离子进入/离开装置的制作方法

本申请案主张来自2014年4月11日申请的第1406575.9号英国专利申请案和2014年4月11日申请的第14164500.2号欧洲专利申请案的优先权和权益。这些申请案的完整内容以引用的方式并入本文中。

背景技术：

现有离子迁移率分离器通常与质谱仪的离子光学路径串联操作，且因此会直接影响仪器的总长度，且即使不需要离子迁移率分离，仍必须通过现有离子迁移率分离器，这可能会使快速改变离子信号与后续分析仪之间的时序更成问题。这种情形随着离子迁移率分离器的长度增加以便增加装置的解析度而变得更成问题。

已知在闭合回路分离器中分离离子以便克服必须提供相对较长装置以便获得所需解析度的问题。然而，期望提供改进的技术，所述改进的技术用于从此装置引入和提取离子，并且还用于使得离子开始围绕此装置移动。

期望提供从离子迁移率分离装置、改进的离子进入/离开装置和改进的质谱仪或离子迁移率光谱仪引入和射出离子的改进的方法。

技术实现要素：

从第一方面，本发明提供一种从离子迁移率分离装置引入和射出离子的方法，所述方法包括：

提供具有至少两个电极阵列的离子进入/离开装置；

在第一模式中操作所述装置，其中在第一方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第一方向上沿着所述至少一个阵列移动，且在所述第一方向上将离子驱动到所述装置中和/或驱动离子到所述装置之外；以及

在第二模式中操作所述装置，其中在第二不同方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第二方向上沿着所述至少一个阵列移动，且在所述第二方向上将离子驱动到所述装置中和/或驱动离子到所述装置之外。

本发明提供用于在多个方向上操控离子的单个相对简单的装置。举例来说，装置可用以在第一方向上将离子载入到离子迁移率分离器中或从离子迁移率分离器射出离子，且接着可用以使得离子在所述第二方向上移动穿过离子迁移率分离器。以便使得离子分离。装置也可用以在所述第一方向上绕过分离器。这移除了多个区操控离子的需要。

至少两个电极阵列可彼此平行地布置。

所述两个阵列皆可在所述第一或第二模式中同时操作。或者，所述阵列中的仅一个可在第一模式中操作，且仅一个其它阵列可在第二模式中操作。

每一电极阵列可包括布置成行和列的多个电极。每一行可包括x个电极，其中x是选自由以下各者组成的群：>3；>4；>5；>6；>7；>8；>9；>10；>15；>20；>25；>30；>35；>40；>45；以及>50。另外或替代地，每一列可包括y个电极，其中y是选自由以下各者组成的群：>3；>4；>5；>6；>7；>8；>9；>10；>15；>20；>25；>30；>35；>40；>45；以及>50。每行电极数目和每列电极数目的任何组合可选自以上列表。

每一电极阵列可包括布置成行和列的多个电极。在所述第一模式中，可将所述DC电势施加到第一中的电极，且接着可将所述DC电势连续施加到电极的不同行，以使得所述电势势垒在所述第一方向上沿着阵列移动。或者或另外，在所述第二模式中，可将所述DC电势施加到第一列中的电极，且接着可将所述DC电势连续施加到电极的不同列，以使得所述电势势垒在所述第二方向上沿着阵列移动。

如上文所描述，每一阵列可具有布置成每一行和每一列的多个电极。此布置为特别有利的，其中每一阵列在第一和第二模式两者中操作。较不优选地，一个阵列在第一模式中操作，且另一阵列在第二模式中操作。在此布置中，一个阵列可仅包括在第一方向上布置的电极列，其用于在第一操作模式中在所述第一方向上驱动离子，即每一行中仅存在一个电极。另一阵列可仅包括在第二方向上布置的电极列，其用于在第二操作模式中在所述第二方向上驱动离子，即每一列中仅存在一个电极。

方法可进一步包括将RF电压供应到所述电极阵列，以便在阵列之间的方向上限制离子。

可将相同相位RF电势施加到相同的电极列中的所有电极，且可将邻近电极列维持在不同RF相位，例如相反RF相位。或者，可将相同相位RF电势施加到相同行中的所有电极，且可将邻近电极行维持在不同RF相位，例如相反RF相位。

第一方向和第二方向可彼此正交。举例来说，第一和第二方向可分别与列和行的方向对准。

方法可在第一模式中操作以便在第一方向上将离子载入到装置中，且方法接着可在所述第二模式中操作以便在第二方向上从装置射出这些离子。

方法可包括在离子进入离子进入/离开装置中之前根据物理化学性质暂时分离离子；接着接收离子进入/离开装置中的离子；在第一模式中操作离子进入/离开装置，以使得暂时分离的离子在第一方向上从装置射出；以及在第二模式中暂时操作离子进入/离开装置，以便在第二方向上从装置选择性地射出具有所述物理化学性质的选定值或值范围的离子。物理化学性质可为质荷比或离子迁移率。

方法可进一步包括在所述第一模式中将所述离子从离子进入/离开装置射出到第一离子导向器、离子阱或离子处理装置中，且在第二模式中将所述离子射出到第二离子导向器中。

第二离子导向器可包括电极，且方法可包括将DC电压施加到第二离子导向器的电极以便沿着第二离子导向器的纵轴驱动离子；并且其中沿着第二离子导向器的轴向长度施加任一静态DC电势梯度，以便沿着所述纵轴驱动离子；或其中沿着第二离子导向器的轴向长度将一个或多个DC电势施加到连续电极，以使得DC电势势垒沿着第二离子导向器的长度行进，且沿着第二离子导向器驱动离子。

