CN114616463A - 用于行波特性变化的电压控制 - Google Patents

Abstract

一种系统包括沿第一方向从第一端延伸到第二端的离子通道。该离子通道被配置为在离子通道的第一端处接收离子。该系统还包括控制器，该控制器被配置为将第一电压信号施加到与离子通道相邻的第一多个电极。第一多个电极被配置为基于第一电压信号的接收生成在分离时间期间沿第一方向行进的第一行进驱动电位。第一行进驱动电位的行进速度和幅度中的一个或多个在分离时间的第一时间段期间变化。

Description

用于行波特性变化的电压控制

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年9月16日提交的名称为“用于行波特性变化的电压控制”的美国临时专利申请No.62/901,177的优先权，其公开内容整体通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于离子迁移谱的系统和方法，更具体地，涉及使用在分离时间期间沿第一方向行进的行进驱动电位(例如，波形)基于离子的迁移率来分离离子的系统和方法，其中，第一行进驱动电位的行进速度和幅度中的一个或多个在分离时间的第一时间段期间变化。

背景技术

离子迁移谱(IMS)是一种基于离子的迁移率来分离和识别气相中的离子的技术。例如，IMS可用于分离具有不同迁移率的结构异构体和大分子。IMS依赖于向静态或动态背景气体中的离子混合物施加恒定或时变的电场。与具有较小迁移率(或较大CCS)的离子相比，具有较大迁移率(或较小碰撞截面[CCS])的离子在电场的影响下移动得更快。通过在IMS装置的分离距离(例如，在漂移管中)上施加电场，来自离子混合物的离子可以基于其迁移率而在空间上被分离。因为具有不同迁移率的离子在不同时间(时间分离)到达漂移管的端部，所以可以基于在漂移管的端部处的检测器的检测时间来识别它们。通过改变分离距离，可以改变离子迁移率分离的分辨率。

质谱(MS)是一种分析技术，其可基于化学物质的质荷比来分离化学物质的混合物。MS包括电离化学物质的混合物，随后在电场和/或磁场的存在下加速离子混合物。在一些质谱仪中，具有相同质荷比的离子经历相同的偏转。具有不同质荷比的离子可以经历不同的偏转，并且可以基于检测器(例如，电子倍增器)的检测的空间位置来识别。

在现有技术的IMS系统中，随着离子迁移率范围的增加，使用具有恒定速度的行进电位波形的离子迁移率分离可能不会在整个离子迁移率范围内产生最有效的分离。例如，在分离之后，具有较高迁移率(较早到达)的离子包可能比具有较低迁移率(较晚到达)的离子包更窄。因此，需要IMS系统和方法，其为具有宽迁移率范围的离子群提供随时间改进的和更有效的分离。

发明内容

一般而言，本公开的实施例提供了用于离子迁移率分离的电压控制的系统和相应方法。

一种方法包括提供沿第一方向从第一端延伸至第二端的离子通道。该方法还包括在离子通道的第一端处提供离子。该方法还包括由控制器将第一电压信号施加到与离子通道相邻的第一多个电极。该方法还包括由第一多个电极生成在分离时间期间沿第一方向行进的第一行进驱动电位。所述产生基于第一电压信号的接收。第一行进驱动电位的行进速度和幅度中的一个或多个在分离时间的第一时间段期间变化。

在一种实施方式中，离子通道被限定在第一表面和与第一表面相邻的第二表面之间。第二表面包括第二多个电极，其包括第一电极和沿着与第一方向横向的第二方向与第一电极间隔开的第二电极。第一多个电极位于第一电极和第二电极之间，并且沿第一方向布置。在另一实施方式中，第一行进驱动电位的行进速度在第一时间段期间减小。在又一实施方式中，第一行进驱动电位在第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在第一时间段的第二时间子段期间具有小于第一速度的第二速度。第二时间子段出现在第一时间子段之后。

在一种实施方式中，行进速度根据分离时间单调递减。在另一实施方式中，行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。在又一实施方式中，第一行进驱动电位的行进速度在第一时间段期间增加。在一种实施方式中，第一行进驱动电位在第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在第一时间段的第二时间子段期间具有大于第一速度的第二速度。第二时间子段出现在第一时间子段之后。在另一实施方式中，行进速度根据分离时间单调递增。在又一实施方式中，行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。

在一种实施方式中，分离时间包括第一时间段之前的第二时间段。第一驱动电位的行进速度在第二时间段期间保持固定。在另一实施方式中，控制器包括电联接到第一多个电极的多个行波控制电路。多个行波控制电路被配置为产生多个行波电压信号。第一电压信号包括该多个行波电压信号。

在一种实施方式中，控制器包括通信联接到多个行波控制电路的主控制电路。该方法还包括由主控制电路确定多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差。该方法还包括由主控制电路向多个行波控制电路提供一个或多个行波控制信号。一个或多个行波控制信号指示多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差。

