[發明專利]使用離子快門進行離子分離的裝置及方法，尤其是IMS

有效

• 申請號: 201680044821.2
• 申請日: 2016-07-29
• 公開（公告）號: CN108139359B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: L·J·派珀
• 申請（專利權）人: 史密斯探測－沃特福特有限公司
• 主分類號: G01N27/622
• 分類號: G01N27/622;G01N27/623;H01J49/06
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳瀟瀟;肖冰濱

本公開涉及例如使用飛行時間和離子遷移性譜測定的用于離子分離的方法和裝置。還公開了在IMS單元中使用的離子快門及其操作方法。快門包括第一快門電極和第二快門電極。這兩個電極之間的勢壘電壓被控制以打開和關閉快門從而允許感興趣離子在漂移方向通過快門。控制涉及改變以下兩者：(a)第一快門電極的電壓；和(b)第二快門電極的電壓。

技術領域

本公開涉及裝置和方法，更特別地涉及例如使用飛行時間譜測量的用于離子分離的方法和裝置，以及更特別地涉及在IMS單元(cell)中使用的離子快門以及操作快門的方法。

背景技術

離子遷移譜儀(IMS)可以通過對材料(例如分子、原子等)進行離子化并測量得到的離子在已知電場下行進已知距離所花的時間來從感興趣樣本中識別材料。每個離子的飛行時間與離子的遷移性相關聯。離子遷移性與其質量和幾何形狀有關。因此，通過測量離子的飛行時間能夠推出其身份。這些飛行時間可以以圖形或數字被顯示為等離子體色譜圖。

一些IMS單元包括檢測器，其收集離子以測量其飛行時間由此它們可以被識別，這可以在存在漂移氣體時被執行由此遷移效應可以分離離子。一些IMS單元可以根據離子的飛行時間來分離離子由此具有所選飛行時間(即所選范圍的離子遷移性)的離子可以被提供給其他檢測器儀器，例如質譜儀，以用于進一步分析。這種技術的一個示例稱為IMS-MS，其中IMS單元用作離子過濾器以從樣本中選擇離子。所選的離子然后被提供給質譜儀。在這樣的離子識別或過濾方法中，可以通過打開離子快門從反應區釋放離子組和/或將其傳遞至質譜儀的入口。

IMS單元的反應區具有有限長度，且在快門保持打開的時間間隔中，分布在反應區的離子必須(至少部分)經過反應區到達快門。本案的發明人意識到這意味著僅在短時間間隔保持快門打開可以減少在該時間間隔能夠經過反應區的低速運動的離子的數量。本案發明人意識到這可以降低檢測器對低速運動離子的敏感度。在離子經過快門之后，其沿著漂移室的運動取決于漂移室中的電壓分布。發明人進一步意識到關閉快門的動作可以修改快門附近的分布電壓(profile voltage)。如果是這樣，漂移室中的離子組的后部在相同位置時可能經歷與組前部不同的分布電壓。發明人從中認為這可能相對于離子組其余部分拖慢或加速離子組后部的離子。

這使得發明人相信這些因素可能不利地影響IMS單元的分辨率和敏感度。

發明內容

本發明的方面和實施方式在權利要求書中提出且目的是至少部分解決例如上述的問題。本發明的這些和其他方面以及實施方式也在本申請中描述。

附圖說明

下面參考附圖僅通過示例的方式描述實施方式，在附圖中：

圖1是通過IMS單元的部分截面的圖示；

圖2示出了例如圖1中示出的IMS單元的示意圖；

圖3示出了操作IMS單元的方法并包括一組IMS單元的示意圖，每一個圖示出了沿著IMS單元的電壓分布，其中：圖3a示出了在離子釋放到漂移區之前的狀態，圖3b示出了離子釋放到漂移區，圖3c示出了離子快門被關閉，圖3d示出了重置離子快門的第一步驟，以及圖3e示出了重置離子快門的第二步驟；

圖4示出了使用兩個根據時間的電壓變化圖的快門的電壓控制方案，其中一個用于第一快門電極(圖4a)，一個用于第二快門電極(圖4b)；以及

圖5示出了使用兩個根據時間的電壓變化圖的快門的另一電壓控制方案，其中一個用于第一快門電極(圖5a)，一個用于第二快門電極(圖5b)；以及

圖6示出了離子快門結構的示意圖，包括沿著漂移方向面向快門的視圖(圖6A)，與漂移方向垂直的三個不同可能快門結構的截面圖(圖6B、圖6C以及圖6D)。

在附圖中相同的附圖標記用于指示相同的元件。

具體實施方式