DE112014005868T5

DE112014005868T5 - Wanderwellen-IMS mit Gegenstrom von Gas

Info

Publication number: DE112014005868T5
Application number: DE112014005868.8T
Authority: DE
Inventors: Kevin Giles; Martin Raymond Green; David J. Langridge; Steven Derek Pringle; Jason Lee Wildgoose
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-09-15
Also published as: US20160320340A1; US9939408B2; WO2015097462A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Trennen von Ionen nach Masse-zu-Ladungs-Verhältnis offenbart. Das Verfahren umfasst: eine Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst; Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben; und Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der UK-Patentanmeldung Nr. 1323004.0 , die am 24. Dezember 2013 eingereicht wurde, sowie der europäischen Patentanmeldung Nr. 13199573.0 , die am 24. Dezember 2013 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt dieser Anmeldungen ist hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Hintergrund der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionentrennvorrichtung.
Ionenmobilitätsspektrometer oder Ionenmobilitätsseparatoren sind wohlbekannt. Ein bestimmter bekannter Ionenmobilitätsseparator ist mit Bezug auf 7 von US-6630662 (Loboda) beschrieben. Der bekannte Ionenmobilitätsseparator umfasst einen segmentierten Quadrupolstabsatz-Ionenmobilitätsseparator. Ein axialer Gleichspannungsgradient wird entlang der Länge des Ionenmobilitätsseparators aufrechterhalten und ein Gegenstrom von Gas wird bereitgestellt.
Ein Problem bei der bekannten Anordnung ist, dass der Ionenmobilitätsseparator im Wesentlichen äquivalent zu einem herkömmlichen Ionenmobilitätsseparator mit einer längeren Driftlänge ist. Obwohl die Anordnung, die in US-6630662 offenbart ist, es ermöglicht, einen kompakteren Ionenmobilitätsseparator bereitzustellen, bietet sie keine andere Verbesserung.
Es ist erwünscht, ein verbessertes Verfahren zum Trennen von Ionen und eine verbesserte Trennvorrichtung bereitzustellen.
Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trennen von Ionen bereit, das Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben;
Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; und
Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden;
wobei der Gasstrom während der ersten und der zweiten Betriebsart bereitgestellt wird.
Ein besonderer Vorteil der Trennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die Trennvorrichtung eine verbesserte Funktionalität im Vergleich zu herkömmlichen Ionenmobilitätsseparatoren wie etwa dem Ionenmobilitätsseparator, der in US-6630662 offenbart ist, bietet.
Die vorliegende Erfindung ist darin besonders vorteilhaft, dass der bevorzugte Ionenseparator eine verbesserte Ionenmobilitätstrennung und Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennung aufweist und leicht zwischen verschiedenen Betriebsarten umgeschaltet werden kann. In einer Betriebsart werden Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität (oder ihrem Stoßquerschnitt) getrennt und in einer weiteren Betriebsart werden Ionen gemäß ihrer Masse oder ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt. Dies ist mit der Anordnung, die in US-6630662 offenbart ist, nicht möglich.
Wie Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden, können herkömmliche Ionenmobilitätsseparatoren, die eine Gleichspannungsdriftröhre verwenden, nicht in einer Betriebsart betrieben wird, in der die Trennung vorwiegend von der Masse oder dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis abhängt, da der Trennungsmechanismus im Vergleich zu Wanderwellen-Ionenmobilitätsseparatoren (d. h. Vorrichtungen, bei denen eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden angelegt werden, die den Ionenmobilitätsseparator bilden) grundlegend verschieden ist.
Ein Gegenstrom von Gas wird verwendet, um einen Ionenmobilitätsseparator oder -filter und einen Massen- oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Separator oder -Filter bereitzustellen, welcher in der Lage ist, Ionen zeitlich zu trennen, vorzugsweise aus einem kontinuierlichen Ionenstrahl heraus.
Die Verwendung eines Gegengasstroms zum Verbessern einer Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung ist kontraintuitiv, da im Allgemeinen erwünscht ist, dass die Trennung nach Masse-zu-Ladungs-Verhältnis bei niedrigen Drücken ausgeführt wird, während mit der Verwendung eines Gegengasstroms üblicherweise der Effekt der Erhöhung des Drucks in der Vorrichtung assoziiert worden ist.
Die bevorzugte Trennvorrichtung umfasst vorzugsweise eine HF-begrenzte Ionenführung. Ionen werden entlang und durch die axiale Länge der Ionenführung getrieben, indem eine Wanderwelle oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungspotentiale oder Gleichspannungen an die Elektroden der Ionenführung angelegt werden. Die Ionenführung wird mit einem Puffergas (beispielsweise Helium oder Stickstoff) versorgt, so dass Ionen, die in die Ionenführung aufgenommen werden und vorwärts durch die Ionenführung durchgelassen werden, gemäß ihrer Ionenmobilität oder ihrem Stoßquerschnitt während des Durchlaufens der Ionenführung in der Zeit getrennt werden. Das Puffergas wird in einer Richtung zugeführt oder dazu veranlasst, in einer Richtung zu strömen, die entgegengesetzt oder geneigt zu der Richtung, in der die Wanderwelle oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden angelegt werden, und der Richtung, in der eine axiale Gleichspannungspotentialbarriere entlang der Länge der Ionenführung verschoben wird, ist. Beispielsweise können gemäß einer Ausführungsform eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale fortschreitend an die Elektroden angelegt werden, so dass sich eine axiale Gleichspannungs-Potentialbarriere von einem Eingang der Vorrichtung zu einem Ausgang der Vorrichtung bewegt, und zu der gleichen Zeit ein Puffergas vorzugsweise dazu ausgelegt ist, von dem Ausgang der Vorrichtung in Richtung des Eingangs der Vorrichtung, d. h. in einer entgegengesetzten Richtung zu der Bewegungsrichtung der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, die an die Elektroden angelegt sind, zu strömen.
In einem Ionenmobilitätsseparator, der eine Wanderwelle oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale verwendet, um Ionen entlang der axialen Länge der Vorrichtung zu treiben, ist es selbstverständlich, dass Ionen keine kontinuierliche Kraft erfahren, die die Ionen in Richtung des Ausgangs der Vorrichtung antreibt. Ionen werden durch die Wanderwelle oder transiente Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren überholt, während die Ionen zeitlich getrennt werden, und erfahren somit nur für einen Teil der Zeit, die die Ionen benötigen, um die Vorrichtung zu durchqueren, eine Antriebskraft in Richtung des Ausgangs. Für den Rest der Zeit erfahren die Ionen entweder keine Kraft oder eine Netto-Kraft, die die Ionen zurück in Richtung des Eingangs der Vorrichtung antreibt.
Es wird daher von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden, dass die Natur der Ionenmobilitätstrennung, die durch einen Wanderwellen-Ionenmobilitätsseparator gemäß der bevorzugten Ausführungsform genutzt wird, sich deutlich von dem Mechanismus unterscheidet, der Ionen in einem herkömmlichen Ionenmobilitätsseparator trennt. Wie Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden, verwendet ein herkömmlicher Ionenmobilitätsseparator eine Driftzelle in Kombination mit einem statischen Gleichspannungsfeld, das entlang der axialen Länge des Ionenmobilitätsseparators aufrechterhalten wird.
Die unterschiedliche Natur der Ionenmobilitätstrennung, die ein Wanderwellen-Ionenmobilitätsseparator verwendet, ist grundlegend für den Betrieb eines Wanderwellen-Separators. Wenn der Ionenmobilitätsseparator so betrieben wird, dass die Wellen oder transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale entlang der Länge der Vorrichtung mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten verschoben werden, dann erreichen Ionen eine Endgeschwindigkeit und werden zeitlich überwiegend entsprechend ihrer Ionenmobilität oder ihres Stoßquerschnitts getrennt.
Ein Anwenden eines Gegenstroms von Gas in einer Richtung, die im Wesentlichen zu der Richtung entgegengesetzt ist, in der sich die Wanderwelle entlang der Länge des Ionenmobilitätsseparators ausbreitet, erhöht die Ionenmobilitätstrennleistung und verlängert die Ionenmobilitätsdriftzeit. Darüber hinaus kann der Ionenmobilitätsseparator leicht angepasst werden, um den Mechanismus zu ändern, durch den die Ionen zeitlich getrennt werden, d. h. die Vorrichtung kann leicht gesteuert werden, um Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität oder ihrem Stoßquerschnitt zu trennen, und dann angepasst werden, um Ionen gemäß ihrer Masse oder ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu trennen.
Wenn ein Gegenstrom von Gas auf den Ionenmobilitätsseparator angewendet wird, ist für eine gegebene Wellenamplitude und Geschwindigkeit die Driftzeit verlängert, weil ein Ion einer bestimmten Ionenmobilität oder eines bestimmten Stoßquerschnitts durch die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale überholt wird, da sie während ihrer Driftzeit mehrmals sequentiell an benachbarten Elektroden angelegt werden. Der gleiche Effekt kann durch Erhöhen der Wanderwellengeschwindigkeit oder Verringern der Zeit zwischen dem Anlegen von transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentialen an benachbarte Elektroden erzielt werden.
Intuitiv könnte dies als äquivalent zum Anwenden eines Gegenstroms von Gas angesehen werden, da die Driftzeit für ein Ion von gegebener Mobilität erhöht wird und somit die Anzahl der Male, die Ionen durch die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale überholt werden, erhöht wird. Doch im Gegensatz zum Anwenden eines Gegenstroms von Gas führt die Maßnahme des Erhöhens der Wanderwellengeschwindigkeit tatsächlich nicht zu einer signifikanten Erhöhung der Ionenmobilitätstrennleistung oder Ionenmobilitätsauflösung des Systems. Tatsächlich beginnt die Vorrichtung dann, wenn die Geschwindigkeit der Wanderwelle oder der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale deutlich erhöht wird, Ionen überwiegend nach ihrer Masse oder ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis und nicht nach ihrer Ionenmobilität zu trennen.
Das Anwenden eines Gegenstroms von Gas in Verbindung mit einem Wanderwellen-Ionenmobilitätsseparator hat mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Anordnungen einschließlich herkömmlichen Anordnungen, die einen Gegenstrom von Gas verwenden.
Die Auflösung von herkömmlichen Ionenmobilitätsseparatoren, die Ionen entlang der Länge des Ionenmobilitätsseparators gegen ein statisches Puffergas treiben, hängt von der Quadratwurzel des elektrischen Feldes, das entlang der axialen Länge des Ionenmobilitätsseparators angelegt ist, und von der Quadratwurzel der Länge der Vorrichtung ab.
Für herkömmliche Ionenmobilitätstrennvorrichtungen, die statische Gleichspannungsfelder einsetzen, wird der Potentialabfall über die Ionenmobilitätstrennvorrichtung hinweg relativ groß, um das elektrische Feld über längere Ionenmobilitätstrennungszellen hinweg aufrechtzuerhalten, und schließlich aufgrund der Entladung unpraktisch. Im Gegensatz dazu leiden Wanderwellen-Ionenmobilitätsseparatoren gemäß der bevorzugten Ausführungsform nicht unter dieser Beschränkung und zudem kann die Amplitude der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials, das vorzugsweise an die Elektroden angelegt wird, relativ gering sein, und die Amplitude der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials ist vorzugsweise unabhängig von der Länge der Vorrichtung.
Ein vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass vorzugsweise eine erweiterte hochauflösende Ionenmobilitätstrennvorrichtung bereitgestellt ist, die unter Verwendung von transienten Gleichspannungen relativ niedriger Amplitude betrieben werden kann. Die Amplitude der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, die an die Elektroden angelegt werden, ist relativ gering im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen, die eine axiale Gleichspannungs-Antriebskraft nutzen.