第二离子导向器可为闭合回路离子导向器，所述闭合回路离子导向器随着所述离子进入/离开装置一起开始和结束，以使得在第二模式中，经由离开孔口将离子驱动到之外离子进入/离开装置，围绕闭合回路离子导向器传递离子，且接着经由进入孔口将离子重新引入回到离子进入/离开装置中。

第二操作模式可继续操作以使得离子进入/离开区中的电势势垒在第二方向上移动，且在第二方向上再次推动重新引入的离子到离子进入/离开装置之外，以使得离子再次围绕离子导向区传递。

可使得离子围绕离子导向器传递，且穿过离子进入/离开区多次，且按需要多次。举例来说，离子可围绕第二离子导向器传递，且穿过离子进入/离开区≥x次，其中x为2、3、4、5、6、7、8、9、10、15或20。

DC电势可围绕第二离子导向器行进，以便将离子从离子进入/离开装置的离开孔口驱动到离子进入/离开装置的进入孔口，且此行进DC电势可与在第二操作模式中存在于离子进入/离开装置中的行进DC电势同步，以使得行进DC电势围绕第二离子导向器基本上连续行进，且穿过离子进入/离开装置。

行进DC电势可以恒定速度围绕第二离子导向器基本上连续行进，且穿过离子进入/离开装置。

离子进入/离开装置和/或可形成离子迁移率分离器，其中离子根据其离子迁移率所述纵轴分离。

离子进入/离开装置可在模式中操作以便在第一方向上射出分离的离子中的至少一些到装置之外，且到所述第一离子导向器、离子阱或离子处理装置中。或者，可提供具有本文中所描述的构造的一个或多个额外离子进入/离开装置，其用于射出分离的离子中的至少一些到第二离子导向器之外，且到第一离子导向器、离子阱或离子处理装置中。这些离子进入/离开装置中的任一个可具有以下特征。

离子可在其沿着第二离子导向器传递时根据其离子迁移率分离，且离子进入/离开装置接着可切换到第一模式以便在第一方向上射出分离的离子中的至少一些到装置之外，且到所述第一离子导向器、离子阱或离子处理装置中。

离子进入/离开装置可从第二模式暂时切换到第一模式，以使得仅已沿着第二离子导向器通过的具有第一离子迁移率或第一离子迁移率范围的离子在第一方向上射出到离子进入/离开装置之外，而具有第二离子迁移率或第二离子迁移率范围的其它离子在第二方向上穿过离子进入/离开装置，以使得所述其它离子继续再次穿过第二离子导向器。

可储存、质量分析、碎片化选择性地射出的离子以形成碎片离子，或所述选择性地射出的离子与离子或分子反应以在所述第一离子导向器、离子阱或离子处理装置内形成产物离子。

方法可包括将选择性地射出的离子、碎片离子或产物离子重新引入到离子进入/离开装置中，同时在第二模式中操作装置以使得重新引入的离子再次传递到第二离子导向器中。

方法可包括在第一操作模式中操作离子进入/离开装置以使得在第一方向上将离子传输到离子进入/离开装置中，穿过离子进入/离开装置和到离子进入/离开装置之外，且到第一离子导向器或离子阱中，而不会传递到所述第二离子导向器中。

在所述第一模式期间，方法可包括将电极阵列中的至少一个中的电极的至少一些的电势维持在低于第二离子导向器的邻近部分中的电极的DC电势的DC电势，以使得在离子进入/离开装置与第二离子导向器之间提供DC电势势垒，所述DC电势势垒防止离子离开离子进入/离开装置和进入第二离子导向器。或者或另外，在所述第二模式期间，方法可包括将电极阵列中的至少一个中的电极中的至少一些的电势维持在与第二离子导向器的邻近部分中的电极的DC电势基本上相同的DC电势，以使得在离子进入/离开装置与第二离子导向器之间基本上不会提供DC电势势垒，以使得离子可离开离子进入/离开装置和进入第二离子导向器。

预期本发明的离子进入/离开装置可仅包括一个电极阵列。

因此，从第二方面，本发明提供一种从离子进入/离开装置引入和射出离子的方法，所述方法包括：

提供具有至少一个电极阵列的离子进入/离开装置；

在第一模式中操作所述装置，其中在第一方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列的连续电极，以使得电势势垒在所述第一方向上沿着所述阵列移动，且在所述第一方向上驱动离子到所述装置中和/或到所述装置之外；以及

在第二模式中操作所述装置，其中在第二不同方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列的连续电极，以使得电势势垒在所述第二方向上沿着所述阵列移动，且在所述第二方向上驱动离子到所述装置中和/或到所述装置之外。

可以本文中关于本发明的第一方面所描述的任何方式操作根据第二方面的方法，除了其中可使用仅单个电极阵列之外。

可通过在朝向阵列的方向上将力施加到离子而使离子抵靠着单个阵列。这会维持接近阵列的离子，以使得施加到阵列的电势能够移动离子。可例如通过DC电势、RF伪电势或气流施加力。

本发明也提供一种包括如本文中所描述的方法的质谱测定和/或离子迁移率光谱测定的方法。方法可进一步包括检测离子，质量分析离子或离子迁移率分析离子。

本发明也提供质谱测定或离子迁移率光谱测定的方法，所述方法包含：

提供闭合回路离子导向器，所述闭合回路离子导向器具有布置在其中的离子进入/离开区，其中所述离子进入/离开区包括至少两个电极阵列；

在第一模式中操作所述离子进入/离开区，其中在第一方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第一方向上沿着所述至少一个阵列移动，且在所述第一方向上驱动离子到所述闭合回路离子导向器中和/或到所述闭合回路离子导向器之外；以及