在一种实施方式中，该方法还包括由主控制电路确定在分离时间的第一时间段期间第一行进驱动电位的行进速度的变化。在另一实施方式中，该方法还包括检测在第二端处离开离子通道的所提供离子的离子包，并基于离子包的检测来设置第一时间段的开始时间。在另一实施方式中，第一多个电极的一部分的长度沿第一方向减小。在又一实施方式中，第一多个电极的一部分的长度沿第一方向增加。

一种系统，包括沿第一方向从第一端延伸至第二端的离子通道。离子通道被配置为在离子通道的第一端处接收离子。该系统还包括控制器，该控制器被配置为将第一电压信号施加到与离子通道相邻的第一多个电极。第一多个电极被配置为基于第一电压信号的接收，生成在分离时间期间沿第一方向行进的第一行进驱动电位。第一行进驱动电位的行进速度和幅度中的一个或多个在分离时间的第一时间段期间变化。

在一种实施方式中，离子通道被限定在第一表面和与第一表面相邻的第二表面之间。第二表面包括第二多个电极，其包括第一电极和沿着与第一方向横向的第二方向与第一电极间隔开的第二电极。第一多个电极位于第一电极和第二电极之间，并且沿第一方向布置。在另一实施方式中，第一行进驱动电位的行进速度在第一时间段期间减小。在一种实施方式中，第一行进驱动电位在第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在第一时间段的第二时间子段期间具有小于第一速度的第二速度。第二时间子段出现在第一时间子段之后。

在一种实施方式中，行进速度根据分离时间单调递减。在另一实施方式中，行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。在一种实施方式中，第一行进驱动电位的行进速度在第一时间段期间增加。

在一种实施方式中，第一行进驱动电位在第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在第一时间段的第二时间子段期间具有大于第一速度的第二速度。第二时间子段出现在第一时间子段之后。在另一实施方式中，行进速度根据分离时间单调递增。在一种实施方式中，行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。

在一种实施方式中，分离时间包括在第一时间段之前的第二时间段。第一驱动电位的行进速度在第二时间段期间保持固定。在另一实施方式中，控制器包括电联接到第一多个电极的多个行波控制电路。多个行波控制电路被配置为产生多个行波电压信号，并且第一电压信号包括该多个行波电压信号。

在一种实施方式中，控制器包括主控制电路，该主控制电路通信联接到多个行波控制电路并被配置为确定多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差。主控制电路还被配置为向多个行波控制电路提供一个或多个行波控制信号。一个或多个行波控制信号指示多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差。

在一种实施方式中，主控制电路还被配置为确定在分离时间的第一时间段期间第一行进驱动电位的行进速度的变化。在另一实施方式中，该系统还包括检测器，该检测器被配置为检测在第二端处离开离子通道的所接收离子的离子包。控制器被配置为基于离子包的检测来设置第一时间段的开始时间。在一种实施方式中，第一多个电极的一部分的长度沿第一方向减小。在另一实施方式中，第一多个电极的一部分的长度沿第一方向增加。

应当理解，本发明可通过多种方式实施和利用，包括但不限于现在已知的和以后开发的工艺、设备、系统、装置和应用方法。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细说明，将更容易理解这些和其他特征，其中：

图1为示例性离子迁移率分离(IMS)系统的示意图；

图2示出了图1中的IMS系统的SLIM装置的示例性实施例；

图3示出了图2中的SLIM装置的表面上的电极的示例性布置；

图4示出了施加于可驱动SLIM装置中的离子的SLIM装置的电极的示例性电压波形；

图5A示出了基于离子迁移率的示例性离子分离；

图5B和5C示出了降低的行波速度对三个单独的迁移率峰的外观的示例性影响；

图6A-6D示出了电位波形的单调递减速度的示例性曲线图；

图7A-7C示出了电位波形的单调递增速度的示例性曲线图；

图8示出了电位波形的分段恒定速度的示例性曲线图；

图9示出了图2中的SLIM装置的表面上的电极的示例性布置；以及

图10示出了图2中的SLIM装置的表面上的电极的另一示例性布置。

应当理解，附图不一定按比例绘制，从而呈现了说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体的尺寸、方向、位置和形状)将部分地由特定的预期应用和使用环境决定。

具体实施方式

应当理解，所公开的实施例仅为可实施本发明的某些方面的方式的示例，并不代表可实施本发明的所有方式的详尽列表。实际上，应当理解，本文描述的系统、装置和方法可以以各种替代的形式实施，在本文描述了其中的一些形式。此外，如上所述，附图不一定按比例绘制，一些特征可能被放大或缩小，以显示特定部件的细节。

为避免混淆本公开，无需详细描述众所周知的部件、材料或方法。本文公开的任何具体的结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为教导本领域技术人员以不同方式使用本发明的代表性基础。

