝置。
有利的是，同一個單一裝置10可以像圖2中所示的那樣進行操作。圖2示出開關16和18已被移動到其交替位置。開關在這些新的交替位置時，內部圓棒電極12被施加振蕩RF電壓，並且外部圓筒電極14保持為一個恆定的電壓，其中在該情況下被顯示為接地。還要注意的是可以使用動態共模電壓。在這種操作模式中，單一裝置10中的所有離子都是首先被捕捉，然後依據離子的質荷比從阱中順序地噴射。噴射是通過改變RF電場來實現的，而RF電場是通過更改疊加DC電壓，或通過改變所加電壓的幅值，頻率或其它方面來改變的。
應該了解的是可以使用任何適當的電離技術在單一裝置10內產生離子，或產生用來向單一裝置傳送的離子。下面列舉了一些常用的電離技術電子碰撞，化學電離，快速離子或原子轟擊，場解吸，雷射脫附，電漿脫附，熱噴射，電噴射，光化電離，感應耦合電漿，以及其它任何電離方法。所列舉的電力技術應該僅僅被認為是代表性的，而並不是要排除同樣可以和本發明的單一裝置10一起使用的其它合適的電離系統。例如，與離子被傳送到單一裝置10中相反，離子還可以在單一裝置10本身的內部產生。
單一裝置10首先以FAIMS模式運行，從而依據特定的離子遷移率來選擇離子，然後該裝置切換為ITMS模式以確定離子的質量。通過以這種方式操作單一裝置20，至少可以得到兩個有著獨特不同之處的化學特異性鑑別器，用於鑑定離子。
目前應該顯而易見的是單一裝置10具有多種運行模式。例如，單一裝置10首先可以以ITMS模式運行，然後以FAIMS模式運行。此外，單一裝置10同樣可以通過操作以所要求的任意次序執行任意次數的FAIMS和ITMS步驟。因此本發明使ITMS和FAIMS步驟能夠以任意次序和任意次數執行。
本發明的另一個優勢在於ITMS和FAIMS操作模式並不是利用單一裝置10可以執行的唯一步驟。因此，圖1和圖2所示的單一裝置10的結構可以使其它的操作能夠得到執行。此外，單一裝置10的結構可以修改，在仍然能按照需要執行FAIMS和ITMS步驟的同時，還可執行其它不同的步驟。
離子碎裂是可以添加到FAIMS和ITMS步驟的典型有用步驟。經常需要利用碰撞誘導解離或其它任何方法來碎裂選定離子遷移率的離子或選定質量的離子。例如，碎裂可以通過多種方法來執行，這裡僅列舉一些粒子碰撞，表面誘導碎裂，光誘導碎裂(包含可見光，紫外線和紅外線方法)，電子束，高能離子束，低能電子附著，以及電子提取(abstraction)。
利用單一裝置10或其它配置可以執行的、且本領域技術人員公知的其它任何碎裂方法都應該被認為是包含在本發明範圍內的可行碎裂方法。
現在已經了解單一裝置的結構可以採用與圖1和圖2所示不同的形式，因此就應該了解單一裝置還可以包含橫流離子遷移率操作模式。
能夠執行FAIMS，ITMS以及橫流離子遷移率分析的單一裝置必須修改，以使其具有可以進行橫流離子遷移率分析的特徵。在橫流離子遷移率分析器(CIMA)中，在通道內形成有與電場方向相反的氣流成分。離子被運載通過通道，而特定離子遷移率的離子被方向相反的電場和流場捕捉，並且當離子到達通道的末端時，這些離子被檢測出來。在通道末端的檢測器檢測選定離子遷移率的離子的連續流。通過改變電場和/或改變流場的速率來選擇不同的離子。
在上文中已經說明，單一裝置10隻需稍做修改就能實現其它的操作模式。在CIMA的情況中，中心圓柱棒12可以通過沿著其長度穿孔的空心圓筒替代，從而能夠按照需要產生氣流。
圖3是可以執行橫流離子遷移率分析的系統的橫截面側視圖。圖3示出由兩個同心金屬圓筒22，24之間的間隙或間隔26形成的漂移區(也就是橫流區)。單一裝置20被容納在外殼或外罩28中，其中該外殼或外罩28被密封從而保持適當的氣壓和恆定的氣流，這些條件是單一裝置20在CIMA操作模式下運行所需要的。
