离子迁移过滤器的制作方法

本发明涉及离子迁移过滤器，例如但不限于场非对称离子迁移谱过滤器。

背景技术：

离子迁移谱被用于探测气体(例如空气)中的特定化学物质。差分迁移谱(differentialmobilityspectrometry，dms)，又称场非对称波形离子迁移谱(field-asymmetricwaveformionmobilityspectrometry，faims)，被认为是对气相离子进行分离和表征的有力工具。如例如krylov等人在《国际质谱学杂志(internationaljournalofmassspectrometry)》第279期(2009年)的第119页至125页的“差分迁移谱中的温度效应(temperatureeffectsindifferentialmobilityspectrometry)”中所解释的，dms谱的稳定性和重复性是在分析应用中使用dms的重要问题。已知漂移气体压力和温度对离子迁移的场依赖性有影响、改变了dms谱中的波峰位置，krylov的论文中提出了一种可用于对dms谱进行温度校正的模型。

如us2005/0167587a1中所阐释的，温度的升高导致了cv谱中的波峰因离子分离的增加而展宽。在这种条件下，在室温下分离的两个离子可能无法在100℃分离。类似地，在室温下未能分离的两个离子也可能在10℃分离。

如例如wilks等人在《国际质谱学杂志》第15期(2012年)的第199页至222页的“微型超高场离子迁移谱的特性(characterizationofaminiature,ultra-high-field,ionmobilityspectrometer)”中所解释的，离子通道间隙宽度是影响faims系统性能的一个因素。

申请人还认识到对用于选择性地区分特定化学物质的可替代的解决方案的需求。

技术实现要素：

根据本发明，提供了如所附权利要求所阐述的设备。本发明的其它特征将从从属权利要求和以下描述中变得明了。

我们描述了一种用于过滤气体样本中的离子的离子过滤器，所述离子过滤器包括：多个电极；第一离子通道，用于从所述气体样本中的目标化学物质中过滤离子，其中所述第一离子通道限定在所述多个电极中的第一对电极之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度；以及第二离子通道，用于从所述气体样本中的所述目标化学物质中过滤离子，其中所述第二离子通道限定在所述多个电极中的第二对电极之间的间隙，并且具有第二离子通道间隙宽度，其中所述第一离子间隙宽度大于所述第二离子间隙宽度。

所述电极对的相对表面可以因此形成离子通道的相对的壁。通过具有具备不同间隙宽度的通道，可以增加离子过滤器的选择性。这是因为不太可能有这种情况：来自多种不同样本的离子将可以穿过具有不同间隙宽度的通道而不会被其中一个电极所中和。例如，在faims系统中，将可能选择特定的补偿场，以使得仅目标化学物质的离子穿过两条离子通道。

所述离子过滤器可以包括：具有至少三条离子通道的离子通道阵列，其中所述阵列中的每条离子通道限定在所述多个电极中的相应电极对之间的间隙，并且具有相应的离子通道间隙宽度。因此，具有从气体样本中的目标化学物质中过滤离子的第三离子通道，其中所述第三通道形成在第三对电极之间并且具有第三离子通道间隙，类似地，也可以在第四对电极之间具有第四通道等等。

可以具有多种不同的离子通道间隙宽度，因此通道数量的增加可以提供增强的敏感度。在一种布置中，所述离子通道阵列中的每条离子通道可以具有与每条相邻的离子通道不同的离子通道间隙宽度。应当理解的是，在阵列一侧的离子通道将仅具有单个相邻的离子通道，而在阵列中间的离子通道将具有两条相邻的离子通道。如下面所描述的，相邻的通道将彼此紧邻或者由电极隔开。

在阵列中的离子通道可以被布置成：具有最小的离子间隙宽度的离子通道被设置成与每条具有更大的离子间隙宽度的离子通道相比更靠近所述离子过滤器的中心。通常，离子更倾向于流过离子过滤器的中心区域。类似地，离子更可能流过更宽的通道。通过将更窄的离子通道设置在离子过滤器的中心并且更宽的离子通道朝向离子过滤器的边缘，可以促使离子在离子过滤器的整个宽度上更均匀地流动。更一般性地，所述离子通道将被布置成具有不同的离子通道间隙宽度的分布，以匹配所期望的轮廓。

所述离子过滤器可以包括单片电极层，其中每条离子通道和/或每个电极位于所述单片电极层中。这将减少制造成本并简化制造流程。

所述电极层可以包括第一电极部和第二电极部，并且其中每对电极包括位于所述第一电极部中的第一电极以及位于所述第二电极部中的第二电极。所述多个电极可以包括电极的第一阵列和第二阵列。所述第一电极部可以包括所述第一阵列，所述第二电极部可以包括所述第二阵列。所述第一电极部以及因此所述第一阵列可以包括设置为相同电位的正电极，并且所述第二电极部以及因此所述第二阵列可以包括设置为相同电位的负电极，反之亦然。虽然可能仅具有两个电极部，但每一个电极部可以被认为包括多个单独的电极。换句话说，在第一或第二阵列中的每一个电极可以被认为是单独的电极，即使它们在物理上是连接的。

