CN117120834A - 传输气流量大于10升/分钟的差分迁移率谱仪/质谱仪接口 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于执行差分迁移率谱法的方法和系统。根据本教导的不同方面的系统和方法在大于大约10升/分钟的漂移气体体积流动速度提供差分迁移率分离，所述漂移气体体积流动速度实质上高于在基于DMS的分析中以前报道的和传统使用的那些流动速度。

Description

传输气流量大于10升/分钟的差分迁移率谱仪/质谱仪接口

相关申请

本专利申请要求于2021年3月23日提交的美国临时专利申请No.63/164,727的优先权，以上临时专利申请的公开内容以引用方式全文并入于此。

技术领域

本教导通常涉及将离子引入到差分迁移率谱仪(DMS)中的系统和方法，所述差分迁移率谱仪可以被耦合到质谱仪。

背景技术

质谱法(MS)是用于确定测试物质的元素组成的带有定性应用和定量应用两者的强效分析技术。在传统的MS工作流中，样品被转化为离子，所述离子由于离子的质荷比的差异可以然后通过电场和/或磁场被分开。为了避免离子和背景分子(以及因此可能的离子碎片)之间不期望的碰撞，高分辨率的MS一般将这些离子传送通过多个具有逐渐降低的运行压强的台，其中最终台通常低至10^-5托或者更低。

虽然MS基于离子的质荷比在非常低的运行压强处分离离子，基于离子迁移率的分析技术反而基于离子迁移率的差异通过相对高压强的气体来分离和分析离子。此技术的一个示例运用离子迁移率谱仪(IMS)，其中离子分离基于在处于恒定电场时离子种类的横截面而发生。在离子被运送通过IMS的漂移区时，由于离子种类特有的碰撞横截面，离子种类展现出与漂移气体分子特定的相互作用，从而导致不同的漂移速度，以及最终地导致不同离子种类的每个种类的漂移时间之间可探测的差异。另一个现有的基于离子迁移率的技术是差分迁移率质谱法，其中差分迁移率质谱仪(DMS)基于阿尔法参数(alpha parameter)分离离子，所述阿尔法参数涉及在电场的不同强度下离子迁移率系数的差异。在DMS中，RF电压，通常称作分离电压(SV)，被以垂直于漂移气体流动方向的方向跨漂移管应用。由于在高场部分和低场部分期间迁移率的差异，给定种类的离子在RF波形的每个循环期间倾向于径向地向远离运送室的轴的方向移动特有的距离。DC电势，通常称作补偿电压(CoV)，被施加到DMS，并且提供相对于SV的静电力的抵消静电力。CoV可以被调节从而优选地阻止感兴趣的一个或更多种类的离子的漂移。根据应用，CoV可以被设定到固定值，以仅使带有特定差分迁移率的离子种类经过，同时剩余种类的离子漂移向电极并且被中和。另外地，如果在样品被持续引入DMS中时CoV被扫描为固定SV，迁移率谱可以在DMS传输不同差分迁移率的离子时被生成。现有的差分迁移率质谱仪的示例在美国专利Nos.8,084,736和9,835,588中被描述，所述专利的教导以引用方式全文并入于此。

尽管离子迁移率技术可以被独立使用以分析样品，DMS也可以连接到质谱仪，以作为前端正交分离方法并且提供增强的效率和/或分析效力到DMS-MS系统中。例如，尽管色谱法的分离在串联LC-MS中一般需要若干分钟，因为不同种类的分析物有差别地被从LC柱中洗脱并且洗脱物被运送到离子源，但是DMS分离样品可以在例如，小于一秒的时间内被执行。上述DMS-MS组合利用大气压强、气体相、和DMS的持续分离离子的能力，并且可以增强样品分析的许多方面，包括蛋白质学、多肽/蛋白质构型、药代动力学、代谢作用分析、痕迹量级爆炸物检测、以及石油监控，上述全部为非限制性示例。

对于在质谱法前使用差分迁移率谱法的改进的方法和系统的需求仍然存在。

发明内容

本教导涉及用于差分迁移率谱法的改进的方法和系统。

传统方法和系统通常调整离子在DMS之中的停留时间，为了增强DMS分析的选择性或灵敏度。灵敏度涉及DMS的传输效率(如，由DMS传输的用于探测或进一步分析的感兴趣的离子的百分比)，同时选择性是指DMS区分或分辨不同离子种类的能力。如美国专利8,084,736所描述，被观察到的是提高离子在DMS中的停留时间倾向于通过将漂移气体中的离子更长时间地暴露在DMS电场中来提高离子种类分离的分辨率。然而，通常还认识到此选择性的提高是有代价的，因为由于期望的和不期望的离子两者皆在DMS的电极上中和，提高的停留时间导致减少的传输效率。考虑到此取舍，不同技术已经被开发以允许用户根据需要的分辨率和传输效率组合来“调节”DMS。举例而言，前文所提到的美国专利8,084,736公开了“节流气体”的使用，所述节流气体可以被提供到DMS和下游的探测器或质谱仪之间，以在需要提高的分辨率时，节流或减缓漂移气体通过DMS的流动：“在一些实施例中，可以因此期望的是精准控制加入的节流气体的量…以提供对通过差分迁移率谱仪的气体流动速度一定程度的控制，从而控制灵敏度和选择性之间的取舍。”Col.5,ll.26-32。在美国专利No.9,835,588中描述的另一个现有的设备提供可调整的喷射注入器进口，其中进口的孔尺寸控制停留时间，并且因此，控制选择性和传输效率之间的取舍：“分辨率和灵敏度之间可以用与美国专利No.8,084,736的示例所达成的相似的方式维持有限的控制…没有要求提供额外的气体流动(例如节流气体)或抽空/真空化的需求。”