在CIMA模式的操作中，首先排除外罩28中的空氣，並充滿氮氣。內部和外部圓筒22，24都被連接到至少兩個電壓源(如果地面被看作是電壓源)(未示出)，從而使得兩個圓筒22，24起到電極的作用。圓筒22，24被設定為不同的電勢，從而在第一圓筒22和第二圓筒24之間產生一個電勢。本申請以參考方式包含2004年4月9日申請的，序列號為10/821660的美國正式專利申請中的全部主題，用作有關本發明所示教的CIMA的其它信息，。
在圖3中所示的結構實例中，電勢的預期範圍通常會從幾百伏到高達幾千伏不等。但是，應該想到對於圓筒22，24之間建立的電場，無論電場有多大，都會產生強度必須足夠大從而產生平衡效應的反向氣流。不過，可以依靠本發明的預期性能來增加或減少電勢和反向的流體流量。
除了在圓筒22，24之間的橫流區30中形成的電場，CIMA模式還有一個重要的方面，即產生與該電場方向相反的氣體橫流。因此，氣體橫流的速率被設定為本領域技術人員所知的任何適當數值。在圖3中，氣體橫流是流入第一圓筒22中的氣流產生的，該氣流向外穿過孔32進入橫流區30，然後穿過第二圓筒24中的孔32進入外罩28中的間隔34內。圖中，該氣體橫流由線36表示。圖3示出文丘裡(venturi)氣體裝置38將氣體橫流引入第一圓筒22。在圖中，外罩28還具有排氣孔40。圖中示出採樣入口孔42，檢測器44，端蓋46，以及從圓筒22，24之間穿過的離子通道48。
圖4是儲存環離子阱50的透視圖。該儲存環形離子阱50本質上包含一組同軸排列的四個圓棒，其中第一圓棒52與第二圓棒54的直徑共面，並且被布置在第二圓棒54的直徑內，而第三圓棒56與第四圓棒58的直徑共面，並且被布置在第四圓棒58的直徑內。第一圓棒52和第二圓棒54平行於第三圓棒56和第四圓棒58。
圖5是圖4中所示的儲存環離子阱50的側視圖。
圖6是圖4中的儲存環離子阱50的橫截面視圖。要注意的是四個圓棒52，54，56，58相對於共同的旋轉軸60的橫截面顯示出這四個圓棒形成虛線62所標明的正方形的四角。應該注意這四個圓棒並不是被限制為正方形四角，而是可以具有本領域技術人員所知的任何合適的形狀的四角。例如，假設圓棒的直徑不相同，或圓棒是錐形的，或通過橫截面的視圖來觀察時，圓棒發生偏移從而形成菱形形狀。
圖7是圖6中所示的橫截面視圖的透視圖。電勢可以以各種方式施加在這些圓棒上，從而使結構能夠按照預期的方式運行。例如，兩個外部圓棒54，58可以被加上正電勢，而兩個內部圓棒52，56可以被加上負電勢。
與此相反，如果內部圓棒52和外部圓棒54被加上正電勢，而內部圓棒56和外部圓棒58被加上負電勢，儲存環離子阱50將會以不同的方式運行。
圖8是平面開口儲存環離子阱70的透視圖。要注意的是，該結構可以被認為是本發明各用途的最佳模式。特別地，用於執行至少FAIMS和ITMS兩種操作模式的單一裝置的該特定結構產生的電勢場線在圖中由不同的示意圖示出。
圖9是圖8中的平面開口儲存環離子阱70的橫截面視圖。
圖10是圖9中所示的平面開口儲存環離子阱70的橫截面視圖的透視圖。
圖11是典型的FAIMS波形圖。要注意的是波形具有較短時間的強電場和較長時間的弱電場。
圖12是用於ITMS的典型外加RF電場的曲線圖。要注意的是波形被平衡。
圖13是具有環82和端蓋84的常規離子阱80的透視圖。
圖14是圖13中所示的常規離子阱80橫截面透視圖。可以看出該常規離子阱包括環82和端蓋84。常規離子阱80也可以用來執行FAIMS和ITMS操作模式。
圖15是當RF施加在圖8中的平面開口儲存環離子阱70上時，存在的電勢場線的示意圖。為了提供這些電勢場線的透視圖，圖中示出儲存環離子阱70的一個橫截面，電勢場線就由該橫截面發射。這很明顯這只是一半的橫截面視圖。
圖16是當施加FAIMS的強電場不對稱波形時，存在的電勢場線的示意圖。
圖17是當施加FAIMS的弱電場不對稱波形時，存在的電勢場線的示意圖。
圖18是當RF和強電場不對稱波形相互疊加時，存在的電勢場線的示意圖。
圖19是當RF和弱電場不對稱波形相互疊加時，存在的電勢場線的示意圖。