在第二模式中操作所述离子进入/离开区，其中在第二不同方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第二方向上沿着所述至少一个阵列移动，且围绕所述闭合回路离子导向器的纵轴驱动离子，且其中所述离子在其围绕所述闭合回路离子导向器传递时根据其离子迁移率分离。

此方法可具有本文中关于本发明的第一方面所描述的任选或优选特征中的任一个或组合。

本发明的第一方面也提供一种用于质谱仪和/或离子迁移率光谱仪的离子进入/离开装置，所述装置包括：

至少两个电极阵列；

至少一个DC电压供应器；以及

用于使施加到所述至少两个阵列的所述电极的电势随时间的推移而变化的控制构件；

其中在第一操作模式中，所述控制构件在第一方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第一方向上沿着所述至少一个阵列移动，用于在所述第一方向上将离子驱动到所述装置中和/或驱动离子到所述装置之外；以及

其中在第二操作模式中，所述控制构件在第二不同方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第二方向上沿着所述至少一个阵列移动，用于在所述第二方向上将离子驱动到所述装置中和/或驱动离子到所述装置之外。

装置可经布置且经配置以执行本文中所描述的方法中的任一个。

本发明的第二方面也提供一种用于质谱仪和/或离子迁移率光谱仪的离子进入/离开装置，所述装置包括：

至少一个电极阵列；

至少一个DC电压供应器；以及

用于使施加到所述至少一个阵列的所述电极的电势随时间的推移而变化的控制构件；

其中在第一操作模式中，所述控制构件在第一方向上将DC电势连续施加到所述至少一个阵列的连续电极，以使得电势势垒在所述第一方向上沿着所述至少一个阵列移动，用于在所述第一方向上将离子驱动到所述装置中和/或驱动离子到所述装置之外；以及

其中在第二操作模式中，所述控制构件在第二不同方向上将DC电势连续施加到所述至少一个阵列的连续电极，以使得电势势垒在所述第二方向上沿着所述至少一个阵列移动，用于在所述第二方向上将离子驱动到所述装置中和/或驱动离子到所述装置之外。

本发明也提供一种包括离子进入/离开装置的闭合回路离子导向器，其中所述离子进入/离开装置包括：

至少两个电极阵列；

至少一个DC电压供应器；以及

用于使施加到所述至少两个阵列的所述电极的电势随时间的推移而变化的控制构件；

其中在第一操作模式中，所述控制构件在第一方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第一方向上沿着所述至少一个阵列移动，用于在所述第一方向上将离子驱动到所述闭合回路离子导向器中和/或驱动离子到所述闭合回路离子导向器之外；以及

其中在第二操作模式中，所述控制构件在第二不同方向上将DC电势连续施加到所述电极阵列中的至少一个的连续电极，以使得电势势垒在所述第二方向上沿着所述至少一个阵列移动，用于围绕所述闭合回路离子导向器的纵轴驱动离子，以使得所述离子在其围绕所述闭合回路离子导向器传递时根据其离子迁移率分离。

本发明也提供包括如本文中所描述的离子进入/离开装置或闭合回路离子导向器的质谱仪和/或离子迁移率光谱仪。

离子进入/离开装置和/或闭合回路离子导向器和/或光谱仪可经配置以便执行本文中所描述的方法中的任一个。

光谱仪可包括：

(a)离子源，其选自由以下各者组成的群：(i)电喷射电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离(“APCI”)离子源；(iv)矩阵辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压电离(“API”)离子源；(vii)硅上的解吸电离(“DIOS”)离子源；(viii)电子冲击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)高速原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液体次级离子质谱分析(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷射电离(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压矩阵辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷射离子源；(xix)大气取样辉光放电电离(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)冲击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷涂电离(“LSI”)离子源；(xxiv)超声喷涂电离(“SSI”)离子源；(xxv)矩阵辅助入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅助入口电离(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷射电离(“DESI”)离子源；以及(xxviii)激光切除电喷射电离(“LAESI”)离子源；和/或

(b)一个或多个连续或脉冲离子源；和/或

(c)一个或多个离子导向器；和/或

(d)一个或多个离子迁移率分离装置和/或一个或多个场不对称离子迁移率光谱仪装置；和/或

(e)一个或多个离子阱或一个或多个离子捕获区；和/或

(f)一个或多个碰撞、碎片化或反应单元，其选自由以下各者组成的群：(i)碰撞诱发分解(“CID”)碎片化装置；(ii)表面诱发分解(“SID”)碎片化装置；(iii)电子转移分解(“ETD”)碎片化装置；(iv)电子俘获分解(“ECD”)碎片化装置；(v)电子碰撞或冲击分解碎片化装置；(vi)光诱发分解(“PID”)碎片化装置；(vii)激光诱发分解碎片化装置；(viii)红外辐射诱发分解装置；(ix)紫外辐射诱发分解装置；(x)喷嘴-撇渣器界面碎片化装置；(xi)源极中碎片化装置；(xii)源极中碰撞诱发分解碎片化装置；(xiii)热或温度源极碎片化装置；(xiv)电场诱发碎片化装置；(xv)磁场诱发碎片化装置；(xvi)酶分解或酶降级碎片化装置；(xvii)离子-离子反应碎片化装置；(xviii)离子-分子反应碎片化装置；(xix)离子-原子反应碎片化装置；(xx)离子-亚稳态离子反应碎片化装置；(xxi)离子-亚稳态分子反应碎片化装置；(xxii)离子-亚稳态原子反应碎片化装置；(xxiii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-离子反应装置；(xxiv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-分子反应装置；(xxv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-原子反应装置；(xxvi)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态离子反应装置；(xxvii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态分子反应装置；(xxviii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态原子反应装置；以及(xxix)电子电离分解(“ED”)碎片化装置；和/或

