CN115777061A - 离子快门、控制离子快门的方法以及检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种操作离子迁移光谱仪的方法，包括以下步骤：将气态流体样本引入所述离子迁移光谱仪的反应区；提供脉冲式电离源的第一脉冲以电离气态流体样本，由此获得第一样本离子；在紧接着所述第一触发器打开离子快门的第一门延迟之后，允许所述第一样本离子的部分离开所述反应区；提供所述脉冲式电离源的第二脉冲以进一步电离所述气态流体样本，由此获得第二样本离子；在紧接着所述第一触发器打开所述离子快门的第二门延迟之后，允许所述第二样本离子的部分离开所述反应区，其中所述第二门延迟不同于所述第一门延迟。

Description

离子快门、控制离子快门的方法以及检测方法和设备

技术领域

本发明涉及方法和设备，尤其涉及通过检测离子来分析物质的方法和设备，更具体地说，涉及用于这种设备的离子快门以及控制这种离子快门的方法。

背景技术

离子迁移光谱仪(IMS)可通过电离材料(例如，分子、原子等)并测量所得离子在已知电场下行进已知距离所花费的时间来从所关注样本中识别材料。通常，该时间是从离子门(其也可以被称为离子快门)打开的时间到离子到达诸如法拉第杯(Faraday cup)的检测器的时间来测量的。

每个离子的飞行时间与离子的迁移率相关联。离子迁移率与其质量和几何结构有关。因此，通过测量离子的飞行时间，可以推断其身份。这些飞行时间可以以图表形式或数字地显示为频谱。

如上所述，一些IMS单元包括检测器，其收集离子以测量其飞行时间，从而它们可以被识别，这可以在存在漂移气体的情况下进行，从而迁移效应可以分离离子。一些IMS单元可根据其飞行时间分离离子，使得具有选定飞行时间(意味着选定范围的离子迁移率)的离子可提供到其它检测器仪器(例如质谱仪)以供进一步分析。这种技术的一个例子被称为IMS-MS，其中IMS单元被用作离子过滤器以从样本中选择离子。然后将所选择的离子提供给质谱仪。在这种离子识别或过滤方法中，离子组可以通过打开离子快门从反应区被释放和/或进入质谱仪的入口。

IMS单元的反应区具有有限的长度，并且在快门保持打开的时间间隔中，可以分布在反应区周围的离子必须(至少部分地)行进穿过该反应区以到达快门。

脉冲式电离源IMS谱仪的快门的打开通常与离子脉冲产生同步。这种同步包括所谓的“门延迟”，其在离子脉冲已经产生之后的固定时间发生。需要这种延迟，以便在快门打开时离子脉冲将出现在快门处。

可以在没有快门的情况下操作光谱仪，或者保持快门连续打开。然而，已经发现，无栅电晕产生的脉冲是宽的，并导致差的分辨率。

发明内容

本发明的方面和示例在权利要求中阐述，并且可以改变通常固定的门延迟以改进IMS对感兴趣的材料的响应。

例如，本公开可以解决的一个问题是门延迟选择哪些离子被允许从电离源的任何给定脉冲进入检测器。由于反应区中的迁移效应，较短的延迟倾向于允许更多的较小、更易移动的离子进入漂移区。另一方面，较长的门延迟可以促进较低迁移率的离子进入漂移区。迁移率更强的离子可以包括所谓的反应物离子，而不易移动的离子可以包括产物离子。

为了解决迁移率选择的这个问题，可以设置门延迟，使得反应物离子峰(RIP)和产物离子在典型的样本光谱中都可见。门延迟的这种“妥协”设置可排除一些产物离子进入漂移管。因此，检测器对这种类型离子的表观灵敏度将降低。

本公开的实施例可以旨在提高IMS检测器的表观灵敏度，并且减少上述“迁移率选择”问题。

其它问题也可以通过本文讨论的离子快门控制技术来解决。

在一个方面，提供了一种操作离子迁移光谱仪的方法，该方法包括：将气态流体样本引入离子迁移光谱仪的反应区；提供脉冲式电离源的第一脉冲以电离气态流体样本，由此获得第一样本离子；在紧接着所述第一触发器打开离子快门的第一门延迟之后，允许所述第一样本离子的一部分离开所述反应区；提供所述脉冲式电离源的第二脉冲以进一步电离所述气态流体样本，由此获得第二样本离子；在紧接着所述第一触发器打开所述离子快门的第二门延迟之后，允许所述第二样本离子的一部分离开所述反应区，其中所述第二门延迟不同于所述第一门延迟。

可以选择第二门延迟，使得第二样本离子的部分包括优先于产物离子的反应物离子。第一门延迟可以比第二门延迟更长。可以选择第一门延迟，使得第一样本离子的部分包括优先于反应物离子的产物离子。

本文描述的这些和其他方法可以包括基于分析(a)第一样本离子的部分和(b)第二样本离子的部分中的至少一者来获得离子谱数据，从而基于(a)和(b)中的至少一者的所述分析来控制离子迁移光谱仪的离子快门的后续操作。

控制离子快门的后续操作可以包括基于所获得的离子谱数据中的产物离子峰来选择后续门延迟。例如，选择随后的门延迟可以包括选择门延迟以增加产物离子峰的幅度，例如通过选择允许具有该迁移率范围的更大数量的离子通过该门的门延迟。在本公开的上下文中，本领域技术人员将理解，虽然通常不能针对所有系统分析地限定离子种类从离子源行进到门的精确时间，但是对于任何给定系统，可以根据经验确定适合于增加对特定迁移率的离子的灵敏度的门延迟的范围。

控制离子快门的后续操作可包括在与产物离子峰相关联的门延迟间隔期间降低门宽。除了选择对样本中可能预期的特定离子种类敏感的门延迟之外，或者作为选择门延迟的替代，可以基于校准物的迁移率选择在这样的延迟的序列中使用的门延迟中的一个或多个，例如以增强校准物峰。

引入气态流体样本可以包括操作压力脉冲器以将样本引入到反应区内，其中，电离源的第一脉冲和电离源的第二脉冲都在压力脉冲器的下一操作之前执行。

本文所述的方法可以包括基于分析第一样本离子来确定第一离子谱数据；基于分析所述第二样本离子来确定第二离子谱；以及组合第一离子谱数据和第二离子谱数据以提供用于识别气态流体样本中的感兴趣物质的组合谱。

一方面提供了一种检测器，包括：脉冲式电离源，用于电离所述检测器仪器的反应区中的气态流体；离子快门；以及控制器，其可操作以：操作所述脉冲式电离源以提供第一脉冲，以电离所述反应区中的气态流体样本，由此获得第一样本离子；控制所述离子快门以在所述离子发生器的操作和所述离子快门的打开之间提供第一门延迟，以允许所述第一样本离子的一部分离开所述反应区；操作所述脉冲式电离源以提供第二脉冲，以进一步电离所述反应区中的所述气态流体样本，由此获得第二样本离子，并且控制所述离子快门以在所述离子发生器的操作与打开所述离子快门之间提供第二门延迟，以允许所述第二样本离子的一部分离开所述反应区；其中所述第二门延迟不同于所述第一门延迟。

可以选择第二门延迟，使得第二样本离子的部分包括优先于产物离子的反应物离子。第一门延迟可以比第二门延迟更长。可以选择第一门延迟，使得第一样本离子的部分包括优先于反应物离子的产物离子。控制器可以被配置为基于分析(a)第一样本离子的部分和(b)第二样本离子的部分中的至少一者来获得离子谱数据。控制器可以被配置为基于所述分析来控制离子快门的后续操作，例如，其可以被配置为基于所获得的离子谱数据中的产物离子峰的时序来选择后续门延迟。选择后续门延迟包括选择门延迟以增加对产物离子峰的灵敏度(例如，以增加在给定门宽下可实现的幅度)。控制离子快门的后续操作可包括在与产物离子峰相关联的门延迟间隔期间降低门宽。

可基于校准物的迁移率来选择至少一个门延迟。

在此描述的检测器可以包括压力脉冲器(例如，以扬声器的方式驱动隔膜的机电致动器)。这种压力脉冲器可以被布置为从仪器的入口向反应区中提供气态流体样本。引入气态流体样本包括操作压力脉冲器以将样本引入到反应区内，例如通过在反应区中提供压力的临时降低。控制器可以被配置为使得在操作压力脉冲器以将样本引入到反应区内之后，电离源的第一脉冲和电离源的第二脉冲都在压力脉冲器的下一操作之前被执行。

一方面提供一种配置离子迁移光谱设备的方法，所述方法包括：对所述设备的控制器进行编程以执行本文所述或所要求保护的方法中的任一种方法。

在本公开的上下文中将理解，这样的控制器可以被连接用于控制设备的脉冲式电离源和离子快门，和/或耦合到设备的检测器用于获得离子谱数据，和/或被连接用于控制设备的压力脉冲器用于将气态流体样本提供到反应区中。

