CN115066740A - 电荷过滤器布置及其应用 - Google Patents

Abstract

一种电荷过滤器仪器包括无场漂移区域、离子轴向漂移穿过其的漂移区域中的多个电荷检测圆筒、多个电荷敏感放大器，每个耦合到至少一个电荷检测圆筒并被配置为产生对应于穿过其的一个或多个离子的电荷的电荷检测信号、单个入口、单个出口电荷偏转器或单个入口、多个出口电荷转向设备，耦合到漂移区域的出口端、用于基于电荷检测信号确定轴向漂移通过漂移区域的离子的电荷量值或电荷状态的装置，以及用于控制电荷偏转器或电荷转向设备仅使具有指定的电荷量值或电荷状态的离子穿过单个出口或穿过多个出口中的指定一个的装置。

Description

电荷过滤器布置及其应用

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年12月18日提交的美国临时专利申请系列号62/949,555的权益和优先权，其公开通过引用其全文明确并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及被配置为测量粒子电荷并基于它们的电荷选择性地过滤这种粒子的仪器，并且进一步涉及其中可以实现这种仪器的粒子测量设备或系统。

背景技术

光谱仪器通过测量物质的一个或多个分子特性来提供物质的化学成分的标识。一些这样的仪器被配置为分析溶液中的物质，并且其他仪器被配置为分析气相中的物质的带电粒子。许多此类带电粒子测量仪器产生的分子信息是有限的，因为此类仪器缺乏测量粒子电荷或基于其电荷处理粒子的能力。

发明内容

本公开可包括所附权利要求书中记载的特征中的一个或多个，和/或以下特征中的一个或多个及其组合。在一个方面中，电荷过滤器仪器可以包括无电场漂移区域，该漂移区域具有入口端和与入口端相对的出口端，入口端被配置为耦合到离子源以接收离子以从入口端朝向出口端轴向漂移通过漂移区域，多个间隔开的电荷检测圆筒（cylinder），设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过圆筒，多个电荷敏感放大器，每个耦合到多个电荷检测圆筒中的至少一个并且每个被配置为产生对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应至少一个的一个或多个离子的电荷的量值的电荷检测信号，电荷偏转器和电荷转向（steering）设备之一，电荷偏转器具有单个入口和单个出口，电荷转向设备具有单个入口和多个出口，耦合到漂移区域的出口端，用于基于由多个电荷敏感放大器中的至少一些产生的电荷检测信号确定轴向漂移通过漂移区域的离子的电荷量值或电荷状态的装置，以及用于控制电荷偏转器和电荷转向设备之一仅使具有指定的电荷量值或电荷状态的离子穿过单个出口中的相应一个和多个出口中的指定一个的装置。

在另一方面中，离子过滤器仪器可以包括具有入口端和与入口端相对的出口端的无电场漂移区域，入口端被配置为耦合到离子源以接收离子以从入口端朝向出口端轴向漂移通过漂移区域，多个间隔开的电荷检测圆筒，设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过圆筒，多个电荷敏感放大器，每个耦合到多个电荷检测圆筒中的至少一个并且每个被配置为产生对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应至少一个的一个或多个离子的电荷的量值的电荷检测信号，电荷偏转器和电荷转向设备之一，电荷偏转器具有单个入口和单个出口，电荷转向设备具有单个入口和多个出口，耦合到漂移区域的出口端，至少一个电压源，具有操作地耦合到电荷偏转器和电荷转向设备之一的至少一个电压输出，至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个存储器具有存储于其中的指令，该指令可由至少一个处理器执行以使至少一个处理器(a)监视离子轴向漂移通过无场漂移区域朝向其出口端时由多个电荷敏感放大器中的至少一些产生的电荷检测信号，(b)基于监视的电荷检测信号确定轴向漂移通过无场漂移区域的离子的电荷量值或电荷状态，以及(c)控制至少一个电压源的至少一个电压输出以使电荷偏转器和电荷转向设备之一仅使具有指定的电荷量值或电荷状态的离子穿过单个出口中的相应一个和多个出口中的指定一个。

附图说明

图1是电荷过滤器布置的简化图，电荷过滤器布置被配置为通过选择性地使具有指定电荷的离子通过或通过选择性地使具有不同指定电荷的离子沿着不同的相应离子行进路径转向来根据离子电荷过滤离子。

图2A是图1的电荷过滤器布置的说明性示例的一部分的简化图，其包括轴向布置在无场漂移区域中的3个电荷检测圆筒，并且示出了示例带电粒子P在时间T1处进入第一电荷检测圆筒并在时间T2>T1处离开第一电荷检测圆筒。

图2B是类似于图2A的简化图并且示出了示例带电粒子P在时间T3>T2处进入第二电荷检测圆筒并且在时间T4>T3处离开第二电荷检测圆筒。

图2C是类似于图2A和2B的简化图，并且示出了示例带电粒子P在时间T5>T4处进入第三电荷检测圆筒并且在时间T6>T5处离开第三电荷检测圆筒。

图2D是类似于图2A-2C的简化图，并且示出了示例带电粒子P在时间T7>T6处进入电荷过滤器布置的电荷偏转或电荷转向区域。

图3是电荷量值对（vs.)时间的绘图，示出了当示例带电粒子P穿过如图2A-2D中描绘的相应的第一、第二和第三电荷检测圆筒时电荷敏感放大器CA1-CA3的示例输出。

图4A是图2A-2D中描绘的示例电荷过滤器布置的简化图，示出了质荷比略有不同的两个示例带电粒子P1和P2沿无场漂移区域移动，其中示出的带电粒子之一P1在时间T1处进入第一电荷检测圆筒并且另一个带电粒子P2落后于P1。

图4B是类似于图4A的简化图，示出了在时间T2＞T1处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4C是类似于图4A和4B的简化图，示出了在时间T3＞T2处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4D是类似于图4A-4C的简化图，示出了在时间T4＞T3处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4E是类似于图4A-4D的简化图，示出了在时间T5＞T4处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4F是类似于图4A-4E的简化图，示出了在时间T6＞T5处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4G是类似于图4A-4F的简化图，示出了在时间T7＞T6处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4H是类似于图4A-4G的简化图，示出了在时间T8＞T7处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4I是类似于图4A-4H的简化图，示出了在时间T9＞T8处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4J是类似于图4A-4I的简化图，示出了在时间T10＞T9处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4K是类似于图4A-4J的简化图，示出了在时间T11＞T10处无场漂移区域中的两个示例带电粒子P1和P2的相应位置。

图4L是类似于图4A-4K的简化图，示出了无场漂移区域中的带电粒子P2的位置并且示出了带电粒子P1在时间T12＞T11处进入电荷过滤器装置的电荷偏转或转向区域。

图4M是类似于图4A-4L的简化图，示出了在时间T13＞T12处无场漂移区域中的带电粒子P2的位置。

图4N是类似于图4A-4M的简化图，示出了在时间T14＞T13处带电粒子P2进入电荷过滤器布置的电荷偏转或转向区域。

图5是电荷量值对时间的绘图，示出了如图4A-4E中描绘的时间窗T1–T5期间在两个示例带电粒子P1和P2穿过第一电荷检测圆筒时电荷敏感放大器CA1的示例输出。

图6是电荷量值对时间的绘图，示出了如图4D-4I中描绘的时间窗T4–T9期间在两个示例带电粒子P1和P2穿过第二电荷检测圆筒时电荷敏感放大器CA2的示例输出。

图7是电荷量值对时间的绘图，示出了如图4H-4M中描绘的时间窗T8–T13期间在两个示例带电粒子P1和P2穿过第三电荷检测圆筒时电荷敏感放大器CA3的示例输出。

图8是以可控电荷偏转器的实施例的形式示出的图1的电荷过滤器布置的电荷偏转或转向区域的简化图。

图9A是以可控电荷偏转器的另一实施例的形式示出的图1的电荷过滤器布置的电荷偏转或转向区域的简化图。

图9B是沿截线9B-9B观察的图9A的电荷偏转器的截面图。

图10A是以可控单个入口、多个出口电荷转向结构的实施例的形式示出的图1的电荷过滤器布置的电荷偏转或转向区域的简化图。

图10B是沿截面线10B-10B观察的图10A的电荷转向结构的截面图。

图11是以可控单个入口、多个出口电荷转向设备的另一个实施例的形式示出的图1的电荷过滤器布置的电荷偏转或转向区域的简化图。

图12是包括图1的电荷过滤器布置的粒子测量仪器的实施例的简化图，其中电荷偏转或转向区域以电荷偏转器的形式实现，插在离子源区域和离子测量级之间。

图13是包括图1的电荷过滤器布置的粒子测量仪器的另一个实施例的简化图，其中电荷偏转或转向区域以单个入口、多个出口电荷转向设备的形式实现，插在离子源区域和多个离子测量级中的每个之间。

图14是包括图1的电荷过滤器布置的粒子测量仪器的又一实施例的简化图，其中电荷偏转或转向区域以包括多个单个入口、多个出口离子转向设备的离子转向结构的形式实现，插在离子源区域和单个离子测量级之间。

图15是可以利用图12-14的任何带电粒子测量仪器实现的离子源区域的实施例的简化图。

图16是可以利用图12-14的任何电荷粒子测量仪器实现的离子测量级的实施例的简化图。

图17是粒子测量仪器的又一实施例的简化图，包括图1的电荷过滤器装置的两个级联实现，离子处理区域位于它们之间，并且组合的带电过滤器布置插在离子源区域和离子测量级之间。

具体实施方式

为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所示的多个说明性实施例并且将使用特定语言对其进行描述。

本公开涉及装置和技术，所述装置和技术用于确定移动通过漂移区域的带电粒子的电荷或电荷状态，以及用于通过选择性地使具有指定电荷值或电荷状态的那些带电粒子通过或通过选择性地使具有不同指定电荷值或电荷状态的带电粒子沿着不同的相应行进路径转向来根据电荷值或电荷状态过滤带电粒子。出于本文的目的，术语“带电粒子”和“离子”可以互换使用，并且两个术语旨在指代具有净（net）正电荷或负电荷的任何粒子。

现在参考图1，示出了电荷过滤器仪器10的图，该电荷过滤器仪器10被配置为通过选择性地使具有指定电荷的离子通过或通过选择性地使具有不同指定电荷的离子沿着不同的相应离子行进路径转向来根据离子电荷过滤离子。在所示的实施例中，电荷过滤器10包括漂移区12，漂移区12在其一端处具有离子入口A1并且在其相对端处具有离子出口A2。在图1中所描绘的实施例中，漂移区域12是限定在伸长漂移管12A内的线性漂移区域。漂移区域12在入口A1和出口A2之间具有长度DRL，并且纵轴20在中心延伸通过漂移区域12并且在中心分别通过每个入口和出口A1、A2。将理解的是，虽然以线性漂移区域的形式在图1中示出漂移区域12，但在替代实施例中，漂移区域12可以是整体或部分非线性的。作为一个非限制性示例，漂移区域12可以以包括常规离子入口（即进入口）和离子出口（即离去口）结构的圆形漂移区域的形式提供。本领域技术人员将想到至少部分非线性漂移区域的其他示例，并且将理解，任何此类替代配置旨在落入本公开的范围内。

电荷偏转或转向区域14耦合到漂移区域12的出口端或以其他方式定位在漂移区域12的出口端处。在所示实施例中，电荷偏转或转向区域14具有由漂移区域12的离子出口A2限定的或与漂移区域12的离子出口A2相邻定位的离子入口A3以及离子出口A4。在一些实施例中，电荷偏转或转向区域14可以以电荷偏转器的形式实现，该电荷偏转器可控制以选择性地使通过（passage）离子穿过或防止其穿过，其一些非限制性示例实施例在图8-9B中示出并且将在下面详细描述。在其他实施例中，电荷偏转或转向区域14可以以一个或多个单个入口、多个出口电荷转向仪器或结构的形式实现，每个可控制以选择性地使通过多个出口中的一个或多个进入单个入口的离子转向，其一些非限制性示例实施例在图10A-11中示出并且将在下面详细描述。

电压源VS1经由数量K的信号路径电连接到电荷偏转或转向区域14，其中K可以是任何正整数。在一些实施例中，电压源VS1可以以单个电压源的形式实现，并且在其他实施例中，电压源VS1可以包括任何数量的单独电压源。在一些实施例中，电压源VS1可以被配置或控制以产生和供应可选择量值的一个或多个时不变（即DC）电压。替代地或附加地，电压源VS1可以被配置或控制以产生和供应一个或多个可切换的时不变电压，即，一个或多个可切换的DC电压。替代地或附加地，电压源VS1可以被配置或可控制以产生和供应可选择形状、占空比、峰值量值和/或频率的一个或多个时变信号。作为不应被视为以任何方式进行限制的后一实施例的一个具体示例，电压源VS1可被配置或可控制以产生和供应一个或多个正弦（或其他形状的）电压形式的一个或多个时变电压。