Zudem kann die Erhöhung der Geschwindigkeit der Wanderwelle oder der Rate, mit der die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale entlang der Länge der Vorrichtung angelegt werden, zu einer Trennung, die stark mit der Masse und dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis korreliert, anstelle der Trennung, die von Ionenmobilität oder Stoßquerschnitt beherrscht wird, führen.
In der bevorzugten Betriebsart, in der Ionen nach ihrer Ionenmobilität oder ihrem Stoßquerschnitt getrennt werden, erreichen die Ionen die Endgeschwindigkeit nicht, während sie durch das Wanderwellenpotential oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale beschleunigt werden. Sobald Ionen durch die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale überholt werden, während sie entlang der Länge der Vorrichtung verschoben werden, verlieren die Ionen den größten Teil oder die Gesamtheit ihrer Vorwärtsgeschwindigkeit. Im Durchschnitt steht die Vorwärtsgeschwindigkeit der Ionen mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis in Beziehung. Dies führt dazu, dass die Driftzeit der Ionen viel stärker mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der Ionen als mit der Ionenmobilität oder dem Stoßquerschnitt der Ionen korreliert.
Das Umschalten von Ionenmobilitätstrennung zu Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennung durch Erhöhen der Geschwindigkeit der Wanderwelle ist eine einzigartige Eigenschaft der Wanderwellen-Ionenmobilitätstrennung und kann nicht unter Verwendung herkömmlicher Ionenmobilitätsseparatoren, die ein statisches Gleichspannungsfeld in Kombination mit einer herkömmlichen Driftröhre nutzen, reproduziert werden.
Als Ergebnis ermöglicht die Ionentrennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, dass dieselbe Vorrichtung verwendet werden kann, um Ionen überwiegend basierend auf ihrer Ionenmobilität oder ihrem Stoßquerschnitt zu trennen oder alternativ in größeren Ausmaß basierend auf ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis zu trennen, indem einfach die Betriebsparameter der Wanderwelle oder der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, die an die Elektroden angelegt werden, geändert werden.
Diese Eigenschaft kann nützlich sein, wenn die Trennvorrichtung als Teil einer verknüpften Abtastung verwendet werden soll, um den Tastgrad eines abtastenden Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Filters wie beispielsweise eines Quadrupol-Massenfilters zu verbessern.
Das Umschalten zwischen Ionenmobilitätstrennung oder Stoßquerschnittstrennung zu Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennung kann durch Verändern der Wanderwellenparameter erreicht werden.
Vorzugsweise bewirkt die zweite Betriebsart, dass Ionen die Trennvorrichtung in der Reihenfolge von zunehmendem oder abnehmendem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis verlassen; wobei die zweite Betriebsart ferner Folgendes umfasst: Senden der Ionen, während sie getrennt sind, aus der Trennvorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator; und Variieren des Betriebs des Ionenanalysators als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden.
Diese zweite Betriebsart kann beispielsweise darin vorteilhaft sein, dass sie es ermöglicht, den Tastgrad des Ionenanalysators zu optimieren oder zu verbessern.
Der Ionenanalysator kann einen Ionenfilter umfassen, der nur Ionen durchlässt, die einen gewissen Wert oder Wertebereich einer physikalisch-chemischen Eigenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweisen, und der Wert oder Wertebereich, der durch den Ionenfilter durchgelassen wird, kann in der zweiten Betriebsart basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert werden.
Die Ionen, die durch den Ionenfilter durchgelassen werden, können detektiert werden, so dass die physikalischchemischen Eigenschaftswerte jeglicher detektierter Ionen aus der Kenntnis der physikalisch-chemischen Eigenschaftswerte, die zu dem Zeitpunkt der Detektion durch den Filter durchgelassen werden, bestimmt werden können.
Der Ionenfilter kann ein Quadrupol- oder anderer Mehrpol-Massenfilter sein.
Alternativ kann der Ionenanalysator ein diskontinuierlicher Ionenanalysator sein, der Ionen aus der Trennvorrichtung empfängt und wiederholt Ionen in einen Analysebereich pulst. Die Dauer der Zeit zwischen den Pulsen kann als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert werden. Alternativ wird die Dauer der Zeit zwischen dem Austreten eines gegebenen Ions aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, als eine Funktion der Zeit variiert.
Dementsprechend ist die Länge der Zeit zwischen dem Austreten von Ionen eines ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (oder eines ersten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen) aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich verschieden von der Länge der Zeit zwischen dem Austreten von Ionen eines zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (oder eines zweiten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen) aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich. Dies kann ermöglichen, dass der gepulste Extraktionsbereich des Ionenanalysators effizienter mit Ionen gefüllt wird und kann somit den Tastgrad des Ionenanalysators verbessern.
Der Ionenanalysator kann ein Flugzeit-Massenanalysator sein und der Analysebereich kann ein Flugzeitbereich sein.
Der hier beschriebene Ionenanalysator kann ein Massenanalysator sein und/oder die physikalisch-chemische Eigenschaft kann ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis sein.
Die erste Betriebsart kann bewirken, dass Ionen die Trennvorrichtung in der Reihenfolge von zunehmender oder abnehmender Ionenmobilität verlassen; und die erste Betriebsart kann ferner umfassen: Senden der Ionen, während sie getrennt sind, aus der Trennvorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator; und Variieren des Betriebs des Ionenanalysators als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Ionenmobilitäten der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden.
In der ersten Betriebsart kann der Ionenanalysator einen Ionenfilter umfassen, der nur Ionen durchlässt, die einen gewissen Wert oder Wertebereich einer physikalischchemischen Eigenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweisen, und der Wert oder Wertebereich, der durch den Ionenfilter durchgelassen wird, kann in der ersten Betriebsart basierend auf und synchron mit den Ionenmobilitäten der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert werden.
Die Ionen, die durch den Ionenfilter durchgelassen werden, können detektiert werden, so dass die physikalischchemischen Eigenschaftswerte jeglicher detektierter Ionen aus der Kenntnis der physikalisch-chemischen Eigenschaftswerte, die zu dem Zeitpunkt der Detektion durch den Filter durchgelassen werden, bestimmt werden können.
Der Ionenfilter kann ein Quadrupol- oder anderer Mehrpol-Massenfilter sein.
Der Ionenanalysator, der in der ersten Betriebsart arbeiten, kann ein Massenanalysator sein und/oder die physikalisch-chemische Eigenschaft kann ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis sein.
Das eine oder die mehreren Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der von dem Ionenfilter durchgelassenen Ionen können in der ersten Betriebsart mit der Zeit und als Funktion der Ionenmobilitäten, die an dem Ionenfilter aus der Trennvorrichtung empfangen werden, variiert werden, um nur Ionen eines ausgewählten Ladungszustands durchzulassen.
Der Ionenanalysator kann ein diskontinuierlicher Ionenanalysator sein, der Ionen aus der Trennvorrichtung empfängt und wiederholt Ionen in einen Analysebereich pulst; wobei die Dauer der Zeit zwischen den Pulsen als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Ionenmobilitäten der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert wird; oder wobei die Dauer der Zeit zwischen dem Austreten eines gegebenen Ions aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich basierend auf und synchron mit den Ionenmobilitäten der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, als eine Funktion der Zeit variiert wird. Dementsprechend ist die Länge der Zeit zwischen dem Austreten von Ionen einer ersten Ionenmobilität (oder eines ersten Bereichs von Ionenmobilitäten) aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich verschieden von der Länge der Zeit zwischen dem Austreten von Ionen einer zweiten Ionenmobilität (oder eines zweiten Bereichs von Ionenmobilitäten) aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich
Der diskontinuierliche Ionenanalysator kann ein Massenanalysator sein.
Der Ionenanalysator kann ein Flugzeit-Massenanalysator sein und der Analysebereich kann ein Flugzeitbereich sein.
Das Verfahren kann ein Bestimmen der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der getrennten Ionen in der zweiten Betriebsart umfassen.
Die Trennvorrichtung kann einen Flugbereich umfassen oder einen Teil davon bilden und die zweite Betriebsart kann Folgendes umfassen: Treiben der Ionen durch den Flugbereich in der ersten Richtung unter Verwendung der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, Bestimmen der Flugzeiten der Ionen durch den Flugbereich und Bestimmen der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen aus den Flugzeiten der Ionen durch den Flugbereich.
Der Schritt des Bestimmens der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen kann ein Detektieren der Ionen, die den Flugbereich verlassen, umfassen.
Das Gas strömt durch den Flugzeitbereich in der zweiten Richtung.
Das Verfahren kann ein Messen der Ionenmobilitäten der getrennten Ionen in der ersten Betriebsart umfassen.
Die Trennvorrichtung kann einen Flugbereich umfassen oder einen Teil davon bilden und die erste Betriebsart kann Folgendes umfassen: Treiben der Ionen durch den Flugbereich in der ersten Richtung unter Verwendung der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, Bestimmen der Flugzeiten der Ionen durch den Flugbereich und Bestimmen der Ionenmobilitäten der Ionen aus den Flugzeiten der Ionen durch den Flugbereich.
Der Schritt des Bestimmens der Ionenmobilitäten der Ionen kann ein Detektieren der Ionen, die den Flugbereich verlassen, umfassen.
Das Gas strömt durch den Flugzeitbereich in der zweiten Richtung.
Ionen, die das gleiche Masse-Ladungs-Verhältnis, aber unterschiedliche Ionenmobilitäten aufweisen, werden vorzugsweise in der ersten Betriebsart getrennt; und/oder Ionen, die die gleiche Ionenmobilität, aber unterschiedliche Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse aufweisen, werden vorzugsweise in der zweiten Betriebsart getrennt.
Das Verfahren trennt die Ionen vorzugsweise in der ersten Betriebsart mit einer höheren Ionenmobilitätsauflösung als in der zweiten Betriebsart; und/oder das Verfahren trennt die Ionen vorzugsweise in der zweiten Betriebsart mit einer höheren Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung als in der ersten Betriebsart.
Ionen werden in der ersten Betriebsart überwiegend durch Ionenmobilität getrennt und in der zweiten Betriebsart überwiegend durch Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt.
Vorzugsweise werden die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale während der ersten Betriebsart wiederholt entlang der Vorrichtung durchfahren oder bewegt, um die Ionen in der ersten Richtung anzutreiben. Vorzugsweise werden die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale während der zweiten Betriebsart wiederholt entlang der Vorrichtung durchfahren oder bewegt, um die Ionen in der ersten Richtung anzutreiben.
Die Geschwindigkeit der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen in der ersten Betriebsart kann ≤ x % der Geschwindigkeit der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen in der zweiten Betriebsart sein, wobei X aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: 90; 80; 70; 60; 50; 40; 30; 20; 10; oder 5.
In der ersten Betriebsart bewirken eine oder mehrere Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren und ein Gegengasstrom vorzugsweise, dass die Ionen ihre Endgeschwindigkeiten erreichen; und in der zweiten Betriebsart bewirken die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren und der Gegengasstrom vorzugsweise nicht, dass die Ionen ihre Endgeschwindigkeiten erreichen.