一個有用的概念可以應用於本發明，即墊補(shimming)的概念。在墊補過程中，附加電極被布置在形成本發明的單一裝置的底板，圓筒和其它結構的末端的關鍵地方。添加附加電極的目的是更改電勢場線。通過在這些附加電極上施加電勢，可以使電勢場線充分地變直或相互之間充分平行。由於離子上的電場線的影響，該作用會改善本發明在FAIMS和ITMS操作模式下的性能。
但是，墊補的作用並不局限於使電場線變直。「理想」電場分布的電場線可能不是直的，或不平行。因此，可以執行墊補從而形成對於任何特殊應用都是「理想的」電場分布，即使該應用要求電場線成弓形。
本發明有其它的方面還沒有被逐一提到。例如，應該理解，本發明使單一裝置能夠執行FAIMS，ITMS以及其它模式的不同操作。為了執行這些步驟，可能有必要變更單一裝置的環境。例如，可能需要改變氣壓以執行一些基於離子遷移率的步驟，碎裂步驟以及質譜分析步驟。可能還有必要改變單一裝置內的氣體，以執行這些不同的步驟，或者在相同步驟的操作之間也可能需要改變氣體。重要的是本發明包括變更單一裝置內的氣壓和/或氣體的方面，從而使要執行的特定步驟最優化。
本發明的另一個方面是通過使用布置在典型電路板上的電阻電極都可以形成單一裝置。假設有一小塊電阻材料被布置在電路板上。形成導電材料環的鍍層被布置在該電阻材料塊上。然後在導電材料上施加電勢從而在不使用分離電極的情況下利用簡單的設計產生優選電場分布。
圖20是同樣可以起到本發明單一裝置作用的四極100的透視圖。但是，四極100的功能不同於本文件中所述的其它裝置。更具體地，從四極內提取出離子會更加困難，因此性能有所不同。儘管如此，端蓋102的添加意味著RF電場可以施加到端蓋102以及四極100的棒104上。
還應該說明，分離電源並不是產生FAIMS波形，共模電勢，以及RF電勢所必需的。這樣的結構會改變對開關的需求。但是，可能有必要添加用於電子地增加(electronically adding)或分離電勢的系統。
應該理解的是上述的裝置只是本發明的原理應用的例證。在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，本領域技術人員可以設計出許多修正和可選裝置。附加權利要求包括這些修正和裝置。
權利要求
1.一種依據帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子的離子遷移率和質荷比，使用單一裝置來分離離子的方法，所述方法包括下列步驟(1)在單一裝置中提供基於離子遷移率和質譜分析系統，包括至少兩個電極，這兩個電極通過被布置以便在它們之間產生電場；以及(2)依據離子的離子遷移率，電荷，大小，質量和橫截面積來分離離子。
2.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括在所述單一裝置中捕捉所述離子的步驟。
3.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括將選定離子遷移率或選定質荷比的離子碎裂的步驟。
4.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括對所述離子進行分析的步驟，其中這些離子已經依據離子遷移率，質荷比，或離子遷移率和質荷比的任意結合而被分離。
5.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括下列步驟i.使用所述單一裝置來執行基於離子遷移率的光譜分析；以及ii.使用所述單一裝置來執行質譜分析。
6.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括下列步驟(1)使用所述單一裝置來執行質譜分析；以及(2)使用所述單一裝置來執行基於離子遷移率的光譜分析。