所述离子通道可以形成连续通道的一部分，所述连续通道将所述电极层分成第一电极部和第二电极部。所述电极的第一阵列和第二阵列可因此形成电极的交叉指型阵列，该电极的交叉指型阵列可以被认为是类似指部的。在交叉指型阵列中，每一对相邻的离子通道可以由电极进行分隔，如上面所述的，这些“指部”电极可以被认为是单独的电极，即使它们是第一或第二电极部的一部分。类似地，虽然具有单个通道，但其可以被有效地视为被分成形成了单独的离子通道的多个部分，其中离子单独地流过每一条离子通道。因此，第一对电极可以包括来自第一阵列的第一电极以及来自第二阵列的第一电极，并且第二对电极可以包括来自第一阵列的第二电极以及来自第二阵列的第一电极等等。换句话说，由三个电极的两种不同的组合而不是由四个不同的电极形成第一对电极和第二对电极。电极的交叉指型阵列可因此提供紧凑的并且具有大量离子通道的离子过滤器。这种离子过滤器可因此具有增强的敏感度。

在所述交叉指型阵列中，每条单独的离子通道的间隙宽度可以从阵列的外边缘到阵列的中心在宽度上逐渐变窄。在这种布置中，每条离子通道优选地沿离子通道的长度保持恒定的间隙宽度。通过使离子间隙宽度逐渐变窄，中心离子通道与朝向边缘的离子通道相比宽度更窄，以获得更均匀地流过离子过滤器的益处。这将导致在交叉指型阵列中的每个阵列中的电极之间的不均匀的间隔。可替代地，在第一阵列中的每个电极可以与其相邻的电极均匀地间隔开，并且类似地，在第二阵列中的每个电极可以与其相邻的电极均匀地间隔开。第一阵列和第二阵列可以被偏置，以使得交叉指型阵列中的每条相邻的通道具有不同的离子间隙宽度。

所述多个电极中的每一个电极可以是弯曲的。例如，所述交叉指型阵列可以包括多个同心地设置的电极。所述多个电极可以包括具有大体上不连续的中空圆柱体形状的电极。每一个圆柱体可以包括突出部，该突出部位于相邻圆柱体的缩进部(indentation)中。在该布置中，电极对的相对表面可以分别形成所述圆柱体的外表面和内表面。

对于所述交叉指型阵列，典型地，所述离子通道由电极分隔。在另一个布置中，所述第一离子通道和第二离子通道可以彼此直接接触，从而限定在第一电极部和第二电极部之间的孔。在存在离子通道阵列的情况下，每条离子通道可以直接地接触以在离子过滤器中形成单个孔。可替代地，离子通道可以被组成在一起以形成多于一个孔。换句话说，在所述孔中的离子通道之间不存在如其他布置那样的电极。在该布置中，第一对电极可以包括来自第一阵列的第一电极以及来自第二阵列的第一电极，并且第二对电极可以包括来自第一阵列的第二电极以及来自第二阵列的第二电极等等。换句话说，每个电极都不用在多于一对的电极中。在该布置中，每个第一电极和每个第二电极分别形成一对第一电极部和第二电极部的相对表面。如上面所述的，虽然电极是第一电极部和第二电极部的表面的有效部分，但其可以被认为是单独的电极，这是因为它们限定了通道。相对的电极对可以形成每条离子通道的相对端壁。每条离子通道的端壁可以小于离子通道的直接接触部分。离子可以流过每一个孔，所述孔也可以被称作简化孔。在仅具有单个孔的情况下，这意味着所有气体一起流过该孔，这是有利的。

所述孔可以将多个电极分隔成第一部分和第二部分。在所述孔的任一侧在所述第一电极部与所述第二电极部之间也可以设置有绝缘材料。因此，所述孔与所述绝缘材料一起可以确保电极部之间的足够的电绝缘，以避免正电极和负电极出现任何短路。

在所述孔中，每条独立的离子通道的间隙宽度可以从孔的外边缘到孔的中心在宽度上逐渐变窄。以这种方式，中心离子通道与朝向边缘的离子通道相比宽度更窄，以获得更均匀地流过离子过滤器的益处。如上面所述的，在每条离子通道中的间隙宽度在通道的整个长度上优选地是恒定的。如在其它布置中，相邻的离子通道的间隙宽度可以是不同的。

