CN115427801A - 用于控制沿着微分迁移率谱仪的温度梯度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于控制沿着具有入口和出口的具有微分迁移率谱仪的微分迁移率谱仪的温度梯度的系统和方法，其中入口被配置为接收通过运输气体从离子源运输的离子。微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压以分离从入口运输到出口的离子的至少一个电压源。在出口附近提供气体端口，用于引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速，从而调整离子停留时间。提供加热器用于控制节气门气体的温度以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。还公开了校准DMS的方法。

Description

用于控制沿着微分迁移率谱仪的温度梯度的系统和方法

相关申请

本申请要求于2020年4月13日提交的美国临时申请No.63/088,883的优先权，该美国临时申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明针对微分迁移率谱仪，并且更具体地针对用于使用加热的节气门气体(throttle gas)控制微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度的系统和方法。

背景技术

微分迁移率谱法(DMS)，也称为高场非对称波形离子迁移率谱法(FAIMS)或场离子谱法(FIS)，基于离子迁移率的场依赖性来分离和分析离子。在DMS中，离子通过使用运输气体流在DMS池中的一对电极之间被转移，并且在电极之间垂直于运输气体流的方向施加非对称的RF分离波形。波形的振幅被称为分离电压(SV)。在波形的每个周期内，高场和低场中离子迁移率的差异导致离子朝着电极移位。为了校正离子轨迹的倾斜并通过电极转移离子，使用常常称为补偿电压(CoV)的弱DC电位。对于特定离子，CoV的值随着SV的变化而改变。可以将CoV固定到目标值，以允许一个特定的离子束以固定的SV通过DMS；或者CoV可以倾斜以顺序地允许在限定的CoV范围内的离子通过DMS。

如美国专利8,084,736(Schneider等人)中所述的，可以在微分迁移率谱仪的出口附近引入节气门气体，用于修改运输气体的流速以控制离子在微分迁移率谱仪内的停留时间，该专利的内容通过引用并入本文。离子停留时间是DMS分辨率的关键决定因素，其特征可以在于通过以固定的SV在限定的范围内由斜坡CoV生成的离子图中峰的半峰全宽(FWHM)。在诸如迁移率系数和间隙高度之类的其它因素固定的情况下，增加离子停留时间提供更窄的离子图峰宽，从而改善DMS分辨率。

如上面所讨论的，SV和CoV电位在微分迁移率谱仪内引起RF和DC电场，其可以由气体数密度归一化值(E/N)表示，其中N是表示给定体积中气体分子的数量的气体数密度。沿着DMS电极的长度的恒定E/N比(称为均质场)确保最优离子分离。由于在距任一电极任何距离处的电场强度(E)沿着微分迁移率谱仪的长度保持基本恒定，因此气体数密度(N)也必须维持基本恒定，这要求最小化沿着DMS电极的长度的温度梯度。

微分迁移率谱仪可以耦合到质谱仪的入口孔口，以向其供应分离的离子的至少一部分，用于对感兴趣的化合物和同量异位物质进行定性和/或定量分析。高灵敏度质谱仪可以在大气与第一真空级之间具有大的入口孔口孔径尺寸并且可以在操作期间抽吸大量气体。用于可调整分辨率的现有技术方法可以包括在DMS池的背面提供附加的气体流，并且这可能由于运输气体或节气门气体的冷却而导致耦合的微分迁移率谱仪中的热不稳定性。这导致沿着DMS电极的长度的气体数密度(N)在很大程度上变化。如上面所讨论的，已知此类温度梯度是有害的，特别是当微分迁移率谱仪与化学改性剂一起运行时。

发明内容

本发明的一方面是提供用于使用加热的节气门气体来控制微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度以及由此控制温度梯度的系统和方法。

在一方面，提供了一种质谱仪系统，包括：微分迁移率谱仪，用于从离子源接收离子，该微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压的至少一个电压源；质谱仪，至少部分地密封到微分迁移率谱仪并与其流体连通，用于接收来自微分迁移率谱仪的离子；围绕质谱仪的真空室，用于将质谱仪维持在低于内部操作压力的真空压力处，真空室具有真空室入口并且可操作以经由真空室入口将包括离子的气体流抽吸通过微分迁移率谱仪并进入真空室；气体端口，用于修改通过微分迁移率谱仪的气体流速，该气体端口位于微分迁移率谱仪与质谱仪之间；以及加热器，用于控制来自气体端口的气体流的温度。