(g)质量分析仪，其选自由以下各者组成的群：(i)四极质量分析仪；(ii)2D或线性四极质量分析仪；(iii)保罗或3D四极质量分析仪；(iv)彭宁阱质量分析仪；(v)离子阱质量分析仪；(vi)磁性扇区质量分析仪；(vii)离子回旋共振(“ICR”)质量分析仪；(viii)傅里叶变换离子回旋共振(“FTICR”)质量分析仪；(ix)静电质量分析仪，其经布置以产生具有四角对数电势分配的静电场；(x)傅里叶变换静电质量分析仪；(xi)傅里叶变换质量分析仪；(xii)飞行时间质量分析仪；(xiii)正交加速度飞行时间质量分析仪；以及(xiv)线加速度飞行时间质量分析仪；和/或

(h)一个或多个能量分析仪或静电能量分析仪；和/或

(i)一个或多个离子检测器；和/或

(j)一个或多个质量过滤器，其选自由以下各者组成的群：(i)四极滤质器；(ii)2D或线性四级杆离子阱；(iii)保罗或3D四极离子阱；(iv)彭宁离子阱；(v)离子阱；(vi)磁性扇区滤质器；(vii)飞行时间滤质器；以及(viii)维恩过滤器；和/或

(k)用于脉冲控制离子的装置或离子门；和/或

(l)用于将基本上连续的离子束转换成脉冲离子束的装置。

光谱仪可包括：

(i)C-阱和质量分析仪，其包括外机筒状电极和同轴内部轴状电极，其形成具有四角对数电势分配的静电场，其中在第一操作模式中将离子传输到C-阱，且接着将其注入到质量分析仪中，且其中在第二操作模式中，将离子传输到C-阱，且接着将其传输到碰撞池或电子转移分解装置，其中将至少一些离子碎片化成碎片离子，且其中接着在注入到质量分析仪中之前将碎片离子传输到C-阱；和/或

(ii)堆叠环离子导向器，其包括多个电极，每一电极具有孔口，在使用中传输离子通过所述孔口，且其中电极的间距沿着离子路径的长度增加，且其中在离子导向器的上游部分的电极中的孔口具有第一直径，且其中在离子导向器的下游部分中的电极中孔口具有小于第一直径的第二直径，且其中在使用中施加相反相位的AC或RF电压到连续电极。

光谱仪可包括经布置和适用于将AC或RF电压供应到电极的装置。AC或RF电压优选地具有选自由以下各者组成的群的振幅：(i)<50V峰值到峰值；(ii)50到100V峰值到峰值；(iii)100到150V峰值到峰值；(iv)150到200V峰值到峰值；(v)200到250V峰值到峰值；(vi)250到300V峰值到峰值；(vii)300到350V峰值到峰值；(viii)350到400V峰值到峰值；(ix)400到450V峰值到峰值；(x)450到500V峰值到峰值；以及(xi)>500V峰值到峰值。

AC或RF电压优选地具有选自由以下各者组成的群的频率：(i)<100kHz；(ii)100到200kHz；(iii)200到300kHz；(iv)300到400kHz；(v)400到500kHz；(vi)0.5到1.0MHz；(vii)1.0到1.5MHz；(viii)1.5到2.0MHz；(ix)2.0到2.5MHz；(x)2.5到3.0MHz；(xi)3.0到3.5MHz；(xii)3.5到4.0MHz；(xiii)4.0到4.5MHz；(xiv)4.5到5.0MHz；(xv)5.0到5.5MHz；(xvi)5.5到6.0MHz；(xvii)6.0到6.5MHz；(xviii)6.5到7.0MHz；(xix)7.0到7.5MHz；(xx)7.5到8.0MHz；(xxi)8.0到8.5MHz；(xxii)8.5到9.0MHz；(xxiii)9.0到9.5MHz；(xxiv)9.5到10.0MHz；以及(xxv)>10.0MHz。

光谱仪可包括在离子源上游的色谱法或其它分离装置。根据实施例，色谱法分离装置包括液相色谱或气相色谱装置。根据另一实施例，分离装置可包括：(i)毛细管电泳(“CE”)；(ii)毛细管电色层分离法(“CEC”)分离装置；(iii)基本上刚性的基于陶瓷的多层微流体衬底(“陶瓷块”)分离装置；或(iv)超临界流体色谱法分离装置。

离子导向器优选地维持在选自由以下各者组成的群的压力：(i)<0.0001mbar；(ii)0.0001到0.001mbar；(iii)0.001到0.01mbar；(iv)0.01到0.1mbar；(v)0.1到1mbar；(vi)1到10mbar；(vii)10到100mbar；(viii)100到1000mbar；以及(ix)>1000mbar。

根据实施例，分析物离子可经历电子转移分解碎片化装置中的电子转移分解(“ETD”)碎片化。优选地使得分析物离子与离子导向器或碎片化装置内的ETD试剂离子相互作用。

根据实施例，为了实现电子转移分解：(a)将分析物离子分段或在与试剂离子相互作用之后诱发分解和形成产品或碎片离子；和/或(b)将电子从一个或多个试剂负离子或带负电离子转移到一个或多个多次充电的分析物阳离子或带正电离子，其中诱发多次充电的分析物阳离子或带正电离子中的至少一些分解，且形成产物或碎片离子；和/或(c)碎片化分析物离子或在与中性试剂气体分子或原子或非离子试剂气体相互作用之后诱发其分解和形成产物或碎片离子；和/或(d)将电子从一个或多个中性、非离子或不带电碱性气体或蒸气转移到一个或多个多次充电的分析物阳离子或带正电离子，其中诱发多次充电的分析物阳离子或带正电离子中的至少一些分解，且形成产物或碎片离子；和/或(e)将电子从一个或多个中性非离子或不带电超强碱试剂气体或蒸气转移到一个或多个多次充电分析物阳离子或带正电离子，其中诱发多次充电分析物阳离子或带正电离子中的至少一些分解和形成产物或碎片离子；和/或(f)将电子从一个或多个中性非离子或不带电碱金属气体或蒸气转移到一个或多个多次充电分析物阳离子或带正电离子，其中诱发多次充电分析物阳离子或带正电中的至少一些分解，且形成产物或碎片离子；和/或(g)将电子从一个或多个中性非离子或不带电气体、蒸气或原子转移到一个或多个多次充电分析物阳离子或带正电离子，其中诱发多次充电分析物阳离子或带正电离子中的至少一些分解，且形成产物或碎片离子，其中一个或多个中性非离子或不带电气体、蒸气或原子选自由以下各者组成的群：(i)钠蒸气或原子；(ii)锂蒸气或原子；(iii)钾蒸气或原子；(iv)铷蒸气或原子；(v)铯蒸气或原子；(vi)钫蒸气或原子；(vii)C60蒸气或原子；以及(viii)镁蒸气或原子。

多次充电分析物阳离子或带正电离子优选地包括肽、多肽、蛋白质或生物分子。

根据实施例，为了实现电子转移分解：(a)试剂负离子或带负电离子是从多环芳族碳氢化合物或取代多环芳族碳氢化合物导出；和/或(b)试剂负离子或带负电离子是从由以下各者组成的群导出：(i)蒽；(ii)9,10二苯基-蒽；(iii)萘；(iv)氟；(v)菲；(vi)芘；(vii)丙二烯合茀；(viii)苣；(ix)联伸三苯；(x)苝；(xi)吖啶；(xii)2,2'联吡啶；(xiii)2,2'联喹啉；(xiv)9-蒽烯腈；(xv)二苯并噻吩；(xvi)1,10'-啡啉；(xvii)9'蒽烯腈；以及(xviii)蒽醌；和/或(c)试剂离子或带负电离子包括偶氮苯负离子或偶氮苯基负离子。

根据尤其优选的实施例，电子转移分解碎片化的过程包括使分析物离子与试剂离子相互作用，其中试剂离子包括间苯二腈、4-硝基甲苯或甘菊环试剂离子。

附图说明

现在将参看附图仅举例描述本发明的各种实施例，其中：

图1A展示根据本发明的优选实施例的离子迁移率分离器(IMS)的示意图的前视图，图1B展示图1A的IMS装置的漂移单元的一部分的横截面侧视图，且图1C和1D展示图1A的实施例的不同视图；

图2展示漂移单元的离子进入/离开装置的实施例的示意性透视图；

图3展示在从漂移单元外部将离子注入/载入到进入/离开装置中的模式期间施加到离子进入/离开装置的电势的示意图；

图4展示在驱动离子到离子进入/离开区之外且进入到漂移单元的邻近部分中的模式期间施加到离子进入/离开装置的电势；

图5A展示包括IMS装置的光谱仪的优选实施例的示意图，且图5B展示在漂移单元的离子进入/离开装置中累积离子的模式中施加到光谱仪的组件的DC电势的势能图；

图6A和6B展示如何更改施加到光谱仪的电势以为将离子从离子进入/离开装置移动到IMS漂移单元的轴向邻近部分中做准备；

图7A和7B展示在驱动离子到离子进入/离开装置之外进入到IMS漂移单元的邻近部分中的阶段施加到光谱仪的DC电势；以及

图8A和8B展示在离子进入/离开装置处从漂移单元射出离子的阶段施加到光谱仪的DC电势。

具体实施方式

图1A展示根据本发明的优选实施例的离子迁移率分离器(IMS)的示意图的前视图。IMS装置1包括闭合回路漂移单元2，在使用中围绕所述闭合回路漂移单元导引离子。漂移单元2包括多个电极，所述电极用以将离子限制于围绕闭合回路漂移单元2延伸的轴向路径。漂移单元2也包括沿着漂移单元的轴向长度推动离子的电极。离子导向器充满背景气体，以使得在围绕漂移单元2推动离子时，所述离子与气体分子碰撞，且根据其离子迁移率穿过气体而分离。可在经由离开区4提取之前围绕闭合回路漂移单元2推动离子一次或多次。可通过施加沿着漂移单元2轴向行进的一个或多个电势，或不太优选地通过沿着漂移单元2轴向布置的静态DC电势梯度，围绕漂移单元2推动离子。

图1B展示图1A的IMS装置的漂移单元2的一部分的横截面侧视图。图1B展示电极单元布置5的实施例，所述电极单元布置可用以将离子限制于漂移单元2中的离子导向路径的轴线。在沿着离子导向路径的轴向长度的给定点处，路径优选地界定于在第一方向上间隔开的两个RF电极6与在第二优选正交方向上间隔开的两个DC电极8之间。将RF电压施加到RF电极6以便限制在第一方向上在RF电极6之间的离子。将DC电压施加到DC电极8以便限制在第二方向上在DC电极8之间的离子。沿着漂移单元2的轴向长度重复电极单元5，以使得在围绕离子导向器的所有点处，离子被限制于漂移单元2中，除了在从离子进入/离开区4射出离子时(其将在下文进一步描述)之外。电极单元5沿着离子导向路径轴向间隔开，且可将更多DC电势中的一个连续施加到连续电极单元5，以使得行进DC电势围绕漂移单元2行进，且因此迫使离子围绕漂移单元。或者，可围绕离子导向器将不同DC电势施加到连续电极单元5，以使得沿着迫使离子围绕漂移单元2的轴线施加静态DC梯度。

漂移单元2的上侧和下侧可由印刷电路板形成，所述印刷电路板具有布置在其上的DC或RF电极6、8。或者或另外，漂移单元2的径向内侧和外侧可由印刷电路板形成，所述印刷电路板具有布置在其上的RF或DC电极6、8。

图1C和图1D分别展示图1A的实施例的正交视图和透视图。漂移单元2布置在充满漂移气体的腔室10内部。使用RF离子导向器12、14导引离子进出腔室10。RF离子导向器12、14也与漂移单元2的离子进入/离开区4耦合，以使得能够导引离子进入到漂移单元2中且到漂移单元2之外。在此实施例中，通过输入离子导向器12导引离子进入到腔室10中以及进入到漂移单元2的进入/离开区4中。如果期望离子通过其离子迁移率分离，那么在与离子进入方向正交的方向上推动离子，且围绕漂移单元2的椭圆形或跑道离子路径推动离子。在离子沿着离子路径通过时，离子根据其离子迁移率穿过漂移气体而分离，所述漂移气体存在于腔室10中，且因此存在于漂移单元2中。在期望从漂移单元2提取离子时，在朝向离开RF离子导向器14的方向上射出离子。接着通过离开离子导向器14导引离子到腔室10之外。

另一方面，如果不需要离子的离子迁移率分离，那么能够使得离子物质从输入离子导向器12经由漂移单元2的进入/离开区4直接传递到输出离子导向器14，且不用围绕漂移单元2传递。换句话说，漂移单元2可在绕过模式中操作。

在优选操作模式中，有可能从漂移单元2提取具有所要离子迁移率范围的离子。这是通过如下方式达成：使得离子围绕漂移单元2移动，以使得离子分离，且接着使离子进入/离开区4处的一个或多个射出电压的激活与所关注的离子处于进入/离开区4的时间同步。因此从漂移单元2射出所要离子，且漂移单元2中剩余的其它离子物质能够继续穿过漂移单元2，且根据离子迁移率分离。或者，可例如通过从电极6移除RF电压而从漂移单元2舍弃剩余离子，以使得离子不再被限制于漂移单元2内。

能够将具有所要离子迁移率的射出离子立即输送到质量分析仪或检测器，远离漂移单元2。或者，可在储存区中捕获此类离子，同时在漂移单元2中出现下一迁移率循环，且直到相同离子迁移率范围的更多离子从漂移单元2射出到储存区中为止。在已执行足够多的迁移率循环以在储存区中累积所要数目的离子之后，接着可将这些离子输送到分析器以供进一步分析或输送到检测器。此方法可用以增加所要离子的离子信号。另外或替代地，已从漂移单元2射出的所要离子可碎片化、激活或解离，且接着将所述离子重新引入回到漂移单元中，以使得碎片、激活或产物离子的离子迁移率能够由漂移单元2分析。

图2展示漂移单元2的离子进入/离开装置4的实施例的示意性透视图。离子进入/离开装置4包括彼此间隔开的两个平行矩形电极阵列20、22。每一电极阵列20、22包括布置成行和列的多个电极。将各种电势施加到这些电极以便操控离子，如将在下文更详细地描述。装置具有在阵列20、22的四个边缘之间延伸的四个侧。通过端板24、26形成相反侧中的两个侧，其中每一端板其中具有孔口28、30。端板26中的一个具有用于从漂移单元2外部将离子注入到装置4中的离子注入孔口30。相对端板24具有用于射出离子到装置4和漂移单元2之外的离子射出孔口28。其它两个相反侧为与主漂移单元2的漂移电极32的接界。接界中的一个(进入接界)允许离子从漂移单元2的另一部分内传递到装置4中。另一接界(离开接界)允许离子传递到装置4之外且进入到漂移单元2的另一部分中。

将RF电势施加到电极阵列20、22中的电极，以便限制在阵列20、22之间的方向上的离子。优选地将相同相位RF电势施加到电极的同一列中的所有电极(列在具有孔口28、30的端板24、26之间的方向上延伸)。优选地将电极的邻近列维持在不同RF相位，优选的是相反RF相位。然而，或者设想可将相同相位RF电势施加到同一行中的所有电极(行在平行于穿孔板24、26的方向上延伸)。优选地将电极的邻近行维持在不同RF相位，优选的是相反RF相位。

离子进入/离开装置4具有多个操作模式。根据第一操作模式，装置4以从漂移单元2外部将离子注入或载入到装置4中的方式操作。装置4也可以另一模式操作，所述另一模式推动离子到离子进入/离开装置4之外进入到漂移单元2的邻近部分中。装置4也可以另一模式操作，所述另一模式射出离子到装置4之外进入到漂移单元2外部的区。现将参看图3和4描述这些模式。

图3展示在从漂移单元2外部将离子注入/载入到进入/离开装置4中的模式期间施加到离子进入/离开装置4和所述装置4的任一侧上的漂移单元2的邻近部分的电势的示意图。暗和亮的垂直条30的阵列表示施加到离子进入/离开装置4中的电极阵列20、22中的任一个或两个的电势。垂直条30的色彩表示施加到阵列20、22中的电极的RF相位，例如亮色垂直条表示一个RF相位，且暗色RF条表示相反RF相位。垂直条30的垂直高度表示施加到阵列20、22中的电极的DC电压的量值。能够看出，将相对较高幅值的DC电势施加到电极的某些行中的所有电极，且将相对较低幅值的DC电势施加到电极的邻近行中的所有电极。在将离子注入/载入到装置4中的模式期间，施加到阵列20、22中的电极的DC电势随时间的推移变化，以使得在从离子注入孔口30朝向离子射出孔口28的方向上将高DC电压连续施加到电极的连续行，且使得DC电势势垒在从离子注入孔口30朝向离子射出孔口28的方向上行进。同时，在从离子注入孔口30朝向离子射出孔口28的方向上将低DC电压连续施加到电极的连续行。这使得通过高幅值DC电压迫使离子进入到离子进入/离开装置4中，其中离子在低DC电压的区中行进。可将具有离开孔口28的端板维持在DC或RF电势，以使得防止离子在离子的载入/注入期间离开离子进入/离开装置4。或者或另外，高DC电势的幅值可在其在朝向离开孔口28的方向上行进时下降。或者或另外，可将接近离开孔口28的电极行维持在高DC电势，以使得无法迫使离子在载入期间越过此行，且到离子进入/离开装置4之外。

