CN112703579A - 用于高通量电荷检测质谱分析的离子阱阵列 - Google Patents

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Abstract

一种静电线性离子阱（ELIT）阵列包括：多个细长电荷检测筒，其端对端布置并且各自限定居中通过其延伸的轴向通路；多个离子镜结构，每一个离子镜结构限定一对轴向对准的腔和居中延伸通过其的轴向通路，其中，不同离子镜结构被设置在每一个筒的相对端之间；以及，前离子镜和后离子镜，其各自限定至少一个腔和居中通过其延伸的轴向通路，前离子镜定位在电荷检测筒的布置的一端处，并且后离子镜定位在电荷检测筒的布置的相对端处，其中，电荷检测筒、离子镜结构、前离子镜以及后离子镜的轴向通路同轴以限定居中穿过ELIT阵列的纵向轴线。在第二方面中，ELIT阵列包括多个不同轴ELIT区域，其中离子选择性地导引到所述ELIT区域中的每一个中。

Description

用于高通量电荷检测质谱分析的离子阱阵列
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年6月4日提交的美国临时专利申请序列号62/680,315的权益和优先权，该申请的公开内容通过引入全文并入本文中。
政府权利
本发明根据国家科学基金会授予的CHE1531823利用政府支持完成。美国政府享有本发明的一些权利。
技术领域
本公开总体上涉及电荷检测质谱分析仪器，并且更具体地涉及利用这类仪器执行质量和电荷测量。
背景技术
质谱分析通过根据离子质量和电荷分离物质的气态离子而提供物质的化学成分的鉴定。已经开发了用于确定这类分离的离子的质量的各种仪器和技术，并且一种这样的技术被称为电荷检测质谱分析（CDMS）。在CDMS中，根据测得的离子质荷比（通常称为“m/z”）和测得的离子电荷确定离子质量。
早期的CDMS检测器在m/z和电荷测量中存在高度不确定性，这导致了静电线性离子阱（ELIT）检测器的开发，在ELIT中，迫使离子前后振荡通过电荷检测筒。离子多次通过这类电荷检测筒为每一个离子提供多次测量。并且已经示出，电荷测量的不确定性随n1/2降低。其中，n是电荷测量的次数。然而，这类多次电荷测量必然限制使用当前的ELIT设计时能够获得离子m/z和电荷测量的速度。因此，期望寻求ELIT设计和/或操作方面的改进，相对于使用当前ELIT设计可以获得的速率，该改进增加了离子m/z和电荷测量的速率。
发明内容
本公开可以包括所附权利要求中提及的一个或多个特征，和/或以下特征中的一个或多个及其组合。在第一方面，一种静电线性离子阱（ELIT）阵列可以包括：多个细长电荷检测筒，其端对端布置并且各自限定居中通过其延伸的轴向通路；多个离子镜结构，每一个都限定一对轴向对准的腔，并且每一个都限定居中延伸通过两个腔的通过离子镜结构的轴向通路，其中，多个离子镜结构中的不同离子镜结构设置在成对布置的每对细长检测筒的相对端之间；以及前离子镜和后离子镜，其各自限定至少一个腔和居中通过其延伸的轴向通路，前离子镜定位在多个电荷检测筒的一端处，并且后离子镜定位在多个电荷检测筒的相对端处，其中，多个电荷检测筒、多个离子镜结构、前离子镜和后离子镜的轴向通路彼此轴向对准，以限定居中穿过ELIT阵列的纵向轴线。
在第二方面，一种用于分离离子的系统可以包括：离子源，配置成从样品生成离子；至少一个离子分离仪器，配置成根据至少一种分子特性分离所生成的离子；以及上文中在第一方面中描述的ELIT，其中，离开至少一个离子分离仪器的离子经由前离子镜进入ELIT阵列。
在第三方面，一种用于分离离子的系统可以包括：离子源，配置成从样品生成离子；第一质谱仪，配置成根据质荷比分离所生成的离子；离子解离级，定位成接收离开第一质谱仪的离子，并且配置成解离离开第一质谱仪的离子；第二质谱仪，配置成根据质荷比分离离开离子解离级的解离离子；以及电荷检测质谱仪（CDMS），包括上文在第一方面中描述的ELIT阵列，与离子解离级并行耦合并且耦合到离子解离级，使得CDMS能够接收离开第一质谱仪和离子解离级中的任一个的离子，其中，使用CDMS测量离开第一质谱仪的前体离子的质量，使用第二质谱仪测量具有低于阈值质量的质量值的前体离子的解离离子的质荷比，并且使用CDMS测量具有处于或高于阈值质量的质量值的前体离子的解离离子的质荷比和电荷值。
在第四方面中，一种电荷检测质谱仪（CDMS）可以包括：离子源，配置成生成离子并且供应离子；静电线性离子阱（ELIT）阵列，其包括多个离子镜，每一个离子镜都限定通过其的对应轴向通路；以及多个电荷检测筒，每一个电荷检测筒限定通过其的对应轴向通路，多个离子镜和电荷检测筒布置成限定多个ELIT区域，每一个ELIT区域包括定位在多个离子镜中的对应不同离子镜之间的多个电荷检测筒中的不同电荷检测筒，其中，多个电荷检测筒中的每一个的轴向通路与多个离子镜中的对应离子镜的轴向通路对准，ELIT阵列配置成接收由离子源供应的至少一些离子；以及装置，用于控制多个离子镜中的每一个，用于将由离子源供应的不同离子俘获在多个ELIT区域中的每一个中，以及用于导致被俘获在多个ELIT区域中的每一个中的离子每次经过多个电荷检测筒中的对应一个时在多个离子镜的对应对之间前后振荡。
在第五方面中，提供一种测量供应到静电线性离子阱（ELIT）阵列的离子入口的离子的方法，该阵列具有多个离子镜和多个细长电荷检测筒，每一个都限定通过其的对应轴向通路，其中，多个电荷检测筒以级联关系端对端布置，其中，多个离子镜中的不同离子镜定位在每一个电荷检测筒之间，以及其中，多个离子镜中的第一个和最后一个定位在级联布置的对应相对端处，其中，第一个离子镜和最后一个离子镜分别限定ELIT阵列的离子入口和离子出口，以及其中，多个离子镜和电荷检测筒中的每一个的轴向通路彼此共线，并且限定居中通过其的纵向轴线以形成轴向对准的ELIT阵列区域的序列，每一个ELIT阵列区域由多个电荷检测筒中的一个和在其每个端处的多个离子镜的对应一对限定。方法可以包括：控制至少一个电压源向多个离子镜中的每一个施加电压以在其中构建离子透射电场，以使进入ELIT的离子入口的离子通过多个离子镜和电荷检测筒中的每一个以及ELIT阵列的离子出口，其中，每一个离子透射场被配置为将穿过其的离子朝向纵向轴线聚焦，以及控制至少一个电压源以顺序修改施加至多个离子镜中的每一个的电压，同时维持之前施加至多个离子镜中的剩余离子镜的电压，这是以最后一个离子镜开始并且以第一个离子镜终止，从而以在每一个ELIT区域中顺序俘获不同离子的方式在多个离子镜的每一个中顺序地构建离子反射电场，其中，每一个离子反射电场配置成导致从多个电荷检测筒中的邻近一个进入对应离子镜的离子停止并且沿相反方向加速往回通过多个电荷检测筒中的对应一个，其中，被俘获在每一个ELIT区域中的离子在多个离子镜的对应离子镜之间在构建于其中的离子反射电场的作用下前后振荡，离子每一次穿过多个电荷检测筒中的对应一个并且在其上诱导相应电荷。
附图说明
图1是包括静电线性离子阱（ELIT）阵列的实施例的离子质量检测系统的简化视图。该静电线性离子阱（ELIT）阵列具有耦合到其的控制和测量元件。
图2A是在图1中示出的ELIT阵列的离子镜的一个示例性离子镜的放大视图。其中，镜电极被控制以在示例离子镜内产生离子透射电场。
图2B是在图1中示出的ELIT阵列的离子镜的另一示例性离子镜的放大视图。其中，镜电极被控制以在示例离子镜内产生离子反射电场。
图3是示出一个过程的实施例的简化流程图。该过程用于控制图1的ELIT阵列的操作以确定离子质量和电荷信息。
图4A至图4E是图1的ELIT阵列的简化视图。其根据在图3中示出的过程展示了多个离子镜的顺序控制和操作。
图5A是离子分离仪器的实施例的简化框图，所述离子分离仪器包括在本文中示出和描述的任何ELIT阵列，并且示出示例离子处理仪器，该离子处理仪器可以形成在ELIT阵列上游的离子源的部分，和/或其可以被设置在ELIT阵列的下游，以进一步处理离开ELIT阵列的离子。
图5B是离子分离仪器的另一实施例的简化框图，其包括在本文中示出和描述的任何ELIT阵列，并且示出示例实施方式，该实施方式组合了常规离子处理仪器与在本文中示出和描述的离子质量检测系统的任何实施例。
图6是包括静电线性离子阱（ELIT）阵列的又一实施例的离子质量检测系统的简化视图。该静电线性离子阱（ELIT）阵列具有耦合到其的控制和测量元件。
图7A是单离子操纵通道的示例实施例的简化透视图，所述单离子操纵通道可以在图6中示出的离子操纵通道阵列中实施。
图7B是简化透视图，其示出在图7A中示出的离子操纵通道的示例操作模式。
图7C是简化透视图，其示出在图7A中示出的离子操纵通道的另一示例操作模式。
图8A至图8F是图6的ELIT阵列的简化视图，其展示了离子操纵通道阵列和ELIT阵列的示例控制和操纵。
图9是包括静电线性离子阱（ELIT）阵列的又一实施例的离子质量检测系统的简化视图，该静电线性离子阱（ELIT）阵列具有耦合到其的控制和测量元件。
具体实施方式
为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考在附图中示出的多个说明性实施例，并且特定语言将用于描述这些实施例。
本公开涉及静电线性离子阱（ELIT）阵列，其包括两个或更多个ELIT或ELIT区域和用于控制该两个或更多个ELIT或ELIT区域的装置，使得ELIT或ELIT区域中的至少两个同时操作以测量质荷比和被俘获在其中的离子的电荷。通过这种方式，与常规单ELIT系统相比，离子测量的速率增加到两倍或者更多倍，并且实现了总离子测量时间的相应降低。在一些实施例中，所述实施例的示例将在下文中参考图1至图4E详细描述，一种ELIT阵列可以以两个或更多个ELIT区域串联，即，级联并且轴向对准地布置的形式实施。而在两个或更多个级联ELIT或ELIT区域中的每一个的相对端处的离子镜被以一种方式控制，该方式在每一个ELIT或ELIT区域中顺序俘获离子，并且该方式导致每一个被俘获离子通过定位在对应ELIT或ELIT区域中的对应电荷检测器前后振荡，以测量质荷比和被俘获离子的电荷。在如将在下文中参考图6至图10详细描述的其他实施例中，ELIT阵列可以以两个或更多个ELIT相对于彼此并行布置的形式实施。离子操纵阵列可以被控制以将离子顺序或者同时引导到并行-布置的ELIT的每一个中。之后，以导致被俘获在其中的离子通过其电荷检测器前后振荡的方式控制两个或更多个ELIT，以测量被俘获离子的质荷比和电荷。
参考图1，电荷检测质谱仪（CDMS）10被示出为包括静电线性离子阱（ELIT）阵列14和耦合到其的控制和测量部件的实施例。在所示实施例中，CDMS 10包括可操作地耦合到ELIT阵列14的入口的离子源12。如将参考图5描述地，离子源12说明性地包括用于从样品生成离子的任何常规设备或者器械，并且还可以包括用于根据一种或者多种分子特性分离、收集、过滤、分割和/或规范化(normalizing)离子的一个或多个设备和/或仪器。作为一个不应当被以任何方式视为限制性的说明性示例，离子源12可以包括常规的电喷雾电离源、基质辅助激光解吸电离（MALDI）源等，其耦合到常规质谱仪的入口。质谱仪可以属于任何常规设计，例如包括但是不限于飞行时间（TOF）质谱仪、反射式质谱仪、傅立叶变换离子回旋共振（FTICR）质谱仪、四极质谱仪、三重四极质谱仪、扇形磁场质谱仪等。在任何情况下，质谱仪的离子出口可操作地耦合到ELIT阵列14的离子入口。离子从其生成的样品可以是任何生物材料或者其他材料。
在图1中示出的实施例中，ELIT阵列14被说明性地以三个ELIT或ELIT区域级联（即，串联或者端对端）布置的形式提供。三个分离的电荷检测器CD1、CD2、CD3分别被对应的接地筒GC1-GC3围绕，并通过相对的离子镜操作地耦合在一起。第一离子镜或前离子镜M1可操作地定位在离子源12和电荷检测器CD1的一端之间，第二离子镜M2可操作地定位在电荷检测器CD1的相对端和电荷检测器CD2的一端之间，第三离子镜M3可操作地定位在电荷检测器CD2的相对端和电荷检测器CD3的一端之间，并且第四离子镜或后离子镜可操作地定位在电荷检测器CD3的相对端处。在所示实施例中，离子镜M1-M3中的每一个限定轴向对准且相邻但相对面向的离子镜区域或腔R1、R2，离子镜区域或腔R1、R2通过板、环或格栅彼此分离，所述板、环或格栅限定通过其的穿孔，并且离子镜M4说明性地限定了单个离子镜区域或者腔R1。在一些替代实施例中，离子镜M4可以与离子镜M1-M3相同。即，离子镜M4可以限定轴向对准且相邻但相对面向的离子镜区域R1、R。替代地或附加地，可以以单区域离子镜（例如，区域R2）的形式提供离子镜M1。
在所示实施例中，第一离子镜M1的区域或者腔R2、电荷检测器CD1、第二离子镜M2的区域或腔R1以及在CD1与离子镜M1、M2之间的空间一起限定ELIT阵列14的第一ELIT或ELIT区域E1，第二离子镜M2的区域或者腔R2、电荷检测器CD2、第三离子镜M3的区域或腔R1以及在CD2与离子镜M2、M3之间的空间一起限定ELIT阵列14的第二ELIT或ELIT区域E2，而第三离子镜M3的区域或者腔R2、电荷检测器CD3、离子镜M4的区域或腔R1以及在CD3与镜电极M3、M4之间的空间一起限定ELIT阵列14的第三ELIT或ELIT区域E3。应当理解，在一些替代实施例中，ELIT阵列14可以包括更少的级联ELIT或ELIT区域，例如，两个级联ELIT或ELIT区域，而在其他替代实施例中，ELIT阵列14可以包括更多的级联ELIT或ELIT区域，例如，四个或者更多个级联ELIT或ELIT区域。任何这类替代ELIT阵列14的结构和操作将大体遵循在图1至图4E中示出并且在下文中描述的实施例的结构和操作。
在所示实施例中，四个相应电压源V1-V4被分别电气连接到离子镜M1-M4。每一个电压源V1-V4说明性地包括一个或多个可切换DC电压源，其可以被控制或编程以选择性地产生数量N个可编程或可控制电压。其中，N可以是任何正整数。这类电压的说明性示例将在下文中关于图2A和图2B描述，以单独和/或共同构建如将在下文中详细描述的每一个离子镜M1-M4的两种不同操作模式中的一种。在任何情况下，纵向轴线24居中延伸通过电荷检测器CD1-CD3中的每一个以及通过每一个离子镜M1-M4的区域或腔R1、R2中的每一个（并且居中通过在每一个离子镜M1-M4中限定并且通过每一个离子镜M1-M4的每一个穿孔）。另外，中心轴线24限定理想行进路径。离子在电压源V1-V4所选择性构建的电场的作用下，在ELIT阵列14及其部分内沿着该理想行进路径移动。
电压源V1-V4被说明性示出为通过数量为P的信号路径电气连接到常规处理器16。处理器16包括存储器18。存储器18具有存储在其中的指令。该指令当被处理器16执行时，导致处理器16控制电压源V1-V4产生期望的DC输出电压，用于在对应离子镜M1-M4的离子镜区域或者腔R1、R2内选择性构建电场。P可以是任何正整数。在一些替代实施例中，电压源V1-V4中的一个或多个可以是可编程的，以选择性地产生一个或多个恒定的输出电压。在其他替代实施例中，电压源V1-V4中的一个或多个可以被配置为产生具有任何期望形状的一个或多个随时间变化的输出电压。应当理解，在替代实施例中，更多个或更少个电压源可以电气连接到镜电极M1-M4。
每一个电荷检测器CD1-CD3电气连接到三个电荷敏感型前置放大器CP1-CP3中相应一个的信号输入，并且每一个电荷前置放大器CP1-CP3的信号输出电气连接到处理器16。电荷前置放大器CP1-CP3每一个都以常规方式说明性地可操作，以接收由电荷检测器CD1-CD3中的对应一个所检测到的检测信号，以产生与其相应的电荷检测信号，并且将该电荷检测信号供应给处理器16。处理器16继而说明性地可操作，以接收和数字化由电荷前置放大器CP1-CP3中的每一个所产生的电荷检测信号，并且将数字化的电荷检测信号存储在存储器18中。处理器16进一步说明性地耦合到一个或多个外围设备20（PD）。外围设备20用于向处理器16提供信号输入和/或处理器16向其提供信号输出。在一些实施例中，外围设备20包括常规显示监测器、打印机和/或其他输出设备中的至少一种，并且在这类实施例中，存储器18具有存储在其中的指令，该指令当被处理器16执行时，导致处理器16控制一个或多个这类输出外围设备20显示和/或记录对所存储的数字化的电荷检测信号的分析。在一些实施例中，常规微通道板（MP）检测器22可以被设置在ELIT阵列14的离子出口处（即，位于离子镜M4的离子出口处）并且电气连接到处理器16。在这类实施例中，微通道板检测器22可操作以将检测信号供应至与所检测的离子和/或中子相应的处理器16。
如将在下文中更详细描述地，电压源V1-V4被以如下方式说明性地控制，该方式选择性地和连续地将从离子源12进入ELIT阵列14的离子导引到三个分离的ELIT或ELIT区域E1-E3的每一个内，使得不同的离子被俘获在三个区域E1-E3的每一个内，并且在其中在每次穿过电荷检测器CD1-CD3中的对应一个时，在对应离子镜M1-M4之间振荡。在每一个电荷检测器CD1–CD3处测量多个电荷和振荡周期值，并且处理所记录的结果，以确定三个ELIT或ELIT区域E1-E3中的每一个中的离子的电荷、质荷比和离子质量值。取决于包括但不限于三个ELIT或ELIT区域E1-E3的尺寸、离子的振荡频率和在三个ELIT或ELIT区域E1-E3的每一个内的离子停留时间的许多因素，被俘获离子在三个ELIT或ELIT区域E1-E3中的至少两个内并且在三个ELIT或ELIT区域E1-E3中的每一个内以典型实施方式同时振荡，使得能够同时从三个ELIT或ELIT区域E1-E3中的至少两个收集离子电荷和质荷比测量结果。
现在参考图2A和图2B，其示出了图1的ELIT阵列14的一个离子镜MX的实施例。其中，X=1-4。其示出了离子镜MX的示例结构和操作。在图2A和图2B的每一个中，所示的离子镜MX包括7个轴向间隔开的导电镜电极的级联布置。对于离子镜M2-M4中的每一个，第一电极301由接地筒GCX-1形成，接地筒GCX-1围绕电荷检测器CDX-1中的对应一者设置。另一方面，离子镜M1的第一电极301由离子源12（IS）的离子出口形成，或者作为在离子源12和ELIT阵列14之间的离子聚焦或者过渡级的一部分。图2B示出前者，而图2A示出后者。在任一种情形下，第一镜电极301限定居中通过其的穿孔A1。该穿孔A1用作进入相应离子镜MX的离子进口和/或离开相应离子镜MX的离子出口。离子镜M1的第一电极301的穿孔A1说明性地用作到ELIT阵列14的离子入口。穿孔A1在形状上说明性地为锥形，其在GCX-1或者IS的内表面和外表面之间从在GCX-1或者 IS的内表面处限定的第一直径P1线性增加到在GCX-1或IS的外表面处的扩大直径P2。第一镜电极301说明性地具有厚度D1。