本公开的一个方面提供了一种计算机程序产品，例如计算机可读信号或有形的非暂时性计算机可读存储介质，其包括用于对离子迁移光谱设备的控制器进行编程以执行本文所述或所要求保护的任一种方法的程序指令。本文所公开的示例中的任一个的任何特征可以与本文所描述的其他示例中的任一个的任何所选特征组合。例如，方法的特征可以以适当配置的硬件来实现，并且在此描述的特定硬件的配置可以在使用其他硬件实现的方法中被采用。

附图说明

现在将参考附图详细描述本公开的实施例，其中：

图1示出了离子迁移光谱仪的剖视图；

图2是示出了这种离子迁移光谱仪的操作方法的流程图；

图3示出了图1中所示类型的离子迁移光谱仪的示例的示意图；

图4是示出了这种离子迁移光谱仪实施图2所示类型的方法的操作的时序图；

图5是示出了诸如参照图2和/或图4所解释的操作方法的流程图；以及

图6是示出了离子迁移光谱仪的另一这种操作方法的流程图。

在附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。

具体描述

图1示出了离子迁移光谱仪100的剖视图。

图1的离子迁移光谱仪包括反应区102、用于电离反应区102中的气态流体的脉冲式电离源104、离子快门105和控制器120。

控制器120连接到电离源104和快门105。在典型的操作中，每当气态流体(例如蒸汽)的样本被提供到反应区中时，控制器120提供电离源104的一系列脉冲。在每个脉冲之后，控制器120在“门延迟”之后打开离子快门105，由该脉冲产生的离子然后沿着光谱仪的漂移区行进离开反应区到达检测器(例如法拉第杯)。因此，电离源104的每个操作脉冲可以用于提供离子迁移谱。然后，将由施加到每个样本的一系列脉冲产生的一系列光谱组合以提供该样本的光谱。

图1中所示的控制器120被配置成改变门延迟，使得不同的门延迟被用于脉冲系列中的至少一个脉冲。通过组合使用不同门延迟产生的光谱而产生的离子迁移谱减少了否则可能由“迁移率选择”引起的问题。

现在将离子迁移光谱(IMS)单元作为整体来描述，以将随后的对解决这些和其他问题的方法的讨论适当地放入上下文中。

IMS单元包括外壳，例如管101。反应区102在该外壳101内部的一端，并且通过漂移区103与检测器118分离。反应区102通过离子快门105与漂移区103分离。外壳101包括入口108，用于使气态流体(例如蒸汽和/或气体和/或气溶胶)的样本能够被引入反应区102。

脉冲式电离源104被布置用于电离反应区中的样本。在图1中所示的示例中，脉冲式电离源104包括电晕点。脉冲式电离源104被连接，使得控制器120可以控制电能到控制器120的递送，诸如通过接通电力脉冲的供应。在本公开的上下文中将理解，电离源104的每个操作脉冲可以包括在其期间跨电离源104的电极施加一系列电压尖峰的时段。例如，电离源104可以具有一些电容，因此短DC脉冲的递送可以引起一些“振铃”。因此，由电离源104施加脉冲可以包括将电离源104从“关闭”状态切换到活动状态，在活动状态中，有时在源返回到“关闭”状态之前通过一系列电压尖峰(例如，由AC电压生成，其可以通过这样的振铃相关联)生成离子。

离子快门105包括两个电极106、107，其耦合到控制器120以使得能够在两个电极106、107之间提供势垒电压。当快门105“关闭”时，该势垒电压用于防止离子从IMS的反应区行进到漂移区内，并且在打开状态中，离子可以朝向检测器行进到漂移区中。离子快门105可包括Tyndall-Powell、Bradbury-Nielsen快门或其它类型的快门。快门电极106、107可各自包括细长导体，并且第一快门电极106的细长导体可在漂移方向上与第二快门电极107的细长导体对准。每个快门电极106、107的细长导体可以被布置为栅格(grid)，诸如网格(mesh)，例如三角形、矩形、六边形或其他规则或不规则网格。如稍后将解释的，快门电极106、107不需要在漂移方向上分离。例如，它们可以是共面的，在这种情况下，细长导体可以是相互交叉的，例如，它们可以是交错的或交织的。

在图1所示的示例中，漂移区103位于反应区102和检测器118之间，所述检测器诸如收集器(例如用于检测离子到达的法拉第杯)，或诸如质谱仪的另一类型的检测器118。在使用这种另一类型的检测器的情况下，该检测器的入口可以用于代替法拉第杯，并且附加的离子快门可以插入在漂移区和该检测器的入口之间。这可以用于根据离子的飞行时间选择(例如过滤)提供给该其他检测器的离子。

可以使用沿着漂移区间隔开的一系列漂移电极103a、103b在漂移区103中提供电压分布。尽管图1中未示出，反射板或其它电极可以被布置用于将该电压分布延伸到反应区102中。在反应区102和检测器118之间，分布电压在空间上变化(例如，作为沿漂移方向的单元的位移的函数)，以提供沿单元100向检测器118移动离子的电场。电场沿着漂移区103和/或反应区102可以是均匀的和/或是已知的。

控制器120包括可编程处理器、诸如DAC(图中未示出)的输出接口(其能够控制向离子快门和向电离源104提供适当的电控制信号)和/或电源。控制器120因此可操作以操作脉冲式电离源104，并控制离子快门。控制器120还可以存储指示与某些类型的离子相关联的门延迟的时序数据。例如，它可以包括指示与优先选择反应物离子和/或诸如校准物的其它类型的离子相关联的门延迟的数据。

图1中所示的IMS单元100还可包括在检测器附近进入漂移区的漂移气体入口122和在快门附近的漂移气体出口，使得可逆着离子朝向检测器行进的方向提供(经清洁、干燥的)漂移气体流。

现在将参照图2描述图1中所示的IMS单元的操作。

在操作中，诸如蒸汽的气态流体样本被提供300到反应区102中。然后控制器120触发向脉冲式电离源104提供电力，其提供电离能量的脉冲。由该电离能量脉冲产生的反应物离子与样本在反应区中混合302，以产生产物离子(例如电离的样本)和反应物离子云。

在电离源104已经被操作之后，控制器120在打开304离子快门之前等待选定的时间段(第一门延迟)。门延迟可以包括电晕触发器的上升沿和离子门操作中的预定点之间的时间。在再次关闭之前，门保持打开一段时间，通常称为“门宽”。通常，门宽至少为微秒，并且可以小于10ms。实际使用的门宽可以基于漂移室的长度、所需的灵敏度和期望的时序分辨率来选择。例如，对于长度为4cm的漂移管，可以使用80至180μb之间的门宽。

在由样本的第一电离产生的产物离子和反应物离子的云(其在此可以被称为第一样本离子)中，仅允许在门宽期间到达门的离子的部分通过门朝向检测器行进306。在快门打开之前到达的移动离子越多，而在快门关闭之后到达的移动离子越少，越少的移动离子被阻止通过门(例如，它们可以在快门处被中和)。

在快门已经关闭之后，然后控制器120第二次触发向脉冲式电离源104提供电力，这提供电离能量的脉冲以进一步电离308保留在反应区102中的样本，所述样本是电离源104的先前操作所留下的。这产生了产物离子和反应物离子的进一步的云(其在此可以被称为第二样本离子)。

在第二次操作电离源104以进一步电离从其得到第一样本离子的样本之后，然后控制器120在打开310离子快门之前等待选定的时间段以提供不同于第一门延迟的第二门延迟。因此，选择第二样本离子的一部分以在该第二门宽期间离开反应区，但是由于不同的门延迟，即使第一样本离子和第二样本离子来自相同的样本，在所述第二样本离子的所述部分中的离子迁移率的分布也将不同于第一样本离子的部分的离子迁移率的分布。因此，通过使用一系列不同的门宽，可以获得样本的成分的更好表示。

控制器120可以被配置为实现上述方法的多个改进。

作为第一示例，控制器120可以被配置成使得在两个门延迟时间中，较长的延迟被用于第一样本离子，而较短的延迟被用于第二样本离子。这可以帮助解决当样本被漂移气体带走或者以其他方式扩散出反应区时反应区中的样本浓度趋于随着时间而降低的问题。可以获得使用第一(较长)门延迟选择的第一样本离子的部分，同时反应区中的样本浓度较高。这可以提高灵敏度。相反，使用第二(较短)门延迟选择的第二样本离子可以包括比第一样本离子相对更多的反应物离子。因此，当样本已经耗尽时，可以获得反应物离子峰，而不损失对样本离子的灵敏度。可以使用不同的门延迟序列。

作为进一步的例子，可以使用门延迟的可选择序列。因此，在每次将样本引入反应区之后，可以发生一系列电离事件，并且对于每个电离事件，可以打开和关闭门，从而提供一系列电离&门控事件。在该序列中，每个这样的事件的门延迟可以由控制器120例如根据预存储的数据来选择。例如，预存储的数据可以包括一组序列；每个序列适于检测特定物质或用于特定环境。可以使用不同类型的序列，例如：

·增加门延迟的序列(如在上述的第一示例中)，使得较短的门延迟跟随在该序列中较早的电离事件之后，而逐渐较长的门延迟跟随在离子发生器的随后的操作之后，例如，直到下一次样本引入反应区。

·减少门延迟的序列，使得较长的门延迟跟随序列中较早的电离事件，而逐渐缩短的门延迟跟随离子发生器的随后操作，例如，直到下一次样本引入反应区。

·门延迟的交错(例如“振荡”)序列，其中中间长度的门延迟跟随在序列中的第一电离事件之后，并且较短的延迟跟随在下一电离事件之后，并且较长的延迟(比中间长度的门延迟长)跟随在随后的电离事件之后。

·一个或多个前述类型的序列的组合。

还可以存储相同类型的不同序列，例如，上述类型中的任何类型的序列，并且具有门延迟的一个或多个不同的绝对值，以用于检测特定物质或在特定情况下使用。控制器120可以被配置成响应于用户输入和/或基于一些感测的条件(例如温度或湿度)来从预存储的数据中选择一个或多个存储的序列。作为一个示例，预存储的数据可包括用于校准的序列和用于采样的序列。

图3是图1所示类型的离子迁移光谱仪的实例的示意图。如图所示，图3所示的离子迁移光谱仪与图1所述的离子迁移光谱仪的相同之处在于，其包括电离源104、通过离子快门105与漂移区103分开的反应区102、以及用于控制离子快门和电离源104的控制器120。如同参考图1描述的IMS单元，图3中所示的光谱仪还包括用于在漂移区103中提供电场的漂移电极103a、103b。漂移气体入口122被提供到检测器118附近的漂移区103中，并且漂移气体出口124被提供到快门附近，使得可以逆着离子朝向检测器行进的方向提供漂移气体流。

除了参照图1描述的特征之外，图3中示出的光谱仪还可以包括压力脉冲器126。这种压力脉冲器126可以包括换能器，例如以微型扬声器的方式布置的机电换能器。这种换能器可以是可操作的以驱动隔膜或其它装置，用于在反应区102中提供压力的脉冲变化。

图4是包括4对轴的时序图。第一400示出了压力脉冲器的操作时序，第二402示出了反应区中的样本浓度，第三404示出了脉冲式电离源104的开启和关闭，第四406示出了门的操作。

图4所示的时序图示出了诸如图3所示的离子迁移光谱仪的操作。如图所示，压力脉冲器126被操作408以将气态流体样本引入反应区102。这提供了初始样本浓度410。然后控制器120触发412脉冲式电离源104的操作。这产生反应物离子，然后将反应物离子与样本结合以电离样本，从而产生第一样本离子。如图所示，这降低了样本浓度414。如图所示，在电离源104已经被操作了第一门延迟416之后，离子快门105保持关闭。然后，在“门宽”周期418中打开离子快门105，以允许第一样本离子的一部分在再次关闭之前朝向检测器118行进。然后离子发生器再次被操作420，以进一步电离由离子发生器的先前操作而保留在反应区中的样本。如图所示，这进一步降低了样本浓度422，并且还产生了第二样本离子。

此外，在电离源104的第二操作420之后，在快门被打开以使第二样本离子的一部分朝向检测器118行进之前，快门在第二门延迟424内保持关闭。然后，再次关闭离子快门，并且可以重复该循环，例如通过操作离子发生器第三次以进一步电离原始样本的残留物，并且生成可以使用第三门延迟426来分析的第三样本离子。对于压力脉冲器的每次操作，可以将该循环(操作离子发生器、施加门延迟、打开门)重复任意次数，使得压力脉冲器的每次操作可以与一系列离子迁移率数据集相关联，每个离子迁移率数据集使用不同的门延迟获得。

为了避免疑惑，尽管样本浓度被示出为在电离源104的脉冲424、426、428之间是恒定的，但是将理解的是，随着样本扩散出反应区并且被总体流(例如，在漂移气体中)带走，样本浓度410、414、422通常也随时间降低。

图2和图4中所示的操作方法可以各自以各种方式进一步被开发。

例如，控制器120可以被配置为基于离子谱数据来控制离子快门105的门延迟和/或门宽。

图5示出了说明一个这样的示例的流程图。如图所示，在图3中，图1所示的IMS单元的检测器118也可以连接到控制器120。因此控制器120可以例如从第一样本离子和/或第二样本离子获得502离子谱数据。然后，可以确定在离子谱数据中是否存在峰，例如与特定产物离子和/或特定飞行时间相关联的峰。如已经阅读本公开的技术人员将理解的，可以通过阈值处理或诸如曲线拟合(例如，拟合高斯)的其他方法在离子谱数据中识别这样的峰。因此控制器120可以获得指示离子从离子快门到检测器的飞行时间的数据，但是可以使用其他方法。

控制器120可以被配置为使用这样的数据来选择门延迟(或如上定义的门延迟的序列)，例如基于一个或多个峰的时序和/或基于特定物质或离子种类的检测。

这样确定的到达时间然后可以用于确定至少一个门延迟，以用于样本或后续样本的后续分析，例如根据图2或图4中所示的方法。

以这种方式选择门延迟，例如以匹配特定产物离子到达离子快门的预期时间，可以增加IMS设备对那些特定产物离子的灵敏度，例如通过增加反应区中给定样本浓度的产物离子峰的幅度。

图6示出了可以开发本公开的方法的方式的另一示例。图6中所示的流程图示出了通过在与产物离子峰相关联的门延迟间隔期间减小门宽来控制离子快门的操作的方法。在此方法中，控制器120确定502离子谱，且识别504所述谱中的产物离子峰，如上文参看图5所解释。同样如上所述，控制器120可以使用该数据，基于与那些峰相关联的特定产物离子到达离子快门的预期时间，来确定506门延迟。

在图6所示的方法中，然后控制器120可以在所确定的门延迟处使用降低的门宽。它也可以使用降低的门宽来扫描一系列这样的门延迟。例如，控制器120可以基于预期到达时间来识别门延迟间隔。这可以使用利用第一门宽(例如，用于仪器的默认门宽，其可以在诸如以上例如在10μs和10ms之间限定的范围内)确定的离子谱数据来完成。然后控制器120可以选择第二较短门宽并且执行一系列循环，在所述一系列循环中，使用(一个或多个)选定的门延迟并且使用降低的门宽来扫描所识别的门延迟间隔。

这可以根据图4所示的方法(例如，操作离子发生器、施加门延迟、打开门的循环)来完成，但是具有降低的门宽，并且在每个循环中，门延迟可以改变。这样的方法可能是特别有用的，因为门延迟可以增加对具有特定离子迁移率范围的离子的灵敏度，使得在该范围内的更多离子被允许进入漂移区。这又可以允许使用较窄的门宽来提高时序分辨率，同时保持信噪比。所得到的较高分辨率的离子迁移谱数据可以用于解决产物离子峰中的模糊性。

从以上讨论中将理解，图中所示的实施例仅是示例性的，并且包括可以如本文所述和如权利要求中所述一般化、移除或替换的特征。总体上参考附图，将理解，示意性功能框图用于指示本文描述的系统和设备的功能。然而，将理解，功能性不需要以这种方式划分，并且不应被认为暗示除了下面描述和要求保护的硬件之外的任何特定硬件结构。附图中所示的一个或多个元件的功能可以进一步细分和/或分布在本公开的整个设备中。在一些实施例中，附图中所示的一个或多个元件的功能可以集成到单个功能单元中。

在本公开的上下文中将理解，提供脉冲式电离源的脉冲可以包括将电能递送到电离源120以发起电离源104的操作。它还可以包括关闭电离源，和/或允许它返回到其中直到下一次将能量主动递送到电离源才产生离子的状态。例如，提供脉冲式电离源的脉冲可以包括发起和结束从诸如电池的电源和/或使用诸如继电器的开关向电离源的电力供应。本文所述的电离源可包括电晕源，诸如电晕点，在一些示例中，电晕点源的操作可包括12kV的电脉冲，具有约150ns的上升时间和200ns至900ns之间的脉冲宽度。也可以使用介质势垒放电源，在这种情况下，电离源的操作可以包括持续时间约为10ms的脉冲(例如，基于脉冲的半峰全宽)，并且可以包括高达约5kV的电压(例如范围lkV至4.5kV的峰值电压)。脉冲可以包括具有DBD源和/或到DBD源的电力供应的特性的频率的振荡分量。例如，它可以包括频率在100Hz和200Hz之间的交流电压脉冲，例如具有大约10到20ms的衰减时间。由DBD和电晕源产生的脉冲的幅度和时间特性可以变化，但是在本公开的上下文中将理解，这样的脉冲可以包括由脉冲包络线调制的振荡信号。

IMS单元通常采用单个高压电源。例如在反应区的顶部(离检测器最远的端部)的最大电压可以被电阻性地划分，以提供IMS单元的每个元件所需的电压，所述元件包括限定电离区和漂移区的电场的电极以及离子门/快门的电极。在电晕源用于产生离子的情况下，其可具有其自身的专用电源，所述专用电源提供固定的DC电压和产生离子的脉冲电压。代替高压电源，单独的电源单元可以用于IMS的一个或多个元件。

上述实施例应理解为说明性示例。可以设想进一步的实施例。

在一个实施例中，本公开的目的在于通过改变门延迟来减小上述“迁移率选择”的影响，使得产物离子幅度增加，但同时保持一致且可用的RIP。为了实现这一点，提出了通过在采样周期期间增加数值来扫描门延迟，然后执行所得到的峰值幅度的平均。

在实施例中，可以在采集期间主动地调谐系统以聚焦到感兴趣的峰。例如，如果样本峰是持续的，则可以自动地调整门延迟以最大化该峰。在如上所述最大化产物峰的情况下，可以执行另一调整，即，使门脉冲宽度变窄，这可以用于分辨位于感兴趣峰附近的任何其他峰。参考图6描述了一种这样的方法。

本发明的实施例旨在通过对离子门的打开和关闭的主动操纵来改进对产物离子的IMS响应。实施例可以通过软件修改在使用脉冲离子源(例如电晕放电源)的任何IMS系统中实现。在一些实施例中，将不需要硬件改变。这些和其他实施例可以被包括在用于搜索情况的便携式IMS装备中。实施例可以帮助使检测器能够“聚焦”在感兴趣的化合物上，并且帮助拒绝错误警报。

在一些示例中，控制器120的功能可以由通用处理器提供，该通用处理器可以被配置为执行根据本文描述的那些方法中的任何一个的方法。在一些示例中，控制器120可以包括数字逻辑，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、(数字信号处理器)DSP或任何其他适当的硬件。在一些示例中，一个或多个存储器元件可以存储用于实现本文描述的操作的数据和/或程序指令。本公开的实施例提供了包括程序指令的有形非暂态存储介质，所述程序指令可操作以对处理器进行编程以执行本文描述和/或要求保护的方法中的任何一个或多个方法和/或提供如本文描述和/或要求保护的数据处理设备。控制器120可以包括模拟控制电路，其提供该控制功能的至少一部分。实施例提供了一种模拟控制电路，其被配置为执行本文描述的方法中的任何一个或多个。

应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与描述的其它特征组合使用，并且还可以与任何其它实施例的一个或多个特征组合使用，或者与任何其它实施例的任何组合使用。此外，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和修改。

Claims (25)

1.一种操作离子迁移光谱仪的方法，所述方法包括：

将气态流体样本引入所述离子迁移光谱仪的反应区；

提供脉冲式电离源的第一脉冲以电离所述气态流体样本，由此获得第一样本离子；

在紧接着所述第一触发器打开离子快门的第一门延迟之后，允许所述第一样本离子的部分离开所述反应区；

提供所述脉冲式电离源的第二脉冲以进一步电离所述气态流体样本，由此获得第二样本离子；

在紧接着所述第一触发器打开所述离子快门的第二门延迟之后，允许所述第二样本离子的部分离开所述反应区，其中所述第二门延迟不同于所述第一门延迟。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二门延迟被选择，以使得第二样本离子的所述部分包括优先于产物离子的反应物离子。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一门延迟比所述第二门延迟更长。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述第一门延迟被选择，以使得第一样本离子的所述部分包括优先于反应物离子的产物离子。

5.根据前述权利要求中任意项所述的方法，包括基于分析第一样本离子的所述部分和第二样本离子的所述部分中的至少一者来获得离子谱数据，并且基于所述分析来控制所述离子迁移光谱仪的离子快门的后续操作。

6.根据权利要求5所述的方法，其中控制所述离子快门的后续操作包括基于所述离子谱数据中的产物离子峰来选择后续门延迟。

7.根据权利要求6所述的方法，其中选择所述后续门延迟包括选择门延迟以增加所述产物离子峰的所述幅度。

8.根据权利要求5到7中任意项所述的方法，其中控制所述离子快门的后续操作包括在与所述产物离子峰相关联的门延迟间隔期间降低门宽。

9.根据前述权利要求中任意项所述的方法，其中至少一个门延迟基于校准物的所述迁移率被选择。

10.根据权利要求1至9中任意项所述的方法，其中引入所述气态流体样本包括操作压力脉冲器以将所述样本引入到所述反应区内，其中所述电离源的所述第一脉冲和所述电离源的所述第二脉冲两者都在所述压力脉冲器的所述下一次操作之前被执行。

11.根据权利要求1至10中任意项所述的方法，包括：

基于分析所述第一样本离子来确定第一离子谱数据；

基于分析所述第二样本离子来确定第二离子谱；以及

组合所述第一离子谱数据和所述第二离子谱数据以提供用于识别所述气态流体样本中的感兴趣物质的组合谱。

12.一种检测器仪器，包括：

脉冲式电离源，用于电离所述检测器仪器的反应区中的气态流体；

离子快门；以及

控制器，其可操作以：

操作所述脉冲式电离源以提供第一脉冲，以电离所述反应区中的气态流体样本，由此获得第一样本离子；

控制所述离子快门以在所述离子发生器的所述操作和打开所述离子快门之间提供第一门延迟，以允许所述第一样本离子的部分离开所述反应区；

操作所述脉冲式电离源以提供第二脉冲，以进一步电离所述反应区中的所述气态流体样本，由此获得第二样本离子；以及

控制所述离子快门以在所述离子发生器的所述操作与打开所述离子快门之间提供第二门延迟，以允许所述第二样本离子的部分离开所述反应区，

其中所述第二门延迟不同于所述第一门延迟。

13.根据权利要求12所述的仪器，其中所述第二门延迟被选择，以使得所述第二样本离子的所述部分包括优先于产物离子的反应物离子。

14.根据权利要求13所述的仪器，其中所述第一门延迟比所述第二门延迟更长。

15.根据权利要求13或14所述的仪器，其中所述第一门延迟被选择，以使得所述第一样本离子的所述部分包括优先于反应物离子的产物离子。

16.根据权利要求13至15中任意项所述的仪器，其中所述控制器被配置成基于分析第一样本离子的所述部分和第二样本离子的所述部分中的至少一者来获得离子谱数据，并且基于所述分析来控制所述离子快门的后续操作。

17.根据权利要求16所述的仪器，其中控制所述离子快门的后续操作包括基于所述离子谱数据中的产物离子峰来选择后续门延迟。

18.根据权利要求17所述的仪器，其中选择所述后续门延迟包括选择门延迟以增加所述产物离子峰的所述幅度。

19.根据权利要求16至17中任意项所述的仪器，其中控制所述离子快门的后续操作包括在与所述产物离子峰相关联的门延迟间隔期间降低门宽。

20.根据权利要求12至19中任意项所述的仪器，其中至少一个门延迟基于校准物的所述迁移率被选择。

21.根据权利要求12至20中任意项所述的仪器，包括压力脉冲器，所述压力脉冲器被布置为将气态流体样本从所述仪器的入口提供到所述反应区内，

其中引入所述气态流体样本包括操作所述压力脉冲器以将所述样本引入到所述反应区内，并且所述控制器被配置使得在操作所述压力脉冲器以将所述样本引入到所述反应区内之后，所述电离源的所述第一脉冲和所述电离源的所述第二脉冲两者都在所述压力脉冲器的所述下一次操作之前被执行。

22.一种配置离子迁移光谱设备的方法，所述方法包括：

对所述设备的控制器进行编程以执行权利要求1至4中任意项所述的方法，

其中所述控制器被连接用于控制所述设备的脉冲式电离源和离子快门。

23.根据权利要求22所述的方法，包括对所述控制器进行编程以执行根据权利要求5至9中任意项所述的方法，

其中所述控制器被耦合到所述设备的检测器用于获得离子谱数据。

24.根据权利要求22或23所述的方法，包括对所述控制器进行编程以执行根据权利要求10所述的方法，其中所述控制器被连接用于控制所述设备的压力脉冲器，以将气态流体样本提供到所述反应区内。

25.一种计算机程序产品，其包括用于对离子迁移光谱设备的控制器进行编程由此执行根据权利要求1至11或22至24中任意项所述的方法的程序指令。

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