7.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括以下步驟以任意的次序來執行基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析的各個程序，從而對離子進行處理。
8.根據權利要求7的方法，其中所述方法還包括以下步驟執行任意次數的基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析的程序，但是一次只能執行一個程序，從而對離子進行處理。
9.根據權利要求8的方法，還包括碎裂離子的步驟，其中這些離子已經根據離子遷移率，質荷比或離子遷移率和質荷比的任意結合而被選擇。
10.根據權利要求7的方法，其中所述方法還包括以下步驟同時執行基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析，而不是單獨執行，從而選擇出與程序按順序執行時所選擇的離子類型不同類型的離子。
11.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括修正所述單一裝置的步驟，從而使得所述單一裝置還可執行橫流離子遷移率譜分析的程序。
12.根據權利要求11的方法，其中所述方法還包括以下步驟以任意次序來執行基於離子遷移率的光譜分析，質譜分析和橫流離子遷移率譜分析的單個程序，從而對離子進行處理。
13.根據權利要求12的方法，其中所述方法還包括以下步驟執行任意次數的基於離子遷移率的光譜分析，質譜分析和橫流離子遷移率譜分析的單個程序，從而對離子進行處理。
14.根據權利要求1的方法，其中所述方法還包括下列步驟(1)提供第一電極和第二電極，這兩個電極被布置以便在它們之間產生電場；(2)提供用於提供施加在所述第一電極上的電勢的第一裝置；以及(3)提供用於提供施加在所述第二電極上的電勢的第二裝置。
15.一種依據帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子的離子遷移率和質荷比來分離離子的系統，所述系統包括第一電極和第二電極，這兩個電極通過被布置以便在它們之間產生電場；用於提供施加在所述第一電極上的電勢的第一裝置；以及用於提供施加在所述第二電極上的電勢的第二裝置。
16.根據權利要求15的系統，其中該系統還包括檢測器。
17.根據權利要求16的系統，其中所述第一和第二電極從下面的一組電極中挑選出來，該組電極包括至少兩個同軸圓筒、至少兩個同心球體、多個堆積式板、至少兩個充分平行的板、至少兩個充分不平行的板、多個直棒、多個弓形棒、多個電阻電極、多個弓形電極、以及同軸圓筒內的中心棒。
18.根據權利要求16的系統，其中所述電極包括一組同軸排列的四個圓棒，其中第一圓棒與第二圓棒的直徑共面，並且被布置在第二圓棒的直徑內，而第三圓棒與第四圓棒的直徑共面，並且被布置在第四圓棒的直徑內，其中所述第一和第二圓棒平行於所述第三和第四圓棒，並且所述四個圓棒的橫截面相對於共同的旋轉軸顯示出所述四個圓棒形成了四邊結構的各個角。
19.根據權利要求17的系統，其中所述至少兩個同軸圓筒還包括第一圓筒和第二圓筒。
20.根據權利要求19的系統，其中所述檢測器布置在所述第一圓筒和所述第二圓筒的第一末端。
21.根據權利要求16的系統，其中所述檢測器從下面一組檢測器中挑選出來，該組檢測器包括法拉第檢測器，電子倍增器，多通道板，質譜分析儀，離子遷移率分析器，陣列檢測器，像電流檢測器，電極本身，電荷藕合檢測器，光子生成檢測器，以及離子-光子變換裝置。
22.根據權利要求16的系統，其中所述系統還包括離子源，其中所述離子源被布置在用於傳送到達該處的離子的進氣孔附近。
23.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括用於分析離子的裝置，其中所述用於分析的裝置包括使系統能只選擇至少一種特定離子遷移率的離手的能力。