离子镜MX的第二镜电极302与第一镜电极301间隔开，并且限定直径为P2的通过其的通路。第三镜电极303与第二镜电极302间隔开，并且同样限定直径为P2的通过其的通路。第二镜电极302和第三镜电极303说明性地具有相等的厚度D2，D2≥D1。第四镜电极304与第三镜电极303间隔开。第四镜电极304限定了通过其的直径为P2的通路，并且说明性地具有在大约2D2和3D2之间的厚度D3。板、环或格栅30A说明性地在第四镜电极304的通路内居中定位，并且限定了通过其的具有直径P3的中心穿孔CA。在所示实施例中，P3＜P1。但是在其他实施例中，P3可以大于或等于P1。第五镜电极305与第四镜电极304间隔开，并且第六镜电极306与第五镜电极305间隔开。说明性地，第五镜电极305和第六镜电极306分别与第三镜电极303与第二镜电极302相同。
对于离子镜M1-M3中的每一个，第七镜电极307由接地筒GCX形成，接地筒GCX围绕电荷检测器CDX中的对应一者设置。另一方面，离子镜M4的第七电极307可以是独立电极，因为离子镜M4是序列中的最后一个。在任一种情形下，第七镜电极307限定居中通过其的穿孔A2，该穿孔A2用作进入离子镜MX的离子进口和/或离开离子镜MX的离子出口。穿孔A2说明性地为穿孔A1的镜像，并且具有锥形形状，该锥形形状在GCX的外表面和内表面之间线性减少，从在GCX的外表面处限定的扩张直径P2线性减少到在GCX的内表面处的减少直径P1。第七镜电极307说明性地具有D1的厚度。在一些实施例中，如在图1中作为示例所示，序列中的最后一个离子镜，即，图1中的M4可以终止于板或格栅30A处，使得M4仅包括镜电极301–303，并且仅镜电极4的部分包括板或格栅30A，以便M4仅包括在图2A和图2B中描绘的离子镜区域R1。在这类实施例中，M4的中心穿孔CA限定从ELIT阵列14的离子出口通路。类似地，在序列中的第一离子镜，即，图1中的M1可以在一些实施例终止于板或格栅30A处，使得M1仅包括镜电极（镜电极305–307），并且仅镜电极304的部分包括板或格栅30A，以便M4仅包括在图2A和图2B中描绘的离子镜区域R2。在这类实施例中，M1的中心穿孔CA限定到ELIT阵列14的离子入口。
镜电极301–307说明性地彼此均匀间隔开空间S1。在一些实施例中，在镜电极301–307之间的这类空间S1可以是空隙，即，真空间隙，而在其他实施例中，这类空间S1可以填充有一种或者多种非导电材料，例如，介电材料。镜电极301–307轴向对准，即共线，使得纵向轴线24居中穿过每一个对准的通路，并且还居中通过穿孔A1、A2和CA。在其中空间S1包括一个或多个非导电材料的实施例中，这类材料将同样限定通过其的对应通路。该对应通路与被限定通过镜电极301–307的通路轴向对准（即，共线），并且直径为P2或者更大。
在每一个离子镜M1-M4中，区域R1被限定在镜电极301的穿孔A1与被限定通过板或格栅30A的中心穿孔CA之间。在每一个离子镜M1-M3中，相邻区域R2被限定在被限定通过板或格栅30A的中心穿孔CA与镜电极307的穿孔A2之间。在所示实施例中，离子镜M1-M3各自示出为具有单镜结构的形式，该单镜结构限定两个相邻且相对（即，背对背）并且轴向对准的离子镜区域R1、R2，所述离子镜区域R1、R2被限定居中通过其的穿孔CA的板30A分离。在一些替代实施例中，离子镜M1-M3（和/或在其中M4与M1-M3相同配置的实施中M4）中的一个或多个可以替代地被实施为分离的、轴向对准的离子镜结构，这些离子镜结构相对于彼此背对背布置并且通过常规非导电间隔件（例如，电绝缘板或环）彼此间隔开。在一些这类实施例中，分离的、背对背的离子镜结构可以耦合在一起，即，固定或者安装到彼此，并且在其他实施例中，这类结构可以彼此隔开但不物理耦合在一起。在使用图2A和图2B中所示的离子镜结构的选择部分作为示例部件的该替代实施例的一个说明性示例中，限定R1的离子镜可以包括镜电极301–303、邻近镜电极303的镜电极304的一个横向半部以及板、环或格栅30A，板、环或格栅30A被修改以紧固到镜电极304的暴露端，使得纵向轴线24穿过穿孔CA。限定R2的相对面向的离子镜可以类似地包括镜电极305–307、邻近镜电极305的镜电极304的一个横向半部以及板、环或格栅30A。板、环或格栅30A被修改以紧固到镜电极305的暴露端，使得纵向轴线24穿过穿孔CA。本领域技术人员将认识到可以被使用并且在单个结构或者在分离结构中限定R1和R2的其他离子镜设计。并且应当理解，任何这类替代离子镜设计都旨在落入本公开的范围内。
在每一个ELIT或ELIT区域E1-E3内，各自具有细长的导电筒形式的对应电荷检测器CD1-CD3定位在离子镜M1-M4的相应离子镜之间并且被空间S2间隔开。说明性地，S2大于S1。但是在替代实施例中，S2可以小于或者等于S2。在任何情况下，每一个电荷检测筒CD1-CD3说明性地限定轴向穿过其的直径为P4的通路。并且每一个电荷检测筒CD1-CD3相对于离子镜M1-M4定向，使得纵向轴线24居中延伸通过其通路。在所示实施例中，P1<P4<P2，但是在其他实施例中，P4的直径可以小于或等于P1，或者大于或等于P2。每一个电荷检测筒CD1-CD3说明性地设置在接地筒GC1-GC3中的对应一者的无场区域内。并且如上文所述，每一个接地筒GC1-GC3定位在离子镜M1-M4的对应离子镜之间并且形成所述对应离子镜的部分。在操作中，接地筒GC1-G3被说明性地控制在接地电位处，使得第一电极301和第七电极307始终处于接地电位。在一些替代实施例中，可以将一个或多个离子镜M1-M4中的第一电极301和第七电极307中的一个或两个设置为任何期望的DC参考电位。而在其他替代实施例中，一个或多个离子镜M1-M4中的第一电极301和第七电极307中的一个或两个可以被电气连接到可切换的DC电压源或其他随时间变化的电压源。
如上文中简要描述的，电压源V1-V4以如下方式被说明性地控制，该方式导致从离子源12进入ELIT阵列14的离子被选择性地俘获在每一个ELIT或ELIT区域E1-E3内。更具体地，电压源V1-V4以如下方式被控制：在每一个ELIT或ELIT区域中顺序俘获离子，说明性地以E3开始并以E1结束，并且该方式导致每一个被俘获离子在ELIT或ELIT区域E1-E3 中的对应ELIT或ELIT区域内在离子镜M1-M4中的对应离子镜之间振荡。每一个这类被俘获的振荡离子因此重复经过在三个ELIT或ELIT区域E1-E3的对应一个中的电荷检测器CD1-CD3中的对应一个，并且每次对应振荡离子经过每一个电荷检测器CD1-CD3时，都在对应电荷检测器CD1-CD3处测量和记录电荷和振荡周期值。记录测量结果，并对记录结果进行处理，以确定三个离子中的每一个的电荷、质荷比和质量值。
在ELIT阵列14的每一个ELIT或ELIT区域E1-E3中，通过控制电压源V1-V4在离子镜M1-M4的区域R1、R2内选择性构建离子透射和离子反射电场，俘获离子并使离子在对应离子镜M1-M4的相对区域之间振荡。就这一点而言，在一个实施例中，每一个电压源VX被说明性地配置为产生七个DC电压DC1-DC7，并且将电压DC1-DC7中的每一个提供给对应离子镜MX的镜电极301–307中的对应一个。在其中镜电极301–307中的一个或多个始终被保持在接地电位的一些实施例中，一个或多个这类镜电极301–307可以替代地被电气连接到电压源VX的接地参考，并且可以省略相应的一个或多个电压输出DC1-DC7。替代地或附加地，在其中镜电极301–307中的任何两个或更多个被控制为相同的非零DC值的实施例中，任何这类两个或更多个镜电极301–307可以被电气连接到电压输出DC1-DC7中的单个电压输出，且输出电压DC1-DC7中的多余者可以被省略。
如在图2A和图2B中举例所示，通过选择性施加电压DC1-DC7，每一个离子镜MX都可以在离子透射模式（图2A）和离子反射模式（图2B）之间控制,在离子透射模式中，由电压源VX产生的电压DC1-DC7在离子镜MX的区域R1、R2中的每一个中构建离子透射电场,在离子反射模式中，由电压源VX产生的电压DC1-DC7在离子镜MX的区域R1、R2的每一个中构建离子俘获或反射电场。在离子透射模式中，选择电压DC1-DC7，用于在离子镜MX的区域R1内构建离子透射电场TEF1，以及用于在离子镜MX的区域R2内构建另一离子透射电场TEF2。在图2A中所示的离子镜的离子镜区域R1和R2的每一个中描绘示例离子透射电场线。离子透射电场TEF1和TEF2被说明性地构建，以便将离子聚焦朝向离子镜MX内的中心纵向轴线24上，以便在离子穿过离子镜MX的两个区域R1、R2进入相邻的电荷检测筒CDX时，维持围绕轴线24的窄离子轨迹。
在离子反射模式中，选择电压DC1-DC7，用于在离子镜MX的区域R1内构建离子反射电场REF1，以及用于在离子镜MX的区域R2内构建另一离子反射电场REF2。在图2B中所示的离子镜的离子镜区域R1和R2的每一个中描绘示例性离子反射电场线。离子反射电场REF2和REF2被说明性地构建，以导致离子朝MX的中心穿孔CA轴向地行进进入对应区域R1、R2，以及反转方向，并沿轴向远离中心穿孔CA的相对方向被反射电场REF1、REF2加速。每一个离子反射电场REF1、REF2都通过如下步骤这样做：首先，使行进到离子镜MX的对应区域R1、R2内的离子减速并且停止，并且然后使离子沿相反方向往回加速通过对应区域R1、R2，同时使离子聚焦于朝纵向轴线24，使得离子沿与离子从其进入对应区域R1、R2相反的方向沿着窄轨迹从对应区域R1、R2行进离开。因此，沿着或者靠近中心纵向轴线24从电荷检测筒CDX-1行进进入离子镜MX的区域R1的离子被反射电场REF1沿着或者靠近中心纵向轴线24朝向电荷检测筒CDX-1反射回去并且进入电荷检测筒CDX-1，以及，沿着或者靠近中心纵向轴线24从电荷检测筒CDX行进进入离子镜MX的区域R2的另一离子被反射电场REF2沿着或者靠近中心纵向轴线24朝向电荷检测筒CDX反射回去并且进入电荷检测筒CDX。横穿ELIT或ELIT区域E1-E3的长度并被对应离子镜M1-M4的离子区域R1、R2中的离子反射电场REF以如下方式反射的离子应当被认为俘获在ELIT或ELIT区域E1-E3中：该方式使离子能够通过电荷检测筒CD在如刚刚描述的这些离子镜之间继续前后行进。
下文在表格1示出输出电压DC1-DC7的示例组，其由电压源V1-V4分别产生，用于控制离子镜M1-M4中的相应一个处于上文中描述的离子透射模式和反射模式。将理解的是，DC1-DC7的以下值仅仅以举例的方式提供，并且可以替代地使用DC1-DC7中的一个或多个的其他值。
表格1
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在图2A和图2B示出并且在上文中描述的示例中，电压源V1-V4被控制，以在任何时间点在每一个离子镜的每一个离子镜区域R1、R2中构建或维持相同的电场，例如离子透射电场TEF或离子反射电场REF。这类控制也可以在其中一个或多个离子镜结构以如上文所述的分离的、背对背离子镜的形式提供的实施例中进行。然而，应当理解，这类控制仅代表一种示例离子镜控制布置，而在替代实施例中，电压源V1-V4（也许还有一个或多个附加电压源）可以被控制，以在任何特定时刻或多个时刻，在一个或多个离子镜（不管是作为单个离子镜结构或作为分离的离子镜结构提供）的相对面向区域R1、R2内构建不同的电场。例如，使用在图2B中示出的其中在R1和R2中构建离子反射电场REF的布置，电压源V1-V4（以及任何附加电压源）可以替代地被选择性地控制，用于在R1中维持离子反射电场REF，与此同时在R2内构建离子透射电场TEF，或反之亦然。
现在参考图3，其示出了过程100的简化流程图。过程100用于控制电压源V1-V4，以选择性地并且顺序地在离子镜M1-M4的上述透射和反射模式之间控制离子镜M1-M4，用于导致从离子源12进入ELIT阵列14的离子被俘获在三个分离的ELIT或ELIT区域E1-E3中的每一个中，使得每一个被俘获离子重复穿过在三个ELIT或ELIT区域E1-E3中的对应一个的电荷检测器CD1-CD3中的对应一个。在每一个电荷检测器CD1-CD3处每次对应振荡离子穿过其时，测量和记录电荷和振荡周期值，并且然后基于所记录的数据确定离子电荷、质荷比和质量值。在所示实施例中，过程100被以指令的形式说明性地存储在存储器18中，指令当被处理器16执行时，导致处理器16执行所述功能。在其中一个或多个电压源V1-V4可以独立于处理器16被编程的替代实施例中，过程100的一个或多个方面可以整体或部分被一个或多个这类可编程电压源V1-V4执行。然而，出于本公开的目的，过程100将被描述为仅由处理器16执行。借助于图4A-4E，将过程100描述为对带正电荷的离子进行操作，但是应当理解，过程100可以替代地对一个或多个带负电荷的微粒进行操作。
参考图4A，过程100在步骤102处开始，其中，处理器16可操作以控制电压源V1-V4，以使所有离子镜M1-M4以离子透射模式操作的方式设置每一个电压源V1-V4的电压DC1-DC7，使得在每一个的对应区域R1、R2中构建的透射电场TEF1、TEF2操作以使离子从其穿过，同时将离子朝向纵向轴线24聚焦，以便遵循通过ELIT阵列14的窄轨迹。在一个示例实施例中，在过程100的步骤102处说明性地控制电压源V1-V4，以根据如在上文中的表格1中所示的全通（all-pass）透射模式产生电压DC1-DC7。在任何情况下，在步骤102处设置每一个电压源V1-V4以控制离子镜M1-M4在离子透射模式下操作的情况下，从离子源12进入M1的离子穿过所有离子镜M1-M4和所有电荷检测器CD1-CD3并且离开M4，如通过在图4A中描绘的示例离子轨迹50所示。因此，如在图4A中所示，将离子镜M1-M4这样控制为其对应透射模式使得一个或多个离子从离子源12进入ELIT阵列14并且通过整个ELIT阵列14。在图4A中描绘的离子轨迹50可以说明性地表示单个离子或离子集合。
在步骤102之后，过程100前进到步骤104，其中,处理器16可操作以暂停并确定何时前进到步骤106。在步骤102的一个实施例中，说明性地以“随机俘获模式”控制ELIT阵列14。其中，离子镜M1-M4在选择的时间段内保持在其透射模式中，在此期间，将期望离子源12所生成的一个或多个离子进入并且行进通过ELIT阵列14。作为一个非限制性示例，处理器16在以随机俘获模式操作时在移动到步骤106之前花费在步骤104处的选择时间段为1-3毫秒（ms）的量级，具体取决于ELIT阵列14的轴向长度以及进入ELIT阵列14的离子的速度。但是应当理解，在其他实施例中，这类选择的时间段可以大于3ms或小于1ms。在选择的时间段过去之前，过程100遵循步骤104的“否”分支，并且然后循环回到步骤104的开始处。在经过选择的时间段之后，过程100遵循步骤104的“是”分支并且前进至步骤106。在步骤104的一些替代实施例中，例如在包括微通道板检测器22的实施例中，处理器16可以配置为仅在检测器22已经检测到一个或多个离子之后，而不管有或没有附加的延迟期间的情况，前进到步骤106，从而确保在前进到步骤106之前，离子被移动通过ELIT阵列14。在其他替代实施例中，ELIT阵列14可以说明性地由处理器16以“触发俘获模式”控制，其中，离子镜M1-M4被保持在其离子透射模式中，直到在电荷检测器CD3处检测到离子为止。直到该检测之前，过程100遵循步骤104的“否”分支，并且然后循环回到步骤104的开始处。在电荷检测器CD3处通过处理器16检测到离子指示离子朝向离子镜M4穿过电荷检测器CD3，并且充当触发事件。该触发事件导致处理器16遵循步骤104的“是”分支并且前进到过程100的步骤106。
在步骤104的“是”分支之后并且参考图4B，处理器16在步骤106处可操作以控制电压源V4以如下方式设置其输出电压DC1-DC7，该方式将离子镜M4的操作从离子透射操作模式改变或切换成离子反射操作模式，在离子反射操作模式中，在M4的区域R1内构建离子反射电场R41。如上文所述，离子反射电场R41操作以将进入M4的区域R1的一个或多个离子如上文关于图2B所述地朝离子镜M3反射回去（并且通过电荷检测器CD3）。在步骤106处，分别由电压源V1-V3产生的输出电压DC1-DC7保持不变，以便离子镜M1-M3各自保持在离子透射模式。结果，在ELIT阵列14中朝离子镜M4行进的离子被反射回离子镜M3，并且将随着离子朝M3的离子入口移动而朝轴线24聚焦，如在图4B中所示的离子轨迹50所示。
在步骤106之后，过程100前进到步骤108。其中,处理器16可操作以暂停并确定何时前进到步骤110。在其中ELIT阵列14由处理器16以随机俘获模式控制的步骤108的实施例中，离子镜M1-M3在步骤108处在其透射模式下保持选择的时间段。在此期间，离子可以进入ELIT或ELIT区域E3。作为一个非限制性示例，处理器16在以随机俘获模式操作时在移动到步骤110之前花费在步骤108处的选择的时间段为0.1毫秒（ms）的量级，但是应当理解，在其他实施例中，这类选择的时间段可以大于0.1ms或小于0.1ms。在选择的时间段过去之前，过程100遵循步骤108的“否”分支，并且然后循环回到步骤108的开始处。在经过选择的时间段之后，过程100遵循步骤108的“是”分支并且前进至步骤110。在其中ELIT阵列14由处理器16以触发俘获模式控制的步骤108的替代实施例中，离子镜M1-M3保持处于其离子透射模式，直到在电荷检测器CD3上检测到离子为止。直到该检测之前，过程100遵循步骤108的“否”分支，并且然后循环回到步骤108的开始处。在电荷检测器CD3处通过处理器16检测到离子确保离子移动通过电荷检测器CD3，并且充当触发事件。该触发事件导致处理器16遵循步骤108的“是”分支并且前进到过程100的步骤110。
在步骤108的“是”分支之后并且参考图4C，处理器16在步骤110处可操作以控制电压源V3以如下方式设置其输出电压DC1-DC7，所述方式将离子镜M3的操作从离子透射操作模式改变或切换成离子反射操作模式，在离子反射操作模式中，在M3的区域R1内构建离子反射电场R31，并且在M3的区域R2内构建离子反射电场R32。结果，离子被俘获在ELIT或ELIT区域E3内，并且由于分别在离子镜M3的区域R2内构建的反射电场R32和在离子镜M4的区域R1内构建的R41，如在图4C中所描绘的离子轨迹503所示，每次穿过电荷检测筒CD3时，被俘获离子在M3和M4之间振荡。每次离子穿过电荷检测筒CD3时，其都会在筒CD3上诱导电荷，该电荷由电荷前置放大器CP3检测到（见图1）。在步骤112处，当离子在离子镜M3、M4之间前后振荡并且通过电荷检测筒CD3时，处理器16可操作以记录每一个这类CD3电荷检测事件的幅值和时序并将其存储在存储器18中。
如上文所述，离子反射电场R31操作，以使进入M3的区域R1的离子朝向离子镜M2（并且通过电荷检测器CD2）反射回去，如上文中关于图2B所述。在步骤110和112处，分别由电压源V1-V2所产生的输出电压DC1-DC7保持不变，使得离子镜M1-M2各自保持在离子透射模式。结果，在ELIT阵列14中朝离子镜M3行进的离子被反射回离子镜M2，并随着其向M1的离子入口移动将朝向轴线24聚焦，如在图4C中所示的离子轨迹501, 2所示。