除非另有说明或陈述，诸如“右”、“左”、“上”、“下”、“向外”、“向内”等方向性参考旨在相对于本发明的特定实施例的方向，如该实施例的第一编号视图所示。此外，当给定的附图标记出现在不同的附图中时，该附图标记表示相同或相似的结构，并且相似的附图标记表示本发明的相似的结构元件和/或特征。

现在将描述某些示例性实施例，以提供对本文公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用原理的总体理解。

如前所述，离子迁移谱(IMS)是一种基于离子迁移率的用于检测和分析离子的常用技术。例如，IMS可用于检测生物标志物(例如，蛋白质)，其可允许检测疾病标记。在某些IMS应用中，行进电位波形可以被施加到各种迁移率的离子(例如，由离子源产生的离子)的集合，并且可以以不同的速度驱动具有不同迁移率的离子，从而导致基于迁移率的分离。例如，迁移率大于行波电位速度的离子可以随行波电位移动(例如，离子速度等于或大于行波速度)，而迁移率小于行波电位速度的离子可以相对于行波落在后面(或滑动)。这可能导致具有不同迁移率的离子包(或离子峰)的产生，这些离子包在空间和/或时间上是分开的。

行进电位波形的速度可与可进行期望的离子迁移率分离的离子迁移率范围相关(例如，分离的离子具有期望的分辨率)。对于窄的离子迁移率范围，可以确定导致有效的离子迁移率分离的行进电位波形的期望速度。随着离子迁移率范围的增加，通过具有恒定速度的行进电位波形进行的离子迁移率分离可能不会导致在整个离子迁移率范围内的有效分离。例如，在分离之后，具有较高迁移率(较早到达)的离子包可能比具有较低迁移率(较晚到达)的离子包更窄。本申请描述了通过改变行进电位波形的速度来在宽迁移率范围内改进离子迁移率分离的系统和方法。速度的变化可以基于待分离的离子的离子迁移率范围，并且可以预先确定。在一些实施方式中，行进电位波形的速度变化可以与离子包(例如，具有相对较高的迁移率)的到达同步。这可以通过为具有较低迁移率的离子创建较窄的离子包来提高离子迁移率分离的分辨率和灵敏度。

图1是示例性离子迁移率分离(IMS)系统100的示意图。IMS系统100包括离子源102，离子源可以产生离子(例如，具有变化的迁移率和质荷比的离子)并将离子注入到SLIM(用于无损离子操纵的结构)装置104中。这可以在多个时刻完成(例如，周期性地)。SLIM装置104可以包括一个或多个表面(例如，由印刷板材料制成)，这些表面可以包括布置在这些表面上的电极。电极可以接收电压(或电流)信号或波形(例如，DC/RF/AC电压[或电流]信号或其叠加)，并且可以产生电位波形(例如，电位梯度)，以将离子限制在SLIM装置中和/或引导离子通过SLIM装置104。电位波形可以沿着SLIM装置104行进，并且基于离子的迁移率来分离离子。质谱仪106(或离子检测器)可以接收来自SLIM装置104的离子，并且可以对接收到的离子进行质谱分析或直接检测。

控制器108可控制离子源102、SLIM装置104和质谱仪106中一个或多个的操作。控制器108可以从电源150(例如，向控制器108提供DC电压的DC电源)接收电力。控制器108可以包括多个电源模块(例如，电流/电压控制电路)，这些电源模块产生驱动SLIM装置104中的电极的各种电压(或电流)信号。例如，控制器108可以包括产生RF电压(或电流)信号的RF控制电路、产生行波电压(或电流)信号的行波控制电路、产生DC电压(或电流)信号的DC控制电路等。控制器108还可以包括主控制电路，该主控制电路可以控制RF/行波/DC控制电路的操作。例如，主控制电路可以控制由RF/行波/DC控制电路产生的电压(或电流)信号的幅度和/或相位，以实现SLIM装置104的期望操作。

在一些实施方式中，SLIM装置104可产生行进电位波形(由SLIM装置104中的多个电极产生的电位造成)，该行进电位波形可进行基于迁移率的分离。电位波形可以基于例如施加到SLIM装置104的电极的电压信号的频率以预定速度行进穿过SLIM装置104。

在一些实施方式中，行进电位波形可为空间周期性的，且空间周期性可取决于施加至相邻电极对的电压信号之间的相位差(例如，沿SLIM装置104中的离子传播方向)。在一些实施方式中，相位差可以确定电位波形的传播方向。主控制电路可以控制行波控制电路的电压输出的频率和/或相位，使得行进电位波形具有期望的(例如，预定的)幅度、空间周期性和/或速度。主控制电路可以通过控制RF/行波控制电路的电压输出的频率和/或相位来改变电位波形的速度。主控制电路可以改变(例如，增加、减少等)RF/行波控制电路的电压输出的幅度。

在一些实施方式中，控制器108可通信联接到计算装置160。例如，计算装置160可以经由控制信号向主控制电路提供SLIM装置104的操作参数。在一些实施方式中，用户可以向计算装置160提供操作参数(例如，经由用户界面)。例如，用户可以向计算装置160提供与行进电位波的速度变化相关的信息。基于经由控制信号接收到的操作参数(例如，关于行进电位速度变化的信息)，主控制电路可以控制RF/AC/DC控制电路的操作，这些控制电路又可以确定SLIM装置104的操作。在一些实施方式中，主控制电路可以接收/确定操作参数(例如，通过执行预定算法、访问数据库、从用户接收等)。在一些实施方式中，RF/AC/DC控制电路可以物理分布在IMS系统100上。例如，RF/AC/DC控制电路中的一个或多个可以位于SLIM装置104上。

图2示出了SLIM装置104的示例性实施例。SLIM装置104可以包括第一表面103和第二表面105。第一表面和第二表面可以被布置(例如，彼此平行)为在它们之间限定一个或多个离子通道。第一表面103和第二表面105可以包括电极(例如，在面向离子通道的表面上布置成电极阵列)。第一表面103和第二表面105上的电极可以被配置为电联接到控制器108并接收电压(或电流)信号或波形。在一些实施方式中，第一表面103和第二表面105可以包括背板，该背板包括多个导电通道，这些导电通道允许控制器108与第一表面103和第二表面105上的电极之间的电连接。在一些实施方式中，导电通道的数量可以少于电极的数量。换言之，多个电极可以连接到单个电通道。因此，给定的电压(或电流)信号可以同时传输到多个电极。基于接收到的电压(或电流)信号，电极可以产生一个或多个电位(例如，各种电位的叠加)，该电位可以沿着传播轴(例如，z轴)限制、驱动和/或分离离子。

第一表面103和第二表面105可以包括多个电极。图3示出了第一表面103上的电极的示例性布置。尽管下面描述了第一表面103上的电极布置，但是第二表面105可以包括具有类似电极布置的电极。第一表面103包括第一多个电极120和125，其可以接收电压(或电流)信号(或连接到地电位)并可以产生可以防止/抑制离子接近第一表面103的赝势。第一多个电极120和125可以是矩形的，并且矩形的较长边可以沿着经历迁移率分离的离子传播方向(“传播轴”)布置。例如，在图3中，传播轴平行于z轴。第一多个电极可以沿着横向方向(例如，沿着y轴)彼此分离。例如，横向方向可以垂直于(例如，y轴)传播轴(例如，z轴)。

第一表面103可以包括第二多个电极130，其可位于第一多个电极的电极之间(例如，在第一多个电极120和125之间的空间中)。第二多个电极130可以包括沿着(或平行于)传播轴分段/布置的多个电极。第二多个电极130可以接收第二电压信号，并产生可以沿着传播轴驱动离子的驱动电位。当离子沿着传播轴移动时，驱动电位可以导致基于离子迁移率的离子分离。

第一表面还可以包括保护电极110，其被定为成与第一多个电极/第二多个电极的最外侧相邻。例如，保护电极110可以沿着横向方向位于第一表面103的边缘处。保护电极110可以接收电压信号(例如，来自DC控制电路的DC电压信号)并产生保护电位，该保护电位可以沿着横向方向将离子限制在保护电极之间的离子通道中。

第一多个电极、第二多个电极和保护电极可连接至一个或多个电压控制电路(例如，控制器108中的电压控制电路)。在一些实施方式中，第一多个电极120和125可以接收相对于彼此有相移的射频(RF)信号。在一些实施方式中，主控制电路可以控制两个RF控制电路的操作，以产生彼此相移的两个RF电压信号。

图4示出了可施加于第二多个电极130的示例性电压波形，第二多个电极包括呈重复图案的电极141-148(例如，每八个电极接收相似的电压信号)。例如，电压波形可以包括同时施加到电极141-148的多个电压信号。图4中的示例性电压波形是正弦波形(例如，AC电压波形)。电极141-148可以接收电压信号，其幅度可以基于电压波形(例如，正弦波形、矩形波形、锯齿波形、偏置正弦波形等)来确定。例如，如果AC电压波形的单个波长在8个电极(141-148)上延伸，则可以通过从AC波形中选择对应于与单个波长相关联的电极总数(例如，8个电极)的相移的值来确定施加到电极141-148的电压信号的幅度。例如，电极141-148的相邻电极之间的相移是45度(360度[对应于单个波长]除以8)。这可以通过将电极141-148电联接到产生相对于彼此相移的电压信号的不同行波控制电路(例如，AC控制电路、脉冲电流控制电路等)来实现。可替代地，单个行波控制电路可以产生可以同时施加到电极141-148的电压信号。在一些实施方式中，电压/电流波形可以采用各种脉冲形状(例如，方形、三角形、矩形、锯齿形等)，可以是周期性的，也可以是非周期性的，诸如此类。例如，行波控制电路可以包括产生DC电压信号的一个或多个DC控制电路和产生正弦信号的AC控制电路。

在一些实施方式中，行波控制电路可以包括一个或多个脉冲电压(或电流)控制电路，其可产生脉冲电压(或电流)波形(例如，方形、三角形、矩形、锯齿形等)。脉冲电压(或电流)控制电路可以包括电连接到多个电极(例如，电极141-148)的多个输出。在一些实施方式中，脉冲电压(或电流)控制电路可以同时将多个电压信号(例如，构成脉冲波形的电压信号)同时施加到多个电极。可以由DC电压信号和正弦信号的叠加产生电压(或电流)波形的各种脉冲形状。主控制电路可以确定由各种行波控制电路产生的电压信号之间的相移。行进电位波形的形状/周期性可以基于施加到相邻电极的电压信号之间的相移。主控制信号可以确定由DC控制电路产生的DC电压信号的幅度。主控制电路可以确定由行波控制电路产生的AC信号的幅度和/或频率。

在一些实施方式中，电压信号(例如，AC信号)的频率可确定行进电位波形的速度。为电压(或电流)波形产生相移的AC信号(产生行进电位波形)的另一种方法是使用多相变压器。这种方法可以基于变压器的多个次级绕组的连接方案来提供对多个电压输出信号之间的相位关系的控制。以这种方式，一个或多个输入驱动电压信号可以用于仅用模拟电路产生多个相位依赖的输出。这种方法与上述数字生成方法之间的关键区别在于，相位依赖性可以由变压器的物理布线决定，并且在不对布线进行物理改变的情况下不会改变。数字产生的波形之间的相位关系可以动态变化，而无需改变硬件。

随着时间的推移，电位波形(例如，由施加于电极的AC波形、正弦电压波形、脉冲电压[或电流]波形产生)可沿传播方向行进。这可以导致施加到电极141-148的电压幅度的变化。例如，在第一时间步期间施加到第一电极(例如，电极141)的电压在下一时间步期间施加到相邻电极(例如，电极142)。控制器108可以包括一个或多个行波控制电路，其可以产生脉冲电压/电流波形、AC波形等。在一些实施方式中，控制器可以包括一个或多个能够产生RF电压波形的RF控制电路。

控制器108可通过控制施加于电极(例如，多个电极130)的AC/RF/脉冲电压(或电流)波形的频率和/或相位来控制行进电位波形的速度。随着电位波形的行进，引入到SLIM装置104中的离子可以沿着传播方向被推动，并且基于离子的迁移率被分离。例如，离子可以基于它们的迁移率在空间上被分离成离子包。具有较高迁移率的离子包可以在具有较低迁移率的离子包之前离开SLIM装置。

图5A示出离子的示例性迁移率分离。第一表面103的电极可以产生电位波形502，该电位波形可以从第一端504行进到第二端506。随着电位波形502行进，SLIM装置104中的离子(例如，在第一表面103和第二表面105之间的离子通道中提供的)可以被分离成离子包512、514和516。离子包512中的离子迁移率高于离子包514中的离子迁移率，并且离子包514中的离子迁移率高于离子包516中的离子迁移率。此外，离子包具有不同的包宽度。离子包的宽度可以与包中离子的迁移率成反比。例如，离子包512的宽度可以小于离子包514的宽度，离子包514的宽度可以小于离子包516的宽度。这可能是由于较低迁移率的离子扩散增加。例如，迁移率与行进电位波形的速度相似的离子可以随着电位波形行进。结果，这些离子在传播时会聚集在一起，这导致更窄的离子包宽度。另一方面，迁移率小于行进电位波形的速度的离子无法跟上行进电位波形。结果，这些离子可以相对于行进电位波形滑动。滑动可以与离子迁移率和波形速度之间的差异成比例(例如，非线性关系)。这可能导致离子包分散/展宽。如图5A所示，离子包的展宽与离子包中离子的迁移率成比例：离子包512经历最小量的展宽，离子包516经历最大的展宽。

离子包的展宽可能是不期望的，因为其可导致通过SLIM装置104进行的离子迁移率检测的分辨率降低。结果，错误识别离子的可能性(“假阳性”)会增加。另一方面，减小离子包的宽度(或变窄)可以提高基于迁移率的离子检测的准确性。减小宽度还可以通过产生更大的离子通量(例如，每单位时间由离子检测器检测的离子)来增加离子检测过程的灵敏度。结果，对于固定的噪声水平，离子检测的信噪比可以随着离子包宽度的减小而增加。

具有较低迁移率的离子的离子包(例如，离子包514、516)的展宽可通过在离子分离期间(“分离时间”或“实验时间”)改变行进电位的速度来减少。当具有高迁移率离子的离子包(例如，离子包512)离开SLIM装置104时，速度会发生变化。例如，在离子包离开SLIM装置104之前(例如，在分离时间的固定速度段期间)，行进电位可以以固定速度行进。在离子包512离开SLIM装置104并被质谱仪106检测到之后，控制器108可以开始改变行进电位波形的速度。在一些实施方式中，质谱仪106可以向控制器108发送已经接收到离子包的信号。在接收到信号之后，控制器108(例如，控制器108中的主控制电路)可以改变行进电位波形的速度(例如，在分离时间的速度变化段期间)。