尽管传统的基于DMS的系统和方法，如上述那些，当调整DMS之中的停留时间时，可能要求在增强分辨率和提高传输率的冲突目标中进行选择，但是本发明的发明人惊奇地发现，通过以显著高于先前报告和传统使用的漂移气流速度(且不使用节流气体)的漂移气流速度进行操作，可以增强DMS的分辨率而不实质上降低传输效率。在此方式中，并且与传统知识相反，根据本教导的DMS可以因此在“离子洗涤器”模式和“高分辨率”模式之间切换，其中所述离子洗涤器模式以最小的损失传输大范围的感兴趣的离子(同时阻挡不想要的离子)，在所述高分辨率模式中一个或更多特定种类的感兴趣的离子可以表现出相对窄的迁移率峰宽，而随着峰分辨率的增加，对传输效率没有实质上的影响。

根据本教导的不同方面，提供了在差分迁移率谱仪中分析离子的方法，所述方法包括以大于大约10升/分钟的流动速度引入漂移气体通过差分迁移率质谱仪的进口，并且在漂移气体运送离子通过差分迁移率谱仪时，使用差分迁移率谱仪对漂移气体内的离子执行差分迁移率分离。在不同方面，方法可以进一步包括，对于所述至少一个种类的感兴趣的离子调整差分迁移率分离的分辨率，而没有实质上调整所述至少一个种类的感兴趣的离子的传输。

在不同相关方面，在所述调整步骤期间，漂移气体通过进口的流速被实质上维持。此外，在一些方面，在所述调整步骤期间，节流气体不仅不需要，也不被提供到所述差分迁移率谱仪的出口。

在特定方面中，分辨率可以通过调整离子在差分迁移率谱仪中的停留时间来被调整。举例而言，方法可以包括调整进口的横截面积以调整离子在差分迁移率谱仪中的停留时间。在特定方面中，减少进口的横截面积可以有效地减少离子在差分迁移率谱仪中的停留时间，同时，增加进口的横截面积可以有效地增加离子在差分迁移率谱仪中的停留时间。

根据本教导，进口可以被调整到各种各样的尺寸，例如根据DMS的尺寸(如，分析间隙的尺寸、电极的几何形状、感兴趣的离子种类的迁移率)。在一些示例方面，进口的直径可以在大约0.5毫米和大约20毫米之间被调整。例如，进口可以被调整到展现大于大约3.5毫米的直径。在一些方面，进口可以被调整到大约5毫米的直径。在不同示例方面，差分迁移率谱仪可以包括以分析间隙分离的平行板电极，其中进口可调整以展现实质上与分析间隙的横截面积相等的面积。

如上文所述，漂移气体通过DMS的进口的体积流动速度可以大于大约10升/分钟。在不同方面，漂移气体供应源可以被提供以供应漂移气体到DMS的进口使得体积流动速度在大约10升/分钟到大约30升/分钟的范围内(如，大约16升/分钟)。

在不同方面，由DMS分离的离子可以被直接探测(如，由在DMS的出口处的探测器)或者可以进行进一步的分析。举例而言，质谱法可以被执行在通过差分迁移率谱仪的出口被传输到质谱仪的进口中的离子上。

根据本教导的不同方面，提供了用于执行差分迁移率谱法的系统，所述系统包括具有进口和出口的壳体。至少两个平行板电极可以被放置在壳体中，并且可以被以固定距离与彼此分开，其中两个电极之间的空间界定分析间隙，离子通过所述分析间隙被从进口运送向出口。电压源可以提供RF和DC电压到平行板电极中的至少一个，以生成电场，其中电场可以基于迁移率特性使选择的离子种类通过。系统可以进一步包括漂移气体源，用于以大于大约10升/分钟的流动速度供应流动通过进口的漂移气体。

在不同方面，进口可以包括用于允许漂移气体横越到壳体中的孔。在特定方面，孔的尺寸可以被选择，例如，通过将具有固定尺寸的孔的进口替换为另一个具有不同尺寸的孔的进口。额外地或另外地，孔的横截面积可以是可调整的。例如，孔可以被调整以展现与分析间隙的横截面积实质上相等的面积。在不同方面，孔的横截面积可以被调整到小于、大于、或等于分析间隙的横截面积。在不同方面，孔的直径可以是在大约0.5毫米到大约20毫米之间可调整的。例如，进口可以被调整以展现大于大约3.5毫米的直径。在一些方面，进口可以被调整到大约5毫米的直径。