Die erste Geschwindigkeit kann aus der folgenden Gruppe gewählt sein: (i) < 100 m/s; (ii) 100–200 m/s; (iii) 200–300 m/s; (iv) 300–400 m/s; (v) 400–500 m/s; (vi) 500–600 m/s; (vii) 600–700 m/s; (viii) 700–800 m/s; (ix) 800–900 m/s; (x) 900–1000 m/s; (xi) 1000–1100 m/s; (xii) 1100–1200 m/s; (xiii) 1200–1300 m/s; (xiv) 1300–1400 m/s; (xv) 1400–1500 m/s; (xvi) 1500–1600 m/s; (xvii) 1600–1700 m/s; (xviii) 1700–1800 m/s; (xix) 1800–1900 m/s; (xx) 1900–2000 m/s; (xxi) 2000–2100 m/s; (xi) (xxii) 2100–2200 m/s; (xxiii) 2200–2300 m/s; (xxiv) 2300–2400 m/s; (xxv) 2400–2500 m/s; (xxvi) 2500–2600 m/s; (xxvii) 2600–2700 m/s; (xxviii) 2700–2800 m/s; (xxix) 2800–2900 m/s; (xxx) 2900–3000 m/s; und (xxxi) > 3000 m/s.
Vorzugsweise ist die erste Geschwindigkeit kleiner als 1000 m/s.
Die zweite Geschwindigkeit kann aus der folgenden Gruppe gewählt sein: (i) < 100 m/s; (ii) 100–200 m/s; (iii) 200–300 m/s; (iv) 300–400 m/s; (v) 400–500 m/s; (vi) 500–600 m/s; (vii) 600–700 m/s; (viii) 700–800 m/s; (ix) 800–900 m/s; (x) 900–1000 m/s; (xi) 1000–1100 m/s; (xii) 1100–1200 m/s; (xiii) 1200–1300 m/s; (xiv) 1300–1400 m/s; (xv) 1400–1500 m/s; (xvi) 1500–1600 m/s; (xvii) 1600–1700 m/s; (xviii) 1700–1800 m/s; (xix) 1800–1900 m/s; (xx) 1900–2000 m/s; (xxi) 2000–2100 m/s; (xi) (xxii) 2100–2200 m/s; (xxiii) 2200–2300 m/s; (xxiv) 2300–2400 m/s; (xxv) 2400–2500 m/s; (xxvi) 2500–2600 m/s; (xxvii) 2600–2700 m/s; (xxviii) 2700–2800 m/s; (xxix) 2800–2900 m/s; (xxx) 2900–3000 m/s; und (xxxi) > 3000 m/s.
Vorzugsweise ist die zweite Geschwindigkeit kleiner als 1000 m/s.
Das Verfahren kann ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit während der ersten Betriebsart und/oder zweiten Betriebsart umfassen; und/oder wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale unterschiedliche Amplituden während der ersten und der zweiten Betriebsart aufweisen.
Das Verfahren kann ein Erhöhen und/oder Verringern der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit während der ersten Betriebsart und/oder zweiten Betriebsart umfassen; und/oder wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale eine höhere Amplitude während der ersten Betriebsart als während der zweiten Betriebsart oder eine niedrigere Amplitude während der ersten Betriebsart als während der zweiten Betriebsart aufweisen können.
Es versteht sich, dass der Schritt des Trennens von Ionen nach ihrer Ionenmobilität in der ersten Betriebsart ein Trennen von Ionen gemäß ihrem Stoßquerschnitt ("CCS") oder ihrer differentiellen Ionenmobilität umfassen kann.
In der ersten und/oder zweiten Betriebsart können Ionen in einem Trennbereich getrennt werden, der auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 0,0001 mbar; (ii) 0,0001 bis 0,001 mbar; (iii) 0,001–0,01 mbar; (iv) 0,01–0,1 mbar; (v) 0,1–1 mbar; (vi) 1–10 mbar; (vii) 10 bis 100 mbar; (viii) 100–1000 mbar; (ix) > 1000 mbar; (x) ≤ 5 mbar; und (xi) ≤ 10 mbar.
Drücke von ≤ 5 mbar oder ≤ 10 mbar sind in der zweiten Betriebsart besonders vorteilhaft. Genauer gesagt wurde herausgefunden, dass es wünschenswert ist, Gasdrücke während der Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennungs-Betriebsart bei oder unterhalb dieser Werte zu halten und einen Gegengasstrom anzuwenden statt den Gasdruck zu erhöhen, um die Trennung zu verbessern.
Der Gasstrom kann eine Geschwindigkeit in der zweiten Richtung aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 10 m/s; (ii) 10–20 m/s; (iii) 20–30 m/s; (iv) 30–40 m/s; (v) 40–50 m/s; (vi) 50–60 m/s; (vii) 60–70 m/s; (viii) 70–80 m/s; (ix) 80–90 m/s; (x) 90–100 m/s; und (xi) > 100 m/s.
Ionen können in einen Trennbereich gelangen, in der ersten und der zweiten Betriebsart nach Ionenmobilität oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt werden, und dann den Trennbereich verlassen; wobei die erste Richtung entweder: (i) von einem Ionenaustrittsende des Trennbereichs in Richtung eines Ioneneintrittsendes des Trennbereichs ist; oder (ii) von einem Ioneneintrittsende des Trennbereichs in Richtung eines Ionenaustrittsendes des Trennbereichs ist.
Es kann eingerichtet sein, dass Ionen über einen Zeitraum folgendermaßen fortschreitend aus der Trennvorrichtung austreten oder eluieren: (i) im Wesentlichen in Reihenfolge ihrer Ionenmobilität, ihres Stoßquerschnitts oder ihrer differentiellen Ionenmobilität während der ersten Betriebsart; (ii) im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge ihrer Ionenmobilität, ihres Stoßquerschnitts oder ihrer differentiellen Ionenmobilität während der ersten Betriebsart; (iii) im Wesentlichen in Reihenfolge ihrer Masse, ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Flugzeit während der zweiten Betriebsart; oder (iv) im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge ihrer Masse, ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Flugzeit während der zweiten Betriebsart.
Das Verfahren kann zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschalten, vorzugsweise während die gleiche Probe in einem einzigen Versuchslauf analysiert wird.
Die Kraft zum Antreiben von Ionen in der ersten Richtung kann durch eine mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannung, die an die Elektroden angelegt ist, anstelle durch eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale bereitgestellt werden.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Trennen von Ionen bereit, das Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen von mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentialen an zumindest einige der Elektroden, Umschalten der Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder Modulieren der Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung, so dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in eine erste Richtung durch die Trennvorrichtung treibt; und
Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer ersten Geschwindigkeit entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; und
Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden;
wobei der Gasstrom während der ersten und der zweiten Betriebsart bereitgestellt wird.
Die Elektroden, an die die verschiedenen Phasen der mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen bzw. -Potentiale angelegt werden, sind so gewählt, dass die Ionen in die erste Richtung getrieben werden.
Die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen bzw. -Potentiale umfassen vorzugsweise eine 3-phasige, 4-phasige, 5-phasige, 6-phasige, 7-phasige, 8-phasige, 9-phasige oder 10-phasige Wechsel- oder HF-Spannungsversorgung, um als ein HF-Antrieb zu fungieren. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Wechsel- oder HF-Spannungsversorgung mehr als zehn Phasen umfassen.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt kann eines der bevorzugten oder optionalen Merkmale aufweisen, die in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt diskutiert sind, mit Ausnahme davon, dass die Ionen durch die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen bzw. -Potentiale anstatt durch die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren in der ersten Richtung angetrieben werden.
Das Verfahren kann ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen als Funktion der Zeit während der ersten Betriebsart und/oder der zweiten Betriebsart umfassen; und/oder wobei die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen unterschiedliche Amplituden während der ersten und der zweiten Betriebsart aufweisen.
Das Verfahren kann ein Erhöhen und/oder Verringern der Amplitude der mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen als Funktion der Zeit während der ersten Betriebsart und/oder zweiten Betriebsart umfassen; und/oder wobei die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen eine höhere Amplitude während der ersten Betriebsart als während der zweiten Betriebsart oder eine niedrigere Amplitude während der ersten Betriebsart als während der zweiten Betriebsart aufweisen können.
Es wird angenommen, dass das Konzept der Verwendung einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale und eines Gegengasstroms Masse zum Verbessern der Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennung an sich neu ist.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zum Trennen nach Masse-Ladungs-Verhältnis bereit, das umfasst:
Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben;
Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Vorzugsweise wird veranlasst, dass Ionen die Trennvorrichtung in der Reihenfolge von zunehmendem oder abnehmendem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis verlassen; wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Senden der Ionen, während sie getrennt sind, aus der Trennvorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator; und Variieren des Betriebs des Ionenanalysators als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden.
Diese Betriebsart kann beispielsweise darin vorteilhaft sein, dass sie es ermöglicht, den Tastgrad des Ionenanalysators zu optimieren oder zu verbessern.
Der Ionenanalysator kann einen Ionenfilter umfassen, der nur Ionen durchlässt, die einen gewissen Wert oder Wertebereich einer physikalisch-chemischen Eigenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweisen, und der Wert oder Wertebereich, der durch den Ionenfilter durchgelassen wird, kann basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert werden.
Die Ionen, die durch den Ionenfilter durchgelassen werden, können detektiert werden, so dass die physikalischchemischen Eigenschaftswerte jeglicher detektierter Ionen aus der Kenntnis der physikalisch-chemischen Eigenschaftswerte, die zu dem Zeitpunkt der Detektion durch den Filter durchgelassen werden, bestimmt werden können.
Der Ionenfilter kann ein Quadrupol- oder anderer Mehrpol-Massenfilter sein.
Alternativ kann der Ionenanalysator ein diskontinuierlicher Ionenanalysator sein, der Ionen aus der Trennvorrichtung empfängt und wiederholt Ionen in einen Analysebereich pulst. Die Dauer der Zeit zwischen den Pulsen kann als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert werden. Alternativ wird die Dauer der Zeit zwischen dem Austreten eines gegebenen Ions aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, als eine Funktion der Zeit variiert.
Dementsprechend ist die Länge der Zeit zwischen dem Austreten von Ionen eines ersten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (oder eines ersten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen) aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich verschieden von der Länge der Zeit zwischen dem Austreten von Ionen eines zweiten Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (oder eines zweiten Bereichs von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen) aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich. Dies kann ermöglichen, dass der gepulste Extraktionsbereich des Ionenanalysators effizienter mit Ionen gefüllt wird und kann somit den Tastgrad des Ionenanalysators verbessern.
Der Ionenanalysator kann ein Flugzeit-Massenanalysator sein und der Analysebereich kann ein Flugzeitbereich sein.
Der hier beschriebene Ionenanalysator kann ein Massenanalysator sein und/oder die physikalisch-chemische Eigenschaft kann ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis sein.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise ein Bestimmen der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der getrennten Ionen.
Die Trennvorrichtung kann einen Flugbereich umfassen oder einen Teil davon bilden und das Verfahren kann Folgendes umfassen: Treiben der Ionen durch den Flugbereich in der ersten Richtung unter Verwendung der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, Bestimmen der Flugzeiten der Ionen durch den Flugbereich und Bestimmen der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen aus den Flugzeiten der Ionen durch den Flugbereich.
Der Schritt des Bestimmens der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen kann ein Detektieren der Ionen, die den Flugbereich verlassen, umfassen.
Das Gas strömt durch den Flugzeitbereich in der zweiten Richtung.
Ionen, die das gleiche Masse-Ladungs-Verhältnis, aber unterschiedliche Ionenmobilitäten aufweisen, werden vorzugsweise von der Vorrichtung getrennt.
Vorzugsweise führen die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren und der Gegengasstrom nicht dazu, dass die Ionen ihre Endgeschwindigkeiten erreichen, während sie die Vorrichtung durchlaufen.
Die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale werden an mindestens einige der Elektroden so angelegt, dass die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung vorzugsweise mit einer ersten Geschwindigkeit durchfahren, verschoben oder sequenziell angelegt werden.