可预先确定根据分离时间的速度变化。在一些实施方式中，可以通过针对多个速度变化对给定样本(包括各种迁移率的离子)执行多个(例如，迭代)迁移率分离来确定电位波形的速度的期望变化。这可以包括改变电位波形的初始速度和/或最终速度，和/或改变电位波形在初始速度和最终速度之间的速度变化。对于各种迁移率分离事件，可以检测离子包的基于迁移率的展宽，并用于选择电位波形的期望速度变化。例如，可以确定一些离子包(“校准离子包”)的宽度。在一些实施方式中，校准算法可以基于用于迁移率分离的各种迭代的离子包的宽度来确定电位波形的速度的期望变化。例如，可以通过将预定参数拟合到指示用于各种迭代或迁移率分离事件的校准离子包的宽度的数据，来产生期望的速度变化(例如，在与初始速度相关联的初始时间和与最终速度相关联的最终时间之间的各种时间期间的电位波形的速度)。

速度/幅度变化可取决于要进行迁移率分离的离子的迁移率范围。在一些实施方式中，可以通过内插或外推先前校准的数据来获得速度/幅度变化。例如，先前校准的数据可以包括迁移率范围不同于要进行迁移率分离的离子的幅度/速度数据。通常，校准参数特定于对其执行校准的给定迁移率范围。如果方法参数发生变化，改变了待分析的迁移率范围，则应重复校准过程，以实现最佳性能。然而，可以经由内插或外推从更一般的拟合校准参数中估计适当的校准参数。

图5B和5C示出了降低的行波速度对三个单独的迁移率峰的外观的影响。在图5B中，随着实验时间的增加，这些峰变得更宽且强度更低。然而，如图5C所示，通过改变行波速度来补偿每个离子迁移率的变化，可以在时域上保持相似的峰强度和宽度。因为稍后离开分离通道的离子具有较低的迁移率，所以当行波速度与离子的迁移率更好地匹配时，离子将趋向于行进得更快并产生更尖锐的峰。这最终导致可以对这些峰进行检测的灵敏度和分辨率的提高。

速度变化可导致电位波形的速度降低(最终速度小于初始速度)。图6A-6D示出了电位波形的单调递减速度的示例性曲线图。图6A是示出电位波形速度的线性下降的曲线图。图6B是示出电位波形速度的二次下降的曲线图。图6C是示出电位波形速度的指数下降的曲线图。图6D是示出电位波形速度的分段线性下降的曲线图。换言之，对于不同的分离时间段，下降的斜率可以不同。如图6D所示，斜率随着分离时间逐渐减小。

图7A-7C示出了电位波形的单调递增速度的示例性曲线图。图7A是示出电位波形的速度的线性增加的曲线图。图7B是示出电位波形速度的二次增加的曲线图。图7C是示出电位波形速度的指数增加的曲线图。本领域技术人员将容易理解，电位波形的速度也可以分段线性增加(例如，与图6D相反)。图8示出了电位波形的分段恒定速度的示例性曲线图。在分离时间的第一持续时间期间，速度是恒定的较高速度S1，而在分离时间的第二持续时间期间，速度是恒定的较低速度S2。在一些实施方式中，改变行波的幅度/速度可以改变(例如，增加、减少等)可以对其进行期望分离的迁移率范围，或者可以允许在较短的时间段内分析一定范围的迁移率。

在一些实施方式中，可改变行波的速度，而不改变与行进电位波形相关的电压信号(例如，AC/脉冲电压信号)的频率。这可以通过改变施加电压信号的电极(例如，多个电极130)的尺寸来实现。图9示出了可以包括电极布置的示例性表面900(例如，图2中的SLIM装置的第一表面103/第二表面105)。表面900包括第一多个电极920和925，其可以接收电压(或电流)信号(或连接到地电位)并可以产生可以防止/抑制离子接近表面900的赝势。第一多个电极120和125可以是矩形的，并且电极的较长边可以沿着经历迁移率分离的离子的传播方向(“传播轴”)布置。例如，在图9中，传播轴平行于z轴。第一多个电极可以沿着横向方向(例如，沿着y轴)彼此分离。例如，横向方向可以垂直于传播轴(例如，z轴)。

表面900可以包括第二多个电极930，其可位于第一多个电极的电极之间(例如，在第一多个电极920和925之间的空间中)。第二多个电极930可以包括沿着(或平行于)传播轴分段/布置的多个电极。第二多个电极可以产生行进电位波形。如图9所示，第二多个电极930的长度沿着传播轴增加(沿着+z方向从左到右)。结果，向第二多个电极施加具有相同或相似频率的电压信号可以导致产生行进波形，该行进波形的速度沿着+z方向从左向右增加。

图10示出了可以包括电极布置的示例性表面1000(例如，图2中SLIM装置的第一表面103/第二表面105)。表面1000包括第一多个电极1020和1025，其可以接收电压(或电流)信号(或连接到地电位)并可以产生可以防止/抑制离子接近表面1000的赝势。第一多个电极1020和1025可以是矩形的，并且矩形的较长边可以沿着经历迁移率分离的离子的传播方向(“传播轴”)布置。例如，在图10中，传播轴平行于z轴。第一多个电极可以沿着横向方向(例如，沿着y轴)彼此分离。例如，横向方向可以垂直于传播轴(例如，z轴)。

表面1000可以包括第二多个电极1030，其可位于第一多个电极的电极之间(例如，在第一多个电极1020和1025之间的空间中)。第二多个电极1030可以包括沿着(或平行于)传播轴分段/布置的多个电极。第二多个电极1030可以产生行进电位波形。如图10所示，第二多个电极1030的长度沿着传播轴(沿着+z方向从左到右)减小。结果，向第二多个电极1030施加具有相同或相似频率的电压信号可以导致产生行进波形，该行进波形的速度沿着+z方向从左向右减小。

其他实施例在所公开主题的范围和精神内。在附图中示出这些实施例的一个或多个示例。本领域的技术人员将理解，本文具体描述并在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本公开的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施例示出或描述的特征可以与其他实施例的特征相结合。这种修改和变化旨在包括在本公开的范围内。此外，在本公开中，实施例的相似命名的部件通常具有相似的特征，因此在特定实施例中，不一定完全详述每个相似命名的部件的每个特征。

本文描述的主题可在数字电子电路中实施，或在计算机软件、固件或硬件中实施，包括本说明书中公开的结构装置及其结构等同物，或其组合中实施。本文描述的主题可以被实现为一个或多个计算机程序产品，例如，有形地包含在信息载体中(例如，在机器可读存储装置中)或包含在传播信号中的一个或多个计算机程序，用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或控制其操作。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适用于计算环境的其他单元。计算机程序不一定对应于文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协作文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可以被部署为在一个地点的一台计算机或多台计算机上执行，或者分布在多个地点并通过通信网络互连。

本说明书中描述的工艺和逻辑流程(包括本文描述的主题的方法步骤)可由一个或多个可编程处理器执行，所述可编程处理器执行一个或多个计算机程序，以通过对输入数据进行操作并产生输出来执行本文描述的主题的功能。这些过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路来执行，并且本文描述的主题的设备可以被实现为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

适于执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器可以从只读存储器或随机存取存储器或这两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储装置。一般而言，计算机还可以包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦合，以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置接收数据或向其传输数据，或两者兼有。适于包含计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或并入其中。

为提供与用户的互动，本文描述的主题可在计算机上实施，该计算机具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及用户可向计算机提供输入的键盘和定点装置(例如，鼠标或轨迹球)。也可以使用其他类型的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括听觉、语音或触觉输入。

可使用一个或多个模块实施本文描述的技术。如本文所使用的，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或其各种组合。然而，模块至少不应被解释为未在硬件、固件上实现的软件，或者记录在非暂时性处理器可读可记录存储介质上的软件(即，模块本身不是软件)。实际上，“模块”应被解释为总是包括至少某种物理的、非暂时性的硬件，例如，处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可以共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可以使用相同的处理器和网络界面)。本文描述的模块可以被组合、集成、分离和/或复制，以支持各种应用。此外，代替在特定模块处执行的功能或除了在特定模块处执行的功能之外，本文描述的在特定模块处执行的功能可以在一个或多个其他模块处执行和/或由一个或多个其他装置执行。此外，这些模块可以跨多个装置和/或彼此本地或远程的其他部件来实现。此外，模块可以从一个装置移动并添加到另一装置，和/或可以包括在两个装置中。

本文描述的主题可在计算系统中实施，所述计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网页浏览器的客户端计算机，用户可通过所述图形用户界面或网页浏览器与本文描述的主题的实施进行互动)或这种后端、中间件和前端部件的任何组合。该系统的部件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)来互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，因特网。

说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能发生变化。因此，由诸如“大约”和“大致”等一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。在此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，识别这样的范围并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。

Claims (34)

1.一种方法，包括：

提供沿第一方向从第一端延伸到第二端的离子通道；

在所述离子通道的所述第一端处提供离子；并且

由控制器将第一电压信号施加到与所述离子通道相邻的第一多个电极，

由所述第一多个电极生成在分离时间期间沿所述第一方向行进的第一行进驱动电位，所述产生基于所述第一电压信号的接收；并且

其中，所述第一行进驱动电位的行进速度和幅度中的一个或多个在所述分离时间的第一时间段期间变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子通道被限定在第一表面和与所述第一表面相邻的第二表面之间，其中，所述第二表面包括：

第二多个电极，其包括第一电极和沿着与所述第一方向横向的第二方向与所述第一电极间隔开的第二电极，其中，所述第一多个电极位于所述第一电极和所述第二电极之间，并且沿所述第一方向布置。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一行进驱动电位的所述行进速度在所述第一时间段期间减小。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一行进驱动电位在所述第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在所述第一时间段的第二时间子段期间具有小于所述第一速度的第二速度，所述第二时间子段出现在所述第一时间子段之后。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述行进速度根据分离时间单调递减。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一行进驱动电位的所述行进速度在所述第一时间段期间增加。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一行进驱动电位在所述第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在所述第一时间段的第二时间子段期间具有大于所述第一速度的第二速度，所述第二时间子段出现在所述第一时间子段之后。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述行进速度根据分离时间单调递增。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。

11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分离时间包括在所述第一时间段之前的第二时间段，所述第一驱动电位的所述行进速度在所述第二时间段期间保持固定。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，所述控制器包括电联接到所述第一多个电极的多个行波控制电路，所述多个行波控制电路被配置为产生多个行波电压信号，所述第一电压信号包括所述多个行波电压信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制器包括通信联接到所述多个行波控制电路的主控制电路，所述方法还包括：

由所述主控制电路确定所述多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及所述多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差；并且

由所述主控制电路向所述多个行波控制电路提供一个或多个行波控制信号，其中，所述一个或多个行波控制信号指示所述多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及所述多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括由所述主控制电路确定在所述分离时间的第一时间段期间所述第一行进驱动电位的所述行进速度的变化。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法还包括：

检测在所述第二端处离开所述离子通道的所提供的所述离子的离子包；并且

基于所述离子包的检测来设置所述第一时间段的开始时间。

16.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一多个电极的一部分的长度沿所述第一方向减小。

17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一多个电极的一部分的长度沿所述第一方向增加。

18.一种系统，包括：

离子通道，所述离子通道沿第一方向从第一端延伸到第二端，所述离子通道被配置为在所述离子通道的所述第一端处接收离子；以及

控制器，所述控制器被配置为将第一电压信号施加到与所述离子通道相邻的第一多个电极，

其中，所述第一多个电极被配置为基于所述第一电压信号的接收，生成在分离时间期间沿所述第一方向行进的第一行进驱动电位，并且

其中，所述第一行进驱动电位的行进速度和幅度中的一个或多个在所述分离时间的第一时间段期间变化。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述离子通道被限定在第一表面和与所述第一表面相邻的第二表面之间，其中，所述第二表面包括：

第二多个电极，其包括第一电极和沿着与所述第一方向横向的第二方向与所述第一电极间隔开的第二电极，其中，所述第一多个电极位于所述第一电极和所述第二电极之间，并且沿所述第一方向布置。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一行进驱动电位的所述行进速度在所述第一时间段期间减小。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一行进驱动电位在所述第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在所述第一时间段的第二时间子段期间具有小于所述第一速度的第二速度，所述第二时间子段出现在所述第一时间子段之后。

22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述行进速度根据分离时间单调递减。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。

24.根据权利要求19所述的系统，其中，所述第一行进驱动电位的所述行进速度在所述第一时间段期间增加。

25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述第一行进驱动电位在所述第一时间段的第一时间子段期间具有第一速度，且在所述第一时间段的第二时间子段期间具有大于所述第一速度的第二速度，所述第二时间子段出现在所述第一时间子段之后。

26.根据权利要求24所述的系统，其中，所述行进速度根据分离时间单调递增。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述行进速度的增加是线性、二次和指数中的一种。

28.根据权利要求19所述的系统，其中，所述分离时间包括在所述第一时间段之前的第二时间段，所述第一驱动电位的行进速度在所述第二时间段期间保持固定。

29.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器包括电联接到所述第一多个电极的多个行波控制电路，所述多个行波控制电路被配置为产生多个行波电压信号，所述第一电压信号包括所述多个行波电压信号。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述控制器包括通信联接到所述多个行波控制电路的主控制电路，所述主控制电路被配置为：

确定所述多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及所述多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差；并且

向所述多个行波控制电路提供一个或多个行波控制信号，其中，所述一个或多个行波控制信号指示所述多个行波电压信号的幅度和/或频率中的一个或多个以及所述多个行波电压信号中的一个或多个行波电压信号之间的相位差。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述主控制电路还被配置为确定在所述分离时间的第一时间段期间所述第一行进驱动电位的所述行进速度的变化。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述系统还包括检测器，所述检测器被配置为检测在所述第二端处离开所述离子通道的所接收的所述离子的离子包，其中，所述控制器被配置为基于所述离子包的检测来设置所述第一时间段的开始时间。

33.根据权利要求20所述的系统，其中，所述第一多个电极的一部分的长度沿所述第一方向减小。

34.根据权利要求26所述的系统，其中，所述第一多个电极的一部分的长度沿所述第一方向增加。

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