电压源VS1说明性地示出为通过数量J的信号路径电连接到常规处理器24，其中J可以是任何正整数。处理器24说明性地是常规的并且可以包括单个处理电路或多个处理电路。处理器24说明性地包括或耦合到其中存储有指令的存储器26，当由处理器24执行时，指令使处理器24控制电压源VS1以产生用于选择性地控制电荷偏转或转向区域14的操作的一个或多个输出电压。在一些实施例中，处理器24可以以一个或多个常规微处理器或控制器的形式实现，并且在这样的实施例中，存储器26可以以一个或多个常规存储器单元的形式实现，其中具有以一个或多个微处理器可执行指令或指令集的形式存储的指令。在其他实施例中，处理器24可以替代地或附加地以现场可编程门阵列（FPGA）或类似电路的形式实现，并且在这样的实施例中，存储器26可以以包含在其中可以编程并存储指令的FPGA内和/或外的可编程逻辑块的形式实现。在又一实施例中，处理器24和/或存储器26可以以一个或多个专用集成电路（ASIC）的形式实现。本领域技术人员将认识到可以实现处理器24和/或存储器26的其他形式，并且将理解，任何这种其他形式的实现被本公开所设想并且旨在落入本公开之内。在一些替代实施例中，电压源VS1本身可以是可编程的，以选择性地产生一个或多个恒定和/或时变的输出电压。

电荷检测器阵列16说明性地设置在漂移区域12内或与漂移区域12集成。在如图1中所示的实施例中，电荷检测器阵列16说明性地包括多个、即N个间隔开的级联电荷检测圆筒16₁-16_N，其中N可以是大于2的任何正整数。在不应被视为以任何方式进行限制的一个示例实施例中，N可以是大约100，尽管在其他实施例中N可以小于100或大于100。在任何情况下，电荷检测圆筒16₁-16_N中的每个都限定了穿过其中的孔，从而允许离子穿过相应的圆筒，并且在所示实施例中，电荷检测圆筒16₁-16_N首尾相连地（end-to-end）布置，使得漂移区域12的纵轴20在中心穿过每个圆筒。在所示实施例中，每个电荷检测圆筒16₁-16_N限定了其离子入口和离子出口端之间的长度CDL，尽管在替代实施例中，一个或多个电荷检测圆筒16₁-16_N可以具有大于或小于长度CDL的长度。最小CDL说明性地是物理上可实现的并且将产生对穿过其的一个或多个离子的电可检测信号响应。尽管理论上不存在CDL的上限，但诸如可用空间和仪器操作条件之类的实际考虑通常将限制任何特定应用中的最大有用CDL。

在所示实施例中，多个接地环（ground ring）18₂-18_N-1中的每个位于电荷检测圆筒16₁-16_N的每个相邻对之间限定的空间内，另一个接地环18₁与第一电荷检测圆筒16₁的离子入口相邻地定位并且又一个接地环18_N与最后电荷检测圆筒16_N的离子出口相邻地定位。每个接地环18₁-18_N说明性地限定了穿过其的环孔（ring aperture）RA并且纵轴20在中心穿过该环孔RA，其中RA说明性地小于或等于电荷检测圆筒16₁-16_N的内径。在所示实施例中，电荷检测圆筒16₁-16_N彼此轴向间隔开空间长度SL。在所示实施例中，接地环18₁-18_N-1中的每个被定位成使得电荷检测圆筒16₁-16_N的离子入口和接地环18₁-18_N中的相应接地环之间的距离基本上彼此相等，电荷检测圆筒16₁-16_N的离子出口与接地环18₂-18_N中的相应接地环之间的距离基本上彼此相等，并且电荷检测圆筒16₁-16_N的离子入口与接地环18₁-18_N-1的中的相应接地环之间的距离基本上等于电荷检测圆筒16₁-16_N的离子出口与接地环18₂-18_N中的相应接地环之间的距离。在一些实施例中，可以省略接地环18₁-18_N中的一个或多个。

在一个示例实施例中，漂移管12A以导电圆筒的形式提供，其说明性地耦合到接地电位（如图1中所示）或耦合到另一个参考电位，并且其中多个电荷检测圆筒16₁–16_N被适当安装。在包括一个或多个接地环18₁-18_N的此类实施例中，此类一个或多个接地环可以电和机械地耦合到导电圆筒的内表面或者可以与导电圆筒集成地形成，使得导电圆筒和一个或多个接地环18₁-18_N是单一构造。在另一个示例实施例中，漂移管12A可以由互连的一系列交替的导电或电绝缘间隔件（spacer）和多个接地环18₁-18_N中的相应接地环形成，其中多个电荷检测圆筒16₁-16_N可以被适当地安装。在又一个示例实施例中，漂移管12A可以以柔性或半柔性电绝缘材料的片的形式提供，例如柔性电路板，多个间隔开的并行导电条附着到其或在其上以常规方式形成多个间隔开的并行导电条，例如使用常规金属图案沉积技术。在该实施例中，导电条被说明性地定向，因此当将柔性或半柔性片的相对端放在一起以形成伸长圆筒时，多个间隔开的并行导电条形成多个电荷检测圆筒和一个或多个接地环 18₁–18_N。本领域技术人员将认识到可以提供漂移管12A和/或电荷检测圆筒16₁-16_N和/或一个或多个接地环18₁-18_N（在包括它们的实施例中）的其他形式，并且将理解，任何此类其他形式旨在落入本公开的范围内。

在所示实施例中，每个电荷检测圆筒16₁-16_N电连接到N个电荷敏感放大器CA1-CAN中对应一个的信号输入，并且每个电荷敏感放大器CA1-CAN的信号输出电连接到处理器24。在替代实施例中，任何、一些或所有电荷敏感放大器可以电连接到一个以上的电荷检测圆筒，并且在这样的实施例中，电荷敏感放大器的数量将因此小于电荷检测圆筒的数量。随着进入离子入口A1的带电粒子轴向移动通过漂移区域12朝向并通过离子出口A2，每个这样的带电粒子依次穿过多个电荷检测圆筒16₁-16_N。随着每个这样的带电粒子穿过电荷检测圆筒16₁-16_N，由此在电荷检测圆筒16₁-16_N上感应出的电荷具有与该粒子的电荷的量值成比例的量值。电荷敏感放大器CA1-CAN中的每个说明性地是常规的并且响应于由电荷检测器16₁-16_N中的相应一个上的带电粒子感应的电荷来在其输出处产生对应的电荷检测信号，并将电荷检测信号供应给处理器24。由电荷敏感放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号的量值在任何时间点处都与以下内容成比例：（i）在单个带电粒子穿过电荷检测圆筒16₁-16_N中的相应的一个情况下，该单个带电粒子的电荷的量值，或（ii）在多个带电粒子同时穿过电荷检测圆筒16₁-16_N中的相应的一个的情况下，那些多个带电粒子的电荷的组合量值。处理器24继而说明性地可操作以接收和数字化由电荷敏感放大器CA1-CAN中的每个产生的电荷检测信号，并将数字化的电荷检测信号存储在存储器26中或存储在耦合到处理器24或否则处理器24可访问的一个或多个其他存储单元中。

处理器24进一步说明性地经由数量P的信号路径耦合到一个或多个外围设备28(PD)，其中P可以是任何正整数。一个或多个外围设备28可包括用于向处理器24提供（一个或多个）信号输入的一个或多个设备和/或处理器24向其提供（一个或多个）信号输出的一个或多个设备。在一些实施例中，外围设备28包括常规显示监视器、打印机和/或其他输出设备中的至少一个，并且在这样的实施例中，存储器26具有存储在其中的指令，当由处理器24执行时，指令使处理器24控制一个或多个这样的输出外围设备28以显示和/或记录存储的数字化电荷检测信号的分析。

漂移管12A的离子入口端，即离子入口A1所位于的端，说明性地被配置为耦合到离子源30的离子出口端，即离子出口A5所位于的离子源30的端，如图1中的示例所示。在离子源30耦合到电荷过滤器仪器10的实施例中，第二电压源VS2说明性地经由数量H的信号路径连接到离子源30，其中H可以是任何正整数，并且进一步经由数量G的信号路径连接到处理器24，其中G可以是任何正整数。VS2可以说明性地采用上面关于VS1描述的任何形式，使得VS2可以被配置或控制以产生任何数量的时不变的，例如恒定的和/或时变的输出电压，以选择性地控制离子源30的一个或多个方面。

如以下关于图15更详细描述的，离子源30说明性地包括用于从样品生成离子的任何常规设备或装置并且可以进一步包括用于根据一个或多个分子特性分离、收集和/或过滤离子和/或用于分解（dissociate），例如破碎，离子的一个或多个设备和/或仪器。作为不应被视为以任何方式进行限制的一个说明性示例，离子源30可包括常规电喷雾(electrospray）离子化源、基质（matrix）辅助激光解吸离子化（MALDI）源或其他常规离子生成器，其被配置成从样品生成离子。从其生成离子的样品可以是任何生物或其他材料。

电荷过滤器仪器10的漂移区域12是无场漂移区域（即无电场），使得以初始速率从离子源30进入漂移管12A的入口A1的离子以基本上恒定的速率朝向并且通过离子出口A2漂移。在这点上，离子源30通常将提供用于使离子以初始速率进入漂移管12A中的动力（motive force）。可以说明性地以若干不同形式的任何一种或组合提供动力，其示例可以包括但不限于一个或多个离子加速电场、一个或多个磁场、外部环境与离子源30之间的压力差和/或离子源30和漂移管12A之间的压力差或诸如此类。在任何情况下，随着带电粒子漂移通过无场漂移区域12，它们将根据质荷比在时间上分离，其中具有较低质荷比的带电粒子比具有较高质荷比的带电粒子更快地到达离子出口A2。

如将在下文关于图4A-7中所示的示例详细描述的那样，存储器26说明性地具有存储在其中的指令，这些指令可由处理器24执行以使处理器24处理由电荷敏感放大器CA1-CAN中的至少一些产生的电荷检测信号以确定当带电粒子沿漂移区域12的长度分离时带电粒子的电荷量值和/或电荷状态，使得每个带电粒子的电荷量值和/或电荷状态在通过漂移管12A的离子出口A2之前是已知的。在一些实施例中，存储器26进一步说明性地具有存储在其中的指令，这些指令可由处理器24执行以使处理器24控制电压源VS1以使电荷偏转或转向区域14选择性地使仅具有选择的电荷量值的带电粒子或仅具有电荷量值的选择的范围内的电荷量值的带电粒子通过，或使仅具有选择的电荷状态的带电粒子通过。在其他实施例中，存储器26进一步说明性地具有存储在其中的指令，这些指令可由处理器24执行以使处理器24控制电压源VS1以使电荷偏转或转向区域14选择性地使具有不同电荷量值或者具有在电荷量值的不同范围内的电荷的带电粒子沿着不同的离子行进路径转向，或者选择性地使具有不同电荷状态的带电粒子沿着不同的离子行进路径转向。在一些实施例中，可能希望确定通过漂移区域12行进的带电粒子的速率，使得在控制电压源VS1以选择性地使通过电荷偏转或转向区域14的带电粒子通过或转向时可以准确地估计带电粒子在电荷偏转或转向区域14内的未来位置。

离子偏转或转向区域14的离子出口端，即离子出口A4所位于的端，说明性地被配置为耦合到离子存储、转向和/或测量级32的的离子入口端，即离子入口A6所位于的离子存储、转向和/或测量级32的离子入口端的端，如图1中的示例所示。在离子存储、转向和/或测量级32耦合到电荷过滤器仪器10的实施例中，第三电压源VS3说明性地经由数量M的信号路径连接到离子存储、转向和/或测量级32，其中M可以是任何正整数，并且进一步经由数量L的信号路径连接到处理器24，其中L可以是任何正整数。VS3可以说明性地采用上面关于VS1描述的任何形式，使得VS3可以被配置或控制以产生任何数量的时不变的，例如恒定的和/或时变的输出电压，以选择性地控制离子存储、转向和/或测量级32的一个或多个方面。

如将在下文关于图12-14和16所示的应用示例更详细地描述的那样，离子存储、转向和/或测量级32可以包括用于存储离子、用于测量离子、用于在其测量之后或之前处理离子和/或用于在一个或多个设备之间转向离子的任何常规设备或装置。一个或多个离子测量仪器、设备、装置或级说明性地经由数量Q的信号路径连接到处理器24，其中Q可以是任何正整数。

如上简要描述的，存储器26说明性地包括可由处理器24执行的指令以使处理器24确定移动通过漂移区域12的每个带电粒子的电荷量值和/或电荷状态，并且然后控制电压源VS1以基于带电粒子的电荷量值或电荷状态选择性地使通过电荷偏转或转向区域14的带电粒子通过或转向。在一些实施例中，诸如当离子源30被配置为同时生成多个离子并向漂移管12A的离子入口A1供应多个离子时，例如，可能期望将漂移管12A配置为包括在漂移管12A的离子入口A1和第一接地环18₁(或在省略第一接地环18₁的实施例中的第一电荷检测圆筒16₁的离子入口端)之间的长度为PRL的阵列前（pre-array）空间12B，如通过图1中的示例示出。这将允许在用电荷检测器阵列16进行电荷测量之前轴向移动通过漂移区域12的带电粒子在时间上经历某量的轴向分离（作为无场区域12中的质荷比的函数），并且从而可以增加由第一一个或多个电荷敏感放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号的质量和有用性。可以基于应用说明性地选择阵列前空间12B的长度PRL，并且在一些实施例中，可以以其整体省略阵列前空间12B。替代地或附加地，在一些实施例中可能希望将漂移管12A配置为包括最后接地环18_N（或在省略最后接地环18_N的实施例中的最后电荷检测圆筒16_N的离子出口端）之间的长度POL的阵列后空间12C，如图1中示例进一步所示。在一些这样的实施例中，可以将阵列后空间12C的长度POL的一些或全部提供在电荷偏转或转向阵列14的前端，即，与电荷偏转或转向阵列14的离子入口A3相邻。在任何情况下，在包括阵列后空间12C的实施例中，阵列后空间12C将在电荷粒子穿过最终电荷检测圆筒16_N和之后离开漂移管12A的离子出口A2之间提供某量的时间，并且从而可以放松对电荷偏转或转向区域14的决定和控制定时和/或切换速率要求。可以基于应用说明性地选择阵列后空间12C的长度POL，并且在一些实施例中，阵列后空间12C可以全部省略。