在特定方面，孔可以延展通过至少一个电极板，其中所述至少一个电极板从平行板电极中被电分离。在特定方面，电极板可以被替换，例如，如果不同尺寸的孔被期望。

如本文中所述，本教导的特定方面提供，可以调整所述至少一个种类的感兴趣的离子的差分迁移率分离的分辨率，而所述至少一个种类的感兴趣的离子的传输没有被实质上调整。在特定方面，尽管DMS中的离子的线速率可以被增加或减少，例如，根据DMS的进口的尺寸，系统可以维持通过进口的漂移气体的体积流动速度实质上恒定。在这些方面，例如，可以在不使用节流气体的情况下改变停留时间。因此，在某些方面，不提供用于将节流气体添加到壳体的出口的节流气体供应器。在其他实施例中，进口孔可以被保持恒定，并且运送气体流动速率可以通过提供节流气体以减少运送气体的体积流动而被调整。

DMS可以具有各种各样的配置和尺寸。如上文所述，例如，DMS可以包括至少两个平行板电极，所述平行板电极以固定的距离沿着它们的长度彼此分离。在特定方面，分析间隙的横截面积可以是大约20平方毫米。额外地或另外地，在特定方面，分析间隙沿漂移气体流动的方向的长度可以大于大约30毫米(如，大约60毫米)。

在不同方面，壳体的出口可以被密封到包含至少一个质谱仪的真空室的进口。在不同实施例中，额外的节流气体室可以被提供在差分迁移率谱仪和质谱仪的进口之间。在相关方面，气体可以被添加到节流气体室或从节流气体室被移出，以改变通过差分迁移率谱仪的体积流动速度。

申请人的教导的这些和其他特点在本文中公开。

附图说明

本领域的技术人员将理解，下述图仅作展示作用。所述图不倾向于以任何方式限制申请人的教导的范畴。

图1是根据申请人的教导的不同实施例的方面的示例的差分迁移率谱仪的示意性表示。

图2是根据申请人的教导的不同实施例的方面的另一个示例的差分迁移率谱仪的示意性表示。

图3描绘了带有不同尺寸的进口孔的类似图2的差分迁移率系统的差分迁移率系统的性能。

图4描绘了在各种漂移气体体积流速条件下，通过具有各种尺寸进口孔的如图2的差分迁移率系统输送的各种化合物的平均离子传输。

图5描绘了图4对于化合物利血平的结果。

图6描述了在16L/min的漂移气体流速下，用不同尺寸的进口孔，通过类似于图2的差分迁移率系统输送的各种化合物的峰宽(指示分辨率)。

图7描述了在16L/min的漂移气体流速下，用不同尺寸的进口孔，通过类似于图2的差分迁移率系统输送的各种化合物的强度(指示灵敏度)。

具体实施方式

可以理解的是为了简洁性，下文讨论将阐明申请人的教导的实施例的不同方面，同时在方便或适合时省略特定的细节。例如，在不同实施例中相同或相似的特点的讨论可以被稍微简略。已经熟知的想法或概念也可以为了简洁性不被以详细细节讨论。技术人员将认识到，发明人的教导的一些实施例可以不需要每个实施方式中具体地描述的特定细节，所述特定细节在本文公开仅为了提供实施例的全面理解。相似地，明显的是所描述的实施例可以是对根据常用通常知识的更改或变化敏感的，并不超出公开的范畴。以下实施例的详细的描述不能被当作以任何方式限制申请人的教导的范畴。

如本文中所使用的，术语“大约”和“实质上等于”涉及在数值数量中的变化，所述变化可能例如通过实际世界中的测量或处理流程；通过这些过程中疏忽的错误；通过制造、源、或试剂或组成的纯净度的差异；或者类似的来发生。通常，本文所用的术语“约”和“基本上”是指大于或小于所述值或所陈述的值的范围或完整的条件或状态10％。例如，大约30％或基本等于30％的浓度值可以表示27％和33％之间的浓度。这些术语还指本领域技术人员认为是等同的变化，只要这些变化不包含现有技术实践的已知值。

根据本教导的不同方面的系统和方法提供在漂移气体体积流动速度大于大约10升/分钟时的差分迁移率分离，所述漂移气体体积流动速度实质上高于在基于DMS的分析中以前报导和传统使用的那些流动速度。此外，尽管传统差分迁移率分析在增强灵敏度或选择性中的一个时必须通常接受减少的灵敏度或选择性中的另一个，根据本教导的不同方面的系统和方法可以意外地在漂移气体体积流动速度大于大约10升/分钟时，没有实质上牺牲传输效率地增加基于DMS的分析的分辨率。通过运行在此升高的漂移气体流动速度处，根据本教导的系统和方法意外地能够提高感兴趣的离子在DMS中的停留时间(并且甚至不使用节流气体)，而不会由于在DMS电极处的中和而大量损失所期望的离子。

图1示意性地描绘了用于根据申请人的教导的不同方面执行差分迁移率法的示例的系统100的实施例。如示出的，系统100包括环绕两个平行板电极130的壳体120，所述平行板电极130以固定的距离被分开，以在平行板电极之间界定分析间隙132。壳体120具有进口120a和出口120b，使得离子102可以进入进口120a，通过电极130之间的分析间隙132流动，并且离开出口120b。尽管图1中未示出，出口120b可以例如被密封到下游真空室，所述真空室容纳有用于直接探测通过出口120b传输的离子种类的探测器，或容纳一个或更多用于进一步处理传输的离子的质量分析器(如，质量分析)。在此方式中，差分迁移率分离可以被执行在以10升/分钟或更大的体积流动速度流动通过分析间隙132的漂移气体之中运输的离子102上，所述体积流动速度实质上高于以前报导的用于基于DMS的分析的那些流动速度。

电极130可以具有各种各样的尺寸和配置，但是如示出的，通常被分开固定的距离，从而界定沿着其长度具有固定的横截面尺寸和形状的分析间隙132。举非限制性示例而言，分析间隙132可以展现至少0.25毫米(如，大约1毫米)的高度(即，电极132之间的距离)、至少5毫米的宽度(如，大约20毫米)以及大于大约30毫米的长度(如，大约60毫米)。分析间隙132可以因此展现垂直于漂移气体流动的方向的在大约1.25平方毫米到大于20平方毫米的范围内的横截面积，以及在大约37.5立方毫米到大于1200立方毫米的范围内的体积，上述全部为非限制性示例。

壳体120的进口120a也可以具有各种各样的尺寸和配置，但如图1所示出，通常提供孔122a，离子102可以通过所述孔122a进入分析间隙132。根据本教导的不同方面，孔可以是圆形的、缝形的或任意其他适用的形状，所述形状可以与分析间隙132的横截面形状相同或不同，其中离子102通过所述孔经过进入壳体。尽管孔122a可以如下文所述展现不同的尺寸，图1所描绘的示例进口120a可以包括具有固定横截面尺寸的圆型的孔122a，其中至少10升/分钟的漂移气体可以流动通过所述孔122a。举非限制性示例而言，圆形的孔122a可以具有在大约0.5毫米到大于5毫米的范围内的直径，所述直径代表大约0.8平方毫米到大于20平方毫米的面积，并且所述面积可以小于、等于、或大于分析间隙132的横截面积。非圆形的孔可以同样地展现相似面积。在一些特定的方面，圆形的孔122a可以展现大于3.5毫米的直径，所述直径被使用在传统DMS系统中。例如，美国专利No.9,835,588指出，当漂移气体的体积流动速度实质上低于根据本教导所描述的10升/分钟时，随着孔的直径扩展超过2.25毫米，传输效率持续下降。对于相关领域的技术人员清楚的是壳体120可以由绝缘材料构成，例如陶瓷，同时进口120a(或其中环绕孔122a的部分)将是导电材料，例如不同金属或带有导电镀层的陶瓷。作为非限制性示例，孔122a可以形成在可以被焖烧(braised)到壳体120上的透镜中。

通过分析间隙132经过的离子经受由电极130生成的变化的电场，所述电极可以耦合到一个或更多电源供应源104a、b，所述电源供给104a、b在控制器106的控制下运行，用于供应分离电压(SV)和补偿电压(CoV)到电极130。虽然电极130在本文中被用同一标识符(130)描述，可以理解的是电极可以被配置使得分离的RF和/或DC电势可以被分离地传输到两个电极中的每个电极，使得电极对作为独立的电极运行。进一步而言，技术人员将理解到SV和CoV可以在离子沿电极130的长度横越通过分析间隙132时，分离具有不同离子迁移率属性的离子。例如，SV跨分析间隙132生成垂直于漂移气体流动的方向的电场，所述SV可以是被施加到电极130的非对称性RF电压。由于不同的离子种类在SV的高场部分和低场部分期间的迁移率的差异，给定种类的离子倾向于在每个RF波形期间，朝向或背向电极130移动特有的量。可能是DC电势的CoV被施加到DMS，并且可以提供对于SV的静电力的抵消静电力。CoV可以被调节从而优选地恢复特定离子的稳定轨迹，使得它们横越分析间隙的全部长度并且离开出口120b。根据应用，CoV可以被设置到固定的值，使得在特定的差分迁移率范围内的一个或更多种类可以在不被电极130中和的情况下横越分析间隙132并且离开出口120b。也可以理解的是，如果在离子102持续通过壳体进口120a时CoV被扫描为固定的SV，迁移率谱可以在不同差分迁移率的离子横越分析间隙132的长度时被生成。如本领域技术人员可以理解的，差分迁移谱仪也可以被控制以在“透明”模式运行，例如，将SV和CoV设置到0，使得基本上所有离子在不经历净径向力的情况下被传输通过。

如示出的，壳体120被放置在被幕板112界定的幕室110中。幕板112包含与壳体120的进口连通的开口112a。气幕供应源114由导管114a流体连接到幕室110，并且提供气幕到幕室110。如图1的箭头所示，幕室110内的气幕的压强可以不仅提供从开口112a出来的气幕流出，而且也提供到壳体120的进口120a中的气幕流入，所述流入成为携带离子102通过分析间隙132到出口120b的漂移气体。在一些方面，电压可以从适用的源被施加到幕板112，以推进离子102穿过幕板112和进口120a之间的间隙到壳体120。在进入外壳120时，离子102沿着漂移气体被扫描(swept)，并且施加到平行板电极的非对称性电压导致离子基于离子迁移率属性的分离。离子102和漂移气体继续沿着分析间隙132移动到出口120b，离子在所述出口可以经受进一步的处理。此设备的示例性示例包括探测器、质量过滤器、质谱仪、其他种类的谱仪例如Raman或IR以及其他基于迁移率的设备(例如另一个DMS系统)、高场非对称性波形离子迁移率谱仪以及离子迁移率谱仪设备。

根据本教导的不同方面，气幕供应源114可以在选择的压强和/或体积流动速度处供应气幕，使得通过分析间隙132的漂移气体流动可以被保持在大于大约10升/分钟的体积流动速度处(如，在大约10升/分钟到大约30升/分钟的范围内，大约16升/分钟)，所述体积流动速度，如前文所提到，实质上高于以前报导的和传统使用的用于基于DMS的分析的那些流动速度。如示出的，壳体120被配置使得气幕仅可以通过壳体进口120a的方式进入和流过平行板电极，并且仅可以通过壳体出口120b的方式离开壳体120。如本文在其他方面所述，壳体120的出口120b可以被密封到相对低压强的区域(如，真空室，图1中未示出)使得从此低压强区域的吸出有效地帮助拖动漂移气体进入壳体120并且以本文所述的升高的体积流动速度通过分析间隙132。例如，出口120b可以是质谱仪的真空进口。在此实例中，气幕在幕室110的压强可以被维持在或接近大气压强(如，～760托)同时真空室可以被维持在低于30托的压强，或举非限制性示例而言，大约6托的压强。对于相关领域的技术人员也清楚的是当DMS系统100包括在出口120b下游的质谱仪时，可以在DMS电极130的出口120b和MS进口之间包括节流气体室，如描述在，例如，美国专利Nos.8,084,736、8,513,600和9,171,711中，上述全部专利以引用的方式并入于本文。举例而言，气体可以被添加到(如，经由节流气体供应源)节流气体室或从节流气体室中移出，以改变通过电极130的体积流动速度。额外地或另外地，可以理解的是在进口120a之前的区域的压强可以被提高以导致漂移气体以本文讨论的升高的体积流动速度被“推动”通过分析间隙132，而不是被从出口120b被“拉出”。举非限制性示例而言，进口120a之前的区域的压强可以大于760托。

本领域的技术人员可以理解的是气幕供应源114可以经由气幕导管114a以例如由流动控制器和阀确定的流动速度来提供任意纯净的或混合的成分的气幕到气幕室110。举非限制性示例而言，气幕可以是空气、O₂、He、N₂、CO₂、SF₆、或它们的任意组合。此外，系统100可以包括改性剂供应源(未示出)，用于供应改性剂试剂到气幕，所述改性剂试剂可以导致离子在SV的高场部分和低场部分期间差分地聚集。如本领域的技术人员将理解的，改性剂供应源可以是固体、液体或气体的储存器，气幕通过所述储存器被递送到气幕室110。举例而言，气幕可以气泡通过液体改性剂供应源。另外地，改性剂液体或气体可以被混入气幕中，例如，通过LC泵、注射泵、或其他用于将改性剂以已知的速度分配到气幕中的分配装置。例如，改性剂可以被使用泵引入，从而在气幕中提供选择浓度的改性剂。改性剂供应源可以提供任意改性剂，包括，举非限制性示例而言，丙酮，乙腈，乙酸乙酯，水，甲醇，异丙醇，二氯甲烷，二溴甲烷，或它们的任何组合。可选地，气幕导管114a和/或气幕室110可以包括加热器(未示出)，用于加热气幕和改性剂的混合物，以进一步控制改性剂在气幕中的比例。当在幕室110中的气幕可以包括改性剂时，运送通过壳体120的漂移气体也可以包括改性剂。

离子102可以从离子源被提供并且经由幕室进口112a被排放到幕室110中。如本领域的技术人员将理解的，离子源几乎可以是任意现有技术中已知的离子源，包括例如，连续离子源、脉冲离子源、大气压化学电离(APCI)离子源、电喷雾电离(ESI)离子源、电感耦合等离子体(ICP)离子源、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源，辉光放电离子源，电子冲击离子源，化学电离源或光电离离子源等。

如上文所述，示例的系统100可以额外地包括控制器106，用于控制所述系统100的运行。举例而言，控制器106可以包括用于处理信息的处理器。控制器106也可以包括数据存储器(未示出)，用于存储数据(如，在数据库或库中)和由处理器执行的指令等。数据存储器(未示出)也可以被用于在执行指令期间存储将由处理器执行的临时变量或其他中间信息。

控制器106也可以可操作地关联到输出设备，例如显示器(如，阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)，用于显示信息给电脑用户)和/或输入装置，包括字母数字的键和其他键和/或鼠标控制，用于交互信息和指令选择到处理器。与本教导的特定实施例一致，控制器106可以执行包含在数据存储器(未示出)中的一个或更多指令的一个或更多序列，例如，或从另一个计算机可读取的介质中读取内存，例如存储器设备(如，盘)。本教导的实施例不限于硬件电路和软件任意的特定组合。

现在参考图2，描绘了根据本教导的不同方面的另一个示例的系统200。系统200与图1的系统100相似(带有具有相似标识符的相似原件)，但是不同之处在于壳体220的进口包括喷气注入器电极220a，进口孔222a通过所述电极220a延展。如图2所示出，导电的喷气注入器电极220a被放置在幕板212和平行板电极230之间，并且可以耦合到动力源(如，动力源204a、b或分离的动力源(未示出))，使得不同的电信号可以如下文所述被施加到喷气注入器板220a。尽管图2中喷气注入器电极220a被描绘为单个的板电极，可以理解的是壳体进口也可以由两个或更多彼此绝缘的电极组成，从而形成多电极进口。

喷气注入电极220a可以被密封地关联到壳体220，从而阻止通过孔222a或出口220b之外的流入气体进入分析间隙232或流出气体离开分析间隙232。为了阻止施加到平行板电极230的电压也被施加到喷气注入电极220a，喷气注入电极220a可以被从平行板电极230电隔绝，例如，由如图2所示出的绝缘材料224。举非限制性示例而言，喷气注入电极220a可以包括导电板，所述导电板可以被焖烧到形成壳体220和/或平行板电极230的前端的非导电的陶瓷支架。喷气注入器电极220A也可由非导电材料制成，例如具有导电涂层的陶瓷。另外地，绝缘材料224可以被替换为静态气体间隙，只要喷气注入器电极220a保持密封地关联到壳体220，以防止气体从外壳220流出，而不是通过喷气注入器孔222a或出口220b流出。

尽管喷气注入电极220a的孔222a可以是任意尺寸和形状，本教导的特定方面提供孔222a可以展现比分析间隙232的横截面积更小的面积，以借由气体流动动力学和/或离子漏斗来提高进入幕板开口212a的离子进入分析间隙232中的传输率。例如，在一些方面，喷气注入器电极220a可以在与平行板电极相似或不同的DC电势处被运行，以通过减少离子在通过幕板开口212a之后经受的边缘场的发散效应来提高通过孔222a的传输率，所述发散效应例如可以导致离子撞击到壳体220。此外，本领域的技术人员将理解到的是，由于CoV对离子从中心轴的位移的影响，进入分析间隙232的与中心轴有一定距离的离子可能更容易被中和在电极230处。即，如果离子的最初的径向位置在离子进入分析间隙232时远离中心太多，那么选择用来传输该特定离子种类的SV/CoV的组合可以依旧不能传输这个种类的离子。不被特定理论限制的情况下，被相信的是较小的孔222a(相对于分析间隙232的横截面)可以借由由限制导致的较高的气体流动的线速率，来将离子更多地引导向分析间隙232的中心，以改善离子最初位置，从而潜在地改善通过电极230的离子转移。额外地，在多电极配置中，辅助性的周期性的/简谐性的RF/AC电场可以被生成在进口电极之间，以进一步将离子聚焦向孔222a的中心，从而进一步提高离子注入的效率。

根据本教导的不同方面，孔222a的尺寸可以被选择，例如，以控制离子在分析间隙中的停留时间，以调整系统200的选择性。举例而言，提高进口孔222a的横截面积可以有效地减缓离子的线速率，从而提高离子经受分析间隙232中差分迁移率场的时间期间。本领域的技术人员考虑本教导将理解的是，例如，对于给定的体积流动速度(如10升/分钟)，离子和运送气体的通过孔222a和分析间隙232的线速率在孔222a的面积提高时降低。同样地，可以理解的是降低孔222a的面积可以在离子和运送气体的线速率对于给定的体积流动速度提高时降低离子在分析间隙232中的停留时间。

在一些实施例中，孔222a的尺寸可以被选择，例如，由移出第一喷气注入器电极220a并且将它替换为具有不同尺寸的孔的另一个喷气电极220a。额外地或另外地，本教导的一些方面提供壳体220的进口包括具有能够在原位调整的尺寸的孔222a。因此，与其替换不同喷气注入器电极以达成期望的停留时间，举非限制性实施例而言，孔222a本身可以被配置为使用可变光阑(iris-diaphragm)控制系统来被改变。可以理解的是可变光阑流动控制系统与用于控制进入相机的光的量的相机镜头中的孔径系统在概念上相似。在此方面，光阑可以包括在流动路径周围圆形地排布的多个指，所述指被控制以移动进入和离开流动路径，以阻碍或疏通漂移气体的流动。通常地，所运用的指越多，形成的孔越圆，但是以提高的复杂度为代价。

在特定的方面，孔222a可以展现可调整的直径，所述直径可以被控制在大约0.5毫米到大约20毫米的范围内(如，大约5毫米)。孔的横截面积可以被调整以小于、大于、或等于分析间隙232的横截面积。例如，直径5毫米的孔可以展现大约等于分析间隙232的横截面积的横截面积，其中分析间隙232的间隙高度为1毫米并且间隙宽度为20毫米。考虑到上文，根据本教导的一些方面的系统可以运用相对小直径的孔222a，以作为“离子洗涤器”使用，用于以最小化的损失(同时阻挡不想要的离子)传输大范围感兴趣的离子，同时较大直径的孔222a可以被使用以提供“高分辨率”分析，其中一个或更多特定种类的感兴趣的离子可以被从彼此分辨。然而，与传统知识相反，本文所描述的系统可以提供这种提高的选择性，并且在峰分辨率提高时没有实质上影响传续效率。更多地，因为根据本教导的系统和方法运用实质上高于现有DMS系统使用的漂移气体体积流动速度的漂移气体体积流动速度，所导致的气体速率的增长可以进一步减少离子在边缘离散场中的暴露时间，因此进一步改善离子传输率。

示例

申请人的教导的意外的结果可以参考下述示例甚至被更全面的了解，所述示例展示了针对大于大约10升/分钟的漂移气体体积流动速度，分辨率可以被出乎意料地增强，而且没有实质上减少传输效率。所主张的是这些示例仅被考虑为示例的，并且对于本领域技术人员来说，通过阅读本说明书和实践本文所公开的本教导，申请人教导的其他实施方案将是清楚的。

在大约16升/分钟的漂移气体体积流动速度处，测试带有具有3.5毫米、4.0毫米、4.5毫米、以及5.0毫米的直径的进口孔(如，孔222a)的如图2所示的差分迁移率系统的性能。DMS单元具有1毫米的间隙高度、20毫米的宽度、63毫米的长度。这些不同尺寸的孔在不同的SV条件下对于峰宽的作用被描绘在图3。在这四个配置中，具有直径3.5毫米的孔展现最宽的峰宽(如，在SV＝2000V处，FWHM～5.5V)，峰宽在孔的直径增加时逐步减少。具有直径5毫米的孔导致最窄的峰宽(如，在SV＝2000V处，FWHM～3.7V)，从而指示增强的分辨率。此数据表明随着在高于10升/分钟的升高的流速下操作的系统中的孔尺寸减少，会生成更强的气体束，因此降低整体的停留时间并且减少DMS的分辨率(即，增宽峰)。换句话说，此数据表明增加孔尺寸会增加停留时间并且增加分辨率。

图4描绘了21种不同化合物的混合体在通过具有进口孔直径3.5毫米、4.0毫米、4.5毫米、以及5.0毫米的如图2所示的四个差分迁移率系统的平均相对离子传输率，同时漂移气体体积流动速度在3升/分钟到16升/分钟之间变化。数据也被显示在下列表格中。

尽管本领域中以前认知的是增加DMS中的停留时间将可能导致增加分辨率，如上文参考图3所论述，也普遍地被相信的是停留时间的此增加将由于灵敏度和选择性之间的取舍导致减少的传输效率。如图4在漂移气体流动小于大约10升/min的条件下所示，根据传统思想，传输效率通常在孔尺寸增加时减少。然而在漂移气体流动为至少大约10升/分钟的条件下，图4意外地证明了随着孔尺寸和停留时间的增加，离子传输率并没有实质上减少。数据示出随着运送气体流动速度的增加，采用可变的喷气注入器进口直径的信号损耗被实质上地降低了，使得少于10％的信号减少在气体通量大于10升/分钟的情况下被测量到。

图5描绘了图4的实验单独地对于化合物利血平的结果。如示出的，对于在10升/分钟或更大处测试的每个流动速度，利血平离子在5.0毫米的进口孔直径处的相对传输为在3.5毫米处的强度的至少90％，而跨相同进口的孔减少，在7升/分钟、4升/分钟和2升/分钟的相应流速下，传输降低至大约80％、67％和45％。

图6和7分别地描绘了21种不同化合物的峰宽和强度，所述化合物被传输通过与图2的差分迁移率系统相似的差分迁移率系统，并且所述系统具有3.5毫米、4.0毫米、4.5毫米、以及5.0毫米的进口孔直径，并且具有16升/分钟的漂移气体体积流动速度。对比图6和7，将被理解的是在16升/分钟的漂移气体流动速度处，对于大部分化合物，在孔尺寸增加时分辨率增加(即，峰宽减少)，同时传输效率(即，强度)保持实质上不变。数据也被显示在下列表格中：

共同地，图3-7演示了在通过DMS池的体积气体流动速度大于大约10升/分钟时，实现可调峰宽(分辨率)而没有实质传输损失的巨大且不可预见的能力。没有被任何特定理论限制，被相信的是此升高的体积流动速度增加漂移气体速率，足以减少暴露于DMS电极的进口边缘场，因此减少离子损失。对本领域的技术人员清楚的是在高分辨率处保持接近最大传输率是相比以前的带有低气体通量的DMS设备的主要优势。在一些条件下，这可以消除对于可调整的分辨率的需求(即，在所有时间处保持高分辨率，由于没有明显的传输率惩罚)。

本文中使用的分区标题仅为组织的目的，并且不作为限制被构造。尽管申请人的教导结合不同实施例被描述，没有主张的是申请人的教导被限制到此实施例。相反的，申请人的教导包括不同替代物、修改、以及相等物，如本领域的技术人员将理解到的。

Claims (27)

1.一种在差分迁移率谱仪中分析离子的方法，包括：

通过差分迁移率谱仪的进口以大于约10升/分钟的流动速度引入漂移气体；

在漂移气体运送离子通过其中时，使用差分迁移率谱仪对漂移气体中的离子执行差分迁移率分离。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调整针对至少一个种类的感兴趣的离子的差分迁移率分离的分辨率，而没有实质上地调整所述至少一个种类的感兴趣的离子的传输。

3.根据权利要求2所述的方法，其中漂移气体通过进口的流动速度在所述调整步骤期间被实质上地维持。

4.根据权利要求2-3中任何一个权利要求所述的方法，其中节流气体在所述调整步骤期间没有被提供到所述差分迁移率谱仪的出口。

5.根据前述权利要求中的任何一个权利要求所述的方法，进一步包括调整进口的横截面积，以调整离子在差分迁移率谱仪之中的停留时间。

6.根据前述权利要求中的任何一个权利要求所述的方法，进一步包括调整进口的直径到大约0.5毫米到大约20毫米的范围中。

7.根据权利要求6所述的方法，其中进口的直径能够被调整到大约5毫米。

8.根据前述权利要求中的任何一个权利要求所述的方法，其中差分迁移率谱仪包括由分析间隙分离的平行板电极，并且其中进口相对于分析间隙的横截面积是能够被调整的。

9.根据前述权利要求中的任何一个权利要求所述的方法，其中漂移气体通过进口的流动速度在大约10升/分钟到大约30升/分钟的范围中。

10.根据前述权利要求中的任何一个权利要求所述的方法，其中差分迁移率谱仪的出口被密封到包含至少一个质谱仪的真空室的进口，所述方法进一步包括对通过差分迁移率谱仪的出口被运送到质谱仪的进口中的离子执行质谱法。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括通过添加或移除差分迁移率谱仪的出口和包含至少一个质谱仪的真空室的进口之间的气体，调整针对至少一个种类的感兴趣的离子的差分迁移率分离的分辨率。

12.一种系统，包括：

壳体，所述壳体具有进口和出口；

至少两个平行板电极，所述至少两个平行板电极被放置在所述壳体之中并且彼此分离固定距离，两个电极之间的体积界定分析间隙，离子通过所述分析间隙被从进口朝向出口运送；

电压源，所述电压源用于提供RF和DC电压到至少一个平行板电极以生成电场，所述电场用于基于迁移率特性使选择的离子种类通过；以及

漂移气体供应源，用于以大于大约10升/分钟的流动速度供应流动通过进口的气体。

13.根据权利要求12所述的系统，其中进口包括用于允许漂移气体横越到壳体中的孔。

14.根据权利要求13所述的系统，其中孔的横截面积是能够被调整的。

15.根据权利要求14所述的系统，其中孔是能够被调整的以展现实质上小于、等于、或大于分析间隙的横截面积的面积。

16.根据权利要求14所述的系统，其中进口的直径能够被调整到大于3.5毫米。

17.根据权利要求14所述的系统，其中进口的直径能够被调整到大约0.5毫米到大约20毫米之间。

18.根据权利要求13-17中的任何一个权利要求所述的系统，其中孔延展通过至少一个电极板，其中所述至少一个电极板被从平行板电极电分离。

19.根据权利要求12-18中的任何一个权利要求所述的系统，其中没有提供用于添加节流气体到壳体的出口的节流气体供应源。

20.根据权利要求12-18中的任何一个权利要求所述的系统，其中提供用于添加节流气体到壳体的出口的节流气体供应源。

21.根据权利要求20所述的系统，其中对节流气体的调整被配置为修改在差分迁移率谱仪之中的停留时间。

22.根据权利要求12-21中的任何一个权利要求所述的系统，其中分析间隙的横截面积是大约20平方毫米。

23.根据权利要求12-22中的任何一个权利要求所述的系统，其中分析间隙沿着漂移气体流动的方向的长度大于大约30毫米。

24.根据权利要求12-23中的任何一个权利要求所述的系统，其中出口被密封到包含至少一个质谱仪的真空室的进口。

25.根据权利要求12-24中的任何一个权利要求所述的系统，进一步包括：

幕室，壳体被放置在所述幕室之中；以及

气幕供应源，用于提供气幕流动到幕室中，其中气幕流动被以大于漂移气体流动速度的流动速度的流动速度来提供。

26.根据权利要求25所述的系统，其中气幕的一部分从幕板中的孔流出，并且剩余气幕形成漂移气体。

27.根据权利要求12-26中的任何一个权利要求所述的系统，其中漂移气体包括气体的混合物和化学改性剂中的至少一个。