Vorzugsweise werden die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale wiederholt entlang der Vorrichtung durchfahren oder bewegt, um die Ionen in der ersten Richtung anzutreiben.
Das Verfahren kann ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit umfassen.
Vorzugsweise werden die Ionen mit höherer Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung getrennt, wenn die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale eine höhere Geschwindigkeit aufweisen, und mit niedrigerer Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung getrennt, wenn die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale eine niedrigere Geschwindigkeit aufweisen.
Die Geschwindigkeit der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale kann aus der folgenden Gruppe gewählt sein: (i) < 100 m/s; (ii) 100–200 m/s; (iii) 200–300 m/s; (iv) 300–400 m/s; (v) 400–500 m/s; (vi) 500–600 m/s; (vii) 600–700 m/s; (viii) 700–800 m/s; (ix) 800–900 m/s; (x) 900–1000 m/s; (xi) 1000–1100 m/s; (xii) 1100–1200 m/s; (xiii) 1200–1300 m/s; (xiv) 1300–1400 m/s; (xv) 1400–1500 m/s; (xvi) 1500–1600 m/s; (xvii) 1600–1700 m/s; (xviii) 1700–1800 m/s; (xix) 1800–1900 m/s; (xx) 1900–2000 m/s; (xxi) 2000–2100 m/s; (xi) (xxii) 2100–2200 m/s; (xxiii) 2200–2300 m/s; (xxiv) 2300–2400 m/s; (xxv) 2400–2500 m/s; (xxvi) 2500–2600 m/s; (xxvii) 2600–2700 m/s; (xxviii) 2700–2800 m/s; (xxix) 2800–2900 m/s; (xxx) 2900–3000 m/s; und (xxxi) > 3000 m/s. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit > 1000 m/s.
Das Verfahren kann ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit umfassen.
Das Verfahren kann ein Erhöhen und/oder Verringern der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit umfassen.
Die Trennvorrichtung kann auf einem Druck gehalten werden, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 0,0001 mbar; (ii) 0,0001 bis 0,001 mbar; (iii) 0,001–0,01 mbar; (iv) 0,01–0,1 mbar; (v) 0,1–1 mbar; (vi) 1–10 mbar; (vii) 10 bis 100 mbar; (viii) 100–1000 mbar; (ix)> 1000 mbar.
Vorzugsweise ist der Druck ≤ 5 mbar oder ≤ 10 mbar.
Der Gasstrom kann eine Geschwindigkeit in der zweiten Richtung aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 10 m/s; (ii) 10–20 m/s; (iii) 20–30 m/s; (iv) 30–40 m/s; (v) 40–50 m/s; (vi) 50–60 m/s; (vii) 60–70 m/s; (viii) 70–80 m/s; (ix) 80–90 m/s; (x) 90–100 m/s; und (xi) > 100 m/s.
Die erste Richtung kann entweder: (i) von einem Ionenaustrittsende der Trennvorrichtung in Richtung eines Ioneneintrittsendes der Trennvorrichtung sein; oder (ii) von einem Ioneneintrittsende der Trennvorrichtung in Richtung eines Ionenaustrittsendes der Trennvorrichtung sein.
Es kann eingerichtet sein, dass Ionen über einen Zeitraum folgendermaßen fortschreitend aus der Trennvorrichtung austreten oder eluieren: (i) im Wesentlichen in Reihenfolge ihrer Masse, ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Flugzeit; oder (ii) im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge ihrer Masse, ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Flugzeit.
Die Kraft zum Antreiben von Ionen in der ersten Richtung kann durch eine mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannung, die an die Elektroden angelegt ist, anstelle durch eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale bereitgestellt werden.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem vierten Aspekt ein Verfahren zum Trennen nach Masse-Ladungs-Verhältnis oder Ionenmobilität bereit, das umfasst:
Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen von mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentialen an zumindest einige der Elektroden, Umschalten der Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder Modulieren der Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung, so dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in eine erste Richtung durch die Trennvorrichtung treibt; und
Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Die Elektroden, an die die verschiedenen Phasen der mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen bzw. -Potentiale angelegt werden, sind so gewählt, dass die Ionen in die erste Richtung getrieben werden.
Die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen bzw. -Potentiale umfassen vorzugsweise eine 3-phasige, 4-phasige, 5-phasige, 6-phasige, 7-phasige, 8-phasige, 9-phasige oder 10-phasige Wechsel- oder HF-Spannungsversorgung, um als ein HF-Antrieb zu fungieren. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Wechsel- oder HF-Spannungsversorgung mehr als zehn Phasen umfassen.
Das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt kann eines der bevorzugten oder optionalen Merkmale aufweisen, die in Zusammenhang mit dem dritten Aspekt diskutiert sind, mit Ausnahme davon, dass die Ionen durch die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen bzw. -Potentiale anstatt durch die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Potentialbarrieren in der ersten Richtung angetrieben werden.
Das Verfahren kann ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen als Funktion der Zeit umfassen.
Das Verfahren kann ein Erhöhen und/oder Verringern der Amplitude der mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen als Funktion der Zeit umfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Massenspektrometrie oder Ionenmobilitätsspektrometrie, bereit, das ein Verfahren umfasst, wie es hier beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Trennvorrichtung zum Durchführen der hier beschriebenen Verfahren bereit.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung gemäß dem ersten Aspekt eine Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen bereit, die umfasst:
mehrere Elektroden;
eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden anzulegen, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben;
eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung für Folgendes zu steuern:
Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden;
Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden; und
Bereitstellen des Gasstroms während der ersten und der zweiten Betriebsart.
Die Vorrichtung kann dazu ausgelegt und angepasst sein, irgendeines der bevorzugten oder optionalen Verfahren, die in Bezug auf den ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, auszuführen.
Die vorliegende Erfindung stellt gemäß dem zweiten Aspekt eine Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen bereit, die umfasst:
mehrere Elektroden;
eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale an zumindest einige der Elektroden anzulegen und die Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so umzuschalten, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder die Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so zu modulieren, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in eine erste Richtung durch die Trennvorrichtung treibt;
eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung für Folgendes zu steuern:
Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer ersten Geschwindigkeit entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; und
Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden; und
Bereitstellen des Gasstroms während der ersten und der zweiten Betriebsart.
Die vorliegende Erfindung stellt gemäß dem dritten Aspekt eine Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen bereit, die umfasst:
mehrere Elektroden;
eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden anzulegen, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben; und
eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale die Ionen so gegen den Gasstrom antreiben, dass die Ionen nach ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen getrennt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt gemäß dem vierten Aspekt eine Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen bereit, die umfasst:
mehrere Elektroden;
eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale an zumindest einige der Elektroden anzulegen und die Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so umzuschalten, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder die Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so zu modulieren, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in eine erste Richtung durch die Trennvorrichtung treibt;
eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist;
einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass die Potentialbarriere die Ionen so gegen den Gasstrom antreibt, dass die Ionen nach ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen getrennt werden.
Die Trennvorrichtungen, die hier offenbart sind, können eine Anzahl von allgemeinen Eigenschaften aufweisen.
Beispielsweise können die mehreren Elektroden Ringelektroden, einen Ionentunnel oder mehrere Elektroden mit jeweils einer Öffnung, durch die Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden umfassen.
Die mehreren Elektroden können axial segmentierte Stabelektroden umfassen.
Die mehreren Elektroden kann einen Stapel oder eine Anordnung von planaren Elektroden, Plattenelektroden oder Netzelektroden umfassen.
Die Trennvorrichtung kann eine dritte Vorrichtung zum Anlegen von HF-Spannungen an die mehreren Elektroden umfassen, um so eine radiale Pseudo-Potentialbarriere zu erzeugen, die dazu dient, Ionen radial innerhalb der Trennvorrichtung einzuschränken.
Die erste Vorrichtung kann dazu ausgelegt und angepasst sein, die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale in der ersten Richtung anzulegen, wobei die erste Richtung entweder: (i) von einem Austrittsende der Trennvorrichtung zu einem Eintrittsende der Trennvorrichtung ist; oder (ii) von einem Eintrittsende der Trennvorrichtung zu einem Austrittsende der Trennvorrichtung ist.
Die zweite Vorrichtung kann dazu ausgelegt und angepasst sein, zu bewirken, dass Gas in der zweiten Richtung strömt, wobei die zweite Richtung entweder: (i) von einem Austrittsende der Trennvorrichtung zu einem Eintrittsende der Trennvorrichtung ist; oder (ii) von einem Eintrittsende der Trennvorrichtung zu einem Austrittsende der Trennvorrichtung ist.
Es kann eingerichtet sein, dass Ionen über einen Zeitraum folgendermaßen fortschreitend aus der Trennvorrichtung austreten oder eluieren: (i) im Wesentlichen in Reihenfolge ihrer Ionenmobilität, ihres Stoßquerschnitts oder ihrer differentiellen Ionenmobilität; (ii) im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge ihrer Ionenmobilität, ihres Stoßquerschnitts oder ihrer differentiellen Ionenmobilität; (iii) im Wesentlichen in Reihenfolge ihrer Masse, ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Flugzeit; oder (iv) im Wesentlichen in umgekehrter Reihenfolge ihrer Masse, ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses oder ihrer Flugzeit.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer bereit, dass eine Trennvorrichtung umfasst, wie sie hier beschrieben ist.
Es ist kontraintuitiv, dass ein Einbringen eines Gegenstroms von Gas bei einer Trennvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Ionen nach ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zu trennen, die Trennleistung der Trennvorrichtung verbessern sollte, ohne die Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Korrelation wesentlich zu ändern. Es wäre zu erwarten, dass ein Gasstrom, der zu der Richtung entgegengesetzt ist, in die Ionen durch die Wanderwelle oder eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale gedrängt werden, die Anzahl der Ionengasstöße pro Zeiteinheit erhöhen würde (d. h. die mittlere freie Weglänge der Ionen reduzieren würde) und somit ein Anteil der Ionen Endgeschwindigkeit erreichen würde und daher die Trennung dahin zurückkehren würde, dass sie sich auf Ionenmobilität oder Stoßquerschnitt bezieht, anstatt stärker mit dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis korreliert zu sein. Diese Hypothese würde durch die vorherige Beobachtung gestützt, dass die Ionenmobilitätstrennleistung einer Wanderwellen-Vorrichtung unter den Bedingungen der Mobilitätstrennung durch Anwenden eines Gegenstroms von Gas verbessert werden kann.
Die Tatsache, dass dies nicht geschieht, kann unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Gegenstroms von Gas erklärt werden, die verglichen mit der inhärenten thermischen Geschwindigkeit des Zielgases erforderlich ist.
Die mittlere freie Weglänge eines Ions in einem Puffergas ist umgekehrt proportional zu der Relativgeschwindigkeit des Puffergases und des Ions. Die Geschwindigkeit v(rms) eines Gasmoleküls bei Raumtemperatur (293 K) ist gegeben durch:
wobei k die Boltzmann-Konstante, m die Masse und T die Temperatur in Kelvin ist.
Für Stickstoff beträgt die thermische Geschwindigkeit ~ 680 m/s. Unter der Annahme, dass eine typische Geschwindigkeit eines Ions in einer Wanderwellen-Trennvorrichtung 30 m/s beträgt, würde ein Gegengasstrom von 30 m/s dieses Ion, das sich entlang der Vorrichtung bewegt, vollständig stoppen. Diese Gasgeschwindigkeit beträgt nur 5 % der thermischen Geschwindigkeit der Ionen und hat damit eine sehr geringe Wirkung auf die mittlere freie Weglänge.