现在参考图2A-2D，示出了图1的电荷过滤器仪器10的简化示例，其包括轴向布置在漂移管12A的离子入口A1和电荷偏转或转向区域14之间的三个电荷检测圆筒16₁-16₃。对于该简化仪器10，图2A-2D作为时间的函数描绘了相继漂移通过三个电荷检测圆筒16₁-16₃中的每个的单个电荷粒子P，并且图3描绘了当带电粒子穿过三个相应的电荷敏感放大器CA1-CA3时由三个相应的电荷敏感放大器CA1-CA3产生的示例电荷检测信号。如图2A和图3中所示，带电粒子P在时间T1处进入第一电荷检测圆筒16₁并在随后的时间T2处离开电荷检测圆筒16₁，并且在电荷检测圆筒16₁内时带电粒子在电荷检测圆筒16₁上感应出量值C1的电荷。在一些实施例中，时间T1可以是相对于在先前时间T0处在离子源30处控制的离子生成或加速事件的时间。在替代实施例中，可以在离子生成或加速事件之后监视由CA1产生的输出信号，并且T1可以简单地是在离子生成或加速事件后进入第一电荷检测圆筒16₁时例如经由CA1所产生的电荷检测信号输出的上升沿检测到第一（并且仅在该示例中）粒子P的时间。在任何情况下，在时间T3>T2处，已经离开第一电荷检测圆筒16₁的带电粒子P现在进入第二电荷检测圆筒16₂，并且此后带电粒子P在随后的时间T4处离开电荷检测圆筒16₂，如图2B中所示。虽然在电荷检测圆筒16₂内，带电粒子在电荷检测圆筒16₂上感应出量值C2的电荷，如图3中所示。在时间T5>T4处，已经离开第二电荷检测圆筒16₂的带电粒子P现在进入第三也是最终电荷检测圆筒16₃，并且带电粒子P之后在随后的时间T6处离开电荷检测圆筒16₃，如图2C中所示。在电荷检测圆筒16₃内时，带电粒子在电荷检测圆筒16₃上感应出量值C1的电荷，如图3中所示。

当带电粒子P相继移动通过电荷检测圆筒16₁-16₃时，如图2A-2C中的示例所示，处理器24说明性地可操作，根据存储在存储器26中的相应指令的执行，以基于由电荷敏感放大器CA1-CA3产生的电荷检测信号确定带电粒子P的量值和/或电荷状态。在一个实施例中，处理器24可操作以基于第一电荷敏感放大器CA1产生的电荷检测信号做出这样的确定，并且然后在带电粒子穿过相应的电荷检测圆筒16₁和16₂之后基于剩余的电荷敏感放大器CA2和CA3产生的电荷检测信号相继更新电荷确定。在一些实施例中，处理器24还可操作，根据存储在存储器26中的相应指令的执行，以同样基于第一电荷敏感放大器CA1产生的电荷检测信号确定带电粒子P的速率，并且然后在带电粒子穿过相应的电荷检测圆筒16₁和16₂之后，基于剩余电荷敏感放大器CA2和CA3产生的电荷检测信号更新速率确定。

使用该示例模型，处理器24说明性地可操作以确定如CA1的下降沿所指示的粒子P离开第一电荷检测圆筒16₁之后粒子P的电荷CH的初始量值为时间T1处的CA1的上升沿和时间T2处的CA1的下降沿之间的电荷敏感放大器CA1产生的量值CH=C1。在一些实施例中，处理器24还可操作以确定带电粒子的初始速率为Vel_P＝CDL/(T2-T1)。在检测到时间T4处的CA2的下降沿之后，处理器24可操作以基于时间T3处的CA2的上升沿与时间T4处的CA2的下降沿之间的电荷敏感放大器CA2产生的量值C2来确定粒子P的电荷的更新量值为CH=(CH+C2)。在一些实施例中，处理器24还可操作以确定带电粒子的更新速率为Vel_P＝Vel_P+CDL/(T4-T3)。在检测到时间T6处的CA3的下降沿之后，处理器24可操作以基于时间T5处的CA3的上升沿与时间T6处的CA3的下降沿之间的电荷敏感放大器CA3产生的量值C1来确定粒子P的电荷的最终更新量值为CH=CH+C3。在一些实施例中，处理器24还可操作以确定带电粒子的更新速率为Vel_P＝Vel_P+(CDL/(T6-T5))。在离子已经行进通过所有电荷检测器后，平均电荷从CH=CH/N计算，其中N是测量的数量（在本例中为3）并且平均速率从Vel_P=Vel_P/N计算。

在正好T6之后的时间点处，处理器24已经基于电荷敏感放大器CA1–CA3产生的电荷检测信号的平均确定了粒子P的电荷量值CH，并且在一些实施例中确定了速率Vel_P。在一些实施例中，处理器24可操作以将电荷量值转换为电荷状态，例如通过将CH除以基本电荷常数e(例如，1.602716634 x 10^-19库仑)，或者可操作以计算初始和更新电荷值为电荷状态值而不是电荷量值。在任何情况下，如果所确定的电荷量值或电荷状态CH等于指定或目标电荷量值或电荷状态值或在其指定范围内，则处理器24可操作以控制电压源VS1向电荷偏转或转向区域14施加一个或更多的电压值，这使得电荷偏转或转向区域14使带电粒子P穿过其。否则，处理器24可操作以控制电压源VS2将一个或多个电压值施加到电荷偏转或转向区域14，这使得电荷偏转或转向区域14防止带电粒子P穿过其或转向带电粒子P远离区域14。在电荷偏转或转向区域14的一些实施例中，电压源VS1的这种控制应该在在时间T7>T6处带电粒子P进入区域14之前发生，并且在其他实施例中，电压源VS1的这种控制可以在带电粒子P已经进入区域14之后但在带电粒子P离开区域14之前发生。在任一种情况下，在处理器24确定Vel_P的实施例中，确定的速率Vel_P可以与漂移区域12和/或电荷偏转或转向区域14的尺寸信息一起使用，以估计进入区域14、在区域14内和/或行进通过区域14的带电粒子P的未来位置，用于如下目的：确定控制电压源VS1的定时，以使带电粒子P通过区域14、防止带电粒子P通过区域14或使带电粒子P通过区域14转向。在替代实施例中，处理器24可以使对电压源VS1的控制的定时仅基于接近区域14的带电粒子的确定的速率Vel_P。

本领域技术人员将认识到用于基于由电荷敏感放大器CA1-CAN产生的一个或多个电荷检测信号确定带电粒子P的量值和/或电荷状态和/或速率和/或用于确定控制电压源VS1的定时以使带电粒子P通过区域14/防止带电粒子P通过区域14或使带电粒子P通过区域14转向的其他技术。将理解，任何此类其他技术旨在落入本公开的范围内。

现在参考图4A-4N，示出了图1的电荷过滤器仪器10的另一个简化示例，其包括轴向布置在漂移管12A的离子入口A1和电荷偏转或转向区域14之间的三个电荷检测圆筒16₁-16₃。对于该简化仪器10，图4A-4N作为时间的函数描绘了相继漂移通过三个电荷检测圆筒16₁-16₃中的每个的两个电荷粒子P1、P2，其中P1具有略低于P2的质荷比的质荷比。图5描绘了当带电粒子穿过第一电荷敏感放大器CA1时由第一电荷敏感放大器CA1产生的示例电荷检测信号，并且图6和7分别描绘了第二和第三电荷敏感放大器CA2和CA3的相同情况。如图4A-4E中所示，带电粒子P1和P2在时间T1和T2处分别进入第一电荷检测圆筒16₁，其中T2>T1。在时间T3>T2处，带电粒子P1离开电荷检测圆筒16₁，并且在时间T5>T3处，带电粒子P2离开电荷检测圆筒16₁。在T1和T2之间粒子P1单独在电荷检测圆筒16₁内移动的情况下，带电粒子P1在电荷检测圆筒16₁上感应出量值C1的电荷，如图5中所示。在带电粒子P1和P2两者都移动穿过电荷检测圆筒16₁的T2和T3之间，带电粒子P1和P2一起在电荷检测圆筒16₁上感应出量值C2>C1的电荷，并且在仅带电粒子P2移动穿过电荷检测圆筒16₁的T3和T5之间，带电粒子P2在电荷检测圆筒16₁上感应出量值C3<C1的电荷。

在多个带电粒子轴向漂移通过漂移区域12并因此轴向通过每个连续的电荷检测圆筒16₁-16_N的情况下，类似于在上面关于图2A-3描述的过程的过程可用于基于处理器24对由电荷敏感放大器CA1-CAN中的连续放大器产生的电荷检测信号的上升沿和下降沿的检测来跟踪离子电荷和速率。特别地，存储在存储器26中的指令可以说明性地包括可由处理器24执行的指令以监视由电荷敏感放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号并在单个带电粒子进入电荷检测圆筒16₁-16_N中的相应一个时对电荷检测信号的每个上升沿计数，以在单个带电粒子离开相应电荷检测圆筒16₁-16_N时对电荷检测信号的每个下降沿计数，以将电荷检测信号的各种量值记录为单个带电粒子和带电粒子的组合的量值并基于电荷检测信号的上升沿和下降沿记录多个带电粒子中的每个的速率。

使用由CA1产生的电荷检测信号，例如，第一带电粒子具有等于第一上升沿和下一个上升或下降之间的电荷检测信号的量值的电荷量值时对第一上升沿计数。如果下一个沿事件是下降沿，则第一带电粒子的速率等于电荷检测圆筒16₁的长度CDL与上升沿和下降沿之间的时间差的比。如果代之以下一个沿事件是另一个上升沿，则第二带电粒子具有等于第二上升沿和下一个上升或下降之间的电荷检测信号的量值的组合电荷量值时对第二上升沿计数。该过程随着每个上升沿继续。当检测到第一下降沿时，第一个带电粒子离开电荷检测圆筒16₁，第一个带电粒子的速率等于电荷检测圆筒16₁的长度CDL与第一上升沿和第一下降沿之间的时间差的比并且CA1在第一下降沿之后产生的电荷检测信号的量值是电荷检测圆圆筒16₁中剩余的带电粒子的组合电荷大小时对其进行计数。该过程继续直到CA1产生的电荷检测信号的最后下降沿，并且关于剩余电荷敏感放大器CA1-CAN中的每个产生的电荷检测信号执行相同的过程。

再次参考图5，执行上述过程的处理器24可操作以确定在T1和T2之间的第一带电粒子P1的电荷CH_P1是C1，在T2和T3之间的带电粒子P1和P2的组合电荷CH_P1P2是C2并且T3和T5之间的第二带电粒子P2的电荷CH_P2是C3。在穿过电荷检测圆筒16₁的带电粒子的速率作为上述过程的部分由处理器24确定的实施例中，处理器24可操作以确定第一带电粒子P1的速率为Vel_P1=CDL/(T3-T1)，并且确定第二个带电粒子P2的速率为Vel_P2=CDL/(T5-T2)。在一些实施例中，处理器24可以可操作以修改CH_P1和CH_P2，使得CH_P1和CH_P2进一步满足测量的关系CH_P1+CH_P2＝C2。在替代实施例中，在处理由下游电荷敏感放大器CA2-CAN中的一个或多个或全部产生的电荷检测信号之后，可以将CH_P1和CH_P2的这种修改纳入电荷量值CH_P1和CH_P2中考虑。

如图4D-4I中所示，带电粒子P1和P2分别在时间T4和T6处进入第二电荷检测圆筒16₂，其中T6>T4>T3。在时间T7>T6处，带电粒子P1离开电荷检测圆筒16₂，并且在时间T9>T7处，带电粒子P2离开电荷检测圆筒16₂。在粒子P1在T4和T6之间单独在电荷检测圆筒16₂内移动的情况下，如图6中所示，带电粒子P1在电荷检测圆筒16₂上感应出量值C4的电荷。在带电粒子P1和P2两者都移动通过电荷检测圆筒16₂的T6和T7之间，带电粒子P1和P2一起在电荷检测圆筒16₂上感应出量值C5>C4的电荷，并且在仅带电粒子P2通过电荷检测圆筒16₂的T7和T9之间，带电粒子P2在电荷检测圆筒16₂上感应出C6<C4的电荷。再次使用上述过程，处理器24可操作以将第一带电粒子P1的电荷CH_P1更新为CH_P1＝CH_P1+C4，将第二带电粒子P2的电荷CH_P2更新为CH_P2=CH_P2+C6，并且确定T6和T7之间的带电粒子P1和P2的组合电荷CH_P1P2是C5。在穿过电荷检测圆筒16₂的带电粒子的速率作为上述过程的部分由处理器24确定的实施例中，处理器24可操作以将第一带电粒子P1的速率更新为Vel_P1=Vel_P1+CDL/(T7-T4)，并将第二带电粒子P2的速率更新为Vel_P2=Vel_P2+CDL/(T9-T6)。在一些实施例中，处理器24可以可操作以修改CH_P1和CH_P2，使得CH_P1和CH_P2进一步满足测量的关系CH_P1+CH_P2＝C5。在替代实施例中，在处理由下游电荷敏感放大器CA3-CAN中的一个或多个或全部产生的电荷检测信号之后，可以将CH_P1和CH_P2的这种修改纳入电荷量值CH_P1和CH_P2中考虑。