24.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括用於分析離子的裝置，其中所述用於分析的裝置包括使系統只能選擇特定質荷比的至少一種類型的離子的能力。
25.根據權利要求24的系統，其中所述系統還包括用於測量離子的裝置，其中所述用於測量的裝置包括在離子遷移率的範圍內進行掃描的能力。
26.根據權利要求24的系統，其中所述系統還包括用於測量離子的裝置，其中所述用於測量的裝置包括在離子質荷比的範圍內進行掃描的能力。
27.根據權利要求15的系統，其中用於提供電勢的所述第一裝置還包括用來產生高電場不對稱波形的裝置，而用於提供電勢的所述第二裝置包括在作為基於離子遷移率的光譜分析儀操作時用來產生不同電勢的裝置。
28.根據權利要求27的系統，其中所述波形可以連續或分段變化，從而選擇所關注的任何特定離子。
29.根據權利要求27的系統，其中用於提供電勢的所述第一裝置還包括用來產生恆定電勢的裝置，而用於提供電勢的所述第二裝置包括在作為質譜分析儀來進行操作時用來產生對稱波形的裝置。
30.根據權利要求29的系統，其中所述波形可以連續或分段變化，從而選擇所關注的任何特定離子。
31.根據權利要求29的系統，其中所述系統還包括同時為執行所述基於離子遷移率的程序和所述質譜分析程序的產生電勢的裝置。
32.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括用來交換所述系統內的氣體的裝置，其中所述系統內的氣體對於待執行的程序是最優化的。
33.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括用來將氣體從所述系統中去除的裝置。
34.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括用來將氣體添加到所述系統中的裝置。
35.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括用來動態改變所述系統內的氣壓的裝置，從而使用於待執行程序的所述系統內的氣壓最優化。
36.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括第三電極和第四電極，其中所述第一，第二，第三和第四電極被布置以便形成線形四極。
37.根據權利要求20的系統，其中另一個檢測器被布置在所述第一圓筒和所述第二圓筒的第二末端。
38.根據權利要求15的系統，其中所述系統還包括布置在基片上的電阻小塊，其中所述第一電極和所述第二電極被布置在所述電阻小塊上，從而形成電勢場梯度。
39.一種用於在單一裝置中執行基於離子遷移率和質譜分析程序的系統，所述系統包括第一電極和第二電極，這兩個電極被布置以便在它們之間產生電場；第一電源，用於向所述第一電極施加動態共模電勢；以及第二電源，用於在以基於離子遷移率的光譜分析操作模式操作所述系統時，向所述第二電極施加不對稱波形。
40.根據權利要求39的系統，其中所述系統還包括第三電源，用於向所述第一電極施加振蕩RF電勢；以及第四電源，用於施加動態共模電勢。
全文摘要
一組電極，其中在不同的時段向該組電極施加不同的電勢，從而在離子樣品上執行基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析(MS)，通過以任意次序執行任意次數的基於離子遷移率的光譜分析和質譜分析來處理離子，並且作為單獨的或重疊的步驟執行，從而捕捉，分離和分析帶電粒子和源於原子，分子，粒子，亞原子粒子和離子的帶電粒子。
文檔編號H01J49/00GK1829911SQ200480021465
公開日2006年9月6日 申請日期2004年6月21日 優先權日2003年6月20日
發明者埃德加·D·莉, 艾倫·L·羅克伍德, 米爾頓·L·利, 塞繆爾·E·託利 申請人:楊百翰大學