In einer Betriebsart gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kraft aufgrund der Wanderwelle oder des Anlegens der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden anfänglich klein gegenüber der Kraft aufgrund des Gasstroms und damit sind Ionen an dem Eingang der Ionenmobilitätstrennvorrichtung gefangen. Es kann verhindert werden, dass Ionen aus der Ionenmobilitätstrennvorrichtung gedrängt werden, indem eine Gleichspannungs- oder Pseudopotentialbarriere an einer Eingangs- und/oder Ausgangselektrode angelegt wird. Um zu veranlassen, dass Ionen aus der Vorrichtung eluieren, kann die Wanderwellenamplitude oder die Amplitude der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, die an die Elektroden angelegt sind, erhöht werden und/oder die Geschwindigkeit der Wanderwelle oder die Rate, mit der die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale verschoben werden oder entlang der Länge der Trennvorrichtung angelegt werden, kann verringert (erhöht) werden und/oder die Gasstromgeschwindigkeit kann verringert (erhöht) werden.
Es sollte beachtet werden, dass gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform das Gas dazu ausgelegt sein kann, von dem Eingang der Vorrichtung zu dem Ausgang der Vorrichtung zuströmen, und die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden in einer Richtung so angelegt werden können, dass Ionen durch die Wanderwelle oder die angelegten transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale von dem Ausgang zu dem Eingang der Vorrichtung getrieben werden. Gemäß dieser Ausführungsform eluieren Ionen vorzugsweise aus dem Ausgang der Vorrichtung in umgekehrter Ionenmobilitätsreihenfolge, d. h. Ionen mit einer relativ geringen Ionenmobilität eluieren vor Ionen mit einer relativ hohen Ionenmobilität.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wirkt der Gasstrom von dem Ausgang der Vorrichtung bis zu dem Eingang der Vorrichtung und die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale werden vorzugsweise an Elektroden von dem Eintrittsende der Vorrichtung zu dem Austrittsende der Vorrichtung angelegt, so dass Ionen aus dem Ausgang der Vorrichtung in Ionenmobilitätsreihenfolge eluieren, d. h. Ionen mit einer relativ hohen Ionenmobilität vor Ionen mit einer relativ geringen Mobilität eluieren.
Gemäß einer weniger bevorzugten Ausführungsform können die Bewegungsrichtung der Wanderwelle oder der angelegten transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, die an den Elektroden angelegt sind, und die Gasstromrichtung nicht direkt entgegengesetzt zueinander sein, d. h. nicht genau 180° zueinander sein. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in Betracht gezogen, bei denen es lediglich eine Komponente der Kraft aufgrund des Gasstroms ist, die der Richtung entgegengesetzt ist, in die Ionen durch die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale gedrängt werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Winkel θ zwischen der Richtung des Gasstroms und der Richtung, entlang der die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale angelegt werden, < 10°, 10–20°, 20–30°, 30–40°, 40–50°, 50–60°, 60–70°, 70–80°, 80–90°, 90–100°, 100–110°, 110–120°, 120–130°, 130–140°, 140–150°, 150–160°, 160–170°, 170–180° oder im Wesentlichen 180° betragen.
In diesem Fall werden sich die Ionen räumlich verteilen und die Vorrichtung kann als Ionenmobilitäts- oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Filter verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Filtern von Ionen bereit, das umfasst:
Bereitstellen eines Ionenfilters, der mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung entlang des Filters zu treiben; und
Bereitstellen eines Gasstroms entlang des Filters in einer zweiten Richtung, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken;
wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind, so dass Ionen mit unterschiedlichen physikalischchemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und so dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Die physikalisch-chemische Eigenschaft ist vorzugsweise eine Ionenmobilität oder ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis.
Vorzugsweise werden nur Ionen, die den Filter entlang der gewünschten Ausgangsbahn verlassen, zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator, Ionendetektor oder einer nachgeschalteten Ionenfalle durchgelassen.
Vorzugsweise sind die mehreren Elektroden, an die die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale angelegt werden, parallel und in einer dritten Richtung angeordnet, wobei die erste und die dritte Richtung in Bezug zueinander in einem Winkel angewinkelt sind, der anders als orthogonal ist.
Das Verfahren kann ein Variieren eines oder mehrerer Betriebsparameter des Filters umfassen, um den einen oder die mehreren physikalisch-chemischen Eigenschaftswerte der Ionen, die den Filter entlang der gewünschten Austrittsbahn verlassen, zu wählen oder zu variieren, wobei der eine oder die mehreren Betriebsparameter sind: Gasstromgeschwindigkeit; Gasstromrichtung; Geschwindigkeit der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials entlang des Filters; Amplitude der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials; und Bewegungsrichtung der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials.
Die Kraft zum Antreiben von Ionen in der ersten Richtung kann durch eine mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannung, die an die Elektroden angelegt ist, anstelle durch eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale bereitgestellt werden.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Filtern von Ionen bereit, das umfasst:
Bereitstellen eines Ionenfilters, der mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen von mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentialen an zumindest einige der Elektroden, Umschalten der Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder Modulieren der Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung, so dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in eine erste Richtung entlang des Filters treibt; und
Bereitstellen eines Gasstroms entlang des Filters in einer zweiten Richtung, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken;
wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind, so dass Ionen mit unterschiedlichen physikalischchemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und so dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Die physikalisch-chemische Eigenschaft ist vorzugsweise eine Ionenmobilität oder ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis.
Vorzugsweise werden nur Ionen, die den Filter entlang der gewünschten Ausgangsbahn verlassen, zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator, Ionendetektor oder einer nachgeschalteten Ionenfalle durchgelassen.
Vorzugsweise sind die mehreren Elektroden, an die mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentiale angelegt werden, parallel und in einer dritten Richtung angeordnet, wobei die erste und die dritte Richtung in Bezug zueinander in einem Winkel angewinkelt sind, der anders als orthogonal ist.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise ein Variieren eines oder mehrerer Betriebsparameter des Filters, um den einen oder die mehreren physikalisch-chemischen Eigenschaftswerte der Ionen, die den Filter entlang der gewünschten Austrittsbahn verlassen, zu wählen oder zu variieren, wobei der eine oder die mehreren Betriebsparameter sind: Gasstromgeschwindigkeit; Gasstromrichtung; Potentialbarrierengeschwindigkeit; Potentialbarrierenamplitude; und Potentialbarrieren-Bewegungsrichtung.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Massenspektrometrie oder Ionenmobilitätsspektrometrie bereit, das ein Verfahren zum Filtern von Ionen umfasst, wie es hier beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Ionenfilter bereit, der umfasst:
mehrere Elektroden;
eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden anzulegen, um Ionen in einer ersten Richtung entlang des Filters zu treiben;
eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken, wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind; und
einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass Ionen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Ionenfilter bereit, das umfasst:
mehrere Elektroden;
eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale an die Elektroden anzulegen, die Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so umzuschalten, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder die Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so zu modulieren, dass sich eine Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in eine erste Richtung entlang des Filters treibt;
eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken, wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind; und
einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass Ionen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer bereit, das einen Ionenfilter umfasst, wie er hier beschrieben ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Kraft, die durch die Wanderwelle oder durch das Anlegen der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden bereitgestellt wird, und die Kraft aufgrund des sich bewegenden Gases dazu ausgelegt sein, sich gegenseitig auszugleichen, so dass zumindest einige Ionen innerhalb der Ionenführung für einen Zeitraum zurückgehalten werden und dazu veranlasst werden können, aus der Ionenführung zu eluieren, indem mindestens einer der Parameter der Wanderwelle oder der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale, die an die Elektroden angelegt sind, und/oder ein oder mehrere Parameter des Gasstroms angepasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Massenspektrometer ferner Folgendes umfassen:

(a) eine Ionenquelle, die aus der folgenden Gruppe gewählt ist: (i) eine Elektrospray-Ionenquelle ("ESI"-Ionenquelle); (ii) eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), (iii) eine chemische Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("APCI-Ionenquelle"), (iv) eine matrixunterstützte Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle"), (v) eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI-Ionenquelle"), (vi) eine Atmosphärendruckionisations-Ionenquelle ("API-Ionenquelle"), (vii) eine Desorption/Ionisation-auf-Silicium-Ionenquelle ("DIOS-Ionenquelle"), (viii) eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle"), (ix) eine Ionenquelle mit chemischer Ionisation ("CI-Ionenquelle"), (x) eine Feldionisations-Ionenquelle ("FI-Ionenquelle"), (xi) eine Felddesorptions-Ionenquelle ("FD-Ionenquelle"), (xii) eine Induktivgekoppeltes-Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), (xiii) eine Schneller-Atombeschuss-Ionenquelle ("FAB-Ionenquelle"), (xiv) eine Flüssigkeits-Sekundärionenmassenspektrometrie-Ionenquelle ("LSIMS-Ionenquelle"), (xv) eine Desorptionselektrosprayionisations-Ionenquelle ("DESI-Ionenquelle"), (xvi) eine Radioaktives-Nickel-63-Ionenquelle, (xvii) eine matrixunterstützte Atmosphärendruck-Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle, (xviii) eine Thermospray-Ionenquelle, (xix) eine Atmosphärenprobenbildungs-Glimmentladungsionisations-Ionenquelle ("Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionisation", "ASGDI-Ionenquelle"), (xx) eine Glimmentladungs-Ionenquelle ("GD-Ionenquelle"), (xxi) eine Impaktorionenquelle, (xxii) eine Direkte-Analyse-in-Echtzeit-Ionenquelle ("DART-Ionenquelle"), (xxii) eine Lasersprayionisations-Ionenquelle ("LSI-Ionenquelle"), (xxiv) eine Sonicsprayionisations-Ionenquelle ("SSI-Ionenquelle"), (xxv) eine matrixunterstützte Einlassionisations-Ionenquelle ("MAII-Ionenquelle"), (xxvi) eine lösungsmittelunterstützte Einlassionisations-Ionenquelle ("SAII-Ionenquelle"); und/oder
(b) eine oder mehrere kontinuierliche oder gepulste Ionenquellen und/oder
(c) eine oder mehrere Ionenführungen und/oder
(d) eine oder mehrere Ionenmobilitätstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere feldasymmetrische Ionenmobilitätsspektrometervorrichtungen und/oder
(e) eine oder mehrere Ionenfallen oder ein oder mehrere Ioneneinsperrgebiete und/oder
(f) eine oder mehrere Stoß-, Fragmentations- oder Reaktionszellen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind:
(i) eine Stoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung ("CID-Fragmentationsvorrichtung"), (ii) eine Oberflächeninduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung ("SID-Fragmentationsvorrichtung"), (iii) eine Elektronenübertragungsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung ("ETD-Fragmentationsvorrichtung"), (iv) eine Elektroneneinfangdissoziations-Fragmentationsvorrichtung ("ECD-Fragmentationsvorrichtung"), (v) eine Elektronenstoß- oder -Aufprall-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (vi) eine Photoinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung ("PID-Fragmentationsvorrichtung"), (vii) eine Laserinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (viii) eine Infrarotstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (ix) eine Ultraviolettstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (x) eine Düse-Skimmer-Schnittstelle-Fragmentationsvorrichtung, (xi) eine In-der-Quelle-Fragmentationsvorrichtung, (xii) eine In-der-Quellestoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung, (xiii) eine Thermische oder Temperaturquellen-Fragmentationsvorrichtung, (xiv) eine Vorrichtung für durch ein elektrisches Feld induzierte Fragmentation, (xv) eine Vorrichtung für magnetfeldinduzierte Fragmentation, (xvi) eine Enzymverdauungs- oder Enzymabbau-Fragmentationsvorrichtung, (xvii) eine Ion-Ion-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xviii) eine Ion-Molekül-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xix) eine Ion-Atom-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xx) eine Ionmetastabiles-Ion-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxi) eine Ion-metastabiles-Molekül-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxii) eine Ion-metastabiles-Atom-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxiii) eine Ion-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxiv) eine Ion-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxv) eine Ion-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvi) eine Ionmetastabiles-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvii) eine Ion-metastabiles-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxviii) eine Ion-metastabiles-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen und (xxix) eine Elektronenionisationsdissoziations-Fragmentationsvorrichtung ("EID-Fragmentationsvorrichtung") und/oder (g) einen Massenanalysator, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) ein Quadrupol-Massenanalysator, (ii) ein 2D- oder linearer Quadrupol-Massenanalysator, (iii) ein Paul- oder 3D-Quadrupol-Massenanalysator, (iv) ein Penning-Fallen-Massenanalysator, (v) ein Ionenfallen-Massenanalysator, (vi) ein Magnetsektor-Massenanalysator, (vii) ein Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ("ICR-Massenanalysator"), (viii) ein Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator ("FTICR-Massenanalysator"), (ix) ein elektrostatischer Massenanalysator, der dazu ausgelegt ist, ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung zu erzeugen, (x) ein elektrostatischer Fouriertransformations-Massenanalysator, (xi) ein Fouriertransformations-Massenanalysator, (xii) ein Flugzeit-Massenanalysator, (xiii) ein Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und (xiv) ein Linearbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und/oder
(h) einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren und/oder
(i) einen oder mehrere Ionendetektoren und/oder
(j) einen oder mehrere Massenfilter, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: (i) ein Quadrupol-Massenfilter, (ii) eine 2D- oder lineare Quadrupol-Ionenfalle, (iii) eine Paul- oder 3D-Quadrupol-Ionenfalle, (iv) eine Penning-Ionenfalle, (v) eine Ionenfalle, (vi) ein Magnetsektor-Massenfilter, (vii) ein Flugzeit-Massenfilter und (viii) ein Wien-Filter und/oder
(k) eine Vorrichtung oder ein Ionengatter zum Pulsieren von Ionen und/oder
(l) eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen Ionenstrahls in einen gepulsten Ionenstrahl.