如图4H-4M中所示，带电粒子P1和P2分别在时间T8和T10处进入第三电荷检测圆筒16₃，其中T10>T8>T7。在时间T11>T10处，带电粒子P1离开电荷检测圆筒16₃，并且在时间T13>T11处，带电粒子P2离开电荷检测圆筒16₃。在时间T12处，其中T11<T12<T13，使得第二次带电粒子P2仍在第三电荷检测圆筒16₃内，如图4L中所示，第一带电粒子P1进入电荷偏转或转向区域14，并且在T14>T13处，第二带电粒子P2进入电荷偏转或转向区域14。在T8和T10之间粒子P1单独在电荷检测圆筒16₃内移动的情况下，带电粒子P1在电荷检测圆筒16₃上感应出量值C7的电荷，如图7中所示。在两个带电粒子P1和P2都移动通过电荷检测圆筒16₃的T10和T11之间，带电粒子P1和P2一起在电荷检测圆筒16₃上感应出量值C8>C7的电荷，并且在仅带电粒子P2移动通过电荷检测圆筒16₃的T11和T13之间，带电粒子P2在电荷检测圆筒16₃上感应出C9＜C7的电荷。

再次使用上述过程，处理器24可操作以将T11和T12之间的第一带电粒子P1的电荷CH_P1更新为CH_P1=CH_P1+C7。在穿过电荷检测圆筒16₃的带电粒子的速率作为上述过程的部分由处理器24确定的实施例中，处理器24还可在T11和T12之间操作以更新第一个带电粒子P1的速率为Vel_P1=Vel_P1+CDL/(T11-T8)。由于电荷检测圆筒16₃是图4A-4N中所示示例中的最终电荷检测圆筒，所以在T11和T12之间的时间处的CH_P1的值是第一带电粒子P1的电荷量值的最终测量值，并且在包括它的实施例中，在T11和T12之间的时间处的值Vel_P1是第一带电粒子P1的速率的最终测量值。平均电荷从CH_P1=CH_P1/N计算，其中N是测量的数量（在本例中为3）并且平均速率从Vel_P1=Vel_P1/N计算。在第一带电粒子P1进入电荷偏转或转向区域14之前，处理器24可操作以将CH_P1与一个或多个目标电荷量值进行比较，或计算第一带电粒子P1的电荷状态CS_P1(CS_P1＝CH_P1/e)并将CS_P1与一个或多个目标电荷状态进行比较，并且然后在T12处或之后但在T14之前控制电压源VS1，以基于CH_P1或CS_P1与一个或多个目标电荷量值或目标电荷状态的比较结果通过/阻挡第一带电粒子P1或沿区域14的多个不同路径之一转向第一带电粒子P1。在计算粒子速率的实施例中，处理器24对电压源VS1的这种控制的定时可以基于或至少考虑带电粒子P1的速率Vel_P1和/或带电粒子P1的估计的未来位置，基于Vel_P1和电荷过滤器仪器10的尺寸信息，相对于电荷偏转或转向区域14和/或在电荷偏转或转向区域14内。

处理器24随后可在T13和T14之间操作以将第二带电粒子P2的电荷CH_P2更新为CH_P2=CH_P2+C9。在一些实施例中，处理器24可进一步在T13和T14之间操作以修改CH_P2以满足由电荷敏感放大器CA3产生的测量CH_P1+CH_P2=C8。在穿过电荷检测圆筒16₃的带电粒子的速率作为上述过程的部分由处理器24确定的实施例中，处理器24进一步可在T13和T14之间操作以将第二带电粒子P2的速率更新为Vel_P2=Vel_P2+CDL/(T13-T10)。再次，由于电荷检测圆筒16₃是图4A-4N中所示示例中的最终电荷检测圆筒，在T13和T14之间的时间处的CH_P2的值是第二带电粒子P2的电荷量值的最终测量值，并且在包括它的实施例中，在T13和T14之间的时间处的值Vel_P2是第二带电粒子P2的速率的最终测量值。平均电荷从CH_P2=CH_P2/N计算，其中N是测量的数量（在本例中为3）并且平均速率从Vel_P2=Vel_P2/N计算。在T12处第一带电粒子P1进入电荷偏转或转向区域14之后，并且在一些实施例中，由处理器24对电压源VS1控制以使电荷偏转或转向区域14通过/阻挡或转向第一带电粒子P1，并且在任何情况下在第二带电粒子P2进入电荷偏转或转向区域14之前，处理器24可操作以将CH_P2与一个或多个目标电荷量值进行比较，或计算第二带电粒子P2的电荷状态CS_P2(CS_P2=CH_P2/e)并将CS_P2与一个或多个目标电荷状态进行比较，并且然后在T14处或之后基于CH_P2或CS_P2与一个或多个目标电荷量值或目标电荷状态的比较结果控制电压源VS1通过/阻挡第二带电粒子P2或沿着区域14的多个不同路径之一转向第二带电粒子P2。在计算粒子速率的实施例中，处理器24对电压源VS1的这种控制的定时可以基于或至少考虑带电粒子P2的速率Vel_P2和/或带电粒子P2的估计的未来位置，基于Vel_P2和电荷过滤器仪器10的尺寸信息，相对于电荷偏转或转向区域14和/或在电荷偏转或转向区域14内。

将理解，仅用于描述电荷过滤器仪器10的操作的目的提供图2A-7中所示的示例，并且不旨在以任何方式进行限制。本领域技术人员将理解，上述过程或其变体可直接应用于确定电荷量值、电荷状态和/或速率以及例如数百、数千或更多之类的许多带电粒子的通过/阻挡和/或转向。替代地，本领域技术人员将认识到用于基于由电荷敏感放大器CA1-CAN产生的一个或多个电荷检测信号确定多个带电粒子的量值和/或电荷状态和/或速率和/或用于确定控制电压源VS1的定时以使带电粒子P通过区域14/防止带电粒子P通过区域14或使带电粒子P通过区域14转向的其他技术，并且将理解，任何此类其他技术旨在落入本公开的范围内。例如，在一些实施例中，由电荷敏感放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号可以是微分的（differentiated）。每次离子进入电荷检测圆筒正向脉冲（positive-going pulse）将产生，并且每次离子离开电荷检测圆筒负向离子（negative-going ion）将产生。如果电荷敏感放大器CA1-CAN的输出信号的上升和下降时间(例如，参见图3、5、6和7)远短于用于微分的时间常数，则电荷由峰值高度给出。如果另一方面上升和下降时间远长于用于微分的时间常数，则电荷由峰值面积给出。与任何特定离子相关联的正向和负向脉冲的幅度应该相同，并且这提供标识符来配对正向和负向脉冲，使得可以确定速率和平均电荷。例如，当漂移通过漂移管16A的离子的数量大时，该替代的数据分析技术可能是有利的。

将进一步理解的是，在图1中所示的电荷过滤器仪器10中，并非所有的电荷检测信号都可以用于确定粒子电荷值和/或粒子速率。在带电粒子可以聚集在一起离开离子源30的一些实施例中，例如，处理器24可以忽略由第一个或若干个电荷敏感放大器产生的电荷检测信号。替代地或附加地，漂移管12A可以被配置为包括任何期望长度的阵列前空间12B，以允许这种聚集的粒子在穿过多个电荷检测圆筒16₁-16_N中的第一个之前至少开始在漂移区域12的轴向方向上分离。作为另一个示例，处理器24可以被配置或编程为在带电粒子到达最后电荷检测圆筒16_N之前或在带电粒子到达最后若干电荷检测圆筒16_N-Y-16_N之前得出电荷值和/或粒子速率确定，其中Y可以是小于N的任何正整数。替代地或另外地，漂移管12A可以被配置为包括任何期望长度的阵列后空间12C，以便放松在确定粒子电荷值和/或速率之后对电压源VS1的控制的定时要求。作为又一示例，处理器24在一些实施例中可以被配置或编程为仅确定电荷值，即，不确定粒子速率值，并且使对电压源VS的控制仅基于电荷值确定，并且在一些实施例中，电荷过滤器仪器10的尺寸信息。

如上简要描述的，电荷偏转和转向区域14是可控的，即，通过控制电压源VS1，以基于离子的电荷量值或电荷状态通过、阻挡或转向离子。在这点上，可以分析和/或收集特定电荷量值、特定电荷状态、具有在电荷量值的指定范围内的电荷或具有在一个或多个特定整数电荷状态的一个或多个指定范围内的计算电荷状态的离子，用于分析一个或多个分子特性。因为所有此类离子将具有作为电荷敏感放大器CA1-CAN产生的电荷测量信息的结果而已知的共同电荷量值或电荷状态，所以此类离子的已知离子电荷量值和/或电荷状态可以在任何此类下游分析中用于确定常规仪器以前不可确定的分子特性信息。例如，在其中例如如上所述的电荷过滤器仪器10被控制以仅通过具有a+1电荷状态的离子的一个非限制性示例应用中，则使用测量离子质荷比的常规质谱仪或质量分析仪，这种电荷信息可以用于直接确定粒子质量值。作为其中例如如上所述的控制电荷过滤器仪器10以仅通过具有a+1电荷状态的离子的另一非限制性示例应用，使用作为粒子电荷的函数测量离子迁移率的常规离子迁移率谱仪，这种电荷信息可用于直接确定粒子迁移率值。作为又一个非限制性示例，例如如上所述，电荷过滤器仪器10可以被配置和控制，以转向和分析，或针对分析收集每个具有不同的电荷量值或不同的状态，例如，+1、+2、+3等，的离子的不同集合。然后每个此类集合的已知电荷量值或电荷状态可以与一个或多个分子分析级一起使用，以确定该集合的一个或多个分子特性，例如粒子质量、粒子迁移率等。

现在参考图8，示出了图1、2A-2D和4A-4N中所示电荷过滤器仪器的电荷偏转或转向区域14的实施例。在所示实施例中，电荷偏转或转向区域14以单个入口、单个出口电荷偏转器14A的形式实现，电荷偏转器14A被配置和可控为选择性地使离子通过或阻止离子穿过其。电荷偏转器14A包括一对导电构件60、62，其中每个导电构件长度为DL，说明性地是板、网格或（一个或多个）其他导电材料的形式，彼此间隔开以在单个离子入口A3和单个离子出口A4之间限定从其穿过的通道64。在所示实施例中，构件60、62被描绘为平面部件，使得通道64是正方形或矩形通道。在替代实施例中，导电构件60、62可以以其他形状实现而没有限制。在任何情况下，电压源VS1的第一电压输出V1电连接到导电构件62，并且电压源VS1的第二电压输出V2电连接到导电构件60。在一个实施例中，电压V1和V2可以是可切换的DC电压，或者电压V1、V2之一可以被设置为参考电位，例如地或其他参考电位，并且另一个电压V1、V2可以是可切换的DC电压。在替代实施例中，电压V1和/或电压V2可以是时变电压。

在任何情况下，电荷偏转器14A说明性地可操作以通过控制（一个或多个）电压V1和/或V2来创建具有足以使带电粒子P转移并且加速进入构件60、62中的量值的电场E来将进入入口A3的带电粒子P偏转到构件60、62中一个或另一个中，如图8中的示例所示。相反，电荷偏转器14A说明性地可操作以使进入入口A3的带电粒子P传递到和通过出口A4，如图8中的虚线表示所示，只要在构件60、62之间没有建立电场E，或者在构件60、62之间建立了电场E但不具有足以将带电粒子P偏转到构件60、62中的一个或另一个中的量值。在不应被视为以任何方式进行限制的一个说明性示例中，其中带电粒子P具有正电荷，V1=V2=0伏（接地电位)使带电粒子P穿过通道64，并且V1=0伏、V2=+Z伏以将带电粒子P偏转朝向并进入导电构件62中，其中选择Z以在构件60、62之间建立电场E，该电场E具有足以在带电粒子P到达出口A4之前引导并加速带电粒子P到构件62的表面上的量值，从而阻止带电粒子P穿过电荷偏转器14A。应当理解，在替代实施例中，V1和V2的角色可以颠倒。在其他替代实施例中，电场E可以是由一个或多个时变电压V1、V2建立的时变电场。

现在参考图9A和9B，示出了图1、2A-2D和4A-4N中所示电荷过滤器仪器的电荷偏转或转向区域14的另一个实施例。在图9A和9B中所示的实施例中，电荷偏转或转向区域14以另一个单个入口、单个出口电荷偏转器14B的形式实现，该电荷偏转器14B被配置和可控以选择性地通过或阻止离子通过其。电荷偏转器14B说明性地以四极过滤器的形式提供，包括四个伸长的导电棒（rod）70、72、74、76，每个导电棒的长度为RL并且彼此径向间隔开以在单个离子入口A3和单离子出口A4之间限定穿过其中的通道78。在所示实施例中，棒70-76被描绘为具有大致圆形截面形状的圆筒形棒，尽管在替代实施例中棒70-76可以具有非圆形截面形状。在任何情况下，电压源VS1的第一电压输出V1电连接到导电棒70和72，并且电压源VS1的第二电压输出V2电连接到导电棒74、76，其中棒70与棒72径向相对地定位并且棒74与棒76径向相对地定位。在一个实施例中，电压V1和V2可以包括时变电压，例如RF电压，彼此相位相异180度并且可以进一步包括棒对70、72和74、76之间的DC电压。在一些替代实施例中，V1和V2可以仅包括时变的电压，例如RF电压，并且在其他替代实施例中，V1和V2可以仅包括DC电压。