所述离子过滤器可以包括：正电极的第一阵列和负电极的第二阵列，其中每对电极包括位于所述第一阵列的第一电极以及位于所述第二阵列内的第二电极。在具有第一电极部和第二电极部的情况下，所述第一阵列可以位于所述第一电极部中并且所述第二阵列可以位于所述第二电极部中。在不具有第一电极部和第二电极部的情况下，负电极可以与正电极交替布置，因此在由每条通道限定的间隙的任一侧在每个正电极与负电极之间可以具有绝缘材料。以这种方式，离子通道与绝缘材料一起可因此确保正电极与负电极之间的足够的电绝缘，以避免正电极和负电极出现任何短路。

所述多个电极中的每一个电极可以为中空的圆柱体的形式，其可以相对于彼此同心地布置。所述第一离子通道可以是限定在第一电极与第二电极之间的第一组离子通道的一部分，所述第二离子通道可以是限定在所述第二电极与第三电极之间的第二组离子通道的一部分。每一组离子通道可以包括相同数量的(例如三条)离子通道，或者不同数量的离子通道，在第一组离子通道中的每条离子通道可以具有相同的间隙宽度，该间隙宽度可以大于第二组离子通道中的每条离子通道的间隙宽度。

作为单片电极层的替代方式，可以具有多个电极层，其中每个电极层包括至少一条被限定在一对电极之间的离子通道。例如，第一电极层可以包括第一离子通道，第二电极层可以包括第二离子通道。在这种布置中，每一对电极可以形成在单独的层中。

如上面所描述的，所述离子过滤器可以被包含到频谱系统中，因此我们还描述了离子迁移谱系统，该系统包括：如上所述的离子过滤器；用于在气体样本中产生离子的电离器；以及用于探测来自所述离子过滤器的输出的探测器。所述探测器可以包括用于每条离子通道的探测元件，例如一对探测器电极。

所述系统可以包括处理器，该处理器被配置成为每一个离子通道生成图形输出；所述图形输出可以基于信息，例如由探测器探测到的离子电流。通过生成针对每个离子通道的图形输出，以两个不同的离子通道间隙宽度产生目标化学物质的输出。这将有助于识别目标化学物质。所述处理器可以被配置以生成在所述探测器处的离子电流的测量值所述离子电流的测量值是针对每一个离子通道所施加的弥散场与所施加的补偿场的函数。因此，系统可以包括用于施加弥散场和补偿场的驱动信号系统。应当理解的是，通过利用探测器(其包括用于每一个离子通道的单独探测元件)，可以更容易地产生这样的输出，然而所述处理器可以被配置成从不同类型的探测器产生输出。

应当理解的是，上面所描述的离子过滤器也可用于过滤离子。因此，我们还描述了从气体样本中的目标化学物质中过滤离子的方法，所述方法包括：使所述气体样本穿过第一离子通道，以从所述气体样本中的目标化学物质中过滤离子；使所述气体样本穿过第二离子通道，以从所述气体样本中的所述目标化学物质中过滤离子；其中，所述第二离子通道与所述第一离子通道分离，并且所述第二离子通道的离子通道间隙宽度与所述第一离子通道的离子通道间隙宽度不同。

气体样本可以同时地穿过所述第一离子通道和所述第二离子通道。可替代地，气体样本可以依次地穿过所述第一离子通道和所述第二离子通道。该方法还可以包含上述与离子过滤器相关的特征。

我们还描述了从气体样本中的目标化学物质中探测离子的方法，所述方法包括：电离所述气体样本，以产生所述目标化学物质的离子；以上述方法对所述离子进行过滤；以及利用探测器探测从过滤器输出的离子。该方法还可以包含上述与系统相关的特征。

附图说明

为了更好地理解本发明，并说明可以如何实施本发明的实施例，现在将仅以示例的方式参考随附的示意图，其中：

图1a是频谱系统的示意图；

图1b是图1a的系统中的离子过滤器中的通道的示意图；

图1c是图1a的频谱系统的替代性示意图；

图1d是来自图1c的系统的输出的示例；

图2a和图2b图示了可用于图1a的系统中的第一离子过滤器的平面图和截面；

图3a和图3b图示了第二离子过滤器的平面图和截面；

图4a和图4b图示了第三离子过滤器的平面图和截面；

图5a和图5b图示了另一离子过滤器的平面图和截面；

图6a和图6b图示了另一离子过滤器的平面图和截面；

图7a和图7b图示了另一离子过滤器的平面图和截面；

图8a和图8b图示了另一离子过滤器的平面图和截面；以及

图9是另一过滤器的平面图。

具体实施方式

图1a至图1d显示了频谱系统的示意图，该系统可以是微型装置，如wilks等人在《国际离子迁移谱杂质(int.j.ionmobilspec)》的第15期(2012年)的第199至222页的“微型超高场离子迁移谱的特性”中所描述的那样的微型装置。如图1a所图示的，气体流入电离器10，然后生成的离子穿过离子过滤器12。该离子过滤器将离子分离，因此可以将其称为离子分离器。在所显示的示例中，离子过滤器具有多个离子通道，每个离子通道具有小的间隙宽度(约为30μm(微米)至50μm的间隙宽度g)以及相对短的长度(例如约为300μm的长度l)。所述间隙表面由高导电性硅(或类似的材料)制成，并且通过引线键合而电连接到硅表面上的金属焊盘。从离子分离器出来的离子由离子探测器14探测。已知的是温度和压力能影响结果，因此在系统中还可以包括温度传感器16和/或压力传感器18。这些装置被示意地图示在输出气流上，但是也可以结合到该装置内的其它适当位置。

如图1b所图示的，将振荡电场施加至离子分离器。施加低压脉冲时长t(s)、高压脉冲时长τ(s)和峰值电压vd的可变高压不对称波形，以建立vd/g(kvcm^-1)的可变场。离子分离器内的每个离子的迁移率在低场迁移k0与高场迁移ke之间振荡，高场迁移率与低场迁移率之间的差被称为δk。不同化学物质的离子将具有不同的δk值，离子采用净纵向漂移路径长度(dh-dt)通过离子过滤器，该长度由它们的高场和低场漂移速度(vd(h)和vd(l))以及高场和低场脉冲时长所决定。只有处于“平衡”状态的离子，例如图1b中的中间离子，才会从离子分离器中出来，并且被离子探测器探测到。接触到离子通道两侧的离子将不会被探测到。在所施加的波形的顶部施加偏置直流“调谐电压”(vc)，以实现对峰值电压vd的微调，从而抵消特定δk的离子所经历的漂移。

如图1c所示意性显示的，如上面所描述的，驱动信号系统130将不对称波形和调谐电压施加至离子过滤器100。来自离子过滤器100的输出离子由探测器110探测。来自探测器110的输出被发送至处理器120，处理器120可以是本地的(即在离子过滤器内部)或远程的(即在单独的计算机/服务器中)。处理器适于提取数值参数，这些数值参数有助于对离子进行化学探测、识别、分类和/或量化。例如，该处理器可以被配置以产生如图1d所显示的输出，其中将探测器处的离子电流的测量值绘制成由被称为弥散场ed(kvcm^-1)的非对称波形所得到的施加电场与由被称为补偿场ec(kvcm^-1)的直流电压所得到的施加电场的函数。该谱输出也可以被可替代地表示为在m补偿场和n弥散场设置下的离子电流测量值的m×n矩阵。

图1d图示了丙酮(acetone)、2-丁酮(2-butanone)和甲基膦酸二甲酯(dimethylmethylphosphonate，dmmp)的单体和二聚体的ec：ed峰值轨迹。这些轨迹被用于通过将所得到的图形与先前收集的在相同条件下生成的已知化学物质的图形进行比较，来识别特定化学物质的离子是否存在于气体样本中。但是，如图1d所显示的，一些化学物质的图形是相似的，因此当差异不太明显时，这种识别会更加困难。

如背景技术部分中所解释的，温度是影响来自过滤器的输出的因素。在较强的电场(如faims中使用的电场)中，离子从场中获得大量能量，并且离子-中性粒子之间相互作用的频率和强度发生变化。因此，在固定体积气体温度下的迁移系数ke如下所示变得依赖于电场：

ke＝k0{1+α(ed)}

其中，k0是低场条件下的迁移系数，α(ed)是表征场迁移率相关性的非维度函数(称为α函数)，ed是弥散场。温度以两种方式，即改变气体密度，n，影响离子迁移率。此外，气体温度改变离子和中性粒子的动能分布，并因此改变离子-中性粒子之间碰撞能量的分布和离子迁移率。离子的有效温度teff可被定义为：

其中，t为中性气体温度(即无电场时的温度)，ζ为离子-中性粒子之间碰撞效率因子，m为漂移气体的分子量，k0为低场条件下的迁移系数，n0为标准的气体密度，ed/n为汤生(townsend)弥散场，n为气体密度，kb为玻尔兹曼(boltzmann)气体常数。

图2a和图2b显示了可用于图1a中所示的系统的第一离子过滤器20。离子过滤器20包括单片(monolithic)电极层40，该单片电极层40包括第一电极部22和第二电极部24，第一电极部22和第二电极部24由孔26分开。如图2b中更清楚地图示出的，孔26穿过单片电极层40，并且在使用中引导离子流通过离子过滤器。单片电极层40被支撑在环状框架形的支撑层42上。在孔26的任一侧，具有绝缘材料(例如硅)部28，该绝缘材料部28将第一电极部与第二电极部彼此电绝缘。因此，孔26的两个相对面(以粗线突出显示)分别由第一电极部和第二电极部进行限定，并且因此涂覆有导电材料(例如金)。孔的其它两个相对面是绝缘的。

所述单片电极层包括多个电极30a、30b、30c、32a、32b、32c。电极被分成第一电极部22中的第一电极30a、30b、30c的阵列和第二电极部24中的第二电极32a、32b、32c的阵列。每个第一电极可以是正电极，每个第二电极可以是负电极，反之亦然。因此，如图所示，电极是第一电极部和第二电极部的表面的一部分，但在本文中也可以被限定为单独的电极。

孔26包括三条离子通道34a、34b、34c的阵列，所述离子通道彼此直接接触，即它们不被电极彼此分开。类似于电极，这些离子通道形成所述孔的一部分，但在本文中也可以被视为单独的离子通道。第一离子通道34a限定了在第一对相对的电极30a、32a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d。类似地，第二离子通道34b限定在第二对相对的电极30b、32b之间的间隙，并且具有第二离子通道间隙宽度d。第三离子通道34c限定在第三对相对的电极30c、32c之间的间隙，并且具有第三离子通道间隙宽度d。换句话说，每条离子通道限定了在多个电极中的相应电极对之间的间隙。此外，每个离子通道间隙宽度是相对的电极对之间的距离。在该布置中，第一离子间隙宽度d大于第二离子间隙宽度和第三离子间隙宽度，第二离子间隙宽度和第三离子间隙宽度等于d。可以理解的是，也可以使用其它间隙宽度，但大体上，优选地，每条离子通道所具有的离子间隙宽度与和其相邻的每条离子通道的离子间隙宽度不同。

使用具有不同宽度的离子通道提供了更高的灵敏度。如上文所解释的，在faims系统中，在所施加的波形的顶部上施加偏置直流“调谐电压”(vc)，以实现对峰值电压vd的微调，从而抵消特定δk的离子所经历的漂移。通过使用具有不同宽度的通道，可以选择调谐电压，由此在多数情况下，只有目标化学物质的离子中能够沿着不同宽度的离子通道行进，而不会撞上位于离子通道两侧的电极中的一个或另一个电极。

图3a和图3b显示了可用于图1a中所示的系统的第二离子过滤器220。该第二离子过滤器220具有一些与图2a中图示的离子过滤器相同的特征。如先前的布置，离子过滤器220包括单片电极层240，该单片电极层240包括第一电极部222和第二电极部224，第一电极部222和第二电极部224由孔226分开。单片电极层240被支撑在环状支撑层242上。在孔226的两侧，具有绝缘材料部228，并且该孔的导电面和非导电面的模式(pattern)与图2a中相同。

在这种情况下，所述单片电极层包括多个电极230a至230e和232a至232e，如图2a那样，这些电极被分成第一阵列和第二阵列。孔226包括五条离子通道234a至234e的阵列，这些离子通道彼此直接接触。第一离子通道234a限定了在第一对相对的电极230a、232a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d1。类似地，其它离子通道234b到234e中的每一条通道限定了在其它对相对的电极(230b，232b)、(230c，232c)、(230d，232d)之间的的间隙，并且具有相应的离子通道间隙宽度dn。在该布置中，第一离子间隙宽度d1大于第二间隙宽度d2和第三离子间隙宽度d3。第一离子间隙宽度d1也大于与第二离子间隙宽度d2相等的第四离子间隙宽度d4。第五离子间隙宽度d5等于第一离子间隙宽度d1。可以理解的是，也可以使用其它间隙宽度，但如图所示，每条离子通道优选地具有与其相邻的每条离子通道不同的离子间隙宽度。因此，第一离子通道具有与其相邻的第二离子通道不同的离子间隙宽度，并且第二离子通道具有与第一和第三离子通道均不同的离子间隙宽度。

在这种布置中，具有最窄的离子间隙宽度d3的离子通道与其它的都具有更宽的离子间隙宽度的离子通道相比更靠近所述离子过滤器的中心。换句话说，通道相对于彼此的间隙宽度朝向离子过滤器的中心逐渐变窄。这有助于引导流体通过所有离子通道，而不是流体主要地穿过其中一个通道。如上文所解释的，气体样本将更倾向于穿过更宽的通道或者该离子过滤器的中心的通道。因此，通过将较窄的通道设置在中心位置，流动可以更均匀地分布在不同的离子通道中。可以理解的是，可以以最佳的布置将通道布置在具有间隙宽度的孔中，以提供所需的流动模式。

图4a和图4b显示了可用于图1a中所示的系统的第三离子过滤器320。如在先前的布置中，离子过滤器320包括单片电极层340，该单片电极层340包括第一电极部322和第二电极部324。单片电极层340被支撑在环状支撑层342上。与图2a和图3a所示的布置相比，连续通道344而不是孔将电极层分成第一电极部和第二电极部。

单片电极层包括多个电极330a至330e和332a至332d，这些电极被分成第一阵列和第二阵列，其中第一阵列位于所述第一电极部中，第二阵列位于所述第二电极部中。在这种布置中，每个阵列中具有不同数量的电极。第一电极阵列和第二电极阵列还形成电极的交叉指型阵列。

所述连续通道344包括八条离子通道334a至334h的阵列。第一离子通道334a限定在第一对相对的电极330a、332a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d1。类似地，其它离子通道334b至334h中的每一条通道均限定在其它对相对的电极之间的间隙，并且与之前一样，所述间隙的宽度是相对的电极之间的距离。然而，这些电极的交叉指型布置意味着除电极层边缘处的电极以外的所有电极均与两个不同的电极进行两次配对，以形成两个不同的离子通道。因此，第二离子通道334b限定在一对相对的电极330b、332a之间的间隙d2–换句话说，第二电极部中的第一电极332a是用于第一离子通道和第二离子通道的一对电极中的一半电极。其它离子通道334c至334g限定了以下相对的电极对之间的间隙：(330b，332b)、(330c，332b)、(330c，332c)、(330d，332c)、(330d，332d)、(330e，332d)，并且每条离子通道具有相应的离子通道间隙宽度dn。在该布置中，第一离子间隙宽度d1等于第八离子间隙宽度d8，d8大于其它间隙宽度；d4是最小的间隙宽度。第二离子间隙宽度d2等于第七离子间隙宽度d7。可以理解的是，也可以使用其它间隙宽度，但如图所示，每条离子通道优选地具有与其相邻的每条离子通道不同的离子间隙宽度。因此，第一离子通道具有与其相邻的第二离子通道不同的离子间隙宽度，并且第二离子通道具有与第一和第三离子通道均不同的离子间隙宽度等等。

在这种布置中，类似于图3a，具有最窄的离子间隙宽度d4的离子通道与其它的都具有更宽离子间隙宽度的离子通道相比更靠近所述离子过滤器的中心。换句话说，如之前那样，间隙宽度朝向所述中心逐渐变窄。如上文所解释的，这有助于引导流体更均匀地通过离子过滤器。

图5a和图5b显示了可用于图1a中所示的系统的第四离子过滤器420。其布置与图4a所图示的布置类似，离子过滤器420包括单片电极层440，该单片电极层440包括第一电极部422和第二电极部424。单片电极层440被支撑在环状支撑层442上。连续通道444将所述电极层分成第一电极部和第二电极部。

所述单片电极层包括多个电极430a至430e和432a至432d，这些电极被分成第一阵列和第二阵列，其中第一阵列位于所述第一电极部中，第二阵列位于所述第二电极部中。类似于之前描述的，每个阵列中具有不同数量的电极。第一电极阵列和第二电极阵列也形成了电极的交叉指型阵列。在图4a的布置中，朝向离子过滤器的中心的间隙宽度较窄，这使得每个电极阵列的电极之间具有不均匀的间隔。相反，如在下面更详细地解释的，在图5a的布置中，在第一阵列和第二阵列的每一个中，电极是均匀间隔的。

连续通道444包括八条离子通道434a至434h的阵列。第一离子通道434a限定在第一对相对的电极430a和432a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d1。类似地，其它离子通道434b至434h中的每一条通道均限定在其它对相对的电极之间的间隙，除了电极层的边缘处的电极以外的所有电极均与两个不同的电极进行两次配对，以形成两个不同的离子通道。其它离子通道434b至434g按如下所述限定在相对的电极对之间的间隙：(430b，432a)(430b，432b)、(430c，432b)、(430c，432c)、(430d，432c)、(430d，432d)、(430e，432d)，并且每条离子通道均具有相应的离子通道间隙宽度dn。在该布置中，第一离子间隙宽度d1、第三离子间隙宽度d3、第五离子间隙宽度d5和第七离子间隙宽度d7中的每一个彼此相等，并且第二间隙宽度d2、第四间隙宽度d4、第六间隙宽度d6和第八离子间隙宽度d8中的每一个彼此相等且小于上面奇数间隙宽度。这样，相邻的通道具有不同的间隙宽度，但是通过将具有相等尺寸的间隙宽度进行交替，阵列中的电极之间的间隔相等，因此两个规则间隔的阵列实际上只是相对于彼此交错。

图6a和图6b显示了可用于图1a中所示的系统的第五离子过滤器520。由于离子过滤器520包括被支撑在环状支撑层542上的单片电极层540，因此其布置与图2a、图3a、图4a和图5a所图示的布置相似。然而，这里不具有单独的第一电极部和第二电极部。

所述单片电极层包括多个电极530a至530c和532a至532b，这些电极被分成第一阵列和第二阵列。与之前那样，每个阵列中具有不同数量的电极。尽管不具有第一电极部和第二电极部，但如之前那样，所述第一阵列中的电极为正电极，所述第二阵列中的电极为负电极(反之亦然)。电极阵列将第一阵列中的电极与第二阵列中的电极进行交替，因此将绝缘材料设置在每对相邻的电极之间，以隔离任何接触表面。