Das Massenspektrometer kann ferner Folgendes umfassen:

(i) eine C-Falle und einen Massenanalysator mit einer äußeren rohrförmigen Elektrode und einer koaxialen inneren spindelartigen Elektrode, die ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung bilden, wobei in einer ersten Betriebsart Ionen zu der C-Falle durchgelassen werden und dann in den Massenanalysator injiziert werden und wobei in einer zweiten Betriebsart Ionen zu der C-Falle durchgelassen werden und dann zu einer Stoßzelle oder Elektronenübertragungsdissoziationsvorrichtung durchgelassen werden, wobei zumindest einige Ionen in Fragmentionen fragmentiert werden, und wobei die Fragmentionen dann zu der C-Falle durchgelassen werden, bevor sie in den Massenanalysator injiziert werden, und/oder
(ii) eine Ringstapel-Ionenführung, die mehrere Elektroden umfasst, die jeweils eine Öffnung aufweisen, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, und wobei der Abstand zwischen den Elektroden entlang der Länge des Ionenwegs zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem vorgeschalteten Abschnitt der Ionenführung einen ersten Durchmesser aufweisen und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem nachgeschalteten Abschnitt der Ionenführung einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei entgegengesetzte Phasen einer Wechsel- oder HF-Spannung bei der Verwendung an aufeinander folgende Elektroden angelegt werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Massenspektrometer ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, den Elektroden eine Wechsel- oder HF-Spannung zuzuführen. Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Amplitude, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 50 V Peak-zu-Peak, (ii) 50–100 V Peak-zu-Peak, (iii) 100–150 V Peak-zu-Peak, (iv) 150–200 V Peak-zu-Peak, (v) 200–250 V Peak-zu-Peak, (vi) 250–300 V Peak-zu-Peak, (vii) 300–350 V Peak-zu-Peak, (viii) 350–400 V Peak-zu-Peak, (ix) 400–450 V Peak-zu-Peak, (x) 450–500 V Peak-zu-Peak und (xi) > 500 V Peak-zu-Peak.
Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Frequenz, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 100 kHz, (ii) 100–200 kHz, (iii) 200–300 kHz, (iv) 300–400 kHz, (v) 400–500 kHz, (vi) 0,5–1,0 MHz, (vii) 1,0–1,5 MHz, (viii) 1,5–2,0 MHz, (ix) 2,0–2,5 MHz, (x) 2,5–3,0 MHz, (xi) 3,0–3,5 MHz, (xii) 3,5–4,0 MHz, (xiii) 4,0–4,5 MHz, (xiv) 4,5–5,0 MHz, (xv) 5,0–5,5 MHz, (xvi) 5,5–6,0 MHz, (xvii) 6,0–6,5 MHz, (xviii) 6,5–7,0 MHz, (xix) 7,0–7,5 MHz, (xx) 7,5–8,0 MHz, (xxi) 8,0–8,5 MHz, (xxii) 8,5–9,0 MHz, (xxiii) 9,0–9,5 MHz, (xxiv) 9,5–10,0 MHz und (xxv) > 10,0 MHz.
Das Massenspektrometer kann zudem eine Chromatographie- oder andere Trennvorrichtung, die einer Ionenquelle vorgeschaltet ist, aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Chromatographietrennvorrichtung eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographievorrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Trennvorrichtung Folgendes umfassen: (i) eine Kapillarelektrophorese-Trennvorrichtung ("CE-Trennvorrichtung"), (ii) eine Kapillarelektrochromatographie-Trennvorrichtung ("CEC-Trennvorrichtung"), (iii) eine Trennvorrichtung mit einem im Wesentlichen starren keramikbasierten mehrschichtigen Mikrofluidsubstrat ("Keramikkachel") oder (iv) eine Überkritisches-Fluid-Chromatographie-Trennvorrichtung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun zusammen mit anderen Anordnungen, die nur zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind, nur beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei:
1A einen Ionenmobilitätsseparator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, bei der Ionen von dem Eingang zu dem Ausgang des Ionenmobilitätsseparator getrieben werden, indem mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden, die den Ionenmobilitätsseparator bilden, angelegt werden und wobei zudem ein entgegengesetzter Strom oder Gegenstrom von Gas angewendet wird, so dass das Gas Ionen zurück in Richtung des Eingangs drängt, und 1B eine einzelne Ringelektrode der bevorzugten Vorrichtung zeigt;
2 einen Graphen zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für Ionen aufgetragen ist, die unter Verwendung eines herkömmlichen Wanderwellen-Ionenmobilitätsseparators modelliert wurden, der unter herkömmlichen Ionenmobilitätsbedingungen ohne Gegenstrom von Gas und mit einer Wanderwellengeschwindigkeit von 300 m/s betrieben wird;
3 einen Graphen zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die gleichen Ionen aufgetragen ist, die in 2 modelliert wurden, jedoch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Gegenstroms von Gas und mit einer Wanderwellengeschwindigkeit von 300 m/s;
4 einen Graphen zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die gleichen Ionen aufgetragen ist, die in 2 modelliert wurden, unter dem gleichen Druck von 1 Torr Helium ohne Gegenstrom von Gas und mit einer Wanderwellengeschwindigkeit von 600 m/s;
5 einen Graphen zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die gleichen Ionen aufgetragen ist, die in 2 modelliert wurden, unter dem gleichen Druck von 1 Torr Helium ohne Gegenstrom von Gas, wobei aber die Wanderwellengeschwindigkeit auf 1500 m/s erhöht wurde;
6 einen Graph zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die in den Tabellen 1 und 3 unten aufgeführt sind, mit einem statischen Gas und einer Wanderwellengeschwindigkeit von 300 m/s;
7 einen Graph zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die in 6 gezeigt sind, wieder mit einem statischen Gas, wobei jedoch die Wanderwellengeschwindigkeit auf 1500 m/s erhöht wurde;
8 einen Graph zeigt, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die in 5 gezeigt sind, aber mit einem Gegenstrom von Gas und wobei die Wanderwellengeschwindigkeit 1500 m/s betrug;
9A eine Ionentrennvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der (y, z)-Ebene zeigt, wobei ein Gegenstrom von Gas bereitgestellt wurde, wobei jedoch der Gasstrom in einer Richtung ausgerichtet wurde, die nicht vollständig entgegengesetzt zu der Richtung war, entlang der die Ionen durch die Wanderwelle getrieben werden, 9B die Vorrichtung in der (x, y)-Ebene zeigt und 9C die Vorrichtung in der (x, z)-Ebene zeigt;
10A die gleiche Vorrichtung in der (y, z)-Ebene zeigt und die Bahn angibt, den Ionen in Abwesenheit eines Gegenstroms von Gas durch die Vorrichtung nehmen und 10B die Vorrichtung in der (y, z)-Ebene zeigt und die Bahn angibt, den Ionen in Anwesenheit eines Gegenstroms von Gas durch die Vorrichtung nehmen; und
11 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die ähnlich zu der Ausführungsform in 1 ist, mit der Ausnahme, dass der Gasstrom in einer Richtung von dem Eingang zu dem Ausgang des Ionenmobilitätsseparators verläuft und die Wanderwelle oder die transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale in einer Richtung von dem Ausgang zu dem Eingang des Ionenmobilitätsseparators angelegt werden.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1A beschrieben.
1A zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Ionenmobilitätsseparator oder eine andere Trennvorrichtung vorgesehen ist, die eine HFbeschränkte Ringstapelanordnung umfasst. Der HF-Ringstapel umfasst vorzugsweise eine Eingangselektrode 1, eine Reihe von Zwischenringelektroden 2 und eine Ausgangselektrode 3. Entgegengesetzte Phasen einer Wechselspannung, die bei einer bei einer HF-Frequenz oszillieren, werden vorzugsweise an alternierende Ringelektroden 2 angelegt, um eine radiale HF-Eindämmungskraft oder ein Pseudopotential zu erzeugen. Der Ringstapel umfasst vorzugsweise mehrere Elektroden, die jeweils eine Öffnung aufweisen, durch die Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden. Alternative Ausführungsformen werden auch erwogen, bei denen der Ionenmobilitätsseparator oder die andere Trennvorrichtung einen segmentierten Mehrpol-Stabsatz oder mehrere planare Elektroden umfasst, die im Allgemeinen in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zu der Ebene ist, in der sich Ionen durch die Vorrichtung bewegen.
1A zeigt die bevorzugte Vorrichtung in der y, z-Dimension und 1B zeigt eine einzelne Ringelektrode 2 in der x, y-Dimension.
Im Betrieb werden Ionen vorzugsweise von dem Eintrittsende 1 zu dem Austrittsende 3 der Vorrichtung gedrängt, indem eine wandernde Gleichspannungswelle oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale 4 an die Ringelektroden 2, die den Ionenmobilitätsseparator oder die andere Trennvorrichtung bilden, angelegt werden. Ein Gegenstrom von Gas 5 ist vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung zu der Bewegungsrichtung der wandernden Gleichspannungswelle oder zu der Richtung, in der die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale 4 entlang der Länge des Ionenmobilitätsseparators oder einer anderen Trennvorrichtung fortschreiten, bereitgestellt. Wie verstanden werden wird, ist, obwohl die Trennvorrichtung vorzugsweise in einer Betriebsart betrieben wird, in der Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität oder ihrem Stoßquerschnitt zeitlich getrennt werden, ein vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die Trennvorrichtung auch leicht in einer Betriebsart betrieben werden kann, in der Ionen gemäß ihrer Masse oder ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses zeitlich getrennt werden. Ein besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass die Trennvorrichtung leicht zwischen einer ersten Betriebsart, in der Ionen gemäß ihrer Ionenmobilität oder ihrem Stoßquerschnitt zeitlich getrennt werden, und einer zweiten Betriebsart, in der Ionen gemäß ihrer Masse oder ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis zeitlich getrennt werden, umgeschaltet werden kann.