在任何情况下，电荷偏转器14B说明性地可操作以通过以常规方式控制（一个或多个）电压Vl和/或V2来在棒70-76之间产生具有足以将带电粒子P转移到70-76之一中的量值的非谐振电场E来将进入入口A3的带电粒子P偏转到棒70-76之一中以从而阻止带电粒子P穿过电荷偏转器14B。相反，电荷偏转器14B说明性地可操作以通过以常规方式控制（一个或多个）电压V1和/或V2以在棒70-76之间产生将带电粒子P限制在通道78内并因此允许进入入口A3的带电粒子P轴向穿过通道78并且通过离子出口A4退出的谐振电场E来使进入入口A3的带电粒子P传递到并通过出口A4。在一些替代实施例中，电荷偏转器14B可以与一个或多个其他电荷偏转或转向部件组合使用以仅通过具有高于阈值质荷比的质荷比的离子，例如通过控制V1和V2以仅提供时变电压（即没有DC电压）。

现在参考图10A和10B，示出了图1、2A-2D和4A-4N中所示的电荷过滤器仪器的电荷偏转或转向区域14的又一实施例。在图10A和10B中所示的实施例中，电荷偏转或转向区域14以单个入口、多个出口电荷转向设备14C的形式实现，该电荷转向设备14C被配置和可控以选择性地转向进入入口A3的离子通过多个不同离子出口之一。电荷转向设备14C说明性地以单个入口、三个出口四极电荷转向设备的形式提供，该四极电荷转向设备具有彼此间隔开以限定其间的离子转向空间88的四个伸长导电弓形（arcuate）构件80、82、84、86。导电弓形构件80、82、84、86中的每个都具有面向转向空间88的凸表面（convex surface），其中构件80、82彼此相对地定位在空间88的任一侧上并且构件84、86也彼此相对地定位在空间88的任一侧上。每个相邻对的弓形构件在其间限定离子入口或出口。例如，弓形构件80和84彼此径向间隔开以在其间限定转向设备14B的离子入口A3，并且弓形构件82和86同样彼此径向间隔开以在其间限定与离子入口A3轴向相对的一个离子出口A4。弓形构件80和86彼此轴向间隔开以在其间限定一个侧出口SA1，并且弓形构件82、84同样地彼此轴向间隔开以在其间限定与侧出口SA1径向相对的另一侧出口SA2。

在图10B中所示的实施例中，电压源VSl的第一电压输出Vl电连接到导电构件80和82，并且电压源VSl的第二电压输出V2电连接到导电构件84和86。在一个实施例中，电压V1和V2可以包括时变电压，例如RF电压，彼此相位相异180度并且还可以包括在棒对80、82和84、86之间的DC电压。在一些替代实施例中，V1和V2可以仅包括时变电压，例如RF电压，并且在其他替代实施例中，V1和V2可以仅包括DC电压。在一个说明性实现中，电压V1和V2是可切换的DC电压，并且处理器24说明性地可操作以将V1和V2控制为相同的电压，例如接地或其他电位，以使进入入口A3的带电粒子P沿线性轴85直接穿过空间88并通过离子出口A4，如图10B中的虚线所示。替代地，假设带电粒子P具有正电荷，处理器24可操作以将V1控制为负电位并将V2控制为相反的正电位以在空间88内产生电场，该电场被配置为使进入离子入口A3的带电粒子P沿弓形路径87A转向并通过侧出口SA1离开电荷转向设备14B，如图10B中所示。仍旧替代地，再次假设带电粒子P具有正电荷，处理器24可以可操作以将V1控制为正电位并将V2控制为相反的负电位以在空间88内产生电场，该电场被配置为使进入离子入口A3的带电粒子P沿弓形路径87B转向并通过侧出口SA2离开电荷转向设备14B，如图10B中进一步所示。

现在参考图11，示出了图1、2A-2D和4A-4N中所示的电荷过滤器仪器的电荷偏转或转向区域14的另外的实施例。在图11中所示的实施例中，电荷偏转或转向区域14以另一单个入口、多个出口电荷转向设备14D的形式实现，该电荷转向设备14D被配置和可控制以选择性地转向进入入口A3的离子通过多个不同离子出口之一。电荷转向设备14D说明性地包括形成在具有相对外主表面90B的一个衬底90的内主表面90A上的4个基本上相同且间隔开的导电焊盘（pad）C1-C4的图案，以及形成在具有相对外表面92B的另一个衬底92的内主表面92A上的4个基本上相同且间隔开的导电焊盘C1-C4的相同图案。衬底90、92的内表面90A、92A以大致平行的关系间隔开，并且衬底90的导电焊盘C1-C4并列在衬底92的导电焊盘C1-C4的相应焊盘之上。衬底90、92的间隔开的内主表面90A和92A说明性地在其间限定宽度D_P的通道或空间94。在一个实施例中，通94道的宽度D_P约是5 cm，但在其他实施例中，距离D_P可以大于或小于5 cm。

相对的焊盘对C1、C1和C3、C3在其间限定离子入口A3，并且相对的焊盘对C2、C2和C4、C4在其间限定离子出口A4。相对的焊盘对C1、C1和C2、C2在其间限定了侧出口SA1，并且相对的焊盘对C3、C3和C4、C4限定了相对的侧出口SA2，所有这些都与关于图10A和10B中所示的实施例描述的相似。衬底90、92的边缘90C、92C说明性地彼此对齐，边缘90D、92D、边缘90E、92E和边缘90F、92F也是如此。

电压源VSl的第一电压输出Vl电连接到导电焊盘对C1、C1和C4、C4，并且电压源VSl的第二电压输出V2电连接到导电焊盘对C2、C2和C3、C3。在一个实施例中，电压V1和V2可以是可控的可切换DC电压，以选择性地在焊盘对C1、C1、C2、C2、C3、C3和C4、C4中的各个对之间建立离子转向电场。在一个实现中，处理器24说明性地可操作以将V1和V2控制到相同的电压，例如接地或其他电位，以使进入入口A3的带电粒子P沿线性轴96直接穿过空间通道94并且通过离子出口A4，如图11中所示的。替代地，假设带电粒子P具有正电荷，处理器24可以可操作以将V1控制到负电位并且将V2控制到相反的正电位以产生通道96内的电场，该电场被配置为使进入离子入口A3的带电粒子P沿弓形路径98A转向并通过侧出口SA1离开电荷转向设备14B，也如图11中所示。仍然替代地，再次假设带电粒子P具有正电荷，处理器24可以可操作以将V1控制为正电位并将V2控制为相反的负电位以在通道94内产生电场，该电场被配置为使进入离子入口A3的带电粒子P沿弓形路径转向并通过侧出口SA2离开电荷转向设备14B。

现在参考图12，示出了粒子测量设备100的实施例，其包括图1中所示和上文描述的电荷过滤器仪器10的实施例10A。在图12中所示的实施例中，电荷过滤器仪器10A包括具有离子入口A1的漂移区域12，其中电荷检测器阵列16包括多个电荷检测圆筒16₁-16_N，该多个电荷检测圆筒16₁-16_N在离子入口A1与其离子出口A2之间轴向布置在漂移管12A内，如上所述，并且还包括以电荷偏转器的形式耦合到漂移管12A的出口端的电荷偏转或转向区域14。电荷偏转器可以说明性地分别实现为8和9A-9B中所示的电荷偏转器14A、14B中的任一个，或分别实现为图10A-10B和11中所示的电荷转向设备14C、14D中的任一个。在后一种情况下，电荷转向设备，例如，14C或14D，被说明性地控制为作为电荷偏转器操作，以使进入离子入口A3的离子朝向并穿过离子出口A4或通过转向此类离子远离离子出口A4来阻止离子穿过离子出口A4，例如，通过侧出口SA1、SA2中的任一个。替代地或附加地，图12中所示的电荷偏转器可以以一个或多个其他常规电荷偏转器、电荷转移器、电荷转向设备或其他设备的形式实现，可以如上所述地控制它们来选择性地使进入离子入口A3的离子朝向并且穿过离子出口A4或使用任何常规结构和/或技术选择性地阻止进入离子入口A3的离子穿过离子出口A4。

粒子测量设备100还包括离子源区域30，该离子源区域30操作地耦合到电荷过滤器仪器10A的离子入口端。离子源区域30如上文参考图1所描述的并且说明性地包括至少一个离子生成器，其耦合到电压源VS2并且被配置为响应于由处理器24产生的控制信号以从位于离子源区域30内部或内部的样品生成离子，并且还包括一个或多个常规结构和/或设备，用于加速或以其他方式推动生成的离子通过离子入口A1并进入电荷过滤器仪器10A中。在一些实施例中，例如，离子源区域30可以包括至少一个离子加速结构或区域，该结构或区域与离子生成器分离或作为离子生成器的部分并且操作地耦合到电压源VS2(见图1)。在该实施例中，处理器24可以说明性地被编程以控制电压源VS2以选择性地建立具有离子加速结构的离子加速电场或在离子加速区域内的离子加速电场，在任何情况下，该离子加速电场被定向为加速所生成的离子经由离子入口A1进入电荷过滤器仪器10A中。作为样品被包含在离子源区域30内的另一示例，漂移区域12可以例如经由一个或多个常规泵被泵至比离子源区域30的压力低的压力，并且在这样的实施例中离子源区域30和漂移区域12之间的差值压力可以推动生成的离子经由离子入口A1进入电荷过滤器仪器10A中。作为样品在离子源区域30外部的又一示例，离子源区域和/或漂移区域12可以例如经由一个或多个常规泵被泵至低于环境或大气压的压力，样品位于其中，并且在这样的实施例中，离子源区域30外部的环境或大气压与离子源区域和/或漂移区域12内的较低压力环境之间的差值压力可以推动生成的离子经由离子入口A1进入电荷过滤器仪器10A中。在又一些实施例中，差值压力和离子加速区域或结构的组合可用于提供用于加速或以其他方式将生成的离子推进到电荷过滤器仪器10A中的动力。

在一些实施例中，离子源区域30可以包括任何组合的一个或多个离子分离仪器或级和/或一个或多个离子处理仪器或级。下面将参照图15详细描述离子源区域30的各种组成的一些示例。

粒子测量设备100还包括（一个或多个）离子存储、转向和/或测量级32，其操作地耦合到电荷过滤器仪器10A的离子出口端，如图1中所示和上面简要描述的那样。在图12中所示的实施例中，（一个或多个）离子存储、转向和/或测量级32说明性地以离子存储和测量级32A的形式实现，离子存储和测量级32A包括常规离子阱102，其操作地耦合到电压源VS3(参见图1)并且具有耦合到电荷过滤器仪器10A的离子出口A4的离子入口和耦合到离子测量级104的离子入口的离子出口。在一些替代实施例中，可以省略离子阱102，使得电荷过滤器仪器10A的离子出口A4直接耦合到离子测量级104的离子入口。在任何情况下，离子测量级104可以说明性地包括用于根据一个或多个分子特性在时间上分离离子的一个或多个常规仪器或级。在一些实施例中，离子测量级104还可包括与一个或多个离子分离仪器或级的任意组合的一个或多个离子处理仪器或级。如图1中所示，离子测量级104操作地耦合到电压源VS3。离子测量级104的各种组成的一些示例将在下文关于图16进行详细描述。

在图12中所示的实施例中，离子由离子源区域30提供给电荷过滤器仪器10A，其中处理器24可操作以随着如上所述漂移通过漂移区域12时离子分离确定粒子电荷值和在一些实施例中的粒子速率，并且进一步控制电压源VS1，同样如上所述，以仅通过具有目标电荷量值、具有在选择的阈值或目标电荷量值的范围内的电荷量值、具有目标电荷状态或具有在选择的阈值或目标电荷状态的范围内的电荷状态（在本文中单独和统称为“目标电荷”）的离子。在其中带电粒子测量设备100包括离子阱102的一个示例实现中，处理器24被说明性地编程，例如，经由存储在存储器26中的指令，以控制电压源VS3以在离子阱102内收集和存储离子，所述离子具有目标电荷并因此被处理器24选择以穿过电荷偏转器14A、B、C、D并进入离子阱102中。处理器24说明性地配置为控制电压源VS3以在离子阱102内收集和存储离子达任何时间段。在离子阱102已经操作来在其中收集和存储离子之后的某个时间点处，处理器24可操作以控制电压源VS3以将收集的离子喷射（eject）到离子测量级104的离子入口中，并且处理器24此后可操作以以常规方式控制电压源VS3来控制构成离子测量级104的一个或多个离子测量仪器的操作以测量所有具有目标电荷的离子的集合的一个或多个分子特性。在不包括离子阱102的替代实施例中，离开电荷过滤器仪器10A的具有目标电荷的离子被直接提供给离子测量级104，其中处理器24可操作以控制电压源VS3来测量离开离子的一个或多个分子特性。在任一情况下，处理器24进一步可操作以以常规方式收集、存储和分析由离子测量级104产生的离子测量信息。