在步骤110和112之后，过程100前进到步骤114。其中，处理器16可操作以暂停并且确定何时前进到步骤116。在其中ELIT阵列14由处理器16以随机俘获模式控制的步骤114的实施例中，离子镜M1–M2在步骤114处在其透射模式下保持选择的时间段。在此期间，一个或多个离子可以进入ELIT或ELIT区域E2。作为一个非限制性示例，处理器16在以随机俘获模式操作时在移动到步骤116之前花费在步骤114处的选择的时间段为0.1毫秒（ms）的量级，但是应当理解，在其他实施例中，这类选择的时间段可以大于0.1ms或小于0.1ms。在选择的时间段过去之前，过程100遵循步骤114的“否”分支，并且然后循环回到步骤108的开始处。在经过选择的时间段之后，过程100遵循步骤114的“是”分支并且前进至步骤116。在其中ELIT阵列14由处理器16以触发俘获模式控制的步骤114的实施例中，离子镜M1–M2被保持处于其离子透射模式，直到在电荷检测器CD2处检测到离子为止。直到该检测之前，过程100遵循步骤114的“否”分支，并且然后循环回到步骤114的开始处。在电荷检测器CD2处通过处理器16检测到离子确保离子移动通过电荷检测器CD2，并且充当触发事件。该触发事件导致处理器16遵循步骤114的“是”分支并且前进到过程100的步骤116。
如上文所述，离子反射电场R21操作，以使进入M2的区域R1的离子朝着离子镜M1（并且通过电荷检测器CD1）反射回去，如上文中关于图2B所述。在步骤116和118处，由电压源V1所产生的输出电压DC1-DC7不变，使得离子镜M1保持在离子透射模式中。结果，在ELIT阵列14中朝离子镜M2行进的离子被反射回离子镜M1，并随着离子朝M1的离子入口移动将朝向轴线24聚焦，如在图4D中所示的离子轨迹501所示。
在步骤114的“是”分支之后，并且随着在ELIT或ELIT区域E3中的离子继续穿过电荷检测筒CD3在离子镜M3和M4之间前后振荡，过程100前进到步骤116。参考图4D，处理器16在步骤116处可操作以控制电压源V2以如下方式设置其输出电压DC1-DC7，该方式将离子镜M2的操作从离子透射操作模式改变或切换成离子反射操作模式，在离子反射操作模式中，在M2的区域R1内构建离子反射电场R21，并且在M2的区域R2内构建离子反射电场R22。结果，离子被俘获在ELIT或ELIT区域E2内，并且由于分别在离子镜M2的区域R2内构建的反射电场R22和在离子镜M3的区域R1内构建的反射电场R31，如在图4D中所描绘的离子轨迹502所示，每次穿过电荷检测筒CD2时，被俘获离子在M2和M3之间振荡。每次离子穿过电荷检测筒CD2时，其都会在筒CD2上诱导电荷，该电荷由电荷前置放大器CP2检测到（见图1）。在步骤118处，当离子在离子镜M2、M3之间并且穿过电荷检测筒CD2前后振荡时，处理器16可操作以记录每一个这类CD2电荷检测事件的幅值和时序并将其存储在存储器18中。因此，在步骤116之后，离子穿过ELIT或ELIT区域E3的电荷检测筒CD3在离子镜M3和M4之间前后振荡，并且，同时，另一离子穿过ELIT或ELIT区域E2的电荷检测筒CD2在离子镜M2和M3之间前后振荡。
在步骤116和118之后，过程100前进到步骤120。其中，处理器16可操作以暂停并且确定何时前进到步骤122。在其中ELIT阵列14由处理器16以随机俘获模式控制的步骤120的实施例中，离子镜M1在步骤120处在其透射模式下保持操作达选择的时间段，在此期间，一个或多个离子可以进入ELIT或ELIT区域E1。作为一个非限制性示例，处理器16在以随机俘获模式操作时在移动到步骤122之前花费在步骤120处的选择的时间段为0.1毫秒（ms）的量级，但是应当理解，在其他实施例中，这类选择的时间段可以大于0.1ms或小于0.1ms。在选择的时间段过去之前，过程100遵循步骤120的“否”分支，并且然后循环回到步骤120的开始处。在经过选择的时间段之后，过程100遵循步骤120的“是”分支并且前进至步骤122。在其中ELIT阵列14由处理器16以触发俘获模式控制的步骤120的实施例中，离子镜M1是被保持处于其离子透射操作模式，直到在电荷检测器CD1处检测到离子为止。直到该检测之前，过程100遵循步骤120的“否”分支，并且然后循环回到步骤120的开始处。在电荷检测器CD1处通过处理器16检测到离子确保离子移动通过电荷检测器CD1，并且充当触发事件，该触发事件导致处理器16遵循步骤120的“是”分支并且前进到过程100的步骤122。
在步骤120的“是”分支之后，并且在ELIT或ELIT区域E3中的离子继续穿过电荷检测筒CD3在离子镜M3和M4之间前后振荡，并且还当在ELIT或ELIT区域E2中的另一离子同时继续穿过电荷检测筒CD2在离子镜M2和M3之间前后振荡时，过程100前进到步骤122。参考图4E，处理器16在步骤122处可操作以控制电压源V1以如下方式设置其输出电压DC1-DC7，所述方式将离子镜M1的操作从离子透射操作模式改变或切换成离子反射操作模式，在离子反射操作模式中，在M1的区域R1内构建离子反射电场R11，并且在M1的区域R1内构建离子反射电场R12。结果，离子被俘获在ELIT或ELIT区域E1内，并且由于分别在离子镜M1的区域R2内构建的反射电场R12和在离子镜M2的区域R2内构建的粒子反射场R21，如在图4E中所描绘的离子轨迹501所示，每次穿过电荷检测筒CD1时，被俘获离子在M1和M2之间振荡。每次离子穿过电荷检测筒CD1时，其都会在筒CD1上诱导电荷，该电荷由电荷前置放大器CP1检测到（见图1）。在步骤124处，当离子在离子镜M1、M2之间并且穿过电荷检测筒CD1前后振荡时，处理器16可操作以记录每一个这类CD1电荷检测事件的幅值和时序并将其存储在存储器18中。因此，在步骤122之后，离子穿过ELIT或ELIT区域E3的电荷检测筒CD3在离子镜M3和M4之间前后振荡，并且，同时，另一离子穿过ELIT或ELIT区域E2的电荷检测筒CD2在离子镜M2和M3之间前后振荡，并且同时，又一个离子还穿过ELIT或ELIT区域E1的电荷检测筒CD1在离子镜M1和M2之间前后振荡。
在步骤122和124之后，过程100前进到步骤126，其中，处理器16可操作以暂停并且确定何时前进到步骤128。在一个实施例中，处理器16被配置，即被编程，以允许离子在选择的时间段内，即总的离子周期测量时间内，同时穿过ELIT或ELIT区域E1-E3中的每一个前后振荡，在所述离子周期测量时间中，处理器16记录离子检测事件，即由电荷检测器CD1-CD3中的每一个检测到的离子检测事件。作为一个非限制性示例，处理器16在移动到步骤128之前花费在步骤126处的选择的时间段为100–300 毫秒（ms）的量级，但是应当理解，在其他实施例中，这类选择的时间段可以大于300ms或小于100ms。在选择的时间段过去之前，过程100遵循步骤126的“否”分支，并且循环回到步骤126的开始处。在经过选择的时间段之后，过程100遵循步骤126的“是”分支并且前进至步骤128和140。在过程100的一些替代实施例中，在步骤126处，电压源V1-V4可以说明性地被处理器16控制，以允许离子穿过电荷检测器CD1-CD3前后振荡选定的次数，即，总的测量循环数，在此期间，处理器16记录（即，由电荷检测器CD1-CD3中的每一个检测到的）离子检测事件。在处理器计数一个或多个电荷检测器CD1-CD3的选定数量的离子检测事件之前，过程100遵循步骤126的“否”分支，并且然后循环回到步骤126的开始处。处理器16检测到选定数量的离子检测事件作为触发事件，该触发事件导致处理器16遵循步骤126的“是”分支并且前进到过程100的步骤128和140。
在步骤126的“是”分支之后，处理器16在步骤128处可操作以控制电压源V1–V4以如下方式设置每一个的输出电压DC1-DC7，所述方式将所有离子镜M1-M4的操作从离子反射操作模式改变或切换成离子透射操作模式，在离子透射操作模式下，离子镜M1-M4各自操作以允许离子从其通过。说明性地，在过程100的步骤128处，电压源V1-V4被说明性地控制，以根据如上文中的表格I中所示的全通透射模式来产生电压DC1-DC7。其重新构建在图4A中所示的离子轨迹50，其中：（i）ELIT阵列14内的所有离子被在离子镜M1-M4中的每一个中构建的离子透射电场TEF1、TEF2中朝向朝轴线24聚焦，使得离子移动通过ELIT阵列14并且从ELIT阵列14中移动出来，以及（ii）从离子源12进入M1的所有离子都穿过所有离子镜M1-M4和所有电荷检测器CD1-CD3。
在步骤128之后，处理器16在步骤130处可操作以暂停选择的时间段，以允许被包含在ELIT阵列14中的离子从ELIT阵列14行进出来。作为一个非限制性示例，处理器12在循环回到步骤102以重启过程100之前花费在步骤130处的选择的时间段为1–3 毫秒（ms）的量级。但是应当理解，在其他实施例中，这类选择的时间段可以大于3ms或小于1ms。在选择的时间段过去之前，过程100遵循步骤130的“否”分支，并且然后循环回到步骤130的开始处。在经过选择的时间段之后，过程100遵循步骤130的“是”分支并且循环回到步骤102以重启过程100。
同样在步骤126的“是”分支之后，过程100另外前进至步骤140，以分析在刚刚描述的过程100的步骤112、118和124期间收集的数据。在所示实施例中，数据分析步骤140说明性地包括步骤142，在步骤142中，处理器16可操作以计算由电荷前置放大器CP1-CP3中的每一个提供的所记录的成组的存储电荷检测信号的傅立叶变换。处理器16说明性地可操作以使用任何常规数字傅立叶变换（DFT）技术执行步骤142，常规数字傅立叶变换（DFT）技术例如但不限于常规快速傅立叶变换（FFT）算法。在任何情况下，处理器16可以在步骤142处操作以计算三个傅立叶变换FT1、FT2以及FT3，其中，FT1是由第一电荷前置放大器CP1提供的所记录的一组电荷检测信号的傅立叶变换，因此对应于由ELIT或ELIT区域E1的电荷检测筒CD1检测到的电荷检测事件，FT2是由第一电荷前置放大器CP2提供的所记录的一组电荷检测信号的傅立叶变换，因此对应于由ELIT或ELIT区域E2的电荷检测筒CD2检测到的电荷检测事件，并且FT3是由第一电荷前置放大器CP3提供的所记录的一组电荷检测信号的傅立叶变换，因此对应于由ELIT或ELIT区域E3的电荷检测筒CD3检测到的电荷检测事件。
在步骤142之后，过程100前进到步骤144。在步骤144中，处理器16可操作以计算三组离子质荷比值（m/z1、 m/z2以及m/z3）、离子电荷值（z1、z2以及z3）和离子质量值（m1、m2以及m3），每一个组都根据所计算出来的傅立叶变换值（FT1、FT2、FT3）中的对应一个。此后，在步骤146，处理器16可操作以将计算的结果存储在存储器18中和/或控制一个或多个外围设备20以显示结果，以供观察和/或进一步的分析。
通常应当理解的是，在ELIT或ELIT区域E1-E3中的任一个的相对面向离子镜之间前后振荡的离子的质荷比（m/z）与振荡离子的基础频率ff的平方根据如下方程成反比：
m/z = C/ff2，
其中，C是常数，该常数是离子能量的函数，也是对应ELIT或ELIT区域的尺寸的函数，并且基础频率ff直接从对应计算的傅立叶变换中确定。因此，ff1是FT1的基础频率，ff2是FT2的基础频率，并且ff3是FT3的基础频率。通常，使用常规离子轨迹模拟确定C。在任何情况下，考虑离子振荡周期数，离子电荷z的值都与对应傅立叶变换FT的基础频率的幅值FTMAG成比例。在一些情况下，为了确定离子电荷值，可以将FFT的一个或多个谐波频率的幅值添加到基础频率的幅值中。在任何情况下，然后将离子质量m计算为m/z和z的乘积。因此，对于由第一电荷前置放大器CP1提供的所记录的一组电荷检测信号，处理器16在步骤144处可操作以计算m/z1= C/ff1 2、z1= F(FTMAG1)以及m1= (m/z1)(z1)。对于由第二电荷前置放大器CP2提供的所记录的一组电荷检测信号，处理器16在步骤144处类似地可操作以计算m/z2= C/ff2 2、z2= F(FTMAG2)以及m2= (m/z2)(z2)，并且对于由第三电荷前置放大器CP3提供的所记录的一组电荷检测信号，处理器16在步骤144处类似地可操作以计算m/z3= C/ff3 2、z3= F(FTMAG3)以及m3= (m/z3)(z3)。
现在参考图5A，示出了离子分离仪器60的实施例的简化框图，离子分离仪器60可以包括在本文中示出和描述的ELIT阵列14、205、302中的任一个，并且其可以包括在本文中示出和描述的电荷检测质谱仪（CDMS）10、200、300中的任一个，并且其可以包括可以形成在ELIT阵列上游的离子源12的部分的任何数量个离子处理仪器，和/或其可以包括任何数量个离子处理仪器，该离子处理仪器可以被设置在ELIT阵列的下游以进一步处理离开ELIT阵列的离子。在这方面，离子源12在图5A中被示出为包括数量Q个离子源级IS1–ISQ，其可以是离子源12或者形成离子源12的一部分。替代地或附加地，离子处理仪器70在图5A中被示出为耦合到ELIT阵列14、205、302的离子出口，其中，离子处理仪器70可以包括任何数量个离子处理级OS1–OSR，其中，R可以是任何正整数。
聚焦于离子源12，应当理解，进入ELIT 10的离子的源12可以是或者包括具有离子源级IS1–ISQ中的一个或多个的形式的如上文中所述的任何常规离子源，并且还可以包括用于根据一个或多个分子特性（例如，根据离子质量、离子质荷比、离子迁移率、离子保留时间等）分离离子的一个或多个常规仪器和/或用于收集和/或存储离子的一个或多个常规离子处理仪器（例如，一个或多个四极杆、六极杆和/或其他离子阱），用于过滤离子（例如，根据一个或多个分子特性，诸如离子质量、离子质荷比、离子迁移率、离子保留时间等）的一个或多个常规离子处理仪器，用于分割或者以其他方式解离离子的一个或多个常规离子处理仪器，用于规范化离子电荷状态的的一个或多个常规离子处理仪器等。应当理解，离子源12可以以任何顺序包括任何这类常规离子源、离子分离仪器和/或离子处理仪器中的一个或其任何组合，并且一些实施例可以包括多个邻近或间隔开的任何这类常规离子源、离子分离仪器和/或离子处理仪器。
现在转向离子处理仪器70，应当理解，仪器70可以是或者包括呈一个或多个离子处理级OS1–OSR的形式的：一个或多个常规仪器，其用于根据一个或多个分子特性（例如，根据离子质量、离子质荷比、离子迁移率、离子保留时间等）分离离子；和/或一个或多个常规离子处理仪器，其用于收集和/或存储离子（例如，一个或多个四极杆、六极杆和/或其他离子阱），用于过滤离子（例如，根据诸如离子质量、离子质荷比、离子迁移率、离子保留时间等的一个或多个分子特性），用于分割或者以其他方式解离离子，用于规范化离子电荷状态等。应当理解，离子处理仪器70可以以任何顺序包括任何这类常规离子分离仪器和/或离子处理仪器中的一个或其任何组合，并且一些实施例可以包括多个邻近或间隔开的任何这类常规离子分离仪器和/或离子处理仪器。在包括一个或多个质谱仪的任何实施方式中，任何一个或多个这类质谱仪可以以以上关于图1描述的任何形式来实施。
作为图5A中所示的离子分离仪器60的一种具体实施方式，（其不应当以任何方式被认为是限制性的）离子源12说明性地包括3个级，并且省略了离子处理仪器70。在该示例实施方式中，离子源级IS1是常规离子源，例如电喷雾、MALDI等，离子源级IS2是常规的质量过滤器，例如作为高通或带通过滤器操作的四极或六极杆离子导向器，并且离子源级IS3是属于在上文中描述的任何类型的质谱仪。在本实施例中，以常规方式控制离子源级IS2，以预选具有期望分子特性的离子，供下游质谱仪分析，并且用于仅将这类预选离子传递至质谱仪，其中，由ELIT阵列14、205、302分析的离子将是由质谱仪根据质荷比分离的预选离子。离开离子过滤器的预选离子可以例如是：具有特定离子质量或质荷比的离子、具有高于和/或低于特定离子质量或离子质荷比的离子质量或离子质荷比的离子、具有在特定的离子质量或者离子质荷比范围内的离子质量或者离子质荷比的离子等。在该示例的一些替代实施方式中，离子源级IS2可以是质谱仪，并且离子源级IS3可以是离子过滤器，并且离子过滤器可以如刚刚描述的以其他方式操作以预选离开质谱仪的离子，该预选离子具有期望的分子特性以供下游的ELIT阵列14、205、302分析。在该示例的其他替代实施方式中，离子源级IS2可以是离子过滤器，并且离子源级IS3可以包括质谱仪，其后是另一离子过滤器，其中，每个离子过滤器均如上所述地操作。
作为图5A中所示的离子分离仪器60的另一种具体实施方式，（其不应当以任何方式被认为是限制性的）离子源12说明性地包括2个级，并且省略了离子处理仪器70。在该示例实施方式中，离子源级IS1是常规离子源，例如电喷雾、MALDI等，离子源级IS2是属于在上文中描述的任何类型的常规质谱仪。这是上文中关于图1描述的CDMS实施方式，其中，ELIT阵列14、205、302可操作以分析离开质谱仪的离子。
作为图5A中所示的离子分离仪器60的又一具体实施方式，（其不应当以任何方式被认为是限制性的）离子源12说明性地包括2个级，并且省略了离子处理仪器70。在该示例实施方式中，离子源级IS1是常规离子源，例如电喷雾、MALDI等，并且离子处理级OS2是常规单级或多级离子迁移谱仪。在该实施方式中，离子迁移谱仪可操作以根据离子迁移率的一个或多个函数随时间分离由离子源级IS1生成的离子，并且ELIT阵列14、205、302可操作以分析离开离子迁移谱仪的离子。在该示例的替代实施方式中，离子源12可以仅包括呈常规离子源形式的单级IS1，并且离子处理仪器70可以包括常规单级或多级离子迁移谱仪，作为单级OS1（或作为多级仪器70的OS1）。在该替代实施方式中，ELIT阵列14、205、302可操作以分析由离子源级IS1产生的离子，并且离子迁移谱仪OS1可操作以根据离子迁移率的一个或多个方程随时间分离离开ELIT阵列14、205、302的离子。作为该示例的另一替代实施方式，单级或多级离子迁移谱仪可以在离子源级IS1和ELIT阵列14、205、302之后。在该替代实施方式中，在离子源级 IS1之后的离子迁移谱仪可操作以根据离子迁移率的一个或多个函数随时间分离由离子源级IS1生成的离子，ELIT阵列14、205、302可操作以分析离开离子源级离子迁移谱仪的离子，并且，ELIT阵列14、205、302之后的离子处理级OS1的离子迁移谱仪可操作以根据离子迁移率的一个或多个方程，随着时间分离离开ELIT阵列14、205、302的离子。在本段中描述的实施例的任何实施方式中，附加变型可以包括在离子源12和/或在离子处理仪器210中的单级或多级离子迁移谱仪上游和/或下游处可操作地定位的质谱仪。