Ein SIMION-8-Modell (RTM-Modell) einer Wanderwellen-Ionenmobilitätsvorrichtung, die mehrere Ringelektroden umfasst, wurde konstruiert, um das Verhalten der bevorzugten Vorrichtung zu modellieren. Der Innendurchmesser der Ringelektroden wurde mit 5 mm modelliert. Die Ringplatten oder Ringelektroden wurden als 0,5 mm dick und in Abständen von 1 mm zwischen den Platten angeordnet modelliert. Die Ringelektroden wurden im Modell mit einem Wechselstrompotential, das bei 2,7 MHz mit einer Amplitude von 250 V Peak-zu-Peak oszilliert, versorgt. Es wurde modelliert, dass entgegengesetzte Phasen der HF an benachbarte Platten bzw. Elektroden angelegt werden.
Es wurde modelliert, dass transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an zwei Paare von Plattenelektroden in einem Sechs-Plattenpaar-Wiederholungsmuster angelegt werden. Für jede Gruppe von sechs Plattenpaaren wurde zu einem gegebenen Zeitpunkt an das gleiche Plattenpaar in einer Folge von 67 Paaren die transiente Gleichspannung oder das transiente Gleichspannungspotential angelegt. Eine Gleichspannungs-Wanderwelle wurde durch Anlegen einer transienten Gleichspannung oder eines transienten Potenzials an jede Plattenpaar nacheinander eingerichtet. Daher schreitet das Potential in einem Zeitschritt um ein Plattenpaar, d. h. 3 mm, fort.
Die Geschwindigkeit der Gleichspannungs-Wanderwelle kann durch Ändern der Zeit zwischen dem Umschalten der Gleichspannung oder des Gleichspannungspotentials zwischen jedem Plattenpaar gesteuert werden. Beispielsweise führt ein Schalten der Gleichspannung oder des Gleichspannungspotentials zwischen benachbarten Plattenpaaren in der Sequenz alle 10 µs zu einer Wanderwellengeschwindigkeit von 300 m/s.
Die Bahn des Ensembles von einfach und zweifach geladenen Ionen mit einem Bereich von Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen und Stoßquerschnitten wurde beginnend an dem Eintrittsende der Ionenführung modelliert. Die Austrittszeit von Ionen, die aus der Ionenführung austreten, wurde aufgezeichnet. Die Gesamtlänge, entlang der Ionen bei der Bewegung modelliert wurden, betrug 185 mm. Die mittleren Driftzeiten und die Standardabweichung der mittleren Driftzeiten wurde aufgezeichnet.
Der Stoßquerschnitt CCS der Ionen wurde folgendermaßen geschätzt:
wobei D_ion der Hartkugelradius der Ionen ist und aus Folgendem geschätzt wurde:
wobei M_ion die Ionenmasse ist und wobei:
wobei M_gas die Masse des IMS-Puffergases ist.
In allen Fällen wurde Helium als Puffergas modelliert.
Um die Bewegung der Ionen in einer gasgefüllten Vorrichtung nachzubilden, wurde ein Hartkugelgas-Stoßmodell verwendet.
Eine Auflistung der Massen und Querschnitte, die für jedes Ionenensemble verwendet wurden, ist unten in Tabellen 1 und 2 genau aufgeführt. Tabelle 1 beschreibt die Masse und den Stoßquerschnitt von einfach geladenen Ionen, die modelliert wurden, und Tabelle 2 beschreibt die Masse und den Stoßquerschnitt von zweifach geladenen Ionen, die modelliert wurden.
Zusätzlich wurden auch die Bahnen eines dritten Ensembles von einfach geladenen Ionen mit anderen Stoßquerschnitten untersucht. Diese Ionenensembles unterschieden sich von denen aus Tabelle 1 darin, dass sie zweimal so viel Masse hatten und die Werte ihrer Stoßquerschnitte mit einem Faktor von 0,75 skaliert waren. Eine Auflistung der Massen und Stoßquerschnitte der dritten Ionengruppe ist unten in Tabelle 3 gezeigt.
Um die berechneten Datensätze unter verschiedenen Bedingungen zu vergleichen, wurden zwei Gütezahlen verwendet.
Erstens kann ein Maß für die durchschnittliche Trennung RMob zwischen Ionen mit dem gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis, aber unterschiedlichen Stoßquerschnitten (CCS), verwendet werden, wobei:
wobei DTx und Dty Paare der berechneten Driftzeitwerte für Ionen mit dem gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis aus Tabellen 1 und 2 oder Tabellen 1 und 3 sind.
Ein höherer Wert von RMob weist auf eine Trennung mit stärkerer Ionenmobilität-Abhängigkeit hin.
Die zweite Gütezahl ist ein Maß für die durchschnittliche Trennung RMass zwischen Driftzeiten, die für aufeinanderfolgende Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Werte in Tabelle 1 für einfach geladene Ionen berechnet werden:
wobei DTz die Driftzeit ist, die für den Stoßquerschnitt und die Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Werte aus Tabelle 1 berechnet ist.
RMass ist ein Maß für die Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennleistung. Ein höherer Wert von RMass zeigt eine höhere Massentrennleistung an.

Die relativen Änderungen dieser zwei Gütezahlen geben einen Hinweis auf das Ausmaß, in dem Ionen wegen Unterschieden in ihrer Ionenmobilität oder wegen Unterschieden in ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt werden.

Masse	CCS (A²)	Ladungszustand
100.0	62.83969	1+
290.0	109.0725	1+
480.0	143.6271	1+
670.0	173.0813	1+
860.0	199.442	1+
1050.0	223.6533	1+
1240.0	246.2517	1+
1430.0	267.5781	1+
1620.0	287.8655	1+
1810.0	307.2821	1+
2000.0	325.9539	1+

Tabelle 1

Masse	CCS (A²)	Ladungszustand
200	89.53889	2+
580	159.5992	2+
960	212.4126	2+
1340	257.618	2+
1720	298.1845	2+
2100	335.5159	2+
2480	370.4129	2+
2860	403.386	2+
3240	434.7848	2+
3620	464.8619	2+
4000	493.8072	2+

Tabelle 2

Masse	CCS (A²)	Ladungszustand
200	47.12977	1+
580	81.80441	1+
960	107.7203	1+
1340	129.811	1+
1720	149.5815	1+
2100	167.74	1+
2480	184.6888	1+
2860	200.6836	1+
3240	215.8991	1+
3620	230.4615	1+
4000	244.4654	1+

Tabelle 3

2 zeigt einen Graphen, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für Ionen aufgetragen ist, die oben unter Verwendung von Standardwanderwellen-Ionenmobilitätsbedingungen detailliert aufgeführt sind. Die Fehlerbalken sind die Standardabweichung der Driftzeiten für jedes Ensemble von Ionen und geben einen Hinweis auf die Trennleistung der bevorzugten Vorrichtung bei Halbwertsbreitendefinition.
Die Daten, die in 2 gezeigt sind, wurden erhalten, wenn das Gas statisch und bei einem Druck von 1 Torr Helium war. Die Wanderwellengeschwindigkeit wurde als 300 m/s modelliert und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 2 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren.
Die beiden Trendlinien zeigen die Trennung von zweifach und einfach geladenen Ionen bei dem gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Wert aufgrund von Unterschieden in ihrer Ionenmobilität. Für diese Daten wurde RMob zu 3,8 bestimmt und RMass zu 1,9 bestimmt.
Dies spiegelt die relativ große Differenz in der Ionenmobilität zwischen Ionen des gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses und verschiedenen Ladungszustands verglichen mit der kleineren Differenz in der Mobilität zwischen aufeinanderfolgenden einfach geladenen Ionen in Tabelle 1 wider.
3 zeigt einen Graphen, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die gleichen Ionen aufgetragen ist, die in 2 modelliert wurden, unter dem gleichen Druck von 1 Torr Helium, aber gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei modelliert wurde, dass ein Gas mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s in einer Richtung entgegen der Bewegung der Ionen fließt. Es wurde modelliert, dass das Gas bei einem Druck von 1 Torr Helium ist. Die Wanderwellengeschwindigkeit wurde als 300 m/s modelliert und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 2 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren. Für diese Daten wurde RMob zu 8,1 bestimmt und RMass zu 3,8 bestimmt.
Es ist aus den verschiedenen Driftzeitskalen in 2 und 3 klar, dass die Trennung zwischen Ionen des gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses und verschiedener Ladungszustände und zwischen Ionen des gleichen Ladezustands und verschiedener Massen aufgrund der Anwendung des Gegenstroms von Gas mit niedriger Geschwindigkeit im Wesentlichen um den gleichen Faktor (2x) erhöht wurde. Dies zeigt, dass die bevorzugte Vorrichtung von einem erhöhten Ionenmobilitätsauflösungsvermögen profitiert. Die Gesamt-Driftzeit (DT) erhöhte sich von 22 ms auf 37 ms.
4 zeigt einen Graphen, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die gleichen Ionen aufgetragen ist, die in 2 modelliert wurden, unter dem gleichen Druck von 1 Torr Helium. In diesem Fall war das Gas statisch und bei einem Druck von 1 Torr Helium. Die Wanderwellengeschwindigkeit wurde als auf 600 m/s erhöhte modelliert und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 2 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren. Für diese Daten wurde RMob zu 2,4 bestimmt und RMass zu 1,7 bestimmt.
Die maximale Driftzeit ist ähnlich der, die in 3 für einen Gegenstrom von Gas mit 20 m/s gezeigt ist. Im Vergleich zu 2 ist jedoch die Trennung zwischen den verschiedenen Ladungszuständen reduziert, was eine geringere Mobilitätstrennung andeutet. Im Gegensatz dazu ist die Trennung zwischen unterschiedlichen Massen des gleichen Ladungszustands um einen kleineren Faktor reduziert. Dies zeigt, dass das Anwenden eines Gegenstroms von Gas nicht die gleiche Wirkung hat wie das Erhöhen der Wanderwellengeschwindigkeit, obwohl beide Verfahren eine ähnliche Zunahme der Driftzeit zur Folge haben.
5 zeigt einen Graphen, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die oben in Bezug auf 2 modelliert wurden, unter dem gleichen Druck von 1 Torr Helium. In diesem Fall war das Gas wieder statisch und bei einem Druck von 1 Torr Helium. Die Wanderwellengeschwindigkeit wurde weiter auf 1500 m/s erhöht und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 8 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren. Für diese Daten wurde RMob zu 1,3 Gegenstrom von Gas und RMass zu 2,3 bestimmt.
Wenn eine schnellere Wanderwelle angewendet wurde, erhöhte sich die Driftzeit auf ein Maximum von 80 ms. Es ist zudem klar, dass die beiden Trendlinien, die einfach und zweifach geladenen Ionen entsprechen, in ihrer Trennung reduziert sind. Dies wird durch den niedrigen Wert von RMob reflektiert. Allerdings ist die Trennung zwischen den einfach geladenen Ionen verschiedener Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse erhöht, was durch einen RMass-Wert von 2,3 im Vergleich zu einem RMass-Wert von 1,9 für die in 2 gezeigte Anordnung angedeutet ist. Dies weist darauf hin, dass die Trennung nicht mehr von der Mobilität der Ionen dominiert ist und nun im Wesentlichen von dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der Ionen abhängt.
