CN104170053A - 离子迁移率分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了根据离子的离子迁移率来分离离子的离子迁移率分离器(4)和方法。设置具有多个电极(8)的RF离子引导件，所述电极(8)设置成形成在闭环中延伸的离子引导路径。将RF电压供给至电极(8)中的至少一些，以便将离子限制在所述离子引导路径内。沿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，所述电压梯度促使离子围绕离子引导件经历一个或多个循环并且由此致使离子在它们沿离子引导件通过时根据它们的离子迁移率进行分离。闭环的离子引导件使得离子迁移率分离器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。

Description

离子迁移率分离装置
相关申请的交叉引用
无
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。
所述DC电压梯度可围绕所述离子引导件以一定的速率移动，使得具有高于第一阈值和/或低于第二阈值的离子迁移率的不受欢迎的离子在使电压梯度区域围绕所述离子引导件移动时并不持续保留在所述电压梯度区域内。使所述电压梯度围绕所述离子引导件移动的速率可致使具有高于第一阈值的离子迁移率的不受欢迎的离子离开所述电压梯度区域的低电位端和/或可致使具有低于第二阈值的离子迁移率的不受欢迎的离子离开所述电压梯度的高电位端。在离子引导件的出口区域处，将不持续保留在所述DC电压梯度区域内的不受欢迎的离子可以不从离子引导件中提取出。
将RF电位施加至所述电极以将离子沿所述DC电压梯度区域限制在所述离子引导路径内。可不将这种RF电压在所述离子引导件的位于所述DC电压梯度区域外部的一个或多个区域处施加至所述电极中的至少一些，使得所述离子并不被限制在所述离子引导件的所述一个或多个区域内并且在这些区域处从所述离子引导件中失去。这是移除并未保留在DC电压梯度上的不受欢迎的离子的有效方法。
可使所述DC电压梯度围绕所述离子引导件移动的速率与通过所述电压梯度围绕所述离子引导件推动所关心的离子的速率同步，使得所关心的离子在将所述电压梯度的最小电位设置于所述离子引导件的所述出口区域处的时候到达所述离子引导件的出口区域。这是有利的，在于可能希望的是，在离子迁移率分离过程期间曾在出口区域处维持电压梯度的相对高电位区域，但在离子从出口区域离开的时候，将出口区域处的电位保持成是低的或是零。例如，如果将该出口区域和入口区域配置在同一区域处，那么可能希望的是，在离子处于所述入口区域中的时侯，将所述电压梯度的大致最大的电位设置于所述入口区域处，以推动所述离子围绕所述离子引导件远离所述入口区域，但在离子已经围绕所述离子引导件通过并到达所述出口区域的时候，将所述电压梯度的最小电位设置于所述出口区域处，例如使得能够将离子从出口区域中有效地取出。
优选地仅将DC电压施加至所述离子引导件中的一些电极，使得在任一给定时刻仅沿所述离子引导件的一部分长度设置所述DC电压梯度。在任一给定时刻，可将所述DC电压梯度仅设置于所述离子引导件的长度的一定百分比上，所述一定百分比从下列数据中选择：<5％；<10％；<20％；<30％；<40％；<50％；<60％；<70％；<80％；或<90％。此外，或者作为选择，在任一给定时刻，可将所述DC电压梯度仅设置于所述离子引导件的长度的一定百分比上，所述一定百分比从下列数据中选择：>5％；>10％；>20％；>30％；>40％；>50％；>60％；>70％；>80％；或>90％。可将来自上述两个清单的范围的任一排列相组合。
作为选择，在任一给定时刻，可将所述DC电压梯度设置在所述离子引导区域的大致整个长度上。
将所述电极优选地构造成，当施加所述RF电压时，沿垂直于所述离子引导件的纵向轴线的方向限制离子。
所述电极优选地是有孔电极，所述有孔电极被排列成，使得离子在它们沿所述离子引导路径行进时被引导通过所述电极的孔。优选地，所述电极中的孔是槽孔。在该实施方式中，所述电极可被设置成，使得所述离子引导路径的至少一部分是弯曲的并且由此具有曲率半径，其中，每一个槽具有其与所述半径大致平行的最小尺寸和其大致垂直于所述半径的最大尺寸。
所述电极优选地被设置成，使得闭环的离子引导路径是大致呈圆形的或卵形的。然而，可使用任何其它闭环的几何结构。
漂移气体优选地设置在所述离子引导件中，使得离子在它们被沿所述离子引导件推动时根据它们通过所述漂移气体的迁移率进行分离。
可将离子通过闭环的离子引导件的侧部引入到该离子引导件中或者从该离子引导件中射出。作为选择，或者此外，可将离子通过闭环的离子引导件的顶部或底部引入到该闭环的离子引导件中；和/或，可将离子通过闭环的离子引导件的顶部或底部从该闭环的离子引导件射出。
可设置电极阵列以将离子推动到离子引导件的入口区域中；和/或可在离子引导件的出口区域中设置电极阵列以将离子推出所述离子引导件。
该离子引导件可包括出口区域，并且离子可在它们围绕离子引导件行进时，通过将电压脉冲施加至离子引导件的一个或多个电极而在所述出口区域处将离子射出所述离子引导件，所述电压脉冲的正时被选择成使得在所述离子通过所述出口区域时射出具有选定的离子迁移率的离子。
尽管在上文中已将形成离子引导路径的电极描述成是有孔电极，但同样设想到的是，可将电极的其它几何结构用于围绕该装置引导离子。例如，该离子引导件可沿纵向方向被分割成多个节段，并且每一个节段可包括多个电极，所述多个电极被设置并构造成用于限制并引导离子。每一个节段优选地包括顶部电极、底部电极和设置在其间的多个侧向电极，以便在顶部电极、底部电极与侧向电极之间限定离子被引导通过的空间。将RF电位优选地施加至侧向电极，以便将离子沿该方向限定在位于侧向电极之间的所述空间中。DC电位优选地被施加于顶部电极和/或底部电极，以沿该方向将离子限定在位于顶部电极与底部电极之间的所述空间中。不太优选地，将RF电位施加至顶部电极和/或底部电极，以沿该方向将离子限制在位于这些电极之间的所述空间中。
每一个节段可包括多层侧向电极，所述多层侧向电极设置在顶部电极与底部电极之间。每一层优选地包括两个横向间隔开的电极，所述电极在其间限定用于引导离子的空间。侧向电极优选地被成列叠置，以在侧向电极的列之间并在顶部电极与底部电极之间限定空间。顶部电极、底部电极、和侧向电极优选地是大致呈平面状的，并且围绕漂移单元的纵向方向延伸，以形成漂移单元的节段。电极可由印刷电路板形成。
通过将RF电位施加至侧向电极可将离子径向地限制在位于侧向电极、顶部电极与底部电极之间的空间内。将RF电压源的相同相位优选地施加至每一层中的两个侧向电极。将RF电压源的不同相位优选地施加于相邻层中的侧向电极。任一给定层中的侧向电极优选地被供给与相邻层中的侧向电极相反的RF电压相位。通过将RF电位施加于侧向电极，将离子横向地限制在位于侧向电极之间的空间内。还可将RF电位施加于顶部电极和底部电极，以将离子在竖直方向上限制在该空间内。然而，优选的是，仅将DC电位施加于顶部电极和底部电极，以便在竖直方向上限制离子。
将DC电压梯度优选地施加至电极中的至少一些，以提供推动离子漂移通过所述漂移气体并围绕漂移单元漂移的轴向电场。该DC电压梯度可通过将不同的DC电压供给至漂移单元的不同节段的电极而形成。可将不同的DC电压供给至不同节段中的顶部电极和/或底部电极以形成电压梯度。此外，或者作为选择，可将不同的DC电压供给至不同节段的侧向电极以形成电压梯度。例如，可将越来越小的DC电压围绕漂移单元施加至不同节段的电极，以形成沿漂移长度驱动离子的电压梯度。
本发明还提供了一种质谱分析方法，所述方法包括根据上述方法中的任一种来分离离子。
本发明还提供了一种离子迁移率分离器，包括：
具有多个电极的RF离子引导件，所述多个电极设置成形成在闭环中延伸的离子引导路径；
RF电压源，所述RF电压源用于将RF电压供给至所述电极，用于将离子限制在所述离子引导路径内；和
DC电压源，所述DC电压源设置成并适于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，在使用中，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。
该离子迁移率分离器可被设置和构造成执行上文中已经描述的分离离子的方法中的任一种。
本发明还提供了一种质谱仪，所述质谱仪包括如上所述的离子迁移率谱仪。
根据一种实施方式，该质谱仪可还包括：
(a)从下列组中选择的离子源，所述组包括：(i)电喷雾离子化(“ESI”)离子源；(ii)大气压力光电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压力化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸附电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸附电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压力电离(“API”)离子源；(vii)硅表面的解吸附电离(“DIOS”)离子源；(viii)电子轰击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸附(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液体二次离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸附电喷雾离子化(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压力基质辅助激光解吸附电离离子源；(xviii)热喷雾离子源；(xix)大气取样辉光放电离子化(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；和(xxi)碰撞离子源；和/或
(b)一个或多个连续或脉冲离子源；和/或
(c)一个或多个附加离子引导件；和/或
(d)一个或多个附加离子迁移率分离装置和/或一个或多个场非对称离子迁移谱装置；和/或
(e)一个或多个离子阱或一个或多个离子俘获区域；和/或
(f)从下列组中选择的一个或多个碰撞、破碎或反应单元，所述组包括：(i)碰撞诱导解离(“CID”)破碎装置；(ii)表面诱导解离(“SID”)破碎装置；(iii)电子转移解离(“ETD”)破碎装置；(iv)电子捕获解离(“ECD”)破碎装置；(v)电子碰撞或冲击解离破碎装置；(vi)光诱导解离(“PID”)破碎装置；(vii)激光诱导解离破碎装置；(viii)红外线辐射诱导解离装置；(ix)紫外线辐射诱导解离装置；(x)喷嘴-油污吸收器界面破碎装置；(xi)源内破碎装置；(xii)源内碰撞诱导解离破碎装置；(xiii)热或温度源破碎装置；(xiv)电场诱导破碎装置；(xv)磁场诱导破碎装置；(xvi)酶解或酶降解破碎装置；(xvii)离子-离子反应破碎装置；(xviii)离子-分子反应破碎装置；(xix)离子-原子反应破碎装置；(xx)离子-亚稳离子反应破碎装置；(xxi)离子-亚稳分子反应破碎装置；(xxii)离子-亚稳原子反应破碎装置；(xxiii)用于使离子起反应以形成加合物或产物离子的离子-离子反应装置；(xxiv)用于使离子起反应以形成加合物或产物离子的离子-分子反应装置；(xxv)用于使离子起反应以形成加合物或产物离子的离子-原子反应装置；(xxvi)用于使离子起反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳离子反应装置；(xxvii)用于使离子起反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳分子反应装置；(xxviii)用于使离子起反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳原子反应装置；和(xxix)电子离子化解离(“EID”)破碎装置；和/或
(g)从下列组中选择的质量分析器，所述组包括：(i)四极杆质量分析器；(ii)2D或线性四极杆质量分析器；(iii)保罗或3D四极杆质量分析器；(iv)佩宁阱质量分析器；(v)离子阱质量分析器；(vi)磁场扇形质量分析器；(vii)离子回旋共振(“ICR”)质量分析器；(viii)傅立叶变换离子回旋共振(“FTICR”)质量分析器；(ix)静电或轨道阱质量分析器；(x)傅立叶变换静电或轨道阱质量分析器；(xi)傅立叶变换质量分析器；(xii)飞行时间质量分析器；(xiii)垂直加速式飞行时间质量分析器；和(xiv)线性加速式飞行时间质量分析器；和/或
(h)一个或多个能量分析器或静电能量分析器；和/或
(i)一个或多个离子检测器；和/或
(j)从下列组中选择的一个或多个滤质器，所述组包括：(i)四极滤质器；(ii)2D或线性四极离子阱；(iii)保罗或3D四极离子阱；(iv)佩宁离子阱；(v)离子阱；(vi)磁场扇形滤质器；(vii)飞行时间滤质器；和(viii)维恩过滤器；和/或
(k)用于用脉冲输送离子的装置或离子门；和/或
(l)用于将大致连续的离子流转换成脉冲离子流的装置。
该质谱仪可还包括：
(i)C形阱和轨道阱(RTM)质量分析器，其包括外部桶状电极和同轴的内部纺锤状电极，其中，在第一操作模式中，离子被传送至C形阱并且随后被注入到轨道阱(RTM)质量分析器中，并且其中，在第二操作模式中，离子被传送至C形阱并且随后被传送至碰撞单元或电子转移解离装置，其中，至少一些离子被破碎成破碎离子，并且其中，破碎离子随后在被注入到轨道阱(RTM)质量分析器之前被传送至C形阱；和/或
(ii)叠层式环形离子引导件，其包括多个电极，每一个电极具有孔，在使用中，离子被传送通过所述孔，并且其中，电极的间距沿离子路径的长度增大，并且其中，在离子引导件的上游段中的电极中的孔具有第一直径，并且其中，在离子引导件的下游段中的电极中的孔具有第二直径，该第二直径小于第一直径，并且其中，AC或RF电压的相反相位在使用中被施加至相继的电极。
根据一种实施方式，该质谱仪还包括被设置成并适于将AC或RF电压供给至电极的装置。AC或RF电压优选地具有从下列组中选择的振幅，所述组包括：(i)峰间值<50V；(ii)峰间值50-100V；(iii)峰间值100-150V；(iv)峰间值150-200V；(v)峰间值200-250V；(vi)峰间值250-300V；(vii)峰间值300-350V；(viii)峰间值350-400V；(ix)峰间值400-450V；(x)峰间值450-500V；和(xi)峰间值>500V。
AC或RF电压优选地具有从下列组中选择的频率，所述组包括：(i)<100kHz；(ii)100-200kHz；(iii)200-300kHz；(iv)300-400kHz；(v)400-500kHz；(vi)0.5-1.0MHz；(vii)1.0-1.5MHz；(viii)1.5-2.0MHz；(ix)2.0-2.5MHz；(x)2.5-3.0MHz；(xi)3.0-3.5MHz；(xii)3.5-4.0MHz；(xiii)4.0-4.5MHz；(xiv)4.5-5.0MHz；(xv)5.0-5.5MHz；(xvi)5.5-6.0MHz；(xvii)6.0-6.5MHz；(xviii)6.5-7.0MHz；(xix)7.0-7.5MHz；(xx)7.5-8.0MHz；(xxi)8.0-8.5MHz；(xxii)8.5-9.0MHz；(xxiii)9.0-9.5MHz；(xxiv)9.5-10.0MHz；和(xxv)>10.0MHz。
该优选实施方式提供了围绕闭环系统进行离子迁移率分离的能力，其中，可进行离子围绕该环的单次或多次通过。当离子引导件形成为闭环时，离子可围绕环通过多次，使得闭环离子引导件在维持相对紧凑的几何结构的同时提供相对长的漂移区域，离子可沿所述相对长的漂移区域分离。
传统离子迁移率分离器质谱仪通常将具有相对长的线性漂移区域的相对大的离子迁移率分离器用于提供高分辨率。这些系统需要使用高电压，以跨过该长的漂移区域产生所需的电场。多程IMS系统已经被构建而成但要容忍相对低的灵敏度。在紧凑的几何结构中，与高分辨率相结合，该优选实施方式通过使用RF离子引导环路系统提供了高灵敏度。
该优选实施方式有助于解决为获得较高迁移分辨率而需要物理上长的漂移区域的问题，并降低了获得该分辨率所需要的绝对电压，由此使得危险电压的利用和电击穿的风险最小化。
附图说明
现在将仅作为示例并参照附图来描述本发明的多种实施方式，在附图中：
图1示出了必须被施加至具有不同长度的漂移区域以便沿漂移区域的不同长度维持相同的电场强度的电压的示例；
图2示出了使电场区域沿漂移长度平移以便分离离子的离子迁移率分离器；
图3示出了根据本发明的实施方式的并且具有圆形漂移长度的离子迁移率分离器；
图4A示出了在图3的实施方式中的电极的布置的平面图，并且图4B示出了电极中的一个的示意图；
图5A示出了图4A的实施方式的一部分，并且图5B至5D示出了在离子分离过程期间在不同时刻下沿该部分的DC电压电位分布图；
图6A和图6B示出了漂移单元的实施方式，除了每一个电极中的孔的形状是不同的以外，该漂移单元与图4A和图4B中所示的漂移单元是大致相同的；
图7A示出了优选实施方式的漂移单元的离子入口/出口区域的示意图，并且图7B和图7C示出了该入口/出口区域的各个部分在不同时刻的电位；
图8A和图8B示出了具有卵形或跑道形几何结构的离子引导路径的离子迁移率漂移单元的不同视图；和
图9A示出了本发明的实施方式中的电极的布置的平面图，并且图9B示出了贯穿该漂移单元的横截面的示意图。
具体实施方式
利用均匀电场的离子迁移率谱仪(IMS)的分辨能力R由下列表达式给出：
R = t t FWHM = ( LEze 16 kT ln 2 ) 0.5 = ( Vze 16 kT ln 2 ) 0.5
其中，t是通过该装置的漂移区域的离子漂移时间；tFWHM是处于信号的半高度处的峰值宽度；L是漂移区域的长度；E是电场强度；z是正被分析的离子上的电荷；e是单位电荷；V是横跨该装置的漂移区域的电位差(E＝V/L)；k是伯尔兹曼常数；并且T是漂移区域中的漂移气体的温度。
从上述表达式明白的是，横跨IMS装置的漂移区域的电位差V可被增大，以便提高该装置的分辨率。然而，增大横跨漂移区域的固定长度的电位差将最终在漂移气体中导致电击穿。因此，为了进一步提高该装置的分辨率，传统上，增大漂移区域L的长度被视为是必需的。然而，如果增大漂移区域L的长度，那么就必须横跨漂移区域施加更大的电位差，以便在较长的漂移区域上维持相同的电场强度。
图1示出了必须施加至具有不同长度的漂移区域以便沿漂移区域的不同长度维持相同电场强度的电压的示例。如果漂移区域仅具有长度L，那么就可在漂移区域的出口处施加电压V0，并可在漂移区域的入口处施加较高的电压V1，以便横跨漂移区域提供电场。该电场将离子驱动通过存在于漂移区域中的漂移气体，使得离子在它们通过该漂移区域时根据它们通过该漂移气体的迁移率进行分离。如果漂移区域的长度被加倍成2L，并且在漂移区域的出口处施加相同的电压V0，随后，在漂移区域的入口处施加的电压必须被增大至V2，以便沿长度为2L的漂移区域维持与沿长度为L的漂移区域存在的电场强度相同的电场强度。同样，如果漂移区域的长度被增大至3L并且在漂移区域的出口处施加相同的电压V0，那么就必须将在漂移区域的入口处施加的电压增大至V3，以便沿长度为3L的漂移区域维持与沿长度为L的漂移区域存在的电场强度相同的电场强度。该常规方法最终导致了极长的漂移区域并且由此导致大型IMS装置。除此之外，该常规方法需要利用相对大的电位差，以便沿相对长的漂移区域获得所需的电场强度。利用高绝对电压以实现该情况可导致对于环境的电击穿，这会是危险的。
为了避免利用高电压和长漂移区域，可在任一给定时刻仅在漂移区域的一部分长度上施加所需的电压梯度，使得在该漂移区域的那部分中获得所需的电场。提供该电场的电压可随后沿该漂移区域前进，使得漂移区域的其中被施加电场的该部分跟上漂移离子。这示于图2中。
图2示出了长度为L的漂移区域。通过在漂移区域L的间隔开的位置处施加电位V0和V1而沿漂移区域的一部分‘dL’建立电场。该电场迫使离子通过漂移气体，从而导致它们在它们通过该漂移气体时根据它们的离子迁移率进行分离。在离子从漂移区域L的入口朝向漂移区域L的出口前进时，使漂移区域的被施加了电场的该部分dL沿着漂移区域L在从漂移区域的入口至出口的方向上移动。使漂移区域的被施加了电场的该部分dL以这样的速率移动，使得所需的离子在它们通过该漂移区域L时并不离开电场区域dL。这确保了所关心的离子在它们沿漂移区域的整个长度通过时经历了具有所需强度的均匀电场，并且无需横跨漂移区域L的整个长度提供大电位差。相反，由于仅横跨漂移区域L的一部分dL施加电场，可利用相对小的电位差V1-V0来获得所需的电场强度。该技术因此使得电击穿的风险最小化，所述电击穿可能以其它方式通过利用高绝对压力而引发。
对于长度dL上的固定的电位差V1-V0而言，结合图2描述的这种装置的分辨率与比率L/dL的平方根成正比地增大。因此，为了增大该装置的分辨率，就必须增大漂移区域L的总长度或者必须缩短电场区域dL的长度。增大漂移区域L的总长度导致了不合乎需要的大型IMS装置。然而，缩短电场区域dL的长度会难于在所关心的离子通过漂移区域并且相对于彼此空间分离时将它们维持在电场区域dL内。
图3示出了根据本发明的实施方式的IMS装置2，该IMS装置2可提供改进的分辨率而不会具有上述缺点。该IMS装置2包括漂移单元4，该漂移单元4具有用于沿被设置成连续的圆形几何结构的漂移长度引导离子的电极。可在入口区域6处将离子引入到该装置中。在离子已经进入该装置2之后，通过将电压施加至该装置的电极而使它们围绕该装置的漂移长度移动。更具体地说，可将电位差沿漂移长度设置或传送，以致于沿该漂移长度推动离子。漂移气体存在于漂移长度中，并且导致离子在它们沿漂移长度通过时根据它们通过该漂移气体的离子迁移率而被分离出。在离子已经执行了它们所需的分离之后，它们可被从装置2中提取出或者被允许在出口区域6处离开该装置2，该出口区域6优选地与入口区域6在相同位置。因此，优选地使离子在被提取出之前围绕该漂移单元4执行至少一个完整的循环，即从漂移单元4的入口/出口区域6经过围绕漂移单元4的全部路线并返回至该漂移单元的入口/出口区域6的循环。根据想要在其上分离离子所经过的长度，可使离子在被提取之前仅围绕漂移单元4执行单个循环或者围绕该漂移单元4执行多个循环。
如上所述，可沿漂移长度设置或传送电位差，以使离子围绕该漂移单元4循环。如果仅需要围绕漂移单元4进行单个循环，那么就可横跨漂移单元4的固定长度设置固定的电位差，以将离子围绕漂移单元从入口区域6驱动至出口区域6。作为选择，可沿漂移长度传送电位差，以使离子围绕漂移单元4循环。在该实施方式中，用于驱动离子通过该装置2的电位差可被在任一给定的时刻仅施加在漂移长度的一部分上。当离子围绕漂移单元4行进时，漂移区域的施加有电位差的长度被围绕漂移单元4传送，使得所需离子总是被维持在横跨其施加了电位差的区域中。如果仅希望离子围绕该漂移单元4行进一个循环，那么就可使施加有电位差的漂移长度仅围绕漂移单元4行进一次。然而，如果需要离子围绕漂移单元4行进多个循环，那么就可使横跨其施加有电位差的漂移长度与离子一起围绕漂移单元4行进多次。在离子围绕漂移单元4循环多次的模式中，离子入口和出口区域6可被停用，使得离子不受阻碍地通过该入口和出口区域6，直到需要将离子提取出为止。
图4A从平面图中示出了电极8在图3的漂移单元4中的布置的优选实施方式。漂移单元4可由多个有孔电极8形成，所述多个有孔电极8被设置成圆形，并且使得每一个电极8位于从漂移单元4的中心向外径向延伸的平面中。具有圆孔10的有孔电极8的示例示于图4B中。将电压施加至电极8，以引导离子通过相继的电极8中的孔10并由此围绕漂移单元4移动。更具体地说，可将RF电压施加至电极8，以便径向地限制离子并提供通过电极8的孔10的离子引导路径。漂移单元4中的交替电极8被优选地施加有RF电压源的不同相位。漂移单元4中的交替电极8被优选地施加有RF电压源的反向相位，即当给定电极8处于0度的RF相位时，相邻的电极8优选地处于180度。DC电压梯度被施加至电极8中的至少一些电极并且被优选地叠加在RF电压上，以提供轴向电场，所述轴向电场推动离子漂移通过漂移气体并围绕漂移单元4漂移。
在图4A中所示的示例中，可见到的是，将一个电极8a维持在相对高的电压V1，并且将相邻的电压8b维持在相对低的电压V0。这导致离子被迫远离在高电压V1下的电极8a并以逆时针的方式朝向在低电压V0下的电极8b围绕漂移单元4通过。电极8中的被设置在保持于V1和V0的两个电极8a、8b之间的至少一些电极还优选地具有DC电位，所述DC电位被施加至它们以维持在所述两个电极8a、8b之间降低的电压梯度。例如，可将越来越小的DC电压施加于围绕漂移单元4的电极8，以形成沿漂移长度驱动离子的电压梯度。DC电压梯度可利用联接至电极8的电阻排12产生，所述电极8形成漂移单元4并且横跨所述电极8施加电位差。将会了解到的是，尽管已经描述了用于围绕该装置推动正离子的降低的电压梯度，但可将增大的电压梯度用于围绕该装置推动负离子。
在上述示例中，施加于该装置的DC电位差沿该装置的固定长度设置。作为选择，DC电位差可仅沿漂移区域的一部分长度设置，以形成轴向电场区域，并且该轴向电场区域可随后被与离子一起围绕该装置移动。在后一实施方式中，可将DC电压仅施加于形成漂移单元4的电极8中的一些电极，以仅沿漂移单元4的一部分形成DC电压梯度和轴向电场区域。施加有这些DC电压的电极8可随后随着时间而改变，使得其上维持有轴向电场的长度被优选地以这样一种方式围绕漂移单元移动，使得在离子围绕漂移单元移动时，它们总是保留在电场区域内。这确保离子在它们围绕漂移单元4通过时经历均匀的电场强度。该轴向DC电压梯度可以单个电极8为一步或者以多个电极8为一步围绕该装置逐步步进。然而，所观察到的是，增加电压梯度围绕该装置步进所通过的电极8的数量有效地缩小了可被保留在轴向电场区域中的离子迁移率的范围。
图5A示出了图4A的漂移单元4的一部分，在该部分处，离子可进入或离开漂移单元。图5B至图5D示出了在离子分离过程期间在不同时刻下沿漂移单元4的该部分的DC电位分布图。为了有助于在漂移单元4的周边上的相同位置处的离子进入和离子离开，可将离子优选地设置成在低DC电位的区域6中进入或离开漂移单元。如在图5B中所示，优选的是，在离子进入漂移单元4的时候，沿入口/出口区域6大致不设置DC电压梯度。一旦离子处于漂移单元4内，随后优选地施加轴向DC电位差。将DC电位围绕漂移单元4施加至电极8，以形成如图5C中所示的电压梯度。可将相对高的电压V1施加于第一电极8a并且可将逐步变小的DC电压围绕该漂移单元4施加至电极8，直到最后一个电极8b，其处于V0。如从图5C可见，入口区域6处的电位是相对高的，并且离子经历轴向电场并且开始沿电位差并以顺时针的方式围绕该装置行进。
如上所述，所希望的是，将相对高的DC电位施加于离子入口区域6，以便使离子开始围绕漂移单元4漂移。同样希望的是，离子在区域6处离开该装置，在该区域6中，DC电位是低的或者大致为零。然而，对于离子而言，优选的是，在大致相同的位置6处进入和离开漂移单元4。根据优选实施方式，这些功能中的两者均是可实现的，离子在同一位置6处进入和离开该装置。该优选实施方式通过随着时间来改变施加至电极8的DC电位使得电压梯度的位置围绕漂移单元4移动来实现该情况。如上所述，图5C中所示的电位分布图使离子在它们已进入该装置后开始围绕漂移单元4漂移。当离子围绕漂移单元移动时，电位差的位置也以这样的方式围绕漂移单元移动，使得离子经历相同的均匀的电压梯度。到了离子已经围绕漂移单元移动至出口区域6的时候，电压梯度已围绕漂移单元旋转至图5D中所示的位置。可见的是，低DC电压V0已经围绕漂移单元4移动至电极8d所处的位置，并且高DC电压V1已经围绕漂移单元4移动至电极8c的位置。设置于漂移单元4的出口区域6处的轴向DC电位差的部分因此具有相对低的DC电位，从而使得离子在DC电压大致为零或低的区域中离开漂移单元4。
如上所述，如果仅需要离子围绕漂移单元4行进单个循环，那么DC电位优选地围绕该周边前进，使得入口/出口区域6处的高电压区域(大致处于V1)到了离子到达该出口区域6的时候被低电压区域(大致处于V0)替代。在替代方法中，离子可进入漂移单元4并且可随后被输送至位于远离该入口/出口区域6的一些位置处的限制区域(未示出)。离子可利用电场、例如通过将DC电压施加至电极8而被输送至该限制区域。在已使离子移动至该限制区域之后，可将相对高的DC电压V1施加至该限制区域，并且可将相对低的DC电压V0施加至该入口/出口区域6，从而使离子围绕漂移单元4移动。以该方式，并不要求改变将离子分离开的轴向DC电压梯度的位置，以便能够在大致没有DC电压的出口区域6处提取离子。使离子在迁移率分离之前移动远离该入口区域的该方法还可用在使离子围绕漂移单元4循环多次的模式中。
图6A和图6B示出了除了每一个电极8中的孔10的形状不同之外与图4A和图4B中所示的实施方式大致相同的实施方式。图6B示出了电极8中的构成图6A的漂移单元4的一些电极的透视图。将看到的是，每一个电极8具有槽孔10，离子在它们围绕漂移单元4行进时通过所述槽孔10。每一个槽孔10优选地具有其沿漂移单元4的半径R的方向设置的宽度及其垂直于漂移单元4的半径R的长度。与其它成形孔10相比，槽孔10的使用在将离子限制于与漂移单元4的中心相距大致相同的径向距离R的位置处的同时，允许通过电极8来限制离子的相对高的电荷量。这使得离子在它们围绕漂移单元4行进时经历的电场和路径长度的差异最小化。将了解到的是，如果将相对大的圆孔10用于限制高电荷密度，那么与处于与漂移单元4的中心相距相对小距离R的位置处的离子相比，处于与漂移单元4的中心相距相对大的径向距离R的位置处的离子会经历截然不同的路径长度。可见到的是，设置每一个电极8的平面优选地沿径向方向与漂移单元4的中心对准。电极8由此随着与漂移单元4的中心相距的距离的增大而彼此分开，从而使RF径向限制对于在与漂移单元4的中心相距增大的径向距离R的位置处的离子而言变得效果不佳。槽孔10的使用使数量相对多的离子能够被相对于漂移单元4的中心定位在大致相同的径向位置处，使得离子经历大致相同的RF限制场。
在诸如上述装置中的任一个之类的闭环装置中，可在给定实验中进行分析的迁移率的范围由漂移场的物理长度和迁移率实验的时长确定。例如，如果DC电压梯度围绕漂移单元4以一定的速率行进，使得最低迁移率的离子种类保留在所施加的高电位V1的位置处，随后在给定时间之后，最高迁移率种类将到达DC电压梯度的端部，在那里，施加低电位V0，并且对于该种类将并不发生进一步的离子迁移率分离。如果具有最高迁移率的离子到那时并未到达离子提取位置6，那么就存在具有低迁移率的离子将与具有较高迁移率的离子再合并(re-merge)的可能性，由此错过该离子迁移率分离。如果需要更高的迁移分辨率，由于需要离子围绕漂移单元4进行更多循环并且由此使迁移率分离的时长增大，则会使该情形恶化。
本发明设想通过使DC电压梯度围绕漂移单元4循环的速率与所关心的离子迁移率范围围绕偏移单元4循环的速率同步而在离子迁移率种类的选定范围上提供相对高分辨率的离子迁移率分离。该同步可被执行以允许具有不合乎需要的低迁移率的离子种类在高电位V1端处从该DC电压梯度中‘跌落’，并且允许具有不合乎需要的高离子迁移率的离子在低电位V0端处离开该DC电压梯度，并与其它离子再合并。可随后对DC电压梯度的循环速率进行选择，使得在所需范围的离子迁移率到达用于提取的该区域时，将低电位V0设置在离子出口区域6处。还设想到的是，可从系统中消除或排出到达DC电压梯度的两端中的一个的不受欢迎的离子。这可例如通过移除在位于维持DC电压梯度所沿的长度的外部的位置处施加至电极8的RF离子限制电压来实现。随后，离子并不被径向限制于这些位置处，并且将通过扩散现象而不再为该系统所有。
图7A示出了漂移单元4的离子入口/出口区域6的示意图。图7B和图7C示出了该入口/出口区域6的各个部分在不同时刻下的电位。参照图7A，该入口/出口区域6包括设置在有孔电极8a、8b中的相邻的两个之间的入口/出口电极14的阵列。该入口/出口电极14优选地包括多排上部电极和多排下部电极，其中，所述排与有孔电极8a、8b所在的平面对齐。每一排入口/出口电极14优选地由多个电极构成，所述多个电极可沿每一排的长度轴向地分离开。为了将离子径向地限制在该入口/出口区域6中，优选地将RF电位施加于该入口/出口电极14。将RF电压源的相同相位优选地施加于处于同一排中的所有入口/出口电极14。将RF电压源的不同相位、优选地为相反相位优选地施加于相邻排的入口/出口电极14，以便径向地限制离子。
在离子进入到漂移单元4中期间，可将电压施加至该入口/出口电极14，以沿y方向产生小电场，所述小电场促使离子通过漂移单元4的侧部进入到漂移单元4中。电压也可以在该入口/出口区域6的与离子进入的侧部相反的侧部处被施加至该入口/出口电极14，以防止离子笔直地通过并离开漂移单元4。当希望开始离子迁移率分离时，对施加至该入口/出口电极14的电压进行选择，以沿x方向施加轴向电场，所述轴向电场使离子围绕漂移单元4行进。图7B示出了由该入口/出口电极14和恰好在该位置处位于该入口/出口电极14的任一侧上的有孔电极8a、8b形成的电位分布图。电位分布图16是由有孔电极8a所导致的分布图，电位分布图18是由有孔电极8b所导致的分布图，并且电位分布图20是由入口/出口电极14所导致的分布图。当希望使离子离开该入口/出口区域6时，施加至该入口/出口电极14的电位优选地被改变，使得电场将离子沿y方向推出该装置。图7C示出了由该入口/出口电极14和恰好在该位置处位于该入口/出口电极14的任一侧上的有孔电极8a、8b形成的电位分布图。电位分布图16是由有孔电极8a所导致的分布图，电位分布图18是由有孔电极8b所导致的分布图，并且电位分布图20是由入口/出口电极14所导致的分布图。作为选择，所设想到的是，将电压朝向该装置的出口沿y方向接连施加于入口/出口电极14，使得行进的电位波将离子推出该出口。
将了解到的是，具有不同于圆形路径的其它形状的连续的离子引导路径的漂移单元4也被认为处于本发明的范围内。例如，可利用连续的卵形或跑道形离子引导几何结构。
图8A示出了具有呈卵形或跑道形几何结构的离子引导路径的离子迁移率漂移单元4的平面图。除了电极8被设置成形成以卵形或跑道形而非圆形延伸的离子引导路径之外，该漂移单元4可以与上述实施方式中的任一种大致相同的方式操作和构建。该漂移单元4的电极8可被电连接至印刷电路板。离子在离子入口/出口区域6处进入和离开该漂移单元4。该入口/出口区域6可被以与上述实施方式中相同的方式构建。作为选择，该入口/出口区域6可被构造成，使得离子可沿在漂移单元4的上方向上延伸或在漂移单元4的下方向下延伸的方向进入和离开该漂移单元4，而非与上述实施方式中一样通过该漂移单元4的侧部进入和离开该漂移单元4。
图8B从侧视图示出了图8A的实施方式。该漂移单元4被设置在充满漂移气体的腔室22内。利用RF离子引导件24、26将离子引导进出腔室22。RF离子引导件24、26还与该漂移单元4的离子入口/出口区域6联接，使得可将离子引导到该漂移单元4中以及引导出该漂移单元4。在该实施方式中，通过输入离子引导件24将离子引导到腔室22中并从位于漂移单元4下方的方向引导到漂移单元4的入口/出口区域6中。如果希望通过离子的离子迁移率将离子分离出来，就围绕该漂移单元4的卵形或跑道形离子路径以与上述实施方式中相同的方式推动离子。当离子沿离子路径通过时，它们根据它们通过存在于腔室22中并由此存在于漂移单元4中的漂移气体的离子迁移率进行分离。当希望从漂移单元4中提取离子时，它们被沿位于漂移单元4的上方向上的方向射出并射入到离子引导件26中。离子随后被通过离子引导件26引导出腔室22。另一方面，如果并不要求进行离子的离子迁移率分离，那么可使离子种类直接通过该漂移单元4的入口/出口区域6而从输入离子引导件24移动至输出离子引导件26且无需围绕漂移单元4移动。换言之，可在旁路模式中操作该漂移单元4。
在优选操作模式中，将具有所需范围的离子迁移率的离子从漂移单元4中提取出来是可能的。这通过使离子围绕该漂移单元4穿过使得它们分离并且随后将离子入口/出口区域6处的喷射脉冲的启动与所关心的离子处于入口/出口区域6的时间同步来实现。所需离子因此被从漂移单元4中射出，并且留在漂移单元4中的其它离子种类可继续通过该漂移单元4并且根据离子迁移率进行分离。作为选择，剩余的离子可例如通过从电极8上移除RF电压使得离子不再被径向地限制在该漂移单元内而被从漂移单元4中抛弃。
具有所需离子迁移率的喷射离子可被立即远离该漂移单元4输送至质量分析器或检测器。作为选择，这种离子可被捕获在存储区域中，同时另一迁移率循环发生在该漂移单元4中且直到具有相同离子迁移率范围的更多离子被从漂移单元4中喷射到该存储区域中为止。在已执行了足够多的迁移率循环以便在该存储区域中累积所需数量的离子之后，这些离子可随后被输送至用于进一步分析的分析器或输送至检测器。该方法可被用于增强所需离子的离子信号。此外，或者作为选择，可使已从漂移单元4中射出的所需离子成为碎片或者解离并且随后被再次引回到该漂移单元4中，使得该破碎离子或子离子的离子迁移率可由漂移单元4进行分析。
将了解到的是，在操作模式中，漂移单元4的离子引导路径可用于存储离子并且漂移单元4可作为离子存储装置进行操作。
尽管已经在上文中将形成漂移单元的电极描述成有孔电极，但还设想到的是，可使用电极的其它几何结构以围绕该漂移单元来引导离子。
图9A从平面图示出了漂移单元4中的电极的布置的优选实施方式。并非是由设置成环形的多个有孔电极8形成漂移单元4，而是漂移单元被划分成节段28，其中，每一个节段28均包括多层电极，如图9B中所示。
图9B示出了贯穿图9A中的节段28中的一个的横截面。每一个节段28由顶部电极30、底部电极32和设置在其间的多层电极34形成。每一层包括两个横向间隔开的电极34，所述电极34被设置成使得这些电极34形成侧向电极。所述侧向电极35被叠置成列，以在侧向电极34的列之间并在顶部电极30与底部电极32之间限定空间36。顶部电极30、底部电极32、和侧向电极34是大致呈平面状的，并且围绕漂移单元4的纵向方向延伸，以形成如图9A中所示的漂移单元4的节段28。平面状的电极30、32、34在使用中在离子在其中行进的平面中延伸。
离子被径向地限制在位于侧向电极34、顶部电极30与底部电极32之间的空间36内。为了实现该限制，将RF电位施加于侧向电极34。将RF电压源的相同相位优选地施加于每一层中的两个侧向电极34。将RF电压源的不同相位优选地施加于相邻层中的侧向电极34。任一给定层中的侧向电极34优选地被供给与相邻层中的侧向电极34相反的RF电压相位。通过将RF电位施加于侧向电极34，将离子横向地限制在位于侧向电极34之间的空间36内。还可将RF电位施加于顶部电极30和底部电极32，以将离子在竖直方向上限制在空间36内。然而，优选的是，仅将DC电位施加于顶部电极30和底部电极32，以便在竖直方向上限制离子。
尽管漂移单元4具有与先前所述的具有有孔电极8的实施方式不同的电极构造，但漂移单元4的操作是大致相同的。将DC电压梯度施加至电极中的至少一些电极，以提供推动离子通过漂移气体并围绕漂移单元4漂移的轴向电场。该DC电压梯度可通过将不同的DC电压供给至漂移单元4的不同节段28的电极形成。可将不同的DC电压供给至不同节段28中的顶部电极30和/或底部电极32以形成电压梯度。此外，或者作为选择，可将不同的DC电压供给至不同节段28的侧向电极34以形成电压梯度。例如，可将越来越小的DC电压施加至围绕漂移单元4的不同节段28的电极，以形成沿漂移长度驱动离子的电压梯度。
如结合先前实施方案所述，施加至该装置的DC电位差可被沿该装置的固定长度设置。作为选择，可沿漂移区域的一部分长度设置DC电位差，以形成轴向电场区域并且可随后使该轴向电场区域与离子一起围绕该装置移动。可如前所述构造该出口区域6。
尽管已经参照优选实施方式描述了本发明，但本领域技术人员将理解到，在不背离如所附权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上做出多种改变。

Claims (33)

1.一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，所述多个电极设置成形成在闭环中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，所述电压梯度促使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。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子引导件包括离子入口/出口区域，所述离子入口/出口区域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。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述离子引导件的所述电极沿所述离子引导件的所述纵向轴线轴向间隔开，并且其中，将不同的DC电压施加于轴向间隔开的所述电极中的不同电极上以形成所述DC电压梯度。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，DC电压梯度区域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。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将越来越小的DC电位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。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，沿所述DC电压梯度区域设置大致均匀的DC电压梯度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，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分离出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，随着时间流逝，沿着其维持所述DC电压梯度的所述离子引导件的一部分沿所述离子引导件移动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述DC电压梯度围绕所述离子引导件以这样的速率移动，使得在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，且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。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述离子在它们仅围绕闭环的所述离子引导件行进单个循环时保留在所述DC电压梯度内，或者其中，所述离子在它们围绕闭环的所述离子引导件反复地行进多个循环时保留在所述DC电压梯度内。
11.根据权利要求8、9或10所述的方法，其中，所述DC电压梯度围绕所述离子引导件以这样的速率移动，使得具有高于第一阈值和/或低于第二阈值的离子迁移率的不受欢迎的离子在使所述电压梯度区域围绕所述离子引导件移动时并不持续地保留在所述电压梯度区域内。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，具有高于所述第一阈值的离子迁移率的不受欢迎的离子离开所述电压梯度区域的低电位端和/或具有低于所述第二阈值的离子迁移率的不受欢迎的离子离开所述电压梯度的高电位端。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在所述离子引导件的出口区域处，不持续地保留在所述DC电压梯度区域内的所述不受欢迎的离子不会从所述离子引导件中提取出。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将RF电压施加至所述电极以将离子沿所述DC电压梯度区域限制在所述离子引导路径内，并且RF电压不施加在所述离子引导件的位于所述DC电压梯度区域外部的一个或多个区域处的所述电极中的至少一些上，使得离子并不被限制在所述离子引导件的所述一个或多个区域内并且在这些区域处从所述离子引导件中失去。
15.根据权利要求8-14中的任一项所述的方法，其中，使所述DC电压梯度围绕所述离子引导件移动的速率与由所述电压梯度推动所关心的离子围绕所述离子引导件的速率同步，使得所关心的离子在所述电压梯度的最小电位被设置于所述离子引导件的所述出口区域的时候到达所述离子引导件的出口区域。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将离子在入口区域处引入到所述离子引导件中，并且其中，在离子处于所述入口区域中的时候，所述电压梯度的大致最大的电位被设置于所述入口区域处，以推动所述离子远离所述入口区域并围绕所述离子引导件。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，仅将DC电压施加至所述离子引导件的一些电极，使得在任一给定时刻仅沿所述离子引导件的一部分长度设置所述DC电压梯度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在任一给定时刻，将所述DC电压梯度设置于所述离子引导件的长度的一定百分比上，所述一定百分比从以下选择：<5％；<10％；<20％；<30％；<40％；<50％；<60％；<70％；<80％；或<90％；和/或其中，在任一给定时刻，将所述DC电压梯度设置于所述离子引导件的长度的一定百分比上，所述一定百分比从以下选择：>5％；>10％；>20％；>30％；>40％；>50％；>60％；>70％；>80％；或>90％。
19.根据权利要求1-16中任一项所述的方法，其中，在任一给定时刻，将所述DC电压梯度设置在所述离子引导区域的大致整个长度上。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极构造成，当施加所述RF电压时，沿垂直于所述离子引导件的所述纵向轴线的方向限制离子。
21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极是有孔电极，所述有孔电极被排列成，使得所述离子在它们沿所述离子引导路径行进时被引导通过所述电极的孔。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电极中的孔是槽孔。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述电极被设置成，使得所述离子引导路径的至少一部分是弯曲的并由此具有曲率半径，其中，每一个槽具有与所述半径大致平行的其最小尺寸和大致垂直于所述半径的其最大尺寸。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极被设置成，使得闭环的所述离子引导路径是大致呈圆形的或卵形的。
25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述离子引导件中设置漂移气体，使得所述离子在它们沿所述离子引导件被推动时根据它们的通过所述漂移气体的迁移率进行分离。
26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将离子通过闭环的所述离子引导件的侧部引入到所述离子引导件中或者从所述离子引导件中射出。
27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，设置电极阵列以将离子推动到所述离子引导件的入口区域中；和/或其中，在所述离子引导件的出口区域中设置电极阵列以将离子推出所述离子引导件。
28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将离子通过闭环的所述离子引导件的顶部或底部引入到所述离子引导件中；和/或其中，将离子通过闭环的所述离子引导件的顶部或底部射出所述离子引导件。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述离子引导件包括出口区域，并且所述离子在它们围绕所述离子引导件行进时通过将电压脉冲施加至所述离子引导件的一个或多个电极而在所述出口区域处被射出所述离子引导件，所述电压脉冲的正时被选择成使得在具有选定的离子迁移率的离子通过所述出口区域时将它们射出。
30.一种质谱分析方法，所述方法包括根据如前述权利要求中任一项所述的方法来分离离子。
31.一种离子迁移率分离器，包括：
具有多个电极的RF离子引导件，所述多个电极设置成形成在闭环中延伸的离子引导路径；
RF电压源，所述RF电压源用于将RF电压供给至所述电极，用于将离子限制在所述离子引导路径内；和
DC电压源，所述DC电压源设置成并适于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，在使用中，所述电压梯度促使离子围绕所述离子引导件经历一个或多个循环，并由此致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。
32.根据权利要求31所述的离子迁移率分离器，其中，所述分离器设置成并且构造成执行根据权利要求2-29所述的方法中的任一种。
33.一种质谱仪，所述质谱仪包括根据权利要求31或32所述的离子迁移率谱仪。
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