作为图5A中所示的离子分离仪器60的又一具体实施方式，（其不应当以任何方式被认为是限制性的）离子源12说明性地包括2个级，并且省略了离子处理仪器70。在该示例实施方式中，离子源级IS1是常规的液相色谱仪，例如HPLC等，其配置成根据分子保留时间分离在溶液中的分子，并且离子源级IS2是常规离子源，例如，电喷雾等。在该实施方式中，液相色谱仪可操作以分离溶液中的分子组分，离子源级IS2可操作以从离开液相色谱仪的溶液流中生成离子，并且ELIT阵列14、205、302可操作以分析由离子源级IS2生成的离子。在该示例的替代实施方式中，离子源级IS1可以替代地是常规的尺寸排阻色谱仪（SEC），其可操作以根据尺寸将溶液中的分子分离。在另一替代实施方式中，离子源级IS1可以包括在常规SEC之后的常规液相色谱仪，反之亦然。在该实施方式中，离子由离子源级IS2从两次分离的溶液中生成的，一次分离根据分子保留时间，之后是根据分子尺寸的第二次分离，或者反之亦然。在本段描述的实施例的任何实施方式中，附加变型可以包括质谱仪，该质谱仪可操作地定位在离子源级IS2与ELIT 14、205、302之间。
现在参考图5B，示出了离子分离仪器80的另一实施例的简化框图，离子分离仪器80说明性地包括多级质谱仪82，并且还包括在本文中示出和描述的实施为高离子质量分析部件的任何CDMS仪器10、200、300。在所示实施例中，多级质谱仪82包括如在本文中示出和描述的离子源（IS）12，离子源（IS）12之后是第一常规质谱仪（MSI）84，并且离子源（IS）12耦合到第一常规质谱仪（MS1）84，第一常规质谱仪（MSI）84之后是常规离子解离级（ID）86，并且第一常规质谱仪（MSI）84耦合到常规离子解离级（ID）86，该离子解离级86可操作以例如通过碰撞诱导解离（CID）、表面诱导解离（SID）、电子俘获解离（ECD）和/或光诱导解离（PID）等中的一种或多种来解离离开质谱仪84的离子，常规离子解离级（ID）86之后是第二常规质谱仪（MS2）88，并且常规离子解离级（ID）86耦合到第二常规质谱仪（MS2）88，接着是常规离子检测器（D）90，例如诸如微通道板检测器或其他常规离子检测器。CDMS 10、200、300与离子解离级86并联耦合并耦合到离子解离级86，使得CDMS 10、200、300可以选择性地从质谱仪84和/或从离子解离级86接收离子。
例如仅使用离子分离仪器82的MS/MS是一种行之有效的方法，其中，具有特定分子量的前体离子被第一质谱仪84（MS1）基于其m/z值选择。在离子解离级86中，例如通过碰撞诱导解离、表面诱导解离、电子俘获解离或光诱导解离来使经质量选择的前体离子被分割。然后通过第二质谱仪86（MS2）分析碎片离子。在MS1和MS2中，都仅测量前体离子和碎片离子的m/z值。对于高质量离子，电荷状态无法解析，并且因此无法仅基于m/z值选择具有特定分子量的前体离子。然而，通过将仪器82耦合到在本文中示出和描述的CDMS10、200、300，有可能选择窄范围的m/z值，并且然后使用CDMS 10、200、300来确定经m/z选择的前体离子的质量。质谱仪84、88可以是例如扇形磁场质谱仪、飞行时间质谱仪或四极质谱仪中的一种或任何组合，但是在替代实施例中，可以使用其他质谱仪类型。在任何情况下，离开MS1的具有已知质量的经m/z选择的前体离子能够在离子解离级86上分割，并且能够通过MS2（其中，仅测量m/z比）和/或通过CDMS仪器10、200、300（其中，同时测量m/z比和电荷）分析所得的碎片离子。低质量碎片，即质量值低于阈值质量值（例如10,000 Da或其他质量值）的前体离子的解离离子因此能够通过常规MS使用MS2进行分析，而高质量碎片（其中电荷状态未解析），即质量值等于或高于阈值质量值的前体离子的解离离子能够通过CDMS 10、200、300进行分析。
现在参考图6，示出了另一CDMS 200，其包括静电线性离子阱（ELIT）阵列205的又一个实施例，该静电线性离子阱（ELIT）阵列205具有耦合到其的控制和测量元件。在所示实施例中，ELIT阵列205包括三个分离的ELIT 202、204、206，每一个都与图1中所示的ELIT阵列14的ELIT或ELIT区域E3相同地配置。例如，ELIT 202包括被接地腔室GC1包围的电荷检测筒CD1，其中，接地腔室GC1的一端限定一个离子镜M1的镜电极中的一个，并且接地腔室GC1的相对端限定另一个离子镜M2的镜电极中的一个，以及其中离子镜M1、M2设置在电荷检测筒202的相对端处。离子镜M1说明性地在结构和功能上与图1至图2B所示的每一个离子镜M1-M3相同。并且离子镜M2说明性地在结构和功能上与图1至图2B所示的离子镜M4相同。在结构和功能上与在图1至图2B中所示的电压源V1说明性地相同的电压源V1可操作地耦合到离子镜M1，并且在结构和功能上与在图1至图2B中所示的电压源V4说明性地相同的另一电压源V2可操作地耦合到离子镜M2。离子镜M1限定离子入口穿孔AI1，其在结构和功能上与图2A所示的离子镜MX的穿孔A1说明性地相同，并且离子镜M2限定出口穿孔AO1，其在结构和操作上与关于图1和图2B所描述的离子镜M4的穿孔CA说明性地相同。纵向轴线241居中延伸通过ELIT 202，并且说明性地平分穿孔AI1和AO1。电荷前置放大器CP1电气耦合到电荷检测筒CD1，并且在结构和功能上与在图1示出并且在上文中描述的电荷前置放大器CP1说明性地相同。
ELIT 204与刚刚描述的ELIT 202说明性地相同，其中离子镜M3、M4对应于ELIT202的离子镜M1、M2，其中电压源V3、V4对应于ELIT 202的电压源V1、V2，以及其中入口/出口穿孔AI2/AO2限定延伸通过ELIT 204并且说明性地平分穿孔AI2、AO2的纵向轴线242。电荷放大器CP2电气耦合到ELIT 204的电荷检测筒CD2，并且在结构和功能上与在图1中示出并且在上文中描述的电荷前置放大器CP2相同。
ELIT 206类似地与刚刚描述的ELIT 202说明性地相同。其中，离子镜M5、M6对应于ELIT 202的离子镜M1、M2，其中，电压源V5、V6对应于ELIT 202的电压源V1、V2，以及其中，入口/出口穿孔AI3/AO3限定延伸通过ELIT 206并且说明性地平分穿孔AI3、AO3的纵向轴线243。电荷放大器CP3电气耦合到ELIT 206的电荷检测筒CD3，并且在结构和功能上与在图1中示出并且在上文中描述的电荷前置放大器CP3说明性地相同。
电压源V1-V6以及电荷前置放大器CP1-CP3操作地耦合到处理器210，处理器210包括如关于图1描述的存储器212，其中存储器212说明性地具有存储在其中的指令，该指令当被处理器210执行时，导致处理器210控制电压源V1-V6的操作，以在如上文所述的离子透射和离子反射操作模式之间控制离子镜M1-M6。替代地，电压源V1-V6中的一个或多个可以被编程以如上文所述地操作。在任何情况下，存储在存储器212中的指令还说明性地包括指令，其当被处理器210执行时，导致处理器接收、处理和记录（存储）由电荷前置放大器CP1-CP3检测的电荷信号，并且处理所记录的电荷信号信息，以计算如上文所述被俘获在每一个ELIT 202、204、206内的离子的质量。说明性地，处理器210耦合到一个或多个外围设备214，外围设备214可以与上文中关于图1描述的一个或多个外围设备20相同。
在图6中所示的实施例中，离子操纵阵列208的实施例被示出为操作地耦合在离子源12和在ELIT阵列205中的每一个ELIT202、204、206的离子入口穿孔AI1–AI3之间。离子源12说明性地如关于图1和/或图5A所述，并且配置成生成离子和经由离子穿孔IA供应离子到离子操纵阵列208。离子操纵电压源VST操作地耦合到并且在处理器210和离子操纵阵列208之间。如将在下文中详细描述地，处理器210被说明性地配置（即，编程）以控制离子操纵电压源VST，从而导致离子操纵阵列208选择性地操纵和导引离开离子源12的离子穿孔IA的离子经由其对应入口穿孔AI1–AI3进入ELIT 202、204和206。处理器210进一步被说明性地配置（即，编程）以控制电压源V1-V6，用于导致ELIT 202、204、206的离子镜M1-M6选择性地在离子透射模式和离子反射模式之间切换从而将离子俘获在每个ELIT 202、204、206中，并且然后导致这类离子在对应离子镜M1/M2、M3/M4以及M5/M6之间并且穿过ELIT 202、204、206的对应电荷检测筒CD1-CD3前后振荡，以便测量和记录如上文所述由对应电荷前置放大器CP1-CP3检测的离子电荷检测事件。
虽然ELIT 202、204以及206在图6中被示出为布置成使得其对应纵向轴线241–243彼此平行，但是应当理解，该布置仅通过示例的方式提供，并且可以设想出其他布置。在替代实施例中，例如，一个或多个ELIT的纵向轴线可以不与ELIT中的一个或另一个的纵向轴线平行，和/或ELIT的两个或更多个纵向轴线（但不是全部）可以同轴。为了实施离子操纵阵列208，ELIT中的至少一个的纵向轴线不与剩余的ELIT中的一个或多个的纵向轴线同轴是足够的。
在所示实施例中，离子操纵阵列208说明性地包括3组布置在两个间隔开的平面基板中的每一个上的四个导电焊盘P1-P4、P5-P8和P9-P12，使得在一个平面基板上的导电焊盘P1-P12中的每一个都与在其他基板上的对应一个导电焊盘对准且面对其。在图6中所示的实施例中，仅示出了一个基板220。
现在参考图7A至7C，其示出了离子操纵阵列208的一部分,其示出了离子操纵阵列208的控制和操作以将离子选择性地操纵到期望位置。如在图7B和图7C中的示例所示，离子操纵208的所示部分的电压源DC1-DC4被控制，用于导致沿着通过箭头A所指示的方向离开离子源12的离子穿孔IA的离子将其方向改变大约90度，以致于沿着一个路径被引导，该路径与ELIT 202的离子入口穿孔AI1对准，即，共线。虽然在附图中未示出，但是任何数量个常规平坦离子毯和/或其他常规离子聚焦结构可以被使用，用于聚焦离开离子源的离子穿孔IA的离子轨迹和/或用于使被离子操纵阵列208选择性变化的离子轨迹与对应ELIT 202、204、206的离子入口穿孔AI1–AI3对准。
具体参考图7A，在一个基板220的内主表面220A上形成四个大致相同并且间隔开的导电焊盘P11–P41的图案，基板220具有相对的外主表面220B，并且在另一基板222的内主表面222A上形成四个大致相同并且间隔开的导电焊盘P12–P42的相同图案，该另一基板222具有相对的外表面222B。基板220、222的内表面220A、222A以大致平行的关系间隔开，并且导电焊盘P11–P41被并置在导电焊盘P12–P42中的对应一个上方。基板220、222的间隔开的内部主表面220A和222A说明性地限定在其间的具有距离为DP的宽度的通道或空间225。在一个实施例中，通道225的宽度DP是大约5厘米，但是在其他实施例中，距离DP可以大于或者小于5厘米。在任何情况下，基板220、222一起构成离子操纵阵列208的所示部分。
相对的焊盘对P31、P32以及P41、P42在相对的焊盘对P11、P12以及P21、P22的上游，并且，相反地，相对的焊盘对P11、P12以及P21、P22在相对的焊盘对P41、P42以及P31、P32的下游。就这一点而言，如该术语在本文中所使用地，通过通道225的“未变化的离子行进方向”是“上游”，并且大体平行于离开离子源12的离子的方向A。基板220、222的横向边缘220C、222C对准，相对的横向边缘220D、222D也对准。并且如该术语在本文中所使用地，通过通道225的“变化的离子行进方向”从对准的边缘220C、222C朝对准的边缘220D、222D，并且大体垂直于这些对准的边缘220C、222C和220D、222D。
在图6中所示的实施例中，离子操纵电压源VST说明性地配置为产生至少12个可切换DC电压，每一个DC电压可操作地连接到导电焊盘P1-P12中的对应相对的对。在图7A中示出12个DC电压中的四个DC电压DC1-D4。第一DC电压DC1被电气连接到并置导电焊盘P11、P12中的每一个，第二DC电压DC2被电气连接到并置导电焊盘P21、P22中的每一个，第三DC电压DC3被电气连接到并置导电焊盘P31、P32中的每一个，并且第四DC电压DC4被电气连接到并置导电焊盘P41、P42中的每一个。在所示实施例中，DC电压DC1–DC12中的每一个被例如经由处理器210和/或经由电压源VST的编程独立控制，但是在替代实施例中，DC电压DC1–DC12中的两个或更多个可以被一起作为一个组控制。在任何情况下，应当理解，尽管电压DC1–DC12被示出和公开为是DC电压，但是本公开设想了其他实施例，其中，电压源VST替代地或者附加地配置为产生任何数量的AV电压（诸如例如，一个或多个RF电压），并且将任何一个或多个这类AC电压供应至在包括它们的实施例中的导电焊盘中的相应一个或相应对，和/或供应至一个或多个离子毯或者其他离子聚焦结构。
现在参考图7B和图7C，将使用图7A和图7B中的四个相对的成对导电焊盘P11/P12、P21/P22、P31/P32以及P41/P42作为说明性示例描述在图6中示出的离子操纵通道阵列208的操作。应当理解，在图6中的基板220上示出的四个导电焊盘P5-P8和四个导电焊盘P9-P12同样各自包括设置在对应基板220、222的内表面220A、222A上的相对的、对准的并且并置的导电焊盘对。并且，四个相对的成对导电焊盘中的每一个这类组都可以通过由电压源VST产生的对应可切换DC（和/或AC）电压DC5–DC12控制。在任何情况下，为了清楚地说明，在图7B和7C中省略了DC电压DC1-DC4，而是以图形示出由电压源VST产生并且被施加至连接的成对导电焊盘P11/P12、P21/P22、P31/P32以及P41/P42的DC电压DC1–DC4。具体参考图7B，离子操纵阵列208的所示部分被示出为处于一种状态中，在该状态中，参考电位V参考被施加到导电焊盘对P11/P12、P21/P22中的每一个中，并且小于V参考的电位–XV被施加到导电焊盘对P31/P32和P41/P42中的每一个中。说明性地，V参考可以是任何正电压或者负电压，或者可以是零伏特，例如，接地电位，而-XV可以是小于V参考的任何电压、正电压、负电压或者零电压，以便构建电场E1，电场E1与基板220、222的边220C/222C以及220D/222D平行，并且其沿未变化的离子行进方向延伸，即，如在图7B中描绘地，从下游导电焊盘对P11/P12、P21/P22朝上游导电焊盘对P31/P32和P41/P42。利用如在图7B中所示构建的电场E1，经由离子穿孔IA离开离子源12的离子A进入在下游导电焊盘对P11/P12、P21/P22之间的通道225，并且被电场E1沿着未变化的离子行进方向230操纵或者导引（或者引导），离子行进方向230沿着与电场E1相同的方向，并且与离子源12的离子穿孔IA对准（即，共线）。这类离子A被沿着如在图7B中示出的未变化的行进方向说明性地导引通过通道225。
现在具体参考图7C，当期望将离子A的方向从在图7B中所示的未变化的离子行进方向改变成变化的离子行进方向时，通过电压源VST产生的DC电压DC1、DC3被切换，使得参考电位V参考被施加至导电焊盘对P21/P22、P31/P32中的每一个，并且小于V参考的电位-XV被施加至导电焊盘对P11/P12、P41/P42中的每一个，以便构建电场E2。该电场E2垂直于基板220、222的边220C/222C和220D/222D，并且其沿未变化的离子行进方向延伸，即，如在图7C中所描绘的，从基板220、222的边220C/222C朝基板220、222的边220D/222D。利用如在图7C中所示构建的电场E2，经由离子穿孔IA离开离子源12并且进入通道225的离子A被电场E2沿着变化的离子行进方向240操纵或者导引（或者引导），离子行进方向240是与电场E2相同的方向，并且其与离子源12的离子穿孔IA对准（即，共线）。如在图7C中所示，这类离子A沿着未变化的行进方向在导电焊盘对P11/P12、P41/P42之间被说明性地导引通过通道225。在一些实施例中，一个或多个常规离子毯和/或其他常规离子聚焦结构可以用于沿着在图7C中所示的离子轨迹240约束离子。
再次参考图6，存储在存储器212中的指令说明性地包括指令，该指令当被处理器210执行时导致处理器210以如下方式控制离子操纵电压源VST选择性地产生并且切换电压DC1–DC12，该方式沿着离子操纵阵列208导引离子，并且随后将离子引导进入每一个对应ELIT 202、204、206的离子入口穿孔AI1–AI3内；以及，还以如下方式控制电压源V1-V6选择性地产生和切换由此产生的DC电压，该方式在对应离子镜M1-M6的离子透射和离子反射模式之间控制对应离子镜M1-M6，以将被离子操纵阵列208导引进入每一个ELIT 202、204、206内的离子俘获，并且然后导致每一个被俘获离子在每一个ELIT 202、204、206的对应离子镜M1-M6之间前后振荡，同时处理器210如上文中关于图1至图4B所述的那样在存储器214中记录对应离子电荷检测信息。借助于图8A至图8F，这样一个过程的一个示例将被描述为对一个或多个正电荷离子进行操作，但是应当理解，过程100可以替代地对一个或多个带负电荷的微粒进行操作。在下文的描述中，对导电焊盘P1-P12中的任何具体一个或多个的参考将被理解为参考如例如关于图7A所示分别设置在基板220、222的内表面220A、222A上的相对的、并置的、间隔开的成对导电焊盘，而对施加至导电焊盘P1-P12中的任何具体一个或多个的电压的参考将被理解为如例如关于图7B和图7C所示施加至两个这类相对的、并置的、间隔开的成对导电焊盘。进一步应当理解，在图8A至图8F中示出的DC电压V参考可以是任何正电压或者负电压，或者可以是零伏特，例如，接地电位。并且，也在图8A至图8F中示出的DC电压-XV可以是小于V参考的任何电压，正电压、负电压或者零电压，以便在通道225内构建相应电场，如在图7B和图7C中的示例所示，该电场沿从被控制为处于V参考的导电焊盘朝被控制为处于–XV的导电焊盘的方向延伸。
参考图8A，处理器210可操作以控制电压源VST，以将–XV施加至焊盘P5-P7的每一个中，并且然后将V参考施加至焊盘P1-P4的每一个中。在一些实施方式中，如在图8A中所描绘的，VST将V参考施加至焊盘P9–P12中的每一个，但是在其他实施方式中，VST可以被控制以将–XV施加至焊盘P9–P12的每一个。在任何情况下，在离子操纵阵列208的通道225中从这类电压施加所得的电场将离开离子源12的离子穿孔IA的离子沿未变化的离子行进方向沿着所示离子轨迹250导引通过通道225。
参考图8B，处理器210随后可操作以控制电压源VST，以将施加至焊盘P2和P4的电压切换成-XV，并且以其他方式将先前施加的电压维持在P1、P3和P5-P12处。由这类切换的电压施加导致的在离子操纵阵列208的通道225内构建的电场沿着变化的离子行进方向沿着朝ELIT 202的M1的离子入口穿孔AI1的离子轨迹252，操纵先前从离子源12沿未变化的离子行进方向沿着在图8A中所示的离子轨迹250行进的离子。与该切换同时、之前或者之后，处理器210可操作以控制电压源V1和V2产生电压，这些电压导致离子镜M1和M2两者例如如关于图1至图2B描述的在其离子透射模式中操作。结果，如通过在图8B中描绘的离子轨迹252所示，沿着离子轨迹252行进通过离子操纵阵列208的通道225的离子被引导进入ELIT 202的入口穿孔AI1、穿过M1，并且被在离子镜M1和M2中的每一个中构建的离子透射场导引通过M1，通过电荷检测筒CD1并且通过M2。在一些实施例中，一个或多个常规离子毯和/或其他常规离子聚焦结构可以被操作地定位在ELIT 202的离子操纵阵列208和离子镜M1之间，以将沿着离子轨迹252行进的离子引导进入ELIT 202的离子入口穿孔AI1。在任何情况下，处理器210在其后的一些时间点处可操作以控制V2产生电压，所述电压导致离子镜M2从离子透射操作模式切换至离子反射操作模式，例如，如还关于图1至图2B描述的，以便将离子朝M1反射回去。M2的该切换的定时说明性地取决于ELIT 202的操作是由处理器210以随机俘获模式还是以触发俘获模式来控制，如关于图3所描述的。
参考图8C，处理器210随后可操作以控制电压源V1产生电压，所述电压导致离子镜M1从离子透射模式切换至离子反射操作模式。M1的该切换的定时说明性地取决于ELIT 202的操作是由处理器210以随机俘获模式还是以触发俘获模式来控制（如关于图3所描述的），但是在任何情况下，如在图8C中描绘的离子轨迹252所示，M1到其离子反射模式的切换将离子俘获在ELIT 202内。在离子被俘获在ELIT 202内的情况下并且在M1和M2两者分别被电压源V1和V2控制以在其离子反射模式中操作的情况下，被俘获在ELIT 202内的离子在离子镜M1和M2之间前后振荡，每一次都通过电荷检测筒CD1并且在其上诱导相应的电荷，如在上文中关于图3所述，该电荷被电荷前置放大器CP1检测，并且被处理器210记录在存储器212中。
与刚刚描述的ELIT 202的控制同时或者在其后，并且在离子在离子镜M1、M2之间在ELIT 202内前后振荡的情况下，如还在图8C中所示，处理器210可操作以控制VST，以将施加至焊盘P2和P4的电压切换回V参考，将施加至焊盘P5–P8的电压从-VX切换至V参考，以及将施加至焊盘P9–P12的电压从V参考切换至-XV。在离子操纵阵列208的通道225中从这类电压施加所得的电场再次将离开离子源12的离子穿孔IA的离子沿未变化的离子行进方向沿着所示离子轨迹250导引通过通道225。
现在参考图8D，处理器210随后可操作以控制电压源VST，以将施加至焊盘P6和P8的电压切换成-XV，并且以其他方式维持在P1–P4、P5、P7和P9-P12处的先前施加的电压。由这类切换的电压施加导致的在离子操纵阵列208的通道225内构建的电场沿着变化的离子行进方向沿着朝ELIT 204的M2的离子入口穿孔AI2的离子轨迹254，操纵先前从离子源12沿未变化的离子行进方向沿着在图8C中所示的离子轨迹250行进的离子。与该切换同时、之前或者之后，处理器210可操作以控制电压源V3和V4产生电压，所述电压导致离子镜M3和M4两者在其离子透射模式中操作。结果，如通过在图8D中描绘的离子轨迹254所示，沿着离子轨迹254行进通过离子操纵阵列208的通道225的离子被引导进入ELIT 204的入口穿孔AI2、穿过M3并且被在离子镜M3和M4中的每一个中构建的离子透射场导引通过M3，通过电荷检测筒CD2并且通过M4。在一些实施例中，一个或多个常规离子毯和/或其他常规离子聚焦结构可以被操作地定位在ELIT 204的离子操纵阵列208和离子镜M3之间，以将沿着离子轨迹254行进的离子引导进入ELIT 204的离子入口穿孔AI2。在任何情况下，处理器210在其后的一些时间点处可操作以控制V4产生电压，所述电压导致离子镜M4从离子透射操作模式切换至离子反射操作模式，以便将离子朝M3反射回去。M4的该切换的定时说明性地取决于ELIT 204的操作是由处理器210以随机俘获模式还是以触发俘获模式来控制，如关于图3所描述的。
在图8D中示出的操作状态之后，与关于图8C所描述的类似，处理器210可操作以控制电压源V3产生电压，所述电压导致离子镜M3从离子透射模式切换至离子反射操作模式。M3的该切换的定时说明性地取决于ELIT 204的操作是由处理器210以随机俘获模式还是以触发俘获模式来控制（如关于图3所描述的）。但是在任何情况下，如在图8E中描绘的离子轨迹254所示，M3到其离子反射模式的切换将离子俘获在ELIT 204内。在离子被俘获在ELIT204内并且在M3和M4两者分别被电压源V3和V4控制以在其离子反射模式中操作的情况下，被俘获在ELIT 204内的离子在离子镜M3和M4之间前后振荡，每一次都通过电荷检测筒CD2并且在其上诱导相应的电荷，如在上文中关于图3所述，该电荷被电荷前置放大器CP2检测到，并且被处理器210记录在存储器212中。在图8E中所示的操作状态中，离子在ELIT 202和204的每一个内同时前后振荡，并且因此，从电荷前置放大器CP1和CP2中的每一个取得的离子电荷/定时测量结果被处理器210同时收集和存储。
与刚刚关于图8E描述的ELIT 204的控制同时或者在其后，并且在离子在ELIT 202和204中的每一个内同时振荡的情况下，处理器210可操作以控制VST，用于将施加至焊盘P6和P8的电压切换回到V参考，使得焊盘P1-P12被控制为处于在图8C中示出的电压。如在图8C中所示，在离子操纵阵列208的通道225中从这类电压施加所得的电场再一次将离开离子源12的离子穿孔IA的离子沿未变化的离子行进方向沿着所示离子轨迹250导引通过通道225。其后，处理器210可操作以控制电压源VST，以将施加至焊盘P9和P11的电压切换至V参考，并且以其他方式维持在P1–P8、P5以及P11-P12处的先前施加的电压。由这类切换的电压施加导致的在离子操纵阵列208的通道225内构建的电场沿着变化的离子行进方向沿着朝ELIT 206的离子镜M5的离子入口穿孔AI3的离子轨迹256，操纵先前从离子源12沿未变化的离子行进方向沿着在图8C中所示的离子轨迹250行进的离子。与该切换同时、之前或者之后，处理器210可操作以控制电压源V5和V6产生电压，所述电压导致离子镜M5和M6两者在其离子透射模式中操作。结果，如通过在图8E中描绘的离子轨迹256所示，沿着离子轨迹253行进通过离子操纵阵列208的通道225的离子被引导进入ELIT 206的入口穿孔AI3、穿过M5，并且被在离子镜M5和M6中的每一个中构建的离子透射场导引通过M5，通过电荷检测筒CD3并且通过M6。在一些实施例中，一个或多个常规离子毯和/或其他常规离子聚焦结构可以被操作地定位在ELIT 206的离子操纵阵列208和离子镜M5之间，以将沿着离子轨迹256行进的离子引导进入ELIT 206的离子入口穿孔AI3。
在任何情况下，处理器210在其后的一些时间点处可操作以控制V6产生电压，所述电压导致离子镜M6从离子透射操作模式切换至离子反射操作模式，以便将离子朝M5反射回去。M6的该切换的定时说明性地取决于ELIT 206的操作是由处理器210以随机俘获模式还是以触发俘获模式来控制，如关于图3所描述的。其后，处理器210类似于关于图8C所描述的可操作以控制电压源V5产生电压，所述电压导致离子镜M5从离子透射模式切换至离子反射操作模式。M5的该切换的定时说明性地取决于ELIT 206的操作是由处理器210以随机俘获模式还是以触发俘获模式来控制，如关于图3所描述的，但是在任何情况下，如在图8F中描绘的离子轨迹256所示，M5到其离子反射模式的切换将离子俘获在ELIT 206内。在离子被俘获在ELIT 206内的情况下并且在M5和M6两者分别被电压源V5和V6控制以在其离子反射模式中操作的情况下，被俘获在ELIT 206内的离子在离子镜M5和M6之间前后振荡，每一次都通过电荷检测筒CD3并且在其上诱导相应的电荷，如在上文中关于图3所述，该电荷被电荷前置放大器CP3检测到，并且被处理器210记录在存储器212中。在图8F中示出的操作状态中，离子在ELIT 202、204和206中的每一个内同时前后振荡，并且因此，从电荷前置放大器CP1、CP2和CP3中的每一个取得的离子电荷/定时测量结果被处理器210同时收集和存储。
如还在图8F中所示，与刚刚描述的ELIT 206的控制同时或者在其后，并且在离子在ELIT 202、204和206中的每一个内同时振荡的情况下，处理器210可操作以控制VST，用于将施加至焊盘P5–P8的电压切换至-XV，以及用于将施加至P10和P12的电压切换至V参考（或者用于将施加至P9和P11的电压切换至-XV），使得焊盘P1-P12被控制为处于在图8A中示出（或者关于其描述）的电压。如在图8A中所示，在离子操纵阵列208的通道225中从这类电压施加所得的电场再一次将离开离子源12的离子穿孔IA的离子沿未变化的离子行进方向沿着所示离子轨迹250导引通过通道225。
在离子已经在ELIT 202、204和206中的每一个内前后振荡总离子周期测量时间或测量周期总数之后，例如，如上文中关于在图3中所示的过程100的步骤126所述，处理器210可操作以控制电压源V1-V6，用于将离子镜M1-M6中的每一个切换至其离子透射操作模式，从而导致被俘获在其中的离子分别经由离子出口穿孔AO1-AO3离开ELIT 202、204、206。然后，CDMS 200的操作说明性地返回到以上关于图8B描述的操作。与此同时或者在另一个方便的时间，所记录的离子电荷/定时测量结果的收集由处理器210处理，例如，如关于在图3中所示的过程100的对应步骤140所述，用于确定通过ELIT 202、204、206中的对应一个处理的每一个离子的电荷、质荷比以及质量值。
取决于许多因素，包括但不限于ELITS 202、204、206的尺寸、通过每一个ELIT202、204、206的离子振荡的一个或多个频率以及每一个ELIT 202、204、206中的测量周期总数/总离子周期测量时间，离子可以在ELIT 202、204和206中的至少两个内同时前后振荡，并且因此，从电荷前置放大器CP1、CP2和CP3中的对应前置放大器取得的离子电荷/定时测量结果可以被处理器210同时收集和存储。在图8F中示出的实施例中，例如，离子在ELIT202、204和206中的至少两个内同时前后振荡，并且因此，从电荷前置放大器CP1、CP2和CP3中的每一个取得的离子电荷/定时测量结果被处理器210同时收集和存储。在其他实施例中，在至少一个离子如上文所示的那样被俘获在ELIT 206内之前，ELIT 202的测量循环总数或总离子周期测量时间可以期满。在这类情形中，处理器210可以控制电压源V1和V2，以将离子镜M1和M2切换至其透射操作模式，从而导致在其中振荡的离子在离子变得在ELIT206内振荡之前通过离子镜M2离开。在这类实施例中，离子可以不在所有ELIT 202、204和206内同时前后振荡，而是可以在任何一个时刻在ELIT202、204和206中的至少两个内前后振荡。
现在参考图9，示出了另一CDMS 300，其包括静电线性离子阱（ELIT）阵列302的又一个实施例，所述静电线性离子阱（ELIT）阵列具有耦合到其的控制和测量元件。在所示实施例中，ELIT阵列302包括三个分离的ELIT E1-E3，每一个都与图6中所示的ELIT 202、204、206相同地配置。在图9中所示的实施例中，在结构和功能上与在图1至图2B中所示的电压源V1说明性地相同的电压源V1可操作地耦合到每一个ELIT E1–E3的离子镜M1，并且在结构和功能上与在图1至图2B中所示的电压源V4说明性地相同的另一电压源V2可操作地耦合到每一个ELIT E1–E3的离子镜M2。在替代实施例中，两个或更多个ELIT E1-E3的离子镜M1可以合并为单个离子镜，和/或两个或更多个ELIT E1-E3的离子镜M2可以合并为单个离子镜。在任何情况下，电压源V1、V2均电性耦合到处理器304，并且三个电荷前置放大器CP1-CP3电性耦合在处理器304和对应一个ELIT E1-E3的对应电荷检测筒CD1–CD3之间。存储器306说明性地包括指令，该指令当被处理器304执行时，导致处理器304控制电压源V1和V2，以如下文所述控制ELIT E1-E3的操作。说明性地，处理器304可操作地耦合到一个或多个外围设备308，外围设备308可以与上文中关于图1描述的一个或多个外围设备20相同。
CDMS 300在一些方面与CDMS 200相同，因为CDMS 300包括可操作地耦合到离子操纵阵列208的离子源12，其结构和操作如上文所述。在存储器306存储的指令还说明性地包括指令，其当被处理器304执行时导致处理器304如下文所述控制离子操纵阵列电压源VST。
在图9中所示的实施例中，CDMS 300还说明性地包括三个常规离子阱IT1-IT3，每一个都具有对应离子入口TI1–TI3和相对的离子出口TO1–TO3。离子阱IT1说明性地定位在一组导电焊盘P1-P4与ELIT E1的离子镜M1之间，使得居中延伸通过ELIT E1的纵向轴线241平分IT1的离子入口TI1和离子出口TO1，并且还在图9中所示的焊盘对P1/P2和P3/P4之间居中通过。离子阱IT2说明性地定位在一组导电焊盘P5-P8与ELIT E2的离子镜M1之间，使得居中延伸通过ELIT E2的纵向轴线242平分IT2的离子入口TI2和离子出口TO2，并且还在焊盘对P5/P6与P7/P8之间居中通过，并且，离子阱IT3类似地定位在一组导电焊盘P9-P12与ELITE3的离子镜M1之间，使得居中延伸通过ELIT E3的纵向轴线243平分IT3的离子入口TI3和离子出口TO3，并且还在焊盘对P9/P10与P11/P12之间居中通过。离子阱IT1–IT3可以分别是任何常规离子阱，其示例可以包括但不限于常规四极离子阱、常规六极离子阱等。
离子阱电压源VIT可操作地耦合在处理器304与离子阱IT1-IT3中的每一个之间。电压源VIT说明性地配置为产生合适的DC和AC电压，例如RF电压，用于以常规方式分别和单独控制每一个离子阱IT1-IT3的操作。
处理器304被说明性地配置（例如，编程）以控制离子操纵阵列电压源VST，以顺序操纵离开离子源12的离子穿孔IA的一个或多个离子（如关于图8A-8F描述的）进入对应离子阱IT1–IT3中的每一个的离子入口 TI1–TI3。在一些实施例中，一个或多个常规离子毯和/或其他离子聚焦结构可以被定位在离子操纵阵列208和一个或多个离子阱IT1-IT3之间，以将离子从离子操纵阵列208引导进入对应离子阱IT1–IT3的离子入口 TI1–TI3。处理器304还被配置（例如，编程）为控制离子阱电压源VIT以产生相应控制电压，用于控制离子阱IT1–IT3的离子入口TI1–TI3以在其中接受离子，以及用于以常规方式控制离子阱IT1–IT3以在其中俘获和约束该离子。
当离子阱IT1–IT3充满离子时，处理器304被配置（即，编程）成控制V1和V2来产生合适的DC电压，该DC电压控制ELIT E1-E2的离子镜M1和M2在其离子透射操作模式中操作，使得在其中移动的任何离子都分别经由离子出口穿孔AO1–AO3离开。当经由刚刚描述的离子操纵阵列208和离子阱IT1–IT3的控制，至少一个离子被俘获在每一个离子阱IT1–IT3内时，处理器304被配置（即，编程）成控制V2以产生适当的DC电压，该DC电压控制ELIT E1-E3的离子镜M2以其离子反射操作模式操作。此后，处理器304配置为控制离子阱电压源VIT以产生合适的电压，所述电压导致对应离子阱IT1–IT3的离子出口TO1–TO3同时打开，以将被俘获在其中的离子经由对应离子镜M1的对应离子入口穿孔AI1–AI3引导进入ELIT E1-E3的对应一个内。当处理器304确定离子已经进入每一个ELIT E1-E3时，例如，在同时打开离子阱IT1-IT3后经过一些时间段之后，或者在通过每个电荷前置放大器CP1-CP3的电荷检测之后，处理器304可操作以控制电压源V1产生适当的DC电压，所述电压控制ELT E1-E3的离子镜M1以其离子反射操作模式操作，从而将离子俘获在每一个ELIT E1-E3中。
在每一个ELIT E1-E3的离子镜M1和M2以离子反射操作模式操作的情况下，每一个ELIT E1-E3中的离子同时在M1和M2之间前后振荡，每一次都穿过电荷检测筒CD1-CD3中的对应一个。在电荷检测筒CD1-CD3上诱导的对应电荷被对应电荷前置放大器CP1-CP3检测，并且被电荷前置放大器CP1-CP3产生的电荷检测信号被处理器304存储在存储器306中，并且随后被处理器304处理，例如，如关于在图3中所示的过程100的对应步骤140所述，用于确定通过ELIT E1-E3中的对应一个处理的每一个离子的电荷、质荷比以及质量值。
虽然CDMS 200和300的实施例分别在图6至图8F和图9中被示出为各自包括三个ELIT，但是应当理解，这类系统200、300中的一个或者两个可以替代地包括更少的（例如，2个）或者更多（例如，4个或者更多个）ELIT。在任何此类替代实施例中，各种部件的控制和操作通常将遵循上述构思，并且，本领域技术人员将认识到，实现任何此类替代实施例所需的对系统200和/或系统300的任何修改将仅涉及机械的步骤。此外，虽然CDMS系统200和300的实施例分别在图6至图8F以及图9中被示出为各自包括示例离子操纵阵列208，但是应当理解，一个或多个其他离子导引结构可以替代地或附加地用于如上文所述操纵或导引离子，并且，任何此类替代离子引导结构旨在落入本公开的范围内。作为一个非限制性示例，DC四极束偏转器的阵列可以与系统200、300中的一个或两个一起使用，以如所描述的那样操纵或导引离子。在这类实施例中，如上文所述，一个或多个聚焦透镜和/或离子毯还可以用于将离子聚焦到不同离子阱中。
应当理解，在附图中示出和在上文中描述的ELIT阵列14、205、302中的任何一个的各个部件的尺寸以及在系统10、60、80、200、300中的任何一个中构建的电场的幅值可以被说明性地选择，以在ELIT或ELIT区域E1-E3中的一个或多个内构建期望的离子振荡占空比，该占空比对应于在一个完整的振荡周期期间，离子在对应电荷检测筒CD1-CD3中花费的时间与离子横穿相应离子镜和对应电荷检测筒CD1-CD3的组合所花费的总时间的比。例如，为了减少由测量信号的谐波频率分量引起的基础频率幅值确定中的噪声，在ELIT或ELIT区域中的一个或多个中可以期望大约50％的占空比。有关实现期望占空比（例如诸如50％）的这类尺寸和操作注意事项的详细信息，在2018年1月12日提交的共同待决的美国专利申请序列号62/616,860、2018年6月4日提交的共同待决的美国专利申请序列号62/680,343以及2019年1月11日提交的共同待决的国际专利申请号PCT/US2019/___中示出和描述,这些申请名称都为用于电荷检测质谱仪的静电线性离子阱（ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAPDESIGN FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY）,其公开内容都通过引用整体明确并入本文中。
还应当理解，在附图中示出并且在本文中描述的任何系统10、60、80、200、300中，一个或多个电荷校准或复位器械可以与任何一个或多个ELIT阵列14、205、302的电荷检测筒一起使用和/或在ELIT阵列14的区域E1-E3中的任何一个或多个中使用。一个这类电荷校准和复位器械的示例在2018年6月4日提交的共同待决的美国专利申请序列号62/680,272和在2019年1月11日提交的共同待决的国际专利申请号PCT/US2019/___中示出和描述，这些专利申请的名称都为用于校准和复位电荷检测器的器械和方法（APPARATUS AND METHODFOR CALIBRATING OR RESETTING A CHARGE DETECTOR），其公开内容都通过引用整体明确并入本文中。
还应当理解，在附图中示出并且在本文中描述的任何系统10、60、80、200、300中，一种或多种电荷检测优化技术可以与任何一个或多个ELIT阵列14、205、302和/或与ELIT阵列14中的一个或多个区域E1-E3一起使用，例如，用于触发俘获或者其他电荷检测事件。一些这类电荷检测优化技术的示例在2018年6月4日提交的共同待决的美国专利申请序列号62/680,296以及在2019年1月11日提交的共同待决的国际专利申请号PCT/US2019/___中示出和描述，这些专利申请名称都为用于在静电线性离子阱中俘获离子的器械和方法（APPARATUS AND METHOD FOR CAPTURING IONS IN AN ELECTROSTATIC LINEAR IONTRAP），其公开内容都通过引用整体明确并入本文中。
进一步又应当理解，在附图示出且在本文中描述的任何系统10、60、80、200、300中，一个或多个离子源优化器械和/或技术可以与离子源12的一个或多个实施例一起使用，在2018年6月4日提交并且名称为用于电荷检测质谱仪的混合离子漏斗-离子毯（FUNPET）大气压力接口（HYBRID ION FUNNEL-ION CARPET (FUNPET) ATMOSPHERIC PRESSUREINTERFACE FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY）的共同待决的美国专利申请序列号62/680,223中，以及在2019年1月11日提交并且名称为用于将离子从大气压力环境运输到低压环境的接口（INTERFACE FOR TRANSPORTING IONS FROM AN ATMOSPHERIC PRESSUREENVIRONMENT TO A LOW PRESSURE ENVIRONMENT）的共同待决的国际专利申请号PCT/US2019/___中中示出和描述了这些器械和/或技术的一些示例，这些专利申请的公开内容都通过引用整体明确并入本文中。
进一步又应当理解，在附图中示出并且在本文中描述的任何系统10、60、 80、200、300可以根据实时分析和/或实时控制技术实施，这些技术的一些示例在2018年6月4日提交的共同待决的美国专利申请序列号 62/680,245以及在2019年1月11日提交的共同待决的国际专利申请号PCT/US2019/___中示出和描述，这些专利申请的名称都为具有实时分析和信号优化的电荷检测质谱仪（CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY WITH REAL TIMEANALYSIS AND SIGNAL OPTIMIZATION），其公开内容都通过引用整体明确并入本文中。
进一步还应当理解，在附图示出且在本文中描述的任何系统10、60、80、200、300中，可以实施一种或多种离子入口轨迹控制器械和/或技术，以提供在附图中示出并且在本文中描述的任何ELIT阵列的一个或多个ELIT或ELIT区域内的多个单独离子同时测量。一些这类离子入口轨迹控制器械和/或技术的示例在2018年12月3日提交的共同待决的美国专利申请序列号62/774,703和2019年1月11日提交的共同待决的国际专利申请号PCT/US2019/___中示出和描述，这两个申请的名称都为用于利用静电线性离子阱同时分析多个离子的器械和方法（APPARATUS AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY ANALYZING MULTIPLEIONS WITH AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP），其公开内容都通过引用整体明确并入本文中。
尽管已经在前述附图和说明书中详细示出和描述了本公开，但是本公开应当被认为本质上是说明性的而不是限制性的，应当理解的是，仅已经示出和描述了其说明性实施例，并且落入本公开的精神内的所有改变和修改都期望被保护。

Claims (39)

1.一种静电线性离子阱（ELIT）阵列，包括：
多个细长电荷检测筒，其端对端布置并且各自限定居中通过其延伸的轴向通路，
多个离子镜结构，每一个都限定一对轴向对准的腔，并且每一个都限定居中延伸通过两个腔的通过所述离子镜结构的轴向通路，其中，所述多个离子镜结构中的不同离子镜结构设置在每个布置成对的所述细长检测筒的相对端之间，以及
前离子镜和后离子镜，其各自限定至少一个腔和居中通过其延伸的轴向通路，所述前离子镜定位在所述多个电荷检测筒的一端处，并且所述后离子镜定位在所述多个电荷检测筒的相对端处，
其中，所述多个电荷检测筒、所述多个离子镜结构、所述前离子镜和所述后离子镜的轴向通路彼此轴向对准，以限定居中穿过所述ELIT阵列的纵向轴线。
2.根据权利要求1所述的ELIT阵列，其中，所述多个离子镜结构中的每一个包括限定单个腔的单个离子镜、在所述离子镜的一端处通向所述单个腔的第一穿孔、在所述离子镜的相对端处并且通向所述单个腔的第二穿孔以及板或环，所述板或环关于所述单个腔居中定位，并且将所述单个腔轴向平分成一对轴向对准的腔，所述板或环限定通过其并且通向两个所述轴向对准的腔的第三穿孔，
以及其中，所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过所述多个离子镜结构中的每一个的第一穿孔、第二穿孔、第三穿孔以及一对轴向对准的腔。
3.根据权利要求1所述的ELIT阵列，其中，所述多个离子镜结构中的每一个包括第一离子镜和第二离子镜，所述第一离子镜限定第一腔、在所述第一离子镜的一端处并且通向所述第一腔的第一穿孔以及在所述第一离子镜的相对端处并且通向所述第一腔的第二穿孔，所述第二离子镜限定第二腔、在所述第二离子镜的一端处并且通向所述第二腔的第三穿孔以及在所述第二离子镜的相对端处并且通向所述第二腔的第三穿孔，所述第一离子镜和所述第二离子镜背对背布置，其中，所述第一离子镜的第二穿孔与所述第二离子镜的第三穿孔间隔开并且轴向对准，使得所述第一腔和所述第二腔一起限定所述一对轴向对准的腔，
以及其中，所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过第一穿孔至第四穿孔，并且居中通过所述多个离子镜结构中的每一个的所述第一腔和第二腔。
4.根据权利要求3所述的ELIT阵列，其中，所述第一离子镜和所述第二离子镜固定至彼此。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的ELIT阵列，其中，所述前离子镜限定第一腔、在所述前离子镜的一端处通向所述第一腔的第一穿孔、在所述前离子镜的相对端处并且通向所述第一腔的第二穿孔以及板或环，所述板或环关于所述第一腔居中定位，并且将所述第一腔轴向平分成第二和第三轴向对准的腔，所述板或环限定从其穿过并且通向所述第二和第三轴向对准的腔两者的第三穿孔，
以及其中，所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过所述前离子镜的第一穿孔、第二穿孔、第三穿孔以及第二和第三轴向对准的腔，
以及其中，所述前离子镜的第一穿孔限定到所述ELIT阵列的离子入口，并且所述前离子镜的第二穿孔与所述多个电荷检测筒的在所述多个电荷检测筒的一端处的电荷检测筒的暴露端相对定位。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的ELIT阵列，其中，所述前离子镜限定单个腔、在所述前离子镜的一端处通向所述前离子镜的单个腔的第一穿孔以及在所述前离子镜的相对端处并且通向所述前离子镜的单个腔的第二穿孔，
以及其中，所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过所述第一穿孔和第二穿孔以及通过所述前离子镜的单个腔，
以及其中，所述前离子镜的第一穿孔限定到所述ELIT阵列的离子入口，并且所述前离子镜的第二穿孔与所述多个电荷检测筒在所述多个电荷检测筒的一端处的电荷检测筒的暴露端相对定位。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的ELIT阵列，其中，所述后离子镜限定第一腔、在所述后离子镜的一端处通向其所述第一腔的第一穿孔、在所述后离子镜的相对端处并且通向其所述第一腔的第二穿孔以及板或环，所述板或环关于所述后离子镜的第一腔居中定位，并且将所述后离子镜的第一腔轴向平分成第二和第三轴向对准的腔，所述板或环限定从其通过并且通向所述后离子镜的第二和第三轴向对准的腔两者的第三穿孔，
以及其中，所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过所述后离子镜的第一穿孔、第二穿孔、第三穿孔以及第二和第三轴向对准的腔，
以及其中，所述后离子镜的第一穿孔与所述多个电荷检测筒在所述多个电荷检测筒的相对端处的电荷检测筒的暴露端相对定位，并且所述后离子镜的第二穿孔限定所述ELIT阵列的离子出口。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的ELIT阵列，其中，所述后离子镜限定单个腔、在所述后离子镜的一端处通向所述后离子镜的单个腔的第一穿孔以及在所述后离子镜的相对端处并且通向所述后离子镜的单个腔的第二穿孔，
以及其中，所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过第一穿孔和第二穿孔以及通过所述后离子镜的单个腔，
以及其中，所述后离子镜的第一穿孔与所述多个电荷检测筒在所述多个电荷检测筒的相对端处的电荷检测筒的暴露端相对定位，并且所述后离子镜的第二穿孔限定所述ELIT阵列的离子出口。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的ELIT阵列，还包括：用于在所述前离子镜和所述后离子镜的腔中以及在所述多个离子镜结构的每一个的腔中选择性构建离子透射电场或离子反射电场的装置，所述离子透射电场配置成使穿过所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构中的对应一个的离子朝向所述纵向轴线聚焦，并且所述离子反射电场配置成导致从所述多个电荷检测筒中的对应一个进入所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构中的对应一个的离子停止并且沿相反方向往回加速通过所述多个电荷检测筒中的对应一个，同时还使所述离子朝向所述纵向轴线聚焦。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的ELIT阵列，还包括：至少一个电压源，其操作地耦合到所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构中的每一个并且配置成产生用于在其中选择性构建离子透射电场或者离子反射电场的电压，所述离子透射电场配置成使穿过所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构中的对应一个的离子朝向所述纵向轴线聚焦，并且所述离子反射电场配置成导致从所述多个电荷检测筒中的对应一个进入所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构中的对应一个的离子停止并且沿相反方向往回加速通过所述多个电荷检测筒中的对应一个，同时还使所述离子朝向所述纵向轴线聚焦。
11. 根据权利要求10所述的ELIT阵列，还包括：
操作地耦合到所述至少一个电压源的处理器，以及
具有存储在其中的指令的存储器，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器控制所述至少一个电压源，以关于所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构中的每一个的腔构建离子透射场，使得进入所述前离子镜的离子穿过以下中的每一个：所述前离子镜、所述后离子镜、所述多个离子镜结构中的每一个以及所述多个电荷检测筒中的每一个，并且离开所述ELIT阵列。
12.根据权利要求11所述的ELIT阵列，其中，存储在所述存储器中的指令还包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器控制所述至少一个电压源，以关于所述后离子镜的至少一个腔构建离子反射场，同时维持在所述前离子镜和所述多个离子镜结构的腔中的离子透射电场。
13.根据权利要求12所述的ELIT阵列，其中，所述ELIT限定多个轴向对准的ELIT区域，每个所述ELIT区域包括所述多个电荷检测筒中的不同电荷检测筒以及所述前离子镜、所述后离子镜以及定位在所述ELIT区域的相对端处的所述多个离子镜结构中的对应一个的腔，
以及其中，存储在所述存储器中的指令还包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器控制所述至少一个电压源，以关于所述多个离子镜结构中的每一个的腔顺序构建所述离子反射场，这以所述多个离子镜结构中的如下离子镜结构开始，即，所述离子镜结构定位在所述多个筒中的设置在所述后离子镜与所述多个离子镜结构中的所述离子镜结构之间的一个筒的相对端处，同时在所述前离子镜和剩下的多个离子镜结构中的每一个的腔中维持所述离子透射电场，之后，控制所述至少一个电压源用于以如下方式关于所述前离子镜的至少一个腔构建所述离子反射场，所述方式将进入所述前离子镜中的离子中的不同离子连续俘获在所述多个ELIT区域中的每一个中，使得被俘获在所述多个ELIT区域中的每一个内的离子每次经过所述多个电荷检测筒的对应电荷检测筒时，都在所述前离子镜、所述后离子镜以及所述多个离子镜结构的对应一者的腔之间前后振荡。
14.根据权利要求13所述的ELIT阵列，还包括：多个电荷前置放大器，每个电荷前置放大器具有操作地耦合到所述多个电荷检测筒中的不同电荷检测筒的输入并且均具有操作地耦合到所述处理器的输出，所述多个电荷前置放大器中的每一个都配置成在检测到电荷时产生电荷检测信号，当对应离子穿过所述多个电荷检测筒中的对应一个时在所述对应一个电荷检测筒上诱导所述电荷，
并且其中，存储在所述存储器中的指令还包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器记录由所述多个电荷前置放大器中的每一个产生的电荷检测信号。
15.根据权利要求13或14所述的ELIT阵列，其中，存储在所述存储器中的指令还包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器通过如下来控制所述至少一个电压源以将进入所述前离子镜的离子中的一个俘获在所述多个ELIT区域中的任一个中：在自从控制所述至少一个电压源以在所述后离子镜和所述多个离子镜结构中的相应下游一个的腔中构建所述离子反射电场后经过一定时间延迟之后，控制所述至少一个电压源以在所述前离子镜和所述多个离子镜结构中的相应上游一个的腔中构建所述离子反射电场。
16.根据权利要求14所述的ELIT阵列，其中，存储在所述存储器中的指令还包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器通过如下来控制所述至少一个电压源以将进入所述前离子镜的离子中的一个俘获在所述多个ELIT区域中的任一个中：在检测到由所述多个电荷前置放大器中的对应一个产生的电荷检测信号时，控制所述至少一个电压源以在所述前离子镜和所述多个离子镜结构中的相应上游一个的腔中构建所述离子反射电场。
17.根据权利要求14至16中的任一项所述的ELIT阵列，其中，存储在所述存储器中的指令还包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器基于所记录的由所述多个电荷前置放大器中的每一个产生的电荷检测信号确定离子质荷比和离子质量中的至少一个以及对应离子电荷。
18.一种用于分离离子的系统，包括：
离子源，配置成从样品生成离子，
至少一个离子分离仪器，配置成根据至少一种分子特性分离所生成的离子，以及，
根据权利要求1至17中的任一项所述的ELIT阵列，离开所述至少一个离子分离仪器的离子经由所述前离子镜传送进入所述ELIT阵列。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述至少一个离子分离仪器包括如下中的一个或者其任何组合：用于根据质荷比分离离子的至少一个仪器、用于根据离子迁移率及时分离离子的至少一个仪器、用于根据离子保留时间分离离子的至少一个仪器以及用于根据分子尺寸分离离子的至少一个仪器。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述至少一个离子分离仪器包括质谱仪和离子迁移率光谱仪中的一个或者组合。
21.根据权利要求18至20中的任一项所述的系统，还包括定位在所述离子源和所述至少一个离子分离仪器之间的至少一个离子处理仪器，定位在所述离子源和所述至少一个离子分离仪器之间的所述至少一个离子处理仪器包括如下中的一个或者其任何组合：用于收集或者存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器以及用于规范化或者改变离子电荷状态的至少一个仪器。
22.根据权利要求18至21中的任一项所述的系统，还包括定位在所述至少一个离子分离仪器和所述ELIT阵列之间的至少一个离子处理仪器，定位在所述至少一个离子分离仪器和所述ELIT阵列之间的所述至少一个离子处理仪器包括如下中的一个或者其任何组合：用于收集或者存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器以及用于规范化或者改变离子电荷状态的至少一个仪器。
23.根据权利要求18至22中的任一项所述的系统，其中，所述系统还包括至少一个离子分离仪器，所述至少一个离子分离仪器定位成接收离开所述ELIT阵列的离子并且根据至少一个分子特性分离所接收的离子。
24.根据权利要求23所述的系统，还包括定位在所述ELIT阵列和所述至少一个离子分离仪器之间的至少一个离子处理仪器，定位在所述ELIT阵列和所述至少一个离子分离仪器之间的所述至少一个离子处理仪器包括如下中的一个或者其任何组合：用于收集或者存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器以及用于规范化或者改变离子电荷状态的至少一个仪器。
25.根据权利要求23所述的系统，还包括定位成接收离开所述至少一个离子分离仪器的离子的至少一个离子处理仪器，所述至少一个离子分离仪器自身定位成接收离开所述ELIT阵列的离子，定位成接收离开定位成接收离开所述ELIT阵列的离子的至少一个离子分离仪器的离子的至少一个离子处理仪器包括如下中的一个或者其任何组合：用于收集或者存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器以及用于规范化或者改变离子电荷状态的至少一个仪器。
26.根据权利要求18至22中的任一项所述的系统，其中，所述系统还包括定位成接收离开所述ELIT阵列的离子的至少一个离子处理仪器，定位成接收离开所述ELIT阵列的离子的所述至少一个离子处理仪器包括如下中的一个或者其任何组合：用于收集或者存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器以及用于规范化或者改变离子电荷状态的至少一个仪器。
27.一种用于分离离子的系统，包括：
离子源，配置成从样品生成离子，
第一质谱仪，配置成根据质荷比分离所生成的离子，
离子解离级，定位成接收离开所述第一质谱仪的离子，并且配置成解离离开所述第一质谱仪的离子，
第二质谱仪，配置成根据质荷比分离离开所述离子解离级的解离离子，以及
电荷检测质谱仪（CDMS），包括根据权利要求1至17中的任一项所述的ELIT阵列，与所述离子解离级并行耦合并且耦合到所述离子解离级，使得所述CDMS能够接收离开所述第一质谱仪和所述离子解离级中的任一个的离子，
其中，使用CDMS测量离开所述第一质谱仪的前体离子的质量，使用所述第二质谱仪测量具有低于阈值质量的质量值的前体离子的解离离子的质荷比，并且使用所述CDMS测量具有处于或高于所述阈值质量的质量值的前体离子的解离离子的质荷比和电荷值。
28.一种电荷检测质谱仪（CDMS），包括：
离子源，配置成生成并且供应离子，
静电线性离子阱（ELIT）阵列，其包括：多个离子镜，每一个离子镜都限定通过其的对应轴向通路；以及多个电荷检测筒，每一个电荷检测筒限定通过其的对应轴向通路，所述多个离子镜和电荷检测筒布置成限定多个ELIT区域，每一个ELIT区域包括定位在所述多个离子镜中的对应不同对之间的多个电荷检测筒中的不同电荷检测筒，其中，所述多个电荷检测筒中的每一个的轴向通路与所述多个离子镜中的对应对的轴向通路对准，所述ELIT阵列配置成接收由所述离子源供应的至少一些离子，以及，
装置，用于控制所述多个离子镜中的每一个，以将由所述离子源供应的离子中的不同离子俘获在所述多个ELIT区域中的每一个中，以及导致被俘获在所述多个ELIT区域中的每一个中的离子每次经过所述多个电荷检测筒中的对应一个时在所述多个离子镜的对应对之间前后振荡。
29.根据权利要求28所述的CDMS，其中，所述ELIT区域彼此成直线布置，使得所述多个离子镜的轴向通路和所述多个电荷检测筒的轴向通路同轴，并且使得延伸通过所述ELIT阵列的纵向轴线居中延伸通过所述多个离子镜中的每一个和所述多个电荷检测筒中的每一个的通路中的每一个，
以及其中，用于控制所述多个离子镜中的每一个的装置包括用于将由所述离子源供应的离子引导至所述ELIT的多个ELIT区域中的每一个的轴向对准的通路内并且引导通过所述轴向对准的通路的装置。
30.根据权利要求28所述的CDMS，其中，所述多个ELIT区域中的至少一个的轴向通路不与所述多个ELIT区域中的至少另一个的轴向通路对准，
并且还包括用于将由所述离子源供应的离子选择性引导至所述ELIT区域中的每一个内的装置。
31.根据权利要求28至30中的任一项所述的CDMS，还包括，
多个电荷前置放大器，均具有输入和输出，所述输入耦合到所述多个电荷检测筒中的对应一个，所述多个电荷前置放大器中的每一个配置成，在对应输入处检测到由离子轴向通过所述电荷检测筒导致的在所述多个电荷检测筒的对应电荷检测筒上诱导的电荷后，在其输出处产生电荷检测信号，
处理器，操作地耦合到所述多个电荷前置放大器中的每一个的输出，以及，
存储器，具有存储在其中的指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器监测所述多个电荷前置放大器的输出，并且在所述存储器中记录多组电荷检测信号，每一组电荷检测信号包含所记录的由所述多个电荷前置放大器中的不同电荷前置放大器产生的电荷检测信号。
32.根据权利要求31所述的CDMS，其中，存储在所述存储器中的指令包括指令，所述指令在被所述处理器执行时导致所述处理器处理多组记录的电荷检测信号，以确定相应多个离子电荷值以及相关联的离子质荷比或者质量值。
33. 根据权利要求28至32中的任一项所述的CDMS，其中，所述离子源包括：
离子生成器，配置成从样品生成所述离子，以及
至少一个仪器，配置成根据至少一个分子特性分离所生成的离子中的至少一些，
其中，所述ELIT阵列配置成接收所分离的离子中的至少一些。
34.根据权利要求33所述的CDMS，其中，配置成分离所生成的离子中的至少一些的所述至少一个仪器包括至少一个质谱仪，其配置成根据离子质荷比分离离子。
35.根据权利要求28至33中的任一项所述的CDMS，其中，所述多个ELIT区域中的至少一个配置成选择性允许离子从其离开，
并且还包括至少一个仪器，用于根据至少一种分子特性分离离开所述多个ELIT区域中的至少一个的至少一些离子。
36. 一种测量供应到静电线性离子阱（ELIT）阵列的离子入口的离子的方法，所述静电线性离子阱（ELIT）阵列具有多个离子镜和多个细长电荷检测筒，每一个都限定通过其的对应轴向通路，其中，所述多个电荷检测筒以级联关系端对端布置，其中，所述多个离子镜中的不同离子镜定位在每一个电荷检测筒之间，以及其中，所述多个离子镜中的第一个和最后一个定位在级联布置的对应相对端处，其中，第一个离子镜和最后一个离子镜分别限定所述ELIT阵列的离子入口和离子出口，以及其中，所述多个离子镜和电荷检测筒中的每一个的轴向通路彼此共线，并且限定居中通过其的纵向轴线以形成轴向对准的ELIT阵列区域的序列，每一个ELIT阵列区域由所述多个电荷检测筒中的一个和在其每个端处的所述多个离子镜的对应一对限定，所述方法包括：
控制至少一个电压源向所述多个离子镜中的每一个施加电压以在其中构建离子透射电场，以使进入所述ELIT的离子入口的离子通过所述多个离子镜和电荷检测筒中的每一个以及所述ELIT阵列的离子出口，其中，每一个离子透射场被配置为将穿过其的离子朝向所述纵向轴线聚焦，以及
控制所述至少一个电压源以顺序修改施加至所述多个离子镜中的每一个的电压，同时维持至所述多个离子镜中的剩余离子镜的之前施加的电压，这以最后一个离子镜开始并且以第一个离子镜终止，从而以在每一个ELIT区域中顺序俘获不同离子的方式在所述多个离子镜的每一个中构建离子反射电场，其中，每一个离子反射电场配置成导致从所述多个电荷检测筒中的邻近电荷检测筒进入对应离子镜的离子停止并且沿相反方向加速往回通过所述多个电荷检测筒中的对应电荷检测筒，
其中，在构建于离子镜中的所述离子反射电场的作用下，被俘获在每一个ELIT区域中的所述离子在所述多个离子镜的对应离子镜之间前后振荡，所述离子每一次穿过所述多个电荷检测筒中的对应一个并且在其上诱导相应电荷。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括：
检测在所述多个电荷检测筒中的每一个上诱导的电荷，所述电荷由对应被俘获离子在每一次通过所述电荷检测筒时诱导，以及，
在对应电荷测量事件的持续时间内将所述电荷记录在存储器中，所述电荷由对应被俘获离子在所述多个电荷检测筒的每一个上诱导。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，每个电荷测量事件具有持续时间，所述持续时间由对应离子通过对应电荷检测筒的预定时间段的经过和预定通过次数中的一者限定。
39.根据权利要求38所述的方法，还包括：对于所述ELIT区域中的每一个，基于所记录的电荷，确定离子质荷比和离子质量中的至少一个以及离子电荷。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201802917D0 (en) 2018-02-22 2018-04-11 Micromass Ltd Charge detection mass spectrometry
WO2019236143A1 (en) 2018-06-04 2019-12-12 The Trustees Of Indiana University Apparatus and method for calibrating or resetting a charge detector
AU2019384065A1 (en) 2018-11-20 2021-06-03 The Trustees Of Indiana University Orbitrap for single particle mass spectrometry
CA3118567A1 (en) * 2018-12-03 2020-06-11 The Trustees Of Indiana University Apparatus and method for simultaneously analyzing multiple ions with an electrostatic linear ion trap
AU2020407182A1 (en) * 2019-12-18 2022-06-16 The Trustees Of Indiana University Mass spectrometer with charge measurement arrangement
CA3166860A1 (en) * 2020-02-03 2021-08-12 The Trustees Of Indiana University Time-domain analysis of signals for charge detection mass spectrometry
US11842891B2 (en) 2020-04-09 2023-12-12 Waters Technologies Corporation Ion detector
EP4229671A1 (en) * 2020-10-19 2023-08-23 DH Technologies Development Pte. Ltd. Systems and methods for multistage mass spectrometry utilizing an electrostatic ion trap
WO2022180570A1 (en) * 2021-02-26 2022-09-01 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Nested electrostatic linear ion traps and methods of operating the same
CN117642838A (zh) * 2021-06-10 2024-03-01 Dh科技发展私人贸易有限公司 用于将离子注入到静电线性离子阱中的方法和系统
US20240071741A1 (en) 2022-08-31 2024-02-29 Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh Electrostatic Ion Trap Configuration

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5880466A (en) * 1997-06-02 1999-03-09 The Regents Of The University Of California Gated charged-particle trap
US6888130B1 (en) * 2002-05-30 2005-05-03 Marc Gonin Electrostatic ion trap mass spectrometers
US20090294655A1 (en) * 2006-04-29 2009-12-03 Chuanfan Ding Ion trap array
US20130327934A1 (en) * 2006-12-29 2013-12-12 Alexander A. Makarov Parallel Mass Analysis
US20150008316A1 (en) * 2011-12-28 2015-01-08 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Dynamic multipole kingdon ion trap
US20160336165A1 (en) * 2014-01-07 2016-11-17 DH Technologies Development Ptd. Ltd. Multiplexed Electrostatic Linear Ion Trap

Family Cites Families (73)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3019168A (en) 1956-02-20 1962-01-30 Parke Davis & Co Heat and ultra-violet light attenuation of polio virus
EP0322417A1 (en) 1986-09-08 1989-07-05 Applied Biotechnology, Inc. Empty viral capsid vaccines
US5916563A (en) 1988-11-14 1999-06-29 United States Of America Parvovirus protein presenting capsids
ES2026826A6 (es) 1991-03-26 1992-05-01 Ercros Sa Procedimiento para la produccion de una vacuna subunidad contra el parvovirus canino y otros virus relacionados.
GB2267385B (en) 1992-05-29 1995-12-13 Finnigan Corp Method of detecting the ions in an ion trap mass spectrometer
US5478745A (en) 1992-12-04 1995-12-26 University Of Pittsburgh Recombinant viral vector system
US5869248A (en) 1994-03-07 1999-02-09 Yale University Targeted cleavage of RNA using ribonuclease P targeting and cleavage sequences
US6204059B1 (en) 1994-06-30 2001-03-20 University Of Pittsburgh AAV capsid vehicles for molecular transfer
US5599706A (en) 1994-09-23 1997-02-04 Stinchcomb; Dan T. Ribozymes targeted to apo(a) mRNA
GB9506695D0 (en) 1995-03-31 1995-05-24 Hd Technologies Limited Improvements in or relating to a mass spectrometer
US5572025A (en) 1995-05-25 1996-11-05 The Johns Hopkins University, School Of Medicine Method and apparatus for scanning an ion trap mass spectrometer in the resonance ejection mode
US5770857A (en) 1995-11-17 1998-06-23 The Regents, University Of California Apparatus and method of determining molecular weight of large molecules
US6083702A (en) 1995-12-15 2000-07-04 Intronn Holdings Llc Methods and compositions for use in spliceosome mediated RNA trans-splicing
ATE354957T1 (de) 1995-12-15 2006-03-15 Intronn Inc Durch trans-spaltung erhaltene therapeutische molekule
AU4645697A (en) 1996-09-11 1998-04-02 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services, The Aav4 vector and uses thereof
US6156303A (en) 1997-06-11 2000-12-05 University Of Washington Adeno-associated virus (AAV) isolates and AAV vectors derived therefrom
JPH11144675A (ja) * 1997-11-10 1999-05-28 Hitachi Ltd 分析装置
US6753523B1 (en) 1998-01-23 2004-06-22 Analytica Of Branford, Inc. Mass spectrometry with multipole ion guides
CA2745131C (en) 1998-05-28 2016-08-09 John A. Chiorini Aav5 vector and uses thereof
US6183950B1 (en) 1998-07-31 2001-02-06 Colorado School Of Mines Method and apparatus for detecting viruses using primary and secondary biomarkers
US5965358A (en) 1998-08-26 1999-10-12 Genvec, Inc. Method for assessing the relative purity of viral gene transfer vector stocks
AU768729B2 (en) 1998-11-05 2004-01-08 Trustees Of The University Of Pennsylvania, The Adeno-associated virus serotype 1 nucleic acid sequences, vectors and host cells containing same
US6491907B1 (en) 1998-11-10 2002-12-10 The University Of North Carolina At Chapel Hill Recombinant parvovirus vectors and method of making
US7314912B1 (en) 1999-06-21 2008-01-01 Medigene Aktiengesellschaft AAv scleroprotein, production and use thereof
US6583408B2 (en) 2001-05-18 2003-06-24 Battelle Memorial Institute Ionization source utilizing a jet disturber in combination with an ion funnel and method of operation
US6744042B2 (en) 2001-06-18 2004-06-01 Yeda Research And Development Co., Ltd. Ion trapping
US7217510B2 (en) 2001-06-26 2007-05-15 Isis Pharmaceuticals, Inc. Methods for providing bacterial bioagent characterizing information
US6674067B2 (en) 2002-02-21 2004-01-06 Hitachi High Technologies America, Inc. Methods and apparatus to control charge neutralization reactions in ion traps
US7078679B2 (en) 2002-11-27 2006-07-18 Wisconsin Alumni Research Foundation Inductive detection for mass spectrometry
US7057130B2 (en) 2004-04-08 2006-06-06 Ion Systems, Inc. Ion generation method and apparatus
GB0408751D0 (en) 2004-04-20 2004-05-26 Micromass Ltd Mass spectrometer
CA2609802A1 (en) 2005-05-27 2006-12-07 Ionwerks, Inc. Multi-beam ion mobility time-of-flight mass spectrometer with bipolar ion extraction and zwitterion detection
GB0513047D0 (en) 2005-06-27 2005-08-03 Thermo Finnigan Llc Electronic ion trap
GB0607542D0 (en) 2006-04-13 2006-05-24 Thermo Finnigan Llc Mass spectrometer
US7851196B2 (en) 2006-05-01 2010-12-14 The Regents Of The University Of California Methods for purifying adeno-associated virus particles
US8722419B2 (en) 2006-06-22 2014-05-13 Massachusetts Institute Of Technology Flow cytometry methods and immunodiagnostics with mass sensitive readout
US8395112B1 (en) 2006-09-20 2013-03-12 Mark E. Bier Mass spectrometer and method for using same
TWI484529B (zh) 2006-11-13 2015-05-11 Mks Instr Inc 離子阱質譜儀、利用其得到質譜之方法、離子阱、捕捉離子阱內之離子之方法和設備
US7608817B2 (en) 2007-07-20 2009-10-27 Agilent Technologies, Inc. Adiabatically-tuned linear ion trap with fourier transform mass spectrometry with reduced packet coalescence
US7755040B2 (en) 2007-09-24 2010-07-13 Agilent Technologies, Inc. Mass spectrometer and electric field source for mass spectrometer
US20100320377A1 (en) 2007-11-09 2010-12-23 The Johns Hopkins University Low voltage, high mass range ion trap spectrometer and analyzing methods using such a device
EP2060919A1 (en) 2007-11-13 2009-05-20 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO MALDI matrix and MALDI method
JP5777214B2 (ja) 2008-06-09 2015-09-09 ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド タンデムイオントラップを操作する方法
DE102008051695B4 (de) 2008-09-04 2019-06-06 Bruker Daltonik Gmbh Ionenmobilitätsmessung an Potentialbarriere
JP5083160B2 (ja) 2008-10-06 2012-11-28 株式会社島津製作所 四重極型質量分析装置
CN101752179A (zh) * 2008-12-22 2010-06-23 岛津分析技术研发（上海）有限公司 质谱分析器
US9414887B2 (en) 2009-03-13 2016-08-16 Robert R. Alfano Method and apparatus for producing supercontinuum light for medical and biological applications
CN104779132B (zh) 2009-05-06 2018-04-13 Mks仪器公司 静电离子陷阱
WO2010135830A1 (en) 2009-05-27 2010-12-02 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Mass selector
US10107820B2 (en) 2009-12-31 2018-10-23 The Trustees Of Indiana University Method of identifying peptides
GB2476964A (en) * 2010-01-15 2011-07-20 Anatoly Verenchikov Electrostatic trap mass spectrometer
CN103069540B (zh) 2010-08-06 2015-11-25 株式会社岛津制作所 四极型质量分析装置
GB2488745B (en) 2010-12-14 2016-12-07 Thermo Fisher Scient (Bremen) Gmbh Ion Detection
WO2012083031A1 (en) 2010-12-16 2012-06-21 Indiana University Research And Technology Corporation Charge detection mass spectrometer with multiple detection stages
WO2012145037A1 (en) 2011-04-19 2012-10-26 Scott & White Healthcare Novel apoc-i isoforms and their use as biomarkers and risk factors of atherosclerotic disease
GB2497948A (en) 2011-12-22 2013-07-03 Thermo Fisher Scient Bremen Collision cell for tandem mass spectrometry
US8859961B2 (en) 2012-01-06 2014-10-14 Agilent Technologies, Inc. Radio frequency (RF) ion guide for improved performance in mass spectrometers
GB201201405D0 (en) 2012-01-27 2012-03-14 Thermo Fisher Scient Bremen Multi-reflection mass spectrometer
WO2013123436A1 (en) 2012-02-17 2013-08-22 California Institute Of Technology Radial opposed migration aerosol classifier with grounded aerosol entrance and exit
US8766179B2 (en) 2012-03-09 2014-07-01 The University Of Massachusetts Temperature-controlled electrospray ionization source and methods of use thereof
US9916969B2 (en) 2013-01-14 2018-03-13 Perkinelmer Health Sciences Canada, Inc. Mass analyser interface
WO2014183105A1 (en) 2013-05-10 2014-11-13 Academia Sinica Nanoparticle measurement virus mass spectrometry
US10234423B2 (en) 2013-09-26 2019-03-19 Indiana University Research And Technology Corporation Hybrid ion mobility spectrometer
US9490115B2 (en) 2014-12-18 2016-11-08 Thermo Finnigan Llc Varying frequency during a quadrupole scan for improved resolution and mass range
EP3143041B1 (en) 2014-05-15 2019-08-14 Cleveland Heartlab, Inc. Compositions and methods for purification and detection of hdl and apoa1
US9564305B2 (en) 2014-07-29 2017-02-07 Smiths Detection Inc. Ion funnel for efficient transmission of low mass-to-charge ratio ions with reduced gas flow at the exit
US10211040B2 (en) 2014-11-07 2019-02-19 The Trustees Of Indiana University Frequency and amplitude scanned quadrupole mass filter and methods
JP6555428B2 (ja) 2016-03-24 2019-08-07 株式会社島津製作所 イメージ電荷／電流信号の処理方法
EP3449250B1 (en) 2016-04-28 2020-11-04 Indiana University Research & Technology Corporation Methods and compositions for resolving components of a virus preparation
US10056244B1 (en) 2017-07-28 2018-08-21 Thermo Finnigan Llc Tuning multipole RF amplitude for ions not present in calibrant
EP3474311A1 (en) 2017-10-20 2019-04-24 Tofwerk AG Ion molecule reactor
US11232941B2 (en) 2018-01-12 2022-01-25 The Trustees Of Indiana University Electrostatic linear ion trap design for charge detection mass spectrometry
US11450520B2 (en) 2018-06-01 2022-09-20 Thermo Finnigan Llc Apparatus and method for performing charge detection mass spectrometry

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5880466A (en) * 1997-06-02 1999-03-09 The Regents Of The University Of California Gated charged-particle trap
US6888130B1 (en) * 2002-05-30 2005-05-03 Marc Gonin Electrostatic ion trap mass spectrometers
US20090294655A1 (en) * 2006-04-29 2009-12-03 Chuanfan Ding Ion trap array
US20130327934A1 (en) * 2006-12-29 2013-12-12 Alexander A. Makarov Parallel Mass Analysis
US20150008316A1 (en) * 2011-12-28 2015-01-08 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Dynamic multipole kingdon ion trap
US20160336165A1 (en) * 2014-01-07 2016-11-17 DH Technologies Development Ptd. Ltd. Multiplexed Electrostatic Linear Ion Trap

Also Published As

Publication number Publication date
EP4391015A2 (en) 2024-06-26
AU2019281255B2 (en) 2023-01-12
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JP7398811B2 (ja) 2023-12-15
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EP3803953B1 (en) 2024-06-26
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US20210217606A1 (en) 2021-07-15
EP3803953A1 (en) 2021-04-14
WO2019236142A1 (en) 2019-12-12
JP2021527308A (ja) 2021-10-11
US11227759B2 (en) 2022-01-18
US20220122831A1 (en) 2022-04-21

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