Um zu bestätigen, dass bei höheren Wanderwellengeschwindigkeiten eine Trennung von dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis anstelle der Ionenmobilität dominiert wird, wurden Ionen des gleichen Masse-Ladungs-Verhältnisses, aber mit unterschiedlichen Stoßquerschnitten untersucht.
6 zeigt einen Graph, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die in den Tabellen 1 und 3 aufgeführt sind. In diesem Fall war das Gas statisch und bei einem Druck von 1 Torr Helium. Die Wanderwellengeschwindigkeit betrug 300 m/s und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 2 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren. Für diese Daten wurde RMob zu 3,4 bestimmt und RMass zu 1,9 bestimmt.
Dies ist sehr ähnlich zu den Daten in 2. Jedoch sind die Ionen nun alle einfach geladenen Ionen mit dem gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Wert und unterscheiden sich nur in dem Stoßquerschnitt ("CCS").
7 zeigt einen Graph, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die in 6 modelliert sind. In diesem Fall war das Gas statisch und bei einem Druck von 1 Torr Helium. Die Wanderwellengeschwindigkeit wurde auf 1500 m/s erhöht und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 8 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren. Für diese Daten wurde RMob zu 1,3 bestimmt und RMass zu 2,3 bestimmt.
Dies ist sehr ähnlich zu den Daten, die in 5 gezeigt sind, was bestätigt, dass eine Trennung bei dieser höheren Wellengeschwindigkeit von dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis und nicht von der Ionenmobilität oder dem Stoßquerschnitt ("CCS") dominiert ist.
8 zeigt einen Graph, in dem ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis gegen eine Driftzeit für die Ionen aufgetragen ist, die in 5 modelliert sind. In diesem Fall strömte das Gas mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s in einer Richtung entgegen der Bewegung der Ionen und bei einem Druck von 1 Torr Helium. Die Wanderwellengeschwindigkeit betrug 1500 m/s und die Amplitude der transienten Gleichspannung wurde von 8 V mit einer Rate von 0,2 V/ms hochgefahren. Für diese Daten wurde RMob zu 2,4 bestimmt und RMass zu 6,6 bestimmt.
Es ist aus der Erhöhung von RMass klar, dass die Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennleistung dieser Vorrichtung aufgrund der Anwendung eines Gegenstroms von Gas um einen Faktor von nahezu 3 im Vergleich mit der oben unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Anordnung erhöht ist, während die Trennung, die auf Ionenmobilität zurückzuführen ist, nur um einen Faktor von 1,04 erhöht ist. Die maximale Driftzeit ist ebenfalls um einen Faktor 3 erhöht.
Dies zeigt, dass eine Anwendung eines Gegenstroms von Gas auf eine Wanderwellen-Ionentrennvorrichtung, die in einer Massen- oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennungs-Betriebsart mit einer schnellen Wanderwellengeschwindigkeit betrieben wird, vorteilhafterweise die Massen- oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Trennleistung der Vorrichtung erhöht.
9A bis 9C zeigen eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Gegenstrom von Gas vielleicht nicht vollständig zu der Richtung entgegengesetzt ist, in die die Ionen von der Wanderwelle gedrängt werden.
9A zeigt die Vorrichtung in der (y, z)-Ebene. Die Vorrichtung ist aus zwei planaren Anordnungen von plattenartigen Elektroden 6 konstruiert, die vorzugsweise in Bezug auf die Richtung des Gasflusses 5 geneigt oder angewinkelt sind. Ionen sind vorzugsweise in der y-Richtung durch Anlegen von alternierenden Phasen eines HF-Frequenz-Wechselspannungspotentials an die Plattenelektroden beschränkt. Dies bildet eine Pseudopotential-Eindämmungskraft in der y-Richtung. Ionen können in der x-Richtung, falls erforderlich, durch Elektroden, die entlang der z-Länge der Vorrichtung in der z-Richtung verlaufen und an die ein Gleichspannungs-Eindämmungspotential angelegt wird, beschränkt werden. 9B zeigt die Vorrichtung in der (x, y)-Richtung und zeigt die planaren Elektroden 6 und die Gleichspannungselektroden 7. 9C zeigt die Vorrichtung in der (x, z)-Ebene. Im Betrieb wird eine Gleichspannungs-Wanderwelle vorzugsweise an die planaren Elektroden 6 angelegt.
10A zeigt die gleiche Vorrichtung in der (y, z)-Ebene und zeigt die Bahn, die Ionen in Abwesenheit eines Gegenstroms von Gas vorzugsweise durch die Vorrichtung nehmen. Ionen können kontinuierlich oder als Puls eingebracht werden. Alle Ionen folgen vorzugsweise der gleichen Bahn. Wenn Ionen als Paket oder Puls eingebracht werden, dann werden die Ionen vorzugsweise abhängig von der Geschwindigkeit der Wanderwelle nach Ionenmobilität oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt und werden die Vorrichtung wie gezeigt verlassen oder auf einer der Elektroden auftreffen.
10B zeigt die Bahn von Ionen in Anwesenheit eines Gegenstroms von Gas 5. Ionen mit einer spezifischen Ionenmobilität oder einem spezifischen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis können dazu ausgelegt sein, die Vorrichtung an einer Austrittsöffnung 10 zu verlassen und auf einem Ionendetektor aufzutreffen oder vorwärts zu einer weiteren Vorrichtung durchgelassen zu werden. Ionen mit geringerer Mobilität oder mit höherem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Wert 11 werden nicht so weit durch die Vorrichtung wandern. Diese Ionen können auslegungsgemäß verworfen werden. Ionen mit höherer Mobilität oder mit geringerem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis 8, 9 wandern vorzugsweise weiter durch die Vorrichtung und können auch verworfen werden.
Die Vorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, kann dazu ausgelegt sein, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Wanderwelle eine hochauflösende Ionenmobilitätsfilterung oder Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Filterung bereitzustellen. Die Vorrichtung kann mit Einbringung entweder eines gepulsten oder eines kontinuierlichen Strahls von Ionen verwendet werden.
Durch Variieren der Amplitude oder der Geschwindigkeit der Wanderwelle oder der Geschwindigkeit des Gasstroms können Ionen mit unterschiedlichen Eigenschaften auslegungsgemäß die Vorrichtung verlassen.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung. Diese Ausführungsform ist identisch mit der in 1 gezeigten, mit der Ausnahme, dass in diesem Fall der Gasstrom 5 in einer Richtung von dem Eingang 1 zu dem Ausgang der Vorrichtung 3 verläuft. Eine Wanderwellenspannung ist vorzugsweise an die Elektroden angelegt, die vorzugsweise dazu dient, dem Gasstrom 4 entgegenzuwirken, der Ionen von dem Ausgang 3 zu dem Eingang der Vorrichtung 1 drängt. Im Betrieb sind die Amplitude und die Geschwindigkeit der Wanderwelle derart, dass Ionen von Interesse nicht von der Wanderwelle überholt werden können und daher in Richtung des Eingangs der Vorrichtung angetrieben werden. Ionen sind effektiv durch eine Kombination aus dem Gasstrom und der entgegengesetzten Wanderwelle im Wesentlichen ohne Trennung in der Nähe des Eingangs der Vorrichtung gefangen. Vorzugsweise wandern Ionen auslegungsgemäß aus diesem Einfangbereich zu dem Ausgang der Vorrichtung, indem die Geschwindigkeit der Wanderwelle oder die Rate, mit der transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden angelegt werden, derart erhöht werden, dass Ionen von geringer Mobilität anfangen, von der Wanderwelle oder den transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentialen überholt zu werden. Durch Abtasten oder Abstufen der Geschwindigkeit der Wanderwelle oder der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale von niedriger Geschwindigkeit zu hoher Geschwindigkeit werden Ionen vorzugsweise in aufsteigender Reihenfolge der Ionenmobilität oder des Stoßquerschnitts die Vorrichtung verlassen. Vollständige hochauflösende Ionenmobilitätstrennungsspektren können erzeugt werden. Weniger bevorzugt kann die Amplitude der Wanderwelle oder der transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale reduziert werden, um zu ermöglichen, dass Ionen die Vorrichtung verlassen, oder eine Kombination aus Amplitude und Geschwindigkeit kann verwendet werden.
Mit einem kontinuierlich eingebrachten Ionenstrahl kann dieser Ansatz verwendet werden, um eine Betriebsart mit Mobilitätsobergrenze bereitzustellen.
Diese Ausführungsform kann in dem Zwischendruckdurchlassbereich zwischen einer atmosphärischen Ionenquelle und einer nachgeschalteten Analysevorrichtung bzw. einem nachgeschalteten Massenspektrometers realisiert werden. In diesem Bereich ist die Richtung des Gasstroms von hohem Druck in der Ionenquelle oder dem Ioneneingang zu niedrigen Druck an dem Ausgang der Vorrichtung. Ionen können unter Verwendung einer Wanderwelle oder transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale gefangen werden und sequentiell in der Reihenfolge ihrer Ionenmobilität in diesem Bereich des Massenspektrometers abgetastet werden.
Es kann in einigen Fällen vorteilhaft sein, die Vorrichtung in einer Zwischentrennbetriebsart zu betreiben, in der die Trennung eine Komponente der Ionenmobilität und auch eine Komponente des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses umfasst, und nicht in einer Situation, in der die Trennung überwiegend abhängig von der Ionenmobilität, dem Stoßquerschnitt oder überwiegend abhängig von dem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis ist.
Die Vorrichtung kann diskret abgestuft oder kontinuierlich zwischen dem Masse-Ladungs-Verhältnis-Trennung und der Ionenmobilitätstrennung gefahren werden, je nach der gewünschten Betriebsart.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Trennen von Ionen, das umfasst: Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst; Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben; Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; und Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden; wobei der Gasstrom während der ersten und der zweiten Betriebsart bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Betriebsart bewirkt, dass Ionen die Trennvorrichtung in der Reihenfolge von zunehmendem oder abnehmendem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis verlassen; wobei die zweite Betriebsart ferner umfasst: Senden der Ionen, während sie getrennt sind, aus der Trennvorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator; und Variieren des Betriebs des Ionenanalysators als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ionenanalysator einen Ionenfilter umfasst, der nur Ionen durchlässt, die einen gewissen Wert oder Wertebereich einer physikalischchemischen Eigenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweisen, und wobei der Wert oder Wertebereich, der durch den Ionenfilter durchgelassen wird, wird in der zweiten Betriebsart basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ionenanalysator ein diskontinuierlicher Ionenanalysator ist, der Ionen aus der Trennvorrichtung empfängt und wiederholt Ionen in einen Analysebereich pulst; und wobei die Dauer der Zeit zwischen den Pulsen als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, variiert wird; oder wobei die Dauer der Zeit zwischen dem Austreten eines gegebenen Ions aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, als eine Funktion der Zeit variiert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Ionenanalysator ein Flugzeit-Massenanalysator ist und der Analysebereich ein Flugzeitbereich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–5, wobei der Ionenanalysator ein Massenanalysator ist und/oder die physikalisch-chemische Eigenschaft ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Betriebsart bewirkt, dass Ionen die Trennvorrichtung in der Reihenfolge von zunehmender oder abnehmender Ionenmobilität verlassen; wobei die erste Betriebsart ferner umfasst: Senden der Ionen, während sie getrennt sind, aus der Trennvorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator; und Variieren des Betriebs des Ionenanalysators als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Ionenmobilitäten der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Ionