[发明专利]离子迁移率分离装置

说明书

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背景技术

已知的是横越离子迁移率谱仪(IMS)的漂移区域施加均匀的电场，以便根据它们的离子迁移率来分离离子。所希望的是，为这种装置设置相对高的分辨率。通过提高漂移区域中的电场强度来提高这种装置的分辨率是可能的。然而，这将最终在漂移气体中导致电击穿。因此，为了提高该装置的分辨率，按照惯例，在维持电场强度的同时，提高漂移区域的强度被认为是需要的。然而，这导致了相对长的IMS装置和较大电位差的使用，以便在较长的漂移区域上维持相同的电场强度。这使得利用高的绝对电压成为必需，这会导致对于周围区域的危险放电。

因此，所希望的是，提供一种改进的离子迁移率分离器和改进的根据离子的离子迁移率来分离它们的方法。

发明内容

本发明提供了一种根据离子的离子迁移率来分离离子的方法，包括：

提供具有多个电极的RF离子引导件，所述多个电极被设置成形成呈闭环延伸的离子引导路径；

将RF电压供给至所述电极中的至少一些，以便将离子限制在所述离子引导路径内；以及

沿所述离子引导件的纵向轴线的至少一部分维持DC电压梯度，其中，所述电压梯度推动离子围绕所述离子引导件经历一个或多个循环并由此使所述离子在它们沿所述离子引导件通过时根据它们的离子迁移率进行分离。

传统上，曾需要利用相对长的漂移区域，以便获得离子迁移率分离的所需分辨率。本发明的闭环离子引导件使得离子迁移率分离的分辨率能够被提高，而无需大型装置，这是由于通过该装置的漂移长度可通过使离子围绕该装置经历多个循环而被增长。

所述离子引导件优选地包括离子入口/出口区域，所述离子入口/出口区域被构造成用于在一个模式中将离子引入到所述离子引导件中并用于在另一模式中将离子从所述离子引导件中提取出，其中，所述离子入口/出口区域处于所述离子引导件上的固定位置处。

优选地，所述离子引导件的所述电极被沿所述离子引导件的纵向轴线轴向间隔开，并且将不同的DC电压施加于轴向间隔开的所述电极中的不同的电极以形成所述DC电压梯度。

将本文中所述的DC电压梯度区域优选地限定在所述离子引导件的从处于相对高电位的第一电极延伸至处于相对低电位的第二电极的长度上。将越来越小的DC电位优选地沿从所述第一电极至所述第二电极的方向施加至位于所述第一电极与所述第二电极之间的电极以形成所述电压梯度。这不同于其中沿一系列电极输送电压阶跃或屏障(barrier)的布置。在本发明中，同样优选的是，所述离子在所述DC电压梯度区域内根据它们的离子迁移率进行分离。

优选的是，沿所述DC电压梯度区域设置大致均匀的DC电压梯度。在离子引导件由轴向间隔开的电极形成的实施方式中，这可通过在DC电压梯度区域中的成对的相邻电极之间提供相对小的电位差使得DC电位沿该区域渐次地且逐渐地降低来实现。

优选地，随着时间流逝，使维持所述DC电压梯度所沿的所述离子引导件的所述部分沿所述离子引导件移动。例如，所述DC电压梯度可沿该离子引导件来追逐所述离子，使得即使在离子围绕该离子引导件通过时，它们也保留在该DC电压梯度内。这会是有利的，在于可将相对小的电位差用于在相对小的区域上建立相对大的电场强度，并且该区域可随后被沿该离子引导件移动，使得离子在它们围绕离子引导件行进时保留在相对高强度的电场中。因此，离子可在具有相对高强度的电场区域中被分离，但无需在任一给定时刻沿整个离子引导件施加这种高电场强度，后者会需要跨过较长的长度施加较大的电位差。

作为选择，或者此外，可使电压梯度移动，使得离子可在它们围绕离子引导件多次通过时保留在相同DC电压梯度上。如果将DC电压梯度保持在固定位置中并且使离子围绕该离子引导件通过多次，则在一些位置处离子会必须作出从电压梯度的低电位端回到该电压梯度的高电位端的迁移。所不希望的是，离子越过这种电压间断性行进，这是因为所希望的是，离子在它们的离子迁移率分离期间仅行进通过大致均匀的且连续的DC电压梯度。

所述DC电压梯度优选地围绕所述离子引导件以一定的速率移动，使得所述离子中的至少一些在它们围绕所述离子引导件行进时持续地保留在所述DC电压梯度区域内，并且优选地直到在所述离子引导件的出口区域处将这种离子从所述离子引导件中提取出为止。离子可在它们围绕闭环离子引导件仅行进单个循环时保留在所述DC电压梯度内。作为选择，离子可在它们围绕闭环离子引导件反复行进多个循环时保留在所述DC电压梯度内。