在不应被视为以任何方式进行限制的粒子测量仪器100的一个示例性实现中，离子测量级是或包括常规质谱仪或质量分析仪其。在该示例实现中，处理器24说明性地可操作以控制电压源VS1以仅将具有第一目标电荷的离子传递到离子阱102，随后控制电压源VS3将收集的离子供应到质谱仪或质量分析仪并进一步控制电压源VS3以以常规方式控制质谱仪或质量分析仪以产生所收集离子的质荷比测量。因为所收集离子的电荷量值或电荷状态是相同的并且是已知的，所以处理器24进一步可操作以将所收集离子的质量确定为质荷比测量与目标电荷值的简单比。在一些实施例中，可以省略离子阱102，并且处理器24可以如刚刚描述的那样操作以控制电压源VS3以控制质谱仪或质量分析仪来在电荷选择的（charge-selected）离子离开电荷过滤器仪器10A的出口孔A4时产生电荷选择的离子的质荷比测量。在任一情况下，处理器24可进一步以电荷扫描模式操作以在目标电荷值的选择的范围上重复上述过程一次或多次。本领域技术人员将认识到，离子测量级104可以是或包括被配置为测量一个或多个分子特性的其他常规离子测量仪器或级和/或可以包括被配置为任何常规方式处理离子的一个或多个离子处理仪器或级，并且将理解，离子测量级104的任何这种实现旨在落入本公开的范围内。下面将关于图16描述可包括在离子测量级104中的各种测量和处理仪器的若干非限制性示例。

现在参考图13，示出了包括图1中所示和上面描述的电荷过滤器仪器10的实施例10B的另一个粒子测量设备200的实施例。在图13中所示的实施例中，电荷过滤器仪器10B包括具有离子入口A1的漂移区域12，其中电荷检测器阵列16包括多个电荷检测圆筒16₁-16_N，该多个电荷检测圆筒16₁-16_N在离子入口A1与其离子出口A2之间轴向布置在漂移管12A内，如上所述，并且还包括以单个入口、多个出口的电荷转向设备的形式耦合到漂移管12A的出口端的电荷偏转或转向区域14。在所示实施例中，单个入口、多个出口电荷转向设备是单个入口、三个出口的电荷转向设备，其具有单个离子入口A3、相对定位的离子出口A4和两个相对的侧出口SA1、SA2，其可以说明性地分别实现为图10A-10B和11中所示的电荷转向设备14C、14D中的任一个。替代地，单个入口、多个出口的电荷转向设备可以采用任何常规的单个入口、多个出口的带电粒子转向设备的形式。

粒子测量设备200进一步说明性地包括（一个或多个）离子存储、转向和/或测量级32，其形式为三个单独的离子存储和测量级32A₁、32A₂、32A₃，每个操作地耦合到单个入口、多个出口的电荷转向设备14C、14D的相应的离子出口A4、SA1、SA2。在图13中所示的实施例中，每个级32A₁、32A₂、32A₃与图12中所示和上面描述的级32A相同。例如，每个级32A₁、32A₂、32A₃包括相应的常规离子阱102₁、102₂、102₃，操作地耦合到相应的离子测量级104₁、104₂、104₃。在一些替代实施例中，级32A₁、32A₂、32A₃中的一个或多个可以与级32A₁、32A₂、32A₃中的其他级不同地配置₃。在一些替代实施例中，可以省略离子阱102₁、102₂、102₃中的一个或多个，使得电荷转向设备14C、D的相应离子出口直接耦合到相应离子测量级104₁、104₂、104₃的离子入口。离子测量级级104₁、104₂、104₃同样与图13中所示和上面描述的离子测量级104相同。

粒子测量设备200还包括离子源区域30，离子源区域30操作地耦合到电荷过滤器仪器10B的离子入口端。离子源区域30说明性地如上面参照图1和12所描述的。

粒子测量设备200的操作类似于图12中所示和上面描述的粒子测量设备100的操作，因为离子由离子源区域30提供给电荷过滤器仪器10B，其中处理器24可操作以随着离子在漂移通过漂移区域12时分离来确定粒子电荷值和在一些实施例中的粒子速率。然而，与粒子测量设备100不同，粒子测量设备200不限于粒子通过单个出口的电荷偏转器，而是代之以被配置成使粒子穿过电荷转向设备14C、D的三个出口中的任何出口。利用单个入口、三个出口电荷转向设备14C、D，处理器24被说明性地编程以控制电压源VS1，如上所述，以仅使具有第一目标电荷的离子穿过出口A4，以仅使具有不同于第一目标电荷的第二目标电荷的离子穿过第二出口SA1并且以仅使具有不同于第一和第二目标电荷的第三目标电荷的离子穿过第三出口SA2。

在带电粒子测量设备200包括离子阱102₁、102₂、102₃的一个示例实现中，处理器24被说明性地编程，例如，经由存储在存储器26中的指令，以控制电压源VS1使具有第一目标电荷的带电粒子P转向离开电荷转向设备14C、D的离子出口A4并进入离子阱102₁，例如，沿着图13中描绘的离子行进路径202₁，并控制电压源VS3以在离子阱102₁内收集并储存具有第一目标电荷的带电粒子，控制电压源VS1使具有第二目标电荷的带电粒子P转向离开电荷转向设备14C、D的离子出口SA2并进入离子阱102₂，例如，沿着图13中描绘的离子行进路径202₂，并控制电压源VS3以在离子阱102₂内收集和存储具有第二目标电荷的带电粒子，并控制电压源VS1使具有第三目标电荷的带电粒子P转向离开电荷转向设备14C、D的离子出口SA1并进入离子阱102₃，例如，沿着图13中描绘的离子行进路径202₃，并且控制电压源VS3在离子阱102₃内收集和存储具有第三目标电荷的带电粒子。处理器24然后可操作以控制电压源VS3以选择性地将收集的带电粒子从任何或所有离子阱102₁、102₂、102₃中排出并进入离子测量级104₁、104₂、104₃中的相应一个以对其进行分析。处理器24还可操作以以常规方式收集、存储和分析由离子测量级104₁、104₂、104₃产生的离子测量信息。因此，粒子测量设备200在操作上类似于图12中所示和上面描述的设备100，但被配置为用三个不同的离子测量级104₁、104₂、104₃同时收集和分析，或随后分析具有三个不同的目标电荷的离子。本领域技术人员将认识到，图13中所示的单个入口、多个出口的电荷转向设备不限于三个离子出口并且因此可以被配置为包括两个或三个以上的离子出口，并且在这样的实施例中，因此，粒子测量设备200可以分别包括两个或三个以上的离子测量级104₁、104₂、104₃，并且在包括它们的实施例中，两个或三个以上的离子阱102₁、102₂、102₃。

现在参考图14，示出了包括图1中所示和上面描述的电荷过滤器仪器10的实施例10C的又一个粒子测量设备300的实施例。在图14中所示的实施例中，电荷过滤器仪器10C包括具有离子入口A1的漂移区域12（部分地示出在图14中），其中电荷检测器阵列16包括多个电荷检测圆筒16₁-16_N，该多个电荷检测圆筒16₁-16_N在离子入口A1与其离子出口A2之间轴向布置在漂移管12A内，如图1中所示并且如上所述。电荷过滤器仪器10C进一步包括以电荷转向区域14的形式耦合到漂移管12A的出口端的电荷偏转或转向区域14，包括两个级联的单个入口、多个出口的电荷转向设备的网络和相应的漂移管。在所示实施例中，单个入口、多个出口的电荷转向设备两者都是单个入口、三个出口电荷转向设备，每个都具有单个离子入口A3、相对定位的离子出口A4和两个相对的侧出口SA1、SA2，其可以说明性地分别实现为图10A-10B和11中所示的电荷转向设备14C、14D中的任一个。形成电荷转向区域14的部分的两个单个入口、三个出口的电荷转向设备因此在图14中分别示出为14C1、D1和14C2、D2。替代地，单个入口、多个出口的电荷转向设备可以采用任何常规的单个入口、多个出口的带电粒子转向设备的形式。

在图14中所示的实施例中，第一电荷转向设备14C1、D1的入口A3耦合到漂移管12A的离子出口A2，并且电荷转向设备14C1、D1的离子出口A4耦合到具有耦合到第二电荷转向设备14C2、D2的离子入口A3的相对端的线性漂移管段或部分302的一端。电荷转向设备14C2、D2的离子出口A4耦合到具有限定电荷转向区域14的第一离子出口IO1的相对端的另一个线性漂移管段或部分304的一端。第二电荷转向设备14C2、D2的侧离子出口SA2耦合到具有限定电荷转向区域14的第二离子出口IO2的相对端的弓形漂移管段或部分306的一端。第二电荷转向设备14C2、D2的侧离子出口SA1耦合到具有限定电荷转向区域14的第三离子出口IO3的相对端的另一个弓形漂移管段或部分308的一端。第一电荷转向设备14C1、D1的侧离子出口SA2耦合到具有限定电荷转向区域14的第四离子出口IO4的相对端的又一个弓形漂移管段或部分310的一端，并且第一电荷转向设备14C1、D1的侧离子出口SA1耦合到具有限定电荷转向区域14的第五离子出口IO5的相对端的又一个弓形漂移管段或部分312的一端。在所示实施例中，弓形漂移管段或部分306、308、310和312说明性地被配置为沿将离子漂移的轴向方向重新定向大约90度的漂移路径转向离子。因此，在垂直于（normal to）进入电荷转向设备14C1、D1和14C2、D2的入口A3的离子的漂移方向的方向上离开电荷转向设备14C1、D1和14C2、D2中的每个的侧出口SA1、SA2的离子被弓形漂移管段或部分306、308、310、312重定向，以便在与进入电荷转向设备14C1、D1和14C2、D2的入口A3和离开出口A4的离子的漂移方向平行的方向上离开出口IO1-I05。在替代实施例中，漂移管段306、308、310和312中的一个或多个可以是非弓形的或者可以是弓形的但被配置为将离子漂移的方向重新定向成锐角或钝角。

粒子测量设备300进一步说明性地包括例如5个之类的多个单独的离子阱102₁-102₅形式的（一个或多个）离子存储、转向和/或测量级32B，每个离子阱具有耦合到漂移管段或部分304、306、308、310、312中的不同相应一个的出口IO1-IO5的离子入口并且每个都具有经由带电粒子转向网络32C耦合到单个离子测量级104的入口的出口。带电粒子转向网络32C说明性地包括例如5个之类的多个电荷转向设备，它们可作为离子转向设备一起操作，可控制为选择性地将带电粒子从每个离子阱102₁-102₅转向到离子测量级104的入口中。在所示实施例中，多个离子转向设备中的每个被分别实现为图10A-10B和11中所示的电荷转向设备14C、14D中的任一个，其中多个离子转向设备中的一些被控制以操作为单个入口、单个出口的离子转向设备，多个离子转向设备中的其他转向设备被控制以操作为双入口、单个出口的离子转向设备操作，并且多个离子转向设备之一被控制以操作为三个入口、单个出口的离子转向设备。例如，离子转向设备14C3、D3的离子入口A3₁耦合到离子阱102₁的离子出口，与离子入口A3₁相对的离子出口A4耦合到离子测量级104的离子入口，以及与离子入口A3₁和离子出口A4相邻的相对侧入口A3₂和A3₃分别耦合到两个漂移管段或部分314和316的相应端。另一个离子转向设备14C4、D4的离子入口A3₁耦合到离子阱102₂的离子出口，与入口A3₁相邻的另一个离子入口A3₂耦合到另一个漂移管段或部分318的一端，并且与离子入口A3₂相对且与入口A3₁相邻的离子出口SA1耦合到漂移管段或部分314的相对端。又一个离子转向设备14C5、D5的离子入口A3₁耦合到离子阱102₃的离子出口，与入口A3₁相邻的另一个离子入口A3₂耦合到又一个漂移管段或部分320的一端，并且与离子入口A3₂相对且与离子入口A3₁相邻的离子出口SA2耦合到漂移管段或部分316的相对端。又一个离子转向设备14C6、D6的离子入口A3耦合到离子阱102₄的离子出口，并且与入口A3相邻的离子出口SA1耦合到漂移管段或部分318的相对端。另外的离子转向设备14C7、D7的离子入口A3耦合到离子阱102₅的离子出口，并且与入口A3相邻的离子出口SA2耦合到漂移管段或部分320的相对端。

粒子测量设备300在操作上类似于图13中所示和上面描述的设备200，但被配置为同时收集具有五个不同目标电荷的离子，并且随后用单个离子测量级104分析五个收集中的每个。例如，离子由离子源区域30提供给电荷过滤器仪器10C，其中处理器24可操作以如上所述的随着离子在漂移通过漂移区域12时分离来确定粒子电荷值和在一些实施例中的粒子速率。处理器24说明性地被编程以控制电压源VS1，如上所述，以使具有五个不同目标电荷中的每个的离子转向通过电荷转向设备14C1、D1和14C2、D2。例如，从漂移管12A传递到电荷转向设备14C1、D1的离子入口A3中并具有第一目标电荷的离子由处理器24经由电压源VS1的控制引导通过电荷转向设备14C1、D1的出口A4并且进入电荷转向设备14C2、D2的离子入口A3，并且进一步由处理器24经由电压源VS1的控制引导通过电荷转向设备14C2、D2的出口A4并进入第一离子阱102₁，并且处理器24还可操作以经由控制电压源VS3控制离子阱102₁将此类离子收集并存储在离子阱102₁内。从漂移管12A传递到电荷转向设备14C1、D1的离子入口A3中并且具有第二目标电荷的离子由处理器24经由电压源VS1的控制引导通过电荷转向设备14C1、D1的出口A4并进入电荷转向设备14C2、D2的离子入口A3，并且进一步由处理器24经由电压源VS1的控制引导通过电荷转向设备14C2、D2的出口SA2并进入第二离子阱102₂，并且处理器24进一步可操作以经由电压源VS3的控制来控制离子阱102₂以在离子阱102₂内收集和存储此类离子。处理器24类似地关于从漂移管12A传递到电荷转向设备14C1、D1的离子入口A3中和具有第三、第四和第五目标电荷的离子可操作以控制电压源VS1将此类离子分别转向进入第三、第四和第五离子阱102₃-102₅中，并且然后控制电压源VS3在离子阱102₃-102₅中收集和存储此类离子。

然后处理器24可操作以控制电压源VS3选择性地并且在一些实施例中顺序地从离子阱102₁-102₅中排出收集的带电粒子并且控制带电粒子转向网络32C选择性地将带电粒子引导进入离子测量级的入口对其进行分析。例如，为了排出收集在离子阱102₁中的带电粒子并转向或引导收集的离子进入离子测量级104中，处理器24可操作以控制电压源VS3使离子阱102₁从其喷射存储的离子并进入离子转向设备14C3、D3的离子入口A3₁，并进一步控制电压源VS3使离子转向设备14C3、D3使进入离子入口A3₁的离子通过以传递到以及通过其离子出口A4并且进入离子测量级104的离子入口。处理器24然后可操作以以常规方式控制电压源VS3使离子测量级104测量传入的带电粒子的一个或多个分子特性。为了将收集在离子阱102₂中的带电粒子排出并转向或引导收集的离子进入离子测量级104中，处理器24可操作以控制电压源VS3使离子阱102₂从其喷射存储的离子并进入离子转向设备14C4、D4的离子入口A3₁中，并且并进一步控制电压源VS3使离子转向设备14C4、D4使进入离子入口A3₁的离子通过以传递到并通过其离子出口SA1并且进入漂移管段或部分314的一端。然后处理器24可进一步操作以控制电压源VS3使穿过漂移管段或部分314的带电粒子进入离子转向设备14C3、D3的入口A3₂，并进一步控制电压源VS3使离子转向设备14C3、D3使进入离子入口A3₂的离子通过以传递到并且通过其离子出口A4并且进入离子测量级104的离子入口。然后处理器24可操作以以常规方式控制电压源VS3，以使离子测量级104测量离子测量级104的离子入口传入带电粒子的一个或多个分子特性。处理器24可操作以以类似方式控制电压源VS3以从剩余的离子阱102₃-102₅喷射带电粒子并且选择性地将喷射的离子引导到离子测量级104的离子入口中以对其进行分析。将理解，当处理器24控制电压源VS3以从各种离子阱102₁-102₅喷射离子时，处理器24可进一步操作以控制电压源VS1以用具有指定的相应目标电荷的离子填充一个或多个空的离子阱102₁-102₅。在任何情况下，处理器24还可操作以以常规方式收集、存储和分析由离子测量级104产生的所有离子测量信息。

本领域技术人员将认识到，虽然图14中所示的示例实施例300被配置为同时收集具有五个不同目标电荷的离子，并且随后用单个离子测量级104分析五个收集中的每个，但是图14中所示的概念可以容易地扩展到被配置为同时收集多于或少于目标电荷的五个集合的设备。将理解，本公开构思了任何这样的替代实施例。将进一步理解，虽然图14中所示的示例实施例300包括五个离子阱以收集具有五个分别不同电荷的离子，但是设想了替代实施例，其中省略离子阱中的一个或多个或所有离子阱，使得具有（一个或多个）相应目标电荷的离子可由离子转向网络32C直接转向到离子测量级104中。

现在参考图15，示出了图1和12-14中示出并在上面简要描述的离子源或源区域30的示例实施例。在所示实施例中，离子源或源区域30说明性地包括至少一个离子生成器36，其耦合到电压源VS2并且被配置为响应于由处理器24产生的控制信号从样品S生成离子。在一些实施例中，样品S位于离子源区域30内，并且在其他实施例中，离子源S位于离子源区域30的外部，如图15中的虚线所示。在一个实施例中，离子生成器36是常规电喷雾电离(ESI)源，其被配置成以带电液滴的细雾（fine mist）的形式从样品生成离子。在替代实施例中，离子生成器36可以是或包括常规基质辅助激光解吸离子化（MALDI）源。将理解，ESI和MALDI仅代表无数常规离子生成器中的两个示例，并且离子生成器36可以是或包括用于从样品生成离子的任何此类常规设备或装置。

离子源或源区域30进一步说明性地包括数量R的离子处理级IPS₁-IPS_R，其中R可以是任何正整数。（一个或多个）此类离子处理级IPS₁-IPS_R的示例可以包括但不限于以任何顺序和/或组合的一个或多个设备和/或仪器,用于根据一个或多个分子特性分离、收集和/或过滤带电粒子，和/或一个或多个用于分解,例如破碎,带电粒子的设备和/或仪器。在一些实施例中，离子生成器36和/或离子处理级IPS₁-IPS_R中的至少一个包括一个或多个常规结构和/或设备，用于加速或以其他方式推动生成的离子通过离子入口A1并进入电荷过滤器仪器10。用于根据一个或多个分子特性分离带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于一个或多个质谱仪或质量分析仪、一个或多个离子迁移率谱仪、用于基于磁矩分离带电粒子的一个或多个仪器、用于基于偶极矩分离带电粒子的一个或多个仪器以及诸如此类。在包括一个或多个质谱仪或质量分析仪的离子源30的实施例中，质谱仪或质量分析仪的示例包括但不限于飞行时间（TOF）质谱仪、反射（reflectron）质谱仪、傅里叶变换离子回旋共振（cyclotron resonance）（FTICR）质谱仪、四极（quadrupole）质谱仪、三重四极（triple quadrupole）质谱仪、磁扇区（magnetic sector）质谱仪、轨道阱或诸如此类。在包括一个或多个离子迁移率谱仪的离子源30的实施例中，离子迁移率谱仪的示例包括但不限于单管线性离子迁移率谱仪、多管线性离子迁移率谱仪、圆形管离子迁移率谱仪或诸如此类。用于收集带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于四极离子阱（trap）、六极离子阱或诸如此类。用于过滤带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于用于根据质荷比过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器、用于根据粒子迁移率过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器以及诸如此类。用于分解带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于用于通过碰撞诱导（collision-induced）分解（CID）、表面诱导（surface-induced）分解（SID）、电子捕捉分解（ECD）和/或光致（photo-induced）分解（PID）、多光子分解（MPD）或诸如此类分解带电粒子的一个或多个设备或仪器。

将理解，（一个或多个）离子处理级IPS₁-IPS_R可以包括任何这样的常规离子分离仪器和/或离子处理仪器中的任何顺序的一个或任何组合，并且一些实施例可以包括任何这样的常规离子分离仪器和/或离子处理仪器中的多个相邻的或间隔开的仪器。作为一个非限制性示例，（一个或多个）离子处理级IPS₁-IPS_R包括在离子生成器之后的带电粒子过滤设备或仪器，以及在带电粒子过滤设备或仪器之后的分解设备、仪器或级。在该示例中，处理器24说明性地被编程以控制电压源VS2以使带电粒子过滤设备或仪器仅通过高于或低于阈值质荷比或在质荷比的指定范围内的离子，并进一步控制电压源VS2以使分解设备、仪器或级分解，例如破碎离开带电粒子过滤设备或仪器的带电粒子，使得离开分解设备、仪器或级的分解的带电粒子进入电荷过滤器仪器10的入口A1中。在一些实施例中，第二带电粒子过滤设备或仪器可以设置在分解设备、仪器或级与电荷过滤器仪器10的入口A1和之间，并且在此类实施例中处理器24可以可操作以控制电压源VS2以使第二带电粒子过滤设备或仪器仅将高于或低于阈值质荷比或在质荷比的指定范围内的分解的离子通过到电荷过滤器仪器10的入口A1。本领域技术人员将想到离子源或源区域30内的一个或多个离子处理级IPS₁-IPS_R的其他实现，并且将理解所有此类其他实现旨在落入本公开的范围内。

现在参考图16，示出了图1和12-14中示出的并在上面简要描述的离子测量级104的示例实施例。在所示实施例中，离子测量级104说明性地包括一个或多个离子测量仪器IMI₁-IMI_S，其中S可以是任何正整数。在一些实施例中，处理器24说明性地被编程以以常规方式例如经由电压源VS3的控制来控制一个或多个离子测量仪器IMI₁-IMI_S中的每个，以使（一个或多个）离子测量仪器测量其中包含和/或穿过其中的带电粒子的一个或多个分子特性，和/或测量其中包含和/或穿过其中的带电粒子的一个或多个分子特性并且从其产生信息。在任何情况下，由一个或多个离子测量仪器IMI₁-IMI_S产生的离子测量信息说明性地由处理器24处理以产生、存储并且在一些实施例中显示处理的分子特性信息。在其他实施例中，电荷选择的离子可以沉积在合适的表面上或矩阵中，用于通过其他方法进行收集和分析。

这种离子测量仪器IMI₁-IMI_S的示例可以包括但不限于，以任何顺序和/或组合的用于根据一个或多个分子特性在时间上分离带电粒子的一个或多个设备和/或仪器、用于根据一个或多个分子特性过滤带电粒子的一个或多个设备和/或仪器、用于基于磁矩分离带电粒子的一个或多个仪器、用于基于偶极矩分离带电粒子的一个或多个仪器以及诸如此类。用于根据一个或多个分子特性在时间上分离带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于一个或多个质谱仪、一个或多个离子迁移率谱仪以及诸如此类。一个或多个质谱仪的示例在包括一个或多个质谱仪的离子测量级104的实施例中包括但不限于但不限于飞行时间（TOF）质谱仪、反射质谱仪、傅里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、磁扇区质谱仪、轨道阱或诸如此类。在包括一个或多个离子迁移率谱仪的离子测量级104的实施例中，一个或多个离子迁移率谱仪的示例包括但不限于单管线性离子迁移率谱仪、多管线性离子迁移率谱仪、圆形管离子迁移率谱仪或诸如此类。用于过滤带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于用于根据质荷比过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器、用于根据粒子迁移率、磁矩、偶极矩以及诸如此类过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器。在包括用于根据质荷比过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器的离子测量级104的实施例中，用于根据质荷比过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器的示例包括但不限于四极质量分析仪或四极质量过滤器、四极离子阱质量分析仪或质量过滤器、磁扇区质量分析仪、飞行时间质量分析仪、反射质量分析仪、傅里叶变换离子回旋共振(FTICR)质量分析仪、轨道阱或诸如此类。在包括用于根据粒子迁移率过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器的离子测量级104的实施例中，用于根据粒子迁移率过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器的示例包括但不限于单管线性离子迁移率谱仪，多管线性离子迁移率谱仪、圆形管离子迁移率谱仪或诸如此类。将理解，离子测量级104可以包括用于根据一个或多个分子特性在时间上分离带电粒子的任何此类仪器和/或用于根据一个或多个分子特性过滤带电粒子的一个或多个设备和/或仪器以及诸如此类的任何顺序的一个或任何组合，并且一些实施例可包括任何此类仪器或设备中的多个相邻或间隔开的此类仪器或设备。

现在参考图17，示出了包括由离子处理区域402分离的两个间隔开的电荷过滤器仪器10₁、10₂的又一粒子测量设备400的实施例。在所示实施例中，离子源区域30，如上所述，耦合到第一电荷过滤器仪器10₁的入口端，并且第一电荷过滤器仪器10₁的电荷偏转或转向区域14的离子出口端耦合到离子处理区域402的入口，离子处理区域402的离子出口耦合到第二电荷过滤器仪器10₂的入口端，并且第二电荷过滤器仪器10₂的电荷偏转或转向区域14的离子出口端耦合到（一个或多个）离子存储、转向和/或测量级32的入口，同样如上所述。电荷过滤器仪器10₁、10₂中的每个包括具有离子入口A1的漂移区域12，其中电荷检测器阵列16包括多个电荷检测圆筒16₁-16_N，该多个电荷检测圆筒16₁-16_N轴向地布置在离子入口A1和其离子出口A2之间的漂移管12A内，如在图1中描绘和在上面描述的，并且进一步包括本文所示和/或描述的任何形式的电荷偏转或转向区域14，其耦合到漂移管12A的出口端。

粒子测量设备400的离子处理区域402说明性地包括一个或多个离子处理级IS₁-IS_T，其中T可以是任何正整数。离子处理级IS₁-IS_T中的一个或多个可以说明性地包括，例如，但不限于，用于根据一个或多个分子特性（例如，根据离子质荷比、离子迁移率、磁矩、偶极矩或诸如此类）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、六极和/或其他离子阱）、用于过滤离子的一个或多个常规仪器或设备（例如，根据一个或多个分子特性，诸如离子质荷比、离子迁移率、磁矩、偶极矩以及诸如此类）、用于破碎或以其他方式分解离子的一个或多个仪器、设备或级以及诸如此类。将理解，离子处理级402可以包括任何此类仪器、设备或级中的任何顺序的一个或任何组合，并且一些实施例可包括任何此类仪器、设备或级中的多个相邻或间隔开的仪器、设备或级。将进一步理解，上述仪器、设备或级的任何示例组合可以实现为离子处理级402或实现为离子处理级402的部分。本领域技术人员将认识到可以包括在离子处理级402中的其他仪器、设备和/或级，无论是否在本文中示出和/或描述，以及可以实现为离子处理级402或实现为离子处理级402的部分的仪器、设备或级的其他组合，并且将理解，所有此类其他仪器、设备和/或级，以及任何仪器、设备和/或级的任何组合旨在落入本公开的范围内。

将理解，因为传递到本文描述的任何粒子测量仪器100、200、300、400的离子测量级104的任何单独的带电粒子或带电粒子的任何聚集（collection）、集合或组的电荷量值和/或电荷状态将是已知的，即，作为如上所述的电荷过滤器仪器10的控制和操作的结果，现在可以容易地确定迄今为止不可从常规离子测量仪器获得的分子特性信息。作为一个非限制性示例，可以使用已知的电荷量值或电荷状态信息将可从常规质谱仪和质量分析仪获得的粒子质荷比值容易地转换为粒子质量值。作为另一个非限制性示例，可以使用已知的电荷量值或电荷状态信息将可从常规离子迁移率谱仪获得的粒子迁移率值容易地转换为粒子碰撞截面积值。作为进一步的非限制性示例，在已知带电粒子的聚集、组或集合的电荷量值或电荷状态的情况下，常规的质荷比过滤器可以作为真正的质量过滤器来操作以针对通过选择具有指定质量或质量的范围的粒子。本领域技术人员将想到其他示例，并且任何此类其他示例旨在落入本公开的范围内。

虽然在前述附图和描述中详细示出和描述了本公开，但其应被认为是说明性的并且相应不是限制性的，将理解，仅示出和描述了其说明性实施例并且所有在本公开的精神内的变化和修改都希望得到保护。例如，虽然若干结构在附图中示出并且在本文中被描述为可控制和/或可配置以在其中建立一个或多个电场，该一个或多个电场被配置和定向以加速和/或转向和/或以其他方式对带电粒子进行操作，但本领域技术人员将认识到带电粒子的加速和/或转向和/或对带电粒子的其他操作在某些情况下可以替代地或附加地经由一个或多个磁场来完成。因此将理解，用于用一个或多个合适的磁场替代或增强本文所述的一个或多个电场的任何常规结构和/或机制旨在落入本公开的范围内。

Claims (29)

1.一种电荷过滤器仪器，包括：

无电场漂移区域，具有入口端和与入口端相对的出口端，入口端被配置为耦合到离子源以接收离子来从入口端向出口端轴向漂移通过漂移区域，

多个间隔开的电荷检测圆筒，设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过所述电荷检测圆筒，

多个电荷敏感放大器，每个都耦合到多个电荷检测圆筒中的至少一个并且每个都被配置为产生对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应至少一个的一个或多个离子的电荷的量值的电荷检测信号，

具有单个入口和单个出口的电荷偏转器与具有单个入口和多个出口的电荷转向设备中的一个，耦合到漂移区域的出口端，

装置，用于基于由多个电荷敏感放大器中的至少一些产生的电荷检测信号确定轴向漂移通过漂移区域的离子的电荷量值或电荷状态，以及

装置，用于控制电荷偏转器和电荷转向设备之一以仅使具有指定电荷量值或电荷状态的离子穿过单个出口和多个出口中的指定一个中的对应一个。

2.根据权利要求1所述的电荷过滤器仪器，其中，电荷偏转器和电荷转向设备之一包括电荷偏转器。

3.根据权利要求2所述的电荷过滤器仪器，还包括至少一个离子测量仪器，具有耦合到电荷偏转器的单个出口的入口，至少一个离子测量仪器被配置为测量离开电荷偏转器的单个出口的离子的至少一种分子特性。

4. 根据权利要求3所述的电荷过滤器仪器，还包括：

离子阱，设置在电荷偏转器的单个出口和至少一个离子测量仪器的入口之间，离子阱被配置为在其中捕捉离开电荷偏转器的单个出口的离子，以及

装置，用于控制离子阱以选择性地将捕捉在其中的离子释放到至少一个离子测量仪器的离子入口中。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的离子过滤器仪器，还包括离子源，包括离子生成器，所述离子生成器被配置为从样品生成离子并且将所生成的离子供应到漂移区域的入口，使得所生成的离子朝向漂移区域的离子出口端轴向漂移通过漂移区域。

6.根据权利要求5所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个仪器，用于根据至少一个分子特性分离所生成的离子。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个分解级，被配置为分解穿过其中的离子。

8.根据权利要求5至7中的任一项所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个离子阱，被配置为将离子捕捉在其中并且选择性从其中释放捕捉的离子。

9.根据权利要求1所述的电荷过滤器仪器，其中，电荷偏转器和电荷转向设备之一包括电荷转向设备，

并且其中，用于控制电荷转向设备的装置包括装置，用于控制电荷转向设备以仅使具有第一指定电荷量值或电荷状态的离子穿过多个出口中的第一个并且仅使具有不同于第一指定电荷量值或电荷状态的第二指定电荷量值或电荷状态的离子穿过多个出口中的第二个。

10. 根据权利要求9所述的电荷过滤器仪器，还包括：

至少第一离子测量仪器，具有耦合到电荷转向设备的多个出口中的第一个的入口，至少第一离子测量仪器被配置为测量离开电荷转向设备的多个出口中的第一个的离子的至少一个分子特性，以及

至少第二离子测量仪器，具有耦合到电荷转向设备的多个出口中的第二个的入口，至少第二离子测量仪器被配置为测量离开电荷转向设备的多个出口中的第二个的离子的至少一个分子特性。

11. 根据权利要求10所述的电荷过滤器仪器，还包括：

第一离子阱，设置在电荷转向设备的多个出口中的第一个与第一离子测量仪器的入口之间，第一离子阱被配置为将离开电荷转向设备的多个出口中的第一个的离子捕捉在其中，以及

装置，用于控制第一离子阱以选择性地将捕捉在其中的离子释放到第一离子测量仪器的离子入口中。

12. 根据权利要求10或权利要求11中的任一项所述的电荷过滤器仪器，还包括：

第二离子阱，设置在电荷转向设备的多个出口中的第二个与第二离子测量仪器的入口之间，第二离子阱被配置为将离开电荷转向设备的多个出口中的第二个的离子捕捉在其中，以及

装置，用于控制第二离子阱以选择性地将捕捉在其中的离子释放到第二离子测量仪器的离子入口中。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的离子过滤器仪器，还包括离子源，其包括离子生成器，所述离子生成器被配置为从样品生成离子并将所生成的离子供应到漂移区域的入口，使得所生成的离子朝向漂移区域的离子出口端轴向漂移通过漂移区域。

14.根据权利要求13所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个仪器，用于根据至少一个分子特性分离所生成的离子。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个分解级，被配置为分解穿过其中的离子。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个离子阱，被配置为将离子捕捉在其中并其从中选择性地释放捕捉的离子。

17.根据权利要求9所述的离子过滤器仪器，还包括：

第一离子阱，具有耦合到电荷转向设备的多个出口中的第一个的入口和出口，第一离子阱被配置为将离开电荷转向设备的多个出口中的第一个的离子捕捉在其中，

第二离子阱，具有耦合到电荷转向设备的多个出口中的第二个的入口和出口，第二离子阱被配置为将离开电荷转向设备的多个出口中的第二个的离子捕捉在其中，

至少一个离子测量仪器，具有入口并且被配置为测量进入其入口的离子的至少一个分子特性，

离子转向网络，具有耦合到第一离子阱的出口的第一入口、耦合到第二离子阱的出口的第二入口和耦合到至少一个离子测量仪器的入口的出口，以及

装置，用于控制(i)第一离子阱以选择性地将捕捉在其中的离子释放到离子转向网络的第一离子入口中和离子转向网络以选择性地使离开第一离子阱的出口的离子通过到至少一个离子测量仪器的入口中，和(ii)第二离子阱以选择性地将捕捉在其中的离子释放到离子转向网络的第二离子入口中和离子转向网络以选择性地使离开第二离子阱的出口的离子通过到至少一个离子测量仪器的入口中。

18.根据权利要求17所述的离子过滤器仪器，还包括离子源，所述离子源包括离子生成器，所述离子生成器被配置为从样品生成离子并且将所生成的离子供应到漂移区域的入口，使得所生成的离子朝向漂移区域的离子出口端轴向漂移通过漂移区域。

19.根据权利要求18所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个仪器，用于根据至少一个分子特性分离所生成的离子。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个分解级，被配置为分解穿过其中的离子。

21.根据权利要求18至20中的任一项所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个离子阱，被配置为将离子捕捉在其中并且从其选择性地释放捕捉的离子。

22.根据权利要求1所述的离子过滤仪器，其中，无电场漂移区域是第一无电场漂移区域，多个电荷检测圆筒是第一多个电荷检测圆筒，多个电荷敏感放大器是第一多个电荷敏感放大器，电荷偏转器和电荷转向设备之一是第一电荷偏转器和第一电荷转向设备之一，用于确定电荷量值或电荷状态的装置是用于确定电荷量值或电荷状态的第一装置，用于控制的装置是用于控制的第一装置，

并且其中，包括第一无电场漂移区域、第一多个电荷检测圆筒、第一多个电荷敏感放大器、第一电荷偏转器和第一电荷转向设备之一、用于确定电荷量值或电荷状态的第一装置以及用于控制的第一装置的离子过滤器仪器是第一电荷过滤器仪器，

并且还包括：

与第一电荷过滤器仪器相同的第二离子过滤器仪器，以及

至少一个离子处理级，设置在第一电荷偏转器和第一电荷转向设备中的对应的一个的单个出口和多个出口中的指定一个中的一个与第二个离子过滤器仪器的第二无电场漂移区域的第二入口之间。

23.根据权利要求22所述的离子过滤器仪器，其中，至少一个离子处理级包括以下中的至少一个：(i)用于根据至少一个分子特性在时间上分离离子的至少一个仪器、（ii）至少一个离子过滤器，被配置为仅使具有指定分子特性或具有在分子特性的指定范围内的分子特性的离子穿过其中、(iii)至少一个离子阱，被配置为选择性地将离子捕捉在其中并且从中选择性地释放离子，和(iv)至少一个分解级，被配置为分解穿过其中的离子。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的离子过滤器仪器，还包括离子源，所述离子源包括离子生成器，所述离子生成器被配置为从样品生成离子并且将所生成的离子供应到漂移区域的入口，使得所生成的离子朝向漂移区域的离子出口端轴向漂移通过漂移区域。

25.根据权利要求24所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个仪器，用于根据至少一个分子特性分离所生成的离子。

26.根据权利要求24或权利要求25所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个分解级，被配置为分解穿过其中的离子。

27.根据权利要求24至26中的任一项所述的离子过滤器仪器，其中，离子源还包括至少一个离子阱，被配置为将离子捕捉在其中并且从中选择性地释放捕捉的离子。

28.一种离子过滤器仪器，包括：

无电场漂移区域，具有入口端和与入口端相对的出口端，入口端被配置为耦合到离子源以接收离子来从入口端向出口端轴向漂移通过漂移区域，

多个间隔开的电荷检测圆筒，设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过其中，

多个电荷敏感放大器，每个都耦合到多个电荷检测圆筒中的至少一个并且每个都被配置为产生对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应至少一个的一个或多个离子的电荷的量值的电荷检测信号，

具有单个入口和单个出口的电荷偏转器和具有单个入口和多个出口的电荷转向设备之一，耦合到漂移区域的出口端，

至少一个电压源，具有操作地耦合到电荷偏转器和电荷转向设备之一的至少一个电压输出，

至少一个处理器，以及

至少一个存储器，具有其中存储的指令，所述指令可由至少一个处理器执行以使至少一个处理器

(a)监视离子朝向无场漂移区域的出口端轴向漂移通过无场漂移区域时由多个电荷敏感放大器中的至少一些产生的电荷检测信号，

(b)基于监视的电荷检测信号确定轴向漂移通过无场漂移区域的离子的电荷量值或电荷状态，以及

(c)控制至少一电压源的至少一电压输出以使电荷偏转器和电荷转向设备中的至少一个仅使具有指定电荷量值或电荷状态的离子穿过单个出口和多个出口中的指定一个中的对应一个。

29. 根据权利要求28所述的电荷过滤器仪器，其中存储在至少一个存储器中的指令还包括指令，所述指令可由至少一个处理器执行以使至少一个处理器

通过监视由被监视的电荷检测信号的上升沿和下降沿定义的被监视的电荷检测信号的沿事件以及通过监视被监视的电荷检测信号的相邻沿事件之间的信号量值来监视由多个电荷敏感放大器产生的电荷检测信号，以及

通过以下内容确定轴向漂移通过无场漂移区域的离子中的至少一些中的每个的电荷量值或电荷状态

(i)处理由多个电荷敏感放大器中的每个相继的一个产生的电荷检测信号的沿事件，以标识离子进入和离子离开电荷检测圆筒中的每个相应的一个，

(ii)离子的每个相继进入和离开电荷检测圆筒中的相应的一个之间，处理由电荷敏感放大器中的相应一个产生的电荷检测信号的信号量值以确定离子的电荷量值或电荷状态，以及

(iii)基于电荷检测信号中的相应的一个利用离子的电荷量值或电荷状态的每个相继确定来更新离子的电荷量值或电荷状态的确定。

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