所述电极层还包括四条离子通道534a至534d的阵列。第一离子通道534a限定在第一对相对的电极530a和532a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d1。类似地，其它离子通道534b至534d中的每一条通道均限定在其它对相对的电极之间的间隙，其中除电极层边缘处的电极以外的所有电极均与两个不同的电极进行两次配对，以形成两个不同的离子通道。所述间隙宽度是相对的电极之间的距离。其它离子通道534b至534d按如下所述限定在相对的电极对之间的间隙：(530b，532a)(530b，532b)、(530c，532b)，并且每条离子通道具有相应的离子通道间隙宽度dn。在该布置中，第一间隙宽度大于第二间隙宽度d2，第二间隙宽度d2大于第三间隙宽度d3。第四间隙宽度d4最小。因此，间隙宽度从离子过滤器的一侧到另一侧减小(即逐渐变窄)。应当理解的是，四条离子通道仅仅是示意性的，并且可以包括更多或更少的离子通道。还应当理解的是，离子通道可以布置为最窄的离子通道朝向离子过滤器中心，以获得上述布置或任何其它布置中的所述的益处，尽管如前面所述，但使相邻通道具有不同的间隙宽度是优选的，但不是必需的。

图7a和图7b显示了可用于图1a中所示的系统的第六离子过滤器620。在图2a、图3a、图4a和图5a所图示的每种布置中，几何形状大体上为矩形或方形，但在图7a中，离子过滤器是圆形的。应当理解的是，之前的布置也可以适合于圆形的。在图7a中，离子过滤器620包括基底层640，电极以下文所描述的方式在该基底层上图案化(pattern)。因此，与其它实施例不同，这里不存在单片电极层和环状支撑。所述基底层由绝缘材料(例如硅)制成，所述电极可以由导电金属(例如金)图案化。

多个电极630a、630b、632a被分成第一阵列和第二阵列。如之前那样，每个阵列中具有不同数量的电极。虽然不具有第一电极部和第二电极部，但如之前那样，第一阵列中的电极为正电极，第二阵列中的电极为负电极(反之亦然)。在该布置中，电极是环状的，并且通过将第一阵列中的电极和第二阵列中的电极交替设置，该电极被设置成同心图案。绝缘材料628设在每个电极之间，以隔离任何接触表面。电气连接629(例如，引线)被图案化在与电极相对的基底的表面上。穿过基底的孔使每个电气连接与相应的电极连接。

电极层还包括六条离子通道634a至634c和636a至636c的阵列。在第一组三条离子通道636a至636c中，每条离子通道限定在第一对相对的电极630a、632a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d1。在第二组三条离子通道634a至634c中，每条离子通道限定在第二对相对的电极630b、632a之间的间隙，并且具有第二离子通道间隙宽度d2。所述间隙宽度是相对的电极之间的距离。在该布置中，第一间隙宽度大于第二间隙宽度d2。

第一组三条离子通道在最外侧电极630a与其相邻的电极632a之间实际上形成第一不连续通道。类似地，第二组三条离子通道在最内侧电极630b与其相邻的电极632a之间形成第二不连续通道。每条不连续通道在相邻的离子通道之间均包括绝缘材料628。在图示的布置中，不连续的通道相对于彼此被同心地布置。应当理解的是，每条不连续通道可以包括不同数量的离子通道，并且阵列中可以具有多于三个的电极。这种圆形几何形状意味着每条离子通道均具有相对的曲面。对每条离子通道表面的曲率半径进行选择，使得这些表面平行，并且在整条离子通道中保持恒定的离子通道间隙宽度。

图8a和图8b显示了可用于图1a中所示的系统的第七离子过滤器720。其布置与图4a和图5a中所示的布置类似，并且离子过滤器720包括单片电极层740，该单片电极层740包括第一电极部722和第二电极部724。单片电极层740被支撑在环状支撑层742上。连续通道744将所述电极层分成第一电极部和第二电极部。与图4a和图5a的布置相反，连续通道744是弯曲的，由此虽然过滤器的总体轮廓是矩形的，但如下面所解释的，交叉指型电极是弯曲的。如图6a中那样，圆形几何形状意味着每条离子通道均具有相对的弯曲表面。每条离子通道表面的曲率半径是相同的，使得离子通道间隙宽度在整个离子通道中保持恒定。