图3中的水平细长条32表示邻近于离子进入/离开装置4的漂移单元2的区中的电极的电势。这些水平条的色彩表示施加到电极的RF相位，例如亮色条表示一个RF相位，且暗色条表示相反RF相位。水平细长条32所位于的垂直高度表示施加到电极的DC电压的量值。能够看出，大部分水平细长条32处于相对较低DC电势，但这些条中的一些处于较高DC电势。沿着漂移单元2的轴向长度将这些较高DC电势连续施加到连续电极，以使得DC电势势垒沿着漂移单元2的轴向长度行进，且围绕漂移单元2驱动离子，关于图4将更详细描述这种情况。

再次参看图3，水平细长条32的上表面所位于的垂直高度表示施加到电极的DC电压的量值。能够看出，在离子载入/注入期间施加到电极阵列20、22的低DC电势的量值小于漂移单元2的轴向邻近区所维持的DC电势。因此，防止离子在离子载入/注入模式期间从离子进入/离开区4传递到漂移单元2的邻近区中。

一旦已将离子载入/注入到离子进入/离开装置4中，便可将阵列20、22中的所有电极维持在相对较低的DC电势，即不再需要在具有孔口28、30的端板24、26之间的方向上驱动离子，且因此高DC电势可被低DC电势代替。可将两个端板24、26维持在防止离子经由端板24、26离开的DC或RF电势。施加到阵列20、22中的电极的DC电势接着可增加到与漂移单元2的轴向邻近区的低DC电势相同的值。接着在离子进入/离开区4与漂移单元2的轴向邻近部分之间不存在DC势垒。因此，离子接着可容易从离子进入/离开装置4传递到漂移单元2的邻近部分中，以便根据其离子迁移率分离，如参考图4将描述。

图4展示在驱动离子到离子进入/离开区4之外且到漂移单元2的邻近部分中的模式期间施加到离子进入/离开装置4和漂移单元2的轴向邻近部分的电势。如上文所描述，在已将离子载入/注入到离子进入/离开装置4中之后，施加到电极阵列20、22的DC电势升高，以对应于漂移单元2的邻近部分的DC电势。因此，离子进入/离开装置4与漂移单元的邻近部分之间不再存在DC势垒。如图4中所示，施加到电极阵列20、22的电极的两个列的DC电势接着增加到相对于阵列20、22中的其它电极较高的DC电压。将这些高DC电压连续施加到阵列20、22中的连续列，以使得高DC电压在漂移单元2的轴向方向上沿着阵列移动，如图4中的箭头所指示。这使得驱动离子到离子进入/离开装置4之外且穿过离开接界。离子接着传递到漂移区2的轴向邻近部分中。接着可沿着漂移区2的剩余部分的轴向长度将驱动离子到离子进入/离开装置4之外的高DC电压连续施加到连续电极，以便围绕整个漂移区2连续地驱动离子。此类电压的实例由图4中的相对较高的水平细长条示出。

通过行进DC电压围绕闭合回路漂移单元2驱动离子，且经由进入接界将离子驱动回到离子进入/离开装置4中。此时可从漂移单元2射出离子，如将在下文更详细地描述。或者，可通过对电极阵列20、22中的电极的列施加行进DC电势再次驱动离子穿过离子进入/离开装置4，且接着通过施加到漂移单元电极的剩余部分的行进DC电势围绕漂移单元2驱动离子。可按需要通过此过程围绕漂移单元4驱动离子许多次，直到离子按需要根据其离子迁移率分离为止。在此模式中，驱动离子穿过离子进入/离开装置4且到漂移区2的轴向邻近部分中的高DC电势的平移优选地与高DC电势围绕漂移区的其余部分的平移同步。因此，在围绕闭合回路漂移单元平移离子多次的操作模式期间，离子进入/离开区4基本上在离子光学上等同于漂移区2的剩余部分。

期望从漂移单元排出离子，在离子进入/离开区4中施加到电极阵列20、22的DC电势可相对于如图3中所示的漂移单元2的邻近部分再次降低。接着可将DC电势施加到电极阵列20、22，以便在从注入端板26的注入孔口30到射出端板24的射出孔口28的方向上驱动离子。这可以与图3的离子载入/射出模式相同的方式执行，除了在射出模式中，不存在防止离子经由射出端板26的射出孔口30离开离子进入/离开装置的电势势垒。将了解到，离子能够替代地经由相同孔口30所述离子进入/离开装置4射出，使得通过在与载入/注入方向相反的方向上平移高DC电势来载入/注入离子。

离子进入/离开区4可在绕过模式中操作，在所述绕过模式中，不期望围绕闭合回路漂移单元2驱动离子，且将不会导致离子分离。此模式与关于图3所描述的模式相同，除了离子仅直接从进入孔口30通过且到离开孔口28之外，而不会被垂直地传输到漂移单元2的轴向邻近部分中。可通过电极阵列20、22上的低于漂移单元2的邻近部分的那些电势的DC电势，防止离子传递到闭合回路漂移单元2的轴向邻近部分中。可或可不通过关于图3所描述的高DC电势驱动离子穿过离子进入/离开区4。

图5A展示包括IMS装置的光谱仪的优选实施例的示意性侧视图。光谱仪包括漂移气体腔室10、离子阱40、氦气单元42、离子累积单元44、IMS装置2、离开单元46和离子转移单元48。电极门50到58布置在上文所描述的连续组件之间。确切地说，进入门54布置在离子进入/离开装置4的上游，且离开门56布置在离子进入/离开装置4的下游。IMS装置2对应于图1C中所示的装置。

图5B展示在离子在漂移单元2的离子进入/离开装置4中累积的模式中施加到光谱仪的组件的DC电势的势能图。从离子阱40释放离子，且接着通过轴向电场驱动离子穿过氦气单元42。离子接着穿过离子累积单元44，且经由上文关于图2所描述的进入端板26中的离子进入孔口30到离子进入/离开装置4中。维持离子进入/离开装置4的电极阵列20、22中的电极的DC电势低于施加到累积单元44、进入门54和离开门56的DC电势。因此，轴向捕获离子且在离子进入/离开装置4中累积离子。离子经由上文关于图2所描述的进入端板26的进入孔口30进入离子进入/离开装置4。可将行进DC波施加到电极阵列20、22中的电极的行，以便推动离子到离子进入/离开装置4中，如参考图3所描述。IMS漂移单元2(排除离子进入/离开装置4)的DC电势由水平线表示，所述水平直线平行于且在表示施加到离子进入/离开装置4的阵列20、22的DC电压的线的竖直上方。由这两个线之间的间隔表示的电势差防止离子传递到离子进入/离开装置4之外，且到IMS漂移单元2的轴向邻近部分中。

图6A和6B对应于图5A及5B，除了其展示如何更改施加到光谱仪的电势以为将离子从离子进入/离开装置4移动到IMS漂移单元2的轴向邻近部分中做准备。如图6B中的箭头所示，进入门54、阵列电极20、22和离开门56的DC电势升高到由水平虚线说明的DC电势。施加到电极阵列20、22的DC电势接着等效于施加到IMS漂移单元2的邻近部分的DC电势，且因此不存在防止离子从离子进入/离开装置4传递到IMS漂移单元2的邻近部分中的DC势垒。

图7A和7B对应于图6A和6B，除了其展示在驱动离子到离子进入/离开装置4之外到IMS漂移单元2的邻近部分中的阶段的电势。如上文参考图4所描述，通过对电极阵列20、22中的电极的列施加DC行进电势，驱动离子到穿孔离开板24中的离开孔口28之外。由图7B中的一系列平行水平线60说明这些行进电势。接着通过行进DC电势围绕漂移单元2驱动离子，以使得离子根据其离子迁移率分离，如上文已描述。在已围绕漂移单元2传递离子达到所要次数时，可在离子进入/离开装置4处射出离子。电极阵列20、22的电势处于图7B中所示的模式中的时间长度规定具有给定离子迁移率的离子围绕漂移单元2多少遍次。

图8A和8B对应于图7A和7B，除了其展示在从离子进入/离开装置4处的漂移单元2射出离子的阶段施加到光谱仪的DC电势。如图8B中的箭头所示，进入门54、阵列电极20、22和离开门56的DC电势下降到由水平虚线说明的DC电势。进入门54、阵列电极20、22、离开门56、离开单元45和离子转移单元48的DC电势逐渐下降，以使得推动离子到离子进入/离开装置4之外，且沿着光谱仪朝向离子转移单元48推动离子。离子经由上文关于图2所描述的离开端板24的离开孔口28离开离子进入/离开装置4。将行进DC波施加到电极阵列20、22中的电极行，以便推动离子到离开孔口28之外。这是由图8B的电极阵列区中的一系列垂直线62表示。

在离子进入/离开装置4处离子的载入或射出期间使施加到离子进入/离开装置4的电势相对于漂移单元2的剩余部分变化促进离子进入和离开漂移单元2，而不必更改光谱仪上游或下游的其它组件的电势。这也启用了绕过模式，在所述绕过模式中，离子不在漂移单元2中分离。举例来说，可使进入门54、电极阵列20、22和离开门56的DC电势等效于累积单元44和离开单元46的DC电势，以使得离子从累积单元44连续传递通过离子进入/离开装置4，且到离开单元46中，而不会在漂移单元2中分离。

可在以上模式期间不断地操作在离子进入/离开装置4外部施加到漂移单元2的行进DC波。

尽管已参考优选实施例描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，可在不脱离所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下作出形成和细节方面的各种改变。

举例来说，尽管已将行进DC电势描述为用于围绕离子进入/离开装置4外部的漂移单元2的区驱动离子，但为此目的可替代地使用静态DC梯度。

将了解到，具有除圆形或椭圆形路径之外的形状的连续离子导向路径的漂移单元2也涵盖在本发明的范围内。

离子进入/离开装置4可用于操控除离子迁移率漂移单元2之外的系统中的离子。举例来说，离子进入/离开装置4可用以将离子注入到另一类型的装置中，或从另一类型的装置射出离子。

漂移单元2(或其它类型的装置)不一定是闭合回路装置，围绕所述闭合回路装置导引离子。举例来说，离子进入/离开装置4可用于线性装置中。离子可沿着此非闭合回路装置传递一次，或可沿着装置反射多次。

电极阵列20、22的几何形状可发生变化，且不一定是具有电极的列和行的阵列。

电极阵列中的行进DC电势的方向可改变，或可提供多个方向性行进选项。