在一些实施例中，加热器将来自气体端口的气体流的温度控制为与通过微分迁移率谱仪的气体流的温度大致相同。

在一些实施例中，质谱仪系统还包括控制器，该控制器用于感测微分迁移率谱仪的相对端处的气体流的温度并调整来自气体端口的气体流的温度，使得所述相对端处的气体流的温度大致相同。

在一些实施例中，质谱仪系统还包括控制器，该控制器用于感测来自气体端口的气体流的温度和流过微分迁移率谱仪的气体流的温度，并将来自气体端口的气体流的温度调整为与通过微分迁移率谱仪的气体流的温度大致相同。

在另一方面，提供了一种质谱仪系统，包括：具有入口和出口的微分迁移率谱仪，其中入口被配置为接收通过运输气体从离子源运输的离子，该微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压以分离从入口运输到出口的离子的至少一个电压源；靠近出口的气体端口，用于引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及加热器，用于控制节气门气体的温度，以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。

在一些实施例中，加热器将来自气体端口的节气门气体流的温度控制为与在微分迁移率谱仪中的预定位置处的运输气体流的温度大致相同。

在一些实施例中，预定位置在微分迁移率谱仪的入口处。

在一些实施例中，质谱仪系统还包括控制器，该控制器用于感测靠近微分迁移率谱仪的入口和出口中的至少一个的气体流的温度并调整节气门气体流的温度以使微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温差归一化。

在一些实施例中，控制器包括用于控制所述运输气体和节气门气体的流的至少一个调节器以及用于控制所述运输气体和节气门气体的温度的至少一个加热器功率控制器。

在一些实施例中，质谱仪系统还包括用于将节气门气体输送到气体端口的气体管线和围绕气体管线的夹套衬里，并且其中加热器包括夹套衬里内的直排加热元件。

在一方面，提供了一种操作具有入口和出口的微分迁移率谱仪的方法，包括：通过运输气体从离子源接收离子；将离子从微分迁移率谱仪的入口输送到出口；在微分迁移率谱仪内提供DC和RF电场，用于在离子从入口被运输到出口时基于迁移率分离离子；引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及控制节气门气体的温度以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。

在一些实施例中，节气门气体的温度在微分迁移率谱仪的出口处被控制为与运输气体在微分迁移率谱仪内的预定位置处的温度大致相同。

在一些实施例中，预定位置靠近微分迁移率谱仪的入口。

在一些实施例中，微分迁移率谱仪的入口和出口处的气体的温度被控制在75℃至300℃的范围内。

在一些实施例中，节气门气体的温度被控制为大致100-200℃。

在一些实施例中，该方法还包括感测靠近微分迁移率谱仪的入口和出口中的至少一个的气体流的温度，并且调整节气门气体流的温度以使微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温差归一化。

在一些实施例中，该方法还包括调节所述运输气体和节气门气体的流。

在一些实施例中，该方法还包括控制所述运输气体的温度。

在一方面，提供了一种用于校准具有入口和出口的微分迁移率谱仪的方法，包括：通过运输气体从离子源接收离子；将离子从微分迁移率谱仪的入口输送到出口；在微分迁移率谱仪内提供DC和RF电场，用于在离子从入口被运输到出口时基于迁移率分离离子；检测离子的场依赖迁移率的第一值；引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及在引入节气门气体之后检测离子的场依赖迁移率的第二值；以及控制节气门气体的热量，直到第二值等于第一值。

在实施例中，检测离子的场依赖迁移率的第二值包括在增加节气门气体流的同时观察峰CoV移位，并自动调整节气门气体的温度直到在引入节气门气体之后的峰CoV变得与没有施加节气门气体时的峰CoV相同。

在实施例中，该方法还包括自动控制节气门气体加热，直到达到最优峰高和峰宽，这指示沿着微分迁移率谱仪的长度的温度梯度最小化，从而使得能够自动调谐DMS分辨率优化。

在一方面，提供了一种质谱仪系统，包括：微分迁移率谱仪，具有入口和出口，其中入口被配置为接收通过运输气体从离子源运输的离子，该微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压以分离从入口运输到出口的离子的至少一个电压源；质谱仪，至少部分地密封到微分迁移率谱仪并与其流体连通，用于接收来自微分迁移率谱仪的离子；真空室，用于将质谱仪维持在低于微分迁移率谱仪的内部操作压力的真空压力处，该真空室具有真空室入口并且可操作以经由真空室入口将包括离子的气体流从微分迁移率谱仪的入口抽吸到出口并进入真空室；气体端口，靠近微分迁移率谱仪的出口，用于引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及加热器，用于控制节气门气体的温度，以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。

在实施例中，加热器将来自气体端口的节气门气体流的温度控制为与在微分迁移率谱仪中的预定位置处的运输气体流的温度大致相同。

在实施例中，预定位置在微分迁移率谱仪的入口处。

在实施例中，质谱仪系统还包括控制器，该控制器用于感测靠近微分迁移率谱仪的入口和出口中的至少一个的气体流的温度并调整节气门气体流的温度以使微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温差归一化。

在实施例中，控制器包括用于控制所述运输气体和节气门气体的流的至少一个调节器以及用于控制所述运输气体和节气门气体的温度的至少一个加热器功率控制器。

在实施例中，质谱仪系统还包括用于将节气门气体输送到气体端口的气体管线和围绕气体管线的夹套衬里，并且其中加热器包括夹套衬里内的直排加热元件。

在各种实施例中，根据本教导的任何质谱仪系统还包括：帘板，包括用于接收离子的孔径并限定包含微分迁移率谱仪的帘室；帘式气体供应器，用于将帘式气体供应到帘室中以提供通过微分迁移率谱仪的运输气体流和离开帘室的帘式气体流出。在各种实施例中，质谱仪系统还包括在帘板中用于加热帘式气体的热交换器。在各种实施例中，热交换器被陶瓷珠围绕，帘式气体流过陶瓷珠并由此被加热。在各种实施例中，加热器控制节气门气体的温度，使得在质谱仪至少部分地密封到微分迁移率谱仪并与其流体连通的位置处的温度在75℃至300℃的范围内。

这些以及随后将清楚的其它方面和优点存在于如下文中更全面地描述和要求保护的构造和操作的细节中，参考形成其一部分的附图，其中贯穿全文相同的标号表示相同的部分。

附图说明

图1是微分迁移率谱仪/质谱仪系统的示意表示。

图2是通过微分迁移率谱仪/质谱仪系统分析的化合物的离子图，示出了使用和不使用节气门气体流的操作之间的移位。

图3示出了根据实施例的示例性微分迁移率谱仪/质谱仪系统。

图4是图3的示例性微分迁移率谱仪/质谱仪系统的示意表示，适于至少节气门气体流的温度控制。

图5示出了根据实施例的操作微分迁移率谱仪的方法。

图6示出了根据另外的实施例的操作或校准微分迁移率谱仪的方法。

具体实施方式

图1示出了根据实施例的微分迁移率谱仪/质谱仪系统100。微分迁移率谱仪/质谱仪系统100包括微分迁移率谱仪102和质谱仪的第一真空透镜元件104(下文统称为质谱仪104)。质谱仪104还包括真空室127下游的质量分析器元件104a。由于真空泵130维持的压力，离子可以被运输通过真空室127，并且可以被运输通过在质量分析器元件104a之前的一个或多个附加的微分泵送真空级。例如，在一个实施例中，三重四极质谱仪可以包括三个微分泵送真空级。第三个真空级可以包含检测器以及两个四极质量分析器，碰撞池位于两个四极质量分析器之间。可替代地，可以有四个或更多个微分泵送真空级。对于本领域技术人员而言，系统中可以存在未描述的其它离子光学元件将是清楚的。这个示例并非意在限制，因为对于本领域技术人员而言，所描述的微分迁移率谱仪/质谱仪耦合也可以适用于对来自升高的压力源的离子进行采样的许多质谱仪系统，这也是清楚的。这些可以包括飞行时间(TOF)、离子阱、四极或本领域已知的其它质量分析器。

微分迁移率谱仪102包括板106和沿着板106的外侧的电绝缘体107。板106围绕从微分迁移率谱仪102的入口孔口110漂移到出口112的运输气体108。绝缘体107支撑电极并将它们与其它导电元件隔离。微分迁移率谱仪102的出口112将运输气体释放到接合室114中，该接合室114限定了离子在微分迁移率谱仪102与质谱仪104之间的行进路径。在一些实施例中，微分迁移率谱仪102的出口112与质谱仪104的入口对准以限定它们之间的离子行进路径。

微分迁移率谱仪102和接合室114都包含在帘室118内，该帘室118由帘板(边界构件)119限定并被从氮气供应器120供应帘式气体。氮气供应器120向帘室118的内部提供帘式气体。离子122从离子源(未示出)提供并通过帘板119中的孔径发射到帘室118中。帘室118内的帘式气体的压力提供了离开帘室118的帘式气体流出126以及携带离子122通过微分迁移率谱仪102并进入接合室114的运输气体108两者。帘板119可以连接到电源以为其提供可调整的DC电位。

如图1中所示，质谱仪的第一真空透镜元件104包含在真空室127内，该真空室127可以借助于真空泵130而维持在比帘室118低得多的压力处。由于帘室118与真空室127之间的显著压力差，运输气体108被抽吸通过微分迁移率谱仪102、接合室114并经由真空室入口129进入真空室127和第一真空透镜元件104。如图所示，质谱仪104可以经由接合室114密封到(或至少部分地密封到)微分迁移率谱仪并与其流体连通，以接收来自微分迁移率谱仪102的离子122。

如图所示，提供气体端口132以用于允许节气门气体进入接合室114。在接合室114内，氮气供应器提供了节气门气体133，该节气门气体133将通过微分迁移率谱仪102的运输气体108的流减慢速度(throttle back)。具体而言，接合室114内的节气门气体流133修改微分迁移率谱仪102内和进入接合室114的运输气体108的流速，从而控制离子122在微分迁移率谱仪102内的停留时间。通过控制离子122在微分迁移率谱仪102内的停留时间，可以调整分辨率和灵敏度。即，增加离子122在微分迁移率谱仪102内的停留时间可以增加分辨率，但也可能导致离子的附加损失，从而降低质谱仪中检测到的灵敏度。因此，在一些实施例中，可以期望能够精确地控制添加到接合室114的节气门气体的量，以对通过微分迁移率谱仪102的气体流速提供一定程度的控制，从而控制灵敏度与选择性之间的折衷。在图1的实施例中，节气门气体流133可以以多种方式被控制，包括受控的泄漏尺寸、具有可调整阀的加压气体管线、或一系列限制性孔径等等，或本领域已知的任何其它方法。

气体端口132可以被定向成将节气门气体流133分散到整个接合室114。在一个实施例中，气体端口132引入节气门气体而不破坏微分迁移率谱仪102与质谱仪入口129之间的气体流线。

如上所述并且如本领域已知的，常常称为分离电压(SV)的RF电压可以垂直于运输气体流108的方向施加在微分迁移率谱仪的离子运输室两端。RF电压可以施加到包括微分迁移率谱仪的DMS电极中的一者或两者。离子朝着壁迁移并离开DMS路径的趋势可以通过常常被称为补偿电压(CoV)的DC电位进行校正。可以通过将DC电位施加到包括微分迁移率谱仪的DMS电极中的一者或两者来生成补偿电压。如本领域中已知的，DMS电压源(未示出)可以提供RF SV和DC CoV电压两者。可替代地，可以提供多个电压源。

在一些实施例中，单个氮气供应器可以用于提供帘式气体和节气门气体流。在其它实施例中，可以使用多个气体供应器。图1示出了具有单个氮气供应器120的实施例。具有阀门的调节器可以用于控制节气门气体经由气体管线120c进入接合室114的流速。氮气供应器120经由调节器120a向帘室119提供流131(称为帘式气体流或总帘式气体流)。氮气供应器120还经由与帘式气体供应器流体连通的调节器120d流向化学改性剂的供应器125以将改性剂添加到总帘式气体流131。通过微分迁移率谱仪和接合室的流最终被维持在真空室127中的真空抽吸入质谱仪孔口入口129，该流由帘流入128表示。因此，帘式气体流出126＝(总帘式气体流131+节气门气体流133)-帘式气体流入128。在一些实施例中，帘式气体流131可以被加热，例如使用下面更详细地讨论的热交换器被加热。

如上面所讨论的，在大气与第一真空级127之间的具有大入口129孔径尺寸的高灵敏度质谱仪104可以在操作期间抽吸大量气体。这要求高节气门气体流来调整峰分辨率。由于未加热的节气门气体在运输气体中的冷却可能导致更大的热梯度，特别是在DMS的后端处，以及微分迁移率谱仪102中的显著热不稳定性，虽然包括热交换器来加热帘式气体流131。

在典型的操作条件下，帘式气体流入128可以是16L/min的数量级，总帘式气体流131可以是18L/min的数量级，并且节气门气体流133可以变化用于控制离子停留时间，如上面所讨论的。因此，当要求增加的分辨能力时，节气门气体流133可以例如从0L/min增加到15L/min的数量级。这进而将帘式气体流出126从大约2L/min增加到大约17L/min，从而导致用于感兴趣离子的信号减少。为了最小化这种信号损失，可以在增加节气门气体流133的同时减少帘式气体流131以维持恒定的流出126。

发明人已经发现，变化节气门气体流133造成DMS离子图峰的移位。特别地，当在没有化学改性剂的情况下操作微分迁移率谱仪102时，将冷节气门气体或氮气引入接合室114中可能导致DMS离子图峰移位至较低的CoV值。使用更高的节气门气体流来实现更高的DMS分辨率会加重这种效果。图2是通过图1的质谱仪104分析的肾上腺素阻断剂利血平的离子图，其中节气门气体流133关断(200)并且节气门气体流133被设定为14L/min(210)。在这个示例中，随着节气门气体流133从0增加到14L/min，帘式气体流131减少，从而导致总气体流(总帘式流131+节气门气体流133)为18L/min，其中16L/min的吸入流(帘式气体流入128)和2L/min(帘式气体流出126)从帘板119反向流出。垂直线220示出在关断节气门气体流133时测得的最优CoV。应该注意的是，当节气门气体流133接通至14L/min时，离子图210的DMS分辨能力的半峰全宽(FWHM)测量降低至～0.5V，而CoV移位降低～0.7V，这是足够大的峰移位，以在数据获取时段期间在目标CoV值固定时将感兴趣的化合物(在本示例中为利血平)的测得的信号减少到每秒0计数(cps)。

图2中的～0.7V峰移位是由引入非加热的节气门气体的冷却效果引起的。随着节气门气体流133增加，帘式气体流131减少相同的量以维持通过帘板119的流出126恒定在～2L/min。如上面所提到的，当帘式气体流131通过帘室时可以由热交换器加热，但是对于具有大入口孔口孔径尺寸的高灵敏度质谱仪，节气门气体流133足够高以引起运输气体108通过微分迁移率谱仪102时的显著冷却，特别是在DMS的后端，这可能导致热梯度。温度轮廓的此类改变也可能影响改性剂的分离(参见Schneider等人，Mass Spec.Rev.，2015)。表1示出了在示例性微分迁移率谱仪302(如图3中所示，并在下文中描述)的入口110和出口112处测得的温度，该示例性微分迁移率谱仪302耦合到具有I.D.＝1.55mm的大入口329孔径尺寸的高灵敏度质谱仪304。

表1

在图3的示例性微分迁移率谱仪/质谱仪系统300中，当将节气门气体引入到耦合并密封到质谱仪304的微分迁移率谱仪302时发生的冷却效果通过提供靠近出口312部署的孔口加热器307以及节气门气体加热器305来减轻。帘板319还可以设有加热器交换器350。在实施例中，加热器交换器350可以被陶瓷珠围绕。在实施例中，帘式气体331可以在其流过加热的珠子时被加热到大约105-200℃，进入入口310，通过微分迁移率谱仪302以到达出口312并进入真空室入口329。节气门气体加热器305可以是围绕节气门气体流333的夹套衬里，其中加热器包括夹套衬里内的直排加热元件。在实施例中，夹套衬里可以由聚四氟乙烯制成。对于相关领域的技术人员将清楚的是，除了夹套衬里之外，还有许多不同的方法可以用于加热气体流。

图4是根据实施例的图3的示例性微分迁移率谱仪/质谱仪系统的示意表示，适于至少节气门气体流333的温度控制。

在图3和图4中，与图1中出现的元件共同的元件由相似的附图标记识别，但带有前缀“3”，例如图3和图4中的“300”表示与图1中的“100”相似的元件。

返回到图4，控制器400被示为用于基于来自用于测量节气门气体流333的温度的传感器340和在热交换器350内用于测量331的温度的内部传感器(未示出)的温度输入来控制节气门气体加热器305和帘式气体热交换器350。传感器340的位置可以例如沿着与节气门气体加热器305邻近的管线加热器附近的气体管线放置。可替代地，控制器400可以连接到嵌入在诸如陶瓷保持器之类的非导电DMS保持器中的多个传感器。

控制器400还可以连接到调节器320a和320b以控制总帘式气体流331(包括任何改性剂气体)和节气门气体流333。控制器400可以包括至少一个加热器功率控制器以控制所述运输气体和节气门气体的温度。

根据图5中的步骤，控制器400可以可操作以感测传感器340处的气体流的温度并调整节气门气体流333的温度以使微分迁移率谱仪302的入口310与出口312之间的温差归一化。但是，在一些实施例中，来自质谱仪304的质谱数据可以用作调整参数，如下面所讨论的，而不是温度测量，例如在用于温度测量的感兴趣位置由于在一对电极306之间生成的高电场而导致与传感器340的操作的相互干扰的情况下。

图5示出了根据实施例的操作微分迁移率谱仪302的方法。在500处，样本的离子在微分迁移率谱仪302的入口310处被接收。在510处，离子经由运输气体流308通过微分迁移率谱仪从入口310输送到出口312。在520处，DC和RF电场在一对电极306之间生成，用于在离子从入口310运输到出口312时基于迁移率来分离离子。在步骤525处，操作者或控制器400确定分辨率是否足以用于分子的DMS分离。如果不是，那么在步骤530处，调整节气门气体流333以控制通过微分迁移率谱仪302的运输气体的流速，并且在540处，经由加热器305控制节气门气体流333的温度以最小化微分迁移率谱仪302的入口310与出口312之间的温度梯度。如果在525处确定分辨率对于分子分离是足够的，那么在步骤545处获取DMS数据。

节气门气体加热器305例如可以被设定为提供大致100-200℃的节气门气体，使得节气门气体流333的温度与运输气体流308在微分迁移率谱仪中的预定位置处、诸如在入口310或出口312处的温度大致相同。例如，在实施例中，通过将节气门气体流333加热到任何要求的温度，或通过调整前热交换器和节气门管线加热器来给出相似的气体温度，可以将入口310和出口312处的气体的温度控制为大致105℃。

可选地，运输气体308和节气门气体333的流可以通过控制器400控制调节器320a和320b来调节。

图6示出了根据另外的实施例的操作或校准微分迁移率谱仪302的方法。在600处，样本(或校准溶液)的离子在微分迁移率谱仪302的入口310处被接收。在610处，离子经由运输气体流308通过微分迁移率谱仪从入口310被输送到出口312。在620处，在一对电极306之间生成DC和RF电场，用于在离子从入口310运输到出口312时基于迁移率来分离离子。在步骤625处，控制器400确定分辨率是否足以用于分子的DMS分离。如果不是，那么在步骤630处，调整节气门气体流333以控制运输气体通过微分迁移率谱仪302的流速。在640处，操作者或控制器400确定DMS性能是否是最优的。如果是，那么在645处获取DMS数据。如果不是，那么在650处，经由加热器305控制节气门气体流333的温度以最小化微分迁移率谱仪302的入口310与出口312之间的温度梯度。如果在625处操作者或控制器400确定分辨率足以用于分子分离，并且如果在655处操作者或控制器400确定DMS性能是最优的，那么在步骤645处获取DMS数据。如果在655处操作者或控制器400确定DMS性能是次优的，那么在650处控制节气门气体流333的温度，直到目标离子给出如在没有施加节气门气体的条件(620)下实现的最优性能，之后该过程循环回到600。最优性能可以通过峰宽、峰高和峰CoV位置来表征。

图6的校准方法可以迭代地实现，例如通过在没有施加节气门气体的情况下基于运输气体流308的速率来调谐CoV，观察由质谱仪304提供的质谱数据中的信号峰，引入节气门气体流333，然后调整加热器功率水平以使峰居中于预期的CoV。

在其它实施例中，可以调整节气门气体加热以将峰移动到与没有施加节气门气体时的位置一致的特定位置。在还有其它实施例中，调整节气门气体加热以实现优化的峰宽，特别是在施加改性剂气体并且温度梯度已经示出对改变峰宽有显著影响的情况下。

本发明的许多特征和优点从详细说明书中是清楚的，因此，所附权利要求旨在覆盖落入权利要求范围内的本发明的所有此类特征和优点。另外，由于本领域技术人员容易想到许多修改和改变，因此不期望将本发明限制到所示出和描述的确切构造和操作，因而可以诉诸所有合适的修改和等同物，落入权利要求的范围内。

Claims (31)

1.一种质谱仪系统，包括：

微分迁移率谱仪，用于从离子源接收离子，该微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压的至少一个电压源；

质谱仪，至少部分地密封到微分迁移率谱仪并与其流体连通，用于接收来自微分迁移率谱仪的离子；

真空室，围绕质谱仪，用于将质谱仪维持在低于内部操作压力的真空压力处，真空室具有真空室入口并且能够操作以经由真空室入口将包括离子的气体流通过微分迁移率谱仪抽吸并进入真空室；

气体端口，用于修改通过微分迁移率谱仪的气体流速，该气体端口位于微分迁移率谱仪与质谱仪之间；以及

加热器，用于控制来自气体端口的气体流的温度。

2.如权利要求1所述的质谱仪系统，其中，加热器将来自气体端口的气体流的温度控制为与通过微分迁移率谱仪的气体流的温度大致相同。

3.如权利要求1所述的质谱仪系统，还包括控制器，该控制器用于感测微分迁移率谱仪的相对端处的气体流的温度并调整来自气体端口的气体流的温度，使得所述相对端处的气体流的温度大致相同。

4.如权利要求1所述的质谱仪系统，还包括控制器，该控制器用于感测来自气体端口的气体流的温度和流过微分迁移率谱仪的气体流的温度，并将来自气体端口的气体流的温度调整为与通过微分迁移率谱仪的气体流的温度大致相同。

5.一种质谱仪系统，包括：

微分迁移率谱仪，具有入口和出口，其中入口被配置为接收通过运输气体从离子源运输的离子，该微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压以分离从入口运输到出口的离子的至少一个电压源；

靠近出口的气体端口，用于引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及

加热器，用于控制节气门气体的温度，以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。

6.如权利要求5所述的质谱仪系统，其中，加热器将来自气体端口的节气门气体流的温度控制为与在微分迁移率谱仪中的预定位置处的运输气体流的温度大致相同。

7.如权利要求6所述的质谱仪系统，其中，预定位置在微分迁移率谱仪的入口处。

8.如权利要求5所述的质谱仪系统，还包括控制器，该控制器用于感测靠近微分迁移率谱仪的入口和出口中的至少一个的气体流的温度并调整节气门气体流的温度以使微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温差归一化。

9.如权利要求8所述的质谱仪系统，其中，控制器包括用于控制所述运输气体和节气门气体的流的至少一个调节器以及用于控制所述运输气体和节气门气体的温度的至少一个加热器功率控制器。

10.如权利要求5所述的质谱仪系统，还包括用于将节气门气体输送到气体端口的气体管线和围绕气体管线的夹套衬里，并且其中加热器包括夹套衬里内的直排加热元件。

11.一种操作具有入口和出口的微分迁移率谱仪的方法，包括：

通过运输气体从离子源接收离子；

将离子从微分迁移率谱仪的入口输送到出口；

在微分迁移率谱仪内提供DC和RF电场，用于在离子从入口被运输到出口时基于迁移率分离离子；

引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及

控制节气门气体的温度以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。

12.如权利要求11所述的方法，其中，节气门气体的温度在微分迁移率谱仪的出口处被控制为与运输气体在微分迁移率谱仪内的预定位置处的温度大致相同。

13.如权利要求12所述的方法，其中，预定位置靠近微分迁移率谱仪的入口。

14.如权利要求11所述的方法，其中，微分迁移率谱仪的入口和出口处的气体的温度被控制在75℃至300℃的范围内。

15.如权利要求11所述的方法，其中，节气门气体的温度被控制为大致100-200℃。

16.如权利要求11所述的方法，还包括感测靠近微分迁移率谱仪的入口和出口中的至少一个的气体流的温度，并且调整节气门气体流的温度以使微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温差归一化。

17.如权利要求11所述的方法，还包括调节所述运输气体和节气门气体的流。

18.如权利要求11所述的方法，还包括控制所述运输气体的温度。

19.一种校准具有入口和出口的微分迁移率谱仪的方法，包括：

通过运输气体从离子源接收离子；

将离子从微分迁移率谱仪的入口输送到出口；

在微分迁移率谱仪内提供DC和RF电场，用于在离子从入口被运输到出口时基于迁移率分离离子；

检测离子的场依赖迁移率的第一值；

引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及

在引入节气门气体之后检测离子的场依赖迁移率的第二值；以及

控制节气门气体的热量，直到第二值等于第一值。

20.如权利要求19所述的方法，其中，检测离子的场依赖迁移率的第二值包括在增加节气门气体流的同时观察峰CoV移位，并自动调整节气门气体的温度直到在引入节气门气体之后的峰CoV变得与没有施加节气门气体时的峰CoV相同。

21.如权利要求20所述的方法，还包括自动控制节气门气体加热，直到达到最优峰高和峰宽，这指示沿着微分迁移率谱仪长度的温度梯度最小化，从而使得能够自动调谐DMS分辨率优化。

22.一种质谱仪系统，包括：

微分迁移率谱仪，具有入口和出口，其中，入口被配置为接收通过运输气体从离子源运输的离子，该微分迁移率谱仪具有内部操作压力、电极和用于向电极提供DC和RF电压以分离从入口运输到出口的离子的至少一个电压源；

质谱仪，至少部分地密封到微分迁移率谱仪并与其流体连通，用于接收来自微分迁移率谱仪的离子；

真空室，用于将质谱仪维持在低于微分迁移率谱仪的内部操作压力的真空压力处，真空室具有真空室入口并且能够操作以经由真空室入口将包括离子的气体流从微分迁移率谱仪的入口抽吸到出口并进入真空室；

气体端口，靠近微分迁移率谱仪的出口，用于引入节气门气体以控制运输气体通过微分迁移率谱仪的流速；以及

加热器，用于控制节气门气体的温度，以最小化微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温度梯度。

23.如权利要求22所述的质谱仪系统，其中，加热器将来自气体端口的节气门气体流的温度控制为与在微分迁移率谱仪中的预定位置处的运输气体流的温度大致相同。

24.如权利要求23所述的质谱仪系统，其中，预定位置在微分迁移率谱仪的入口处。

25.如权利要求22所述的质谱仪系统，还包括控制器，该控制器用于感测靠近微分迁移率谱仪的入口和出口中的至少一个的气体流的温度并调整节气门气体流的温度以使微分迁移率谱仪的入口与出口之间的温差归一化。

26.如权利要求25所述的质谱仪系统，其中，控制器包括用于控制所述运输气体和节气门气体的流的至少一个调节器以及用于控制所述运输气体和节气门气体的温度的至少一个加热器功率控制器。

27.如权利要求22所述的质谱仪系统，还包括用于将节气门气体输送到气体端口的气体管线和围绕气体管线的夹套衬里，并且其中加热器包括夹套衬里内的直排加热元件。

28.如权利要求1、5、11、19或22中的任一项所述的质谱仪系统，还包括：帘板，包括用于接收离子的孔径并限定包含微分迁移率谱仪的帘室；帘式气体供应器，用于将帘式气体供应到帘室中以提供通过微分迁移率谱仪的运输气体流和离开帘室的帘式气体流出。

29.如权利要求28所述的质谱仪系统，还包括在帘板中用于加热帘式气体的热交换器。

30.如权利要求29所述的质谱仪系统，其中，热交换器被陶瓷珠围绕，帘式气体流过陶瓷珠并由此被加热。

31.如权利要求22所述的质谱仪系统，其中，加热器控制节气门气体的温度，使得在质谱仪至少部分地密封到微分迁移率谱仪并与其流体连通的位置处的温度在75℃至300℃的范围内。

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