所述单片电极层包括多个电极730a、730b和732a至732b，这些电极被分成第一阵列和第二阵列，其中所述第一阵列位于第一电极部中，所述第二阵列位于第二电极部中。第一电极730a和第二电极730b在截面上大体上为圆形的，第二电极730b被同心地安装在第一电极730a内。两个电极均具有不连续的圆环(annularring)形式的截面，并因此形成部分中空的圆柱体。每个电极具有间隔部750a、750b和突出部752a、752b，间隔部750a、750b与其它电极中的间隔部750a、750b对准，并且突出部752a、752b从圆形的相对部分延伸到所述间隔部。第一电极730a上的突出部形成连接部，该连接部将两个电极连接在一起。第二阵列中的第一电极732a和第二电极732b大体上也是圆柱形的，第二电极732b被同心安装在第一电极732a内。第一电极732a具有不连续的圆环截面，第二电极732b具有大体上圆形的截面。两个电极具有间隔部754a、754b和突出部756a、756b，间隔部754a、754b与第二阵列的其它电极中的间隔部754a、754b对准，并且突出部756a、756b从圆形的相对部分延伸到所述间隔部。所述第二阵列的第一电极732a的突出部756a延伸穿过所述第一阵列的第一电极730a中的间隔部750a，所述第二阵列的第二电极732b的突出部756b延伸穿过所述第一阵列的第二电极730b中的间隔部750b。类似地，所述第一阵列的第一电极730a的突出部752a延伸穿过所述第二阵列的第一电极732a中的间隔部754a，并且所述第一阵列的第二电极730b的突出部752b延伸穿过所述第二阵列中的第二电极732b中的间隔部754b。所述第二阵列的第一电极732a位于所述第一阵列中的第一电极和第二电极之间，并且所述第二阵列的第二电极732b同心地位于所述第一阵列的第二电极内。这样，第一电极阵列和第二电极阵列也形成了电极的交叉指型阵列，电极的交叉指型阵列在该布置中具有圆形几何形状。

连续通道744包括七条离子通道734a到734g的阵列。第一离子通道734a限定在第一对相对的电极730a、732a之间的间隙，并且具有第一离子通道间隙宽度d1。第二离子通道734b限定在第二对相对的电极730b、732a之间的间隙，并且具有第二离子通道间隙宽度d2。第三离子通道734c限定在第三对相对的电极730b、732b之间的间隙，并且具有第三离子通道间隙宽度d3。第一至第三离子通道中的每条通道均具有弧形截面。第四至第六离子通道与离子过滤器另一侧上的第一至第三离子通道的形状呈镜像。其它离子通道734d至434f按如下所述限定在相对的电极对之间的间隙：(730b，732b)(730b，732a)、(730a，732a)，并且每条离子通道具有相应的离子通道间隙宽度dn。在该布置中，第一离子间隙宽度d1与第六离子间隙宽度d6彼此相等、第二离子间隙宽度d2与第五离子间隙宽度d5彼此相等，第三离子间隙宽度d3与第四离子间隙宽度d4彼此相等。这样，相邻通道具有不同的间隙宽度。此外，第一离子通道宽度d1大于第二离子通道宽度d2，第二离子通道宽度d2大于第三离子通道宽度d3，使得离子通道宽度朝向离子过滤器的中心减小，以提供上述优点。

图9图示了可替代的离子过滤器820的示意图，其中有多个电极层而不是有单片电极层。每一电极层由本领域普遍已知的绝缘层(未示出)隔开。在这种布置中，具有三个电极层840a、840b、840c，但可以理解的是，也可以使用其它数量的层，这取决于待装配离子过滤器的系统。

第一电极层840a包括具有离子通道830a的一对电极832a、834a，该离子通道830a限定在该对电极之间的间隙并且具有第一间隙宽度d1。类似地，第二电极层840b包括具有离子通道830b的一对电极832b、834b，该离子通道830b限定在该对电极之间的间隙并且具有第二间隙宽度d2。第三电极层840c包括具有离子通道830c的一对电极832c、834c，该离子通道830c限定在该对电极之间的间隙并且具有第三间隙宽度d3。

因此，可以具有多个电极，所述多个电极被分成第一阵列(832a、832b、832c)和第二阵列(834a、834b、834c)。所述第一阵列包括正电极，所述第二阵列包括负电极(反之亦然)，三条离子通道830a、830b、830c中的每一条均形成连续通道的一部分，，离子沿箭头方向流过该连续通道。在这种布置中，离子以串行(即依次地)方式而不是如其它布置中所示的并行方式流过通道。第一离子通道间隙宽度d1大于第二离子通道间隙宽度d2，而第二离子通道间隙宽度d2本身大于第三离子通道间隙宽度d3。因此，每个相邻的离子通道具有不同的离子间隙宽度，并且所述连续通道随离子流动的方向在宽度上逐渐减小(或逐渐变窄)。

尽管已示出和描述了本发明的一些优选的实施例，但本领域技术人员将明了的是，可以在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。

本说明书中所披露的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，和/或所披露的任何方法或过程中的所有步骤，均可以任何组合方式进行组合，除了至少其中一些特征和/或步骤是相互排斥的组合之外。

本说明书中所披露的每一个特征(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)，均可以被用于相同、等同或类似目的的其它特征所取代，除非另有明确的说明。因此，除非另有明确的说明，所披露的每一个特征仅是等同或类似特征的通用系列的一个示例。

本发明并不限于上述一个或多个实施例的细节。本发明延伸至本说明书中所披露的特征的任何新颖的特征或任何新颖的组合(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，或者延伸至所披露的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的特征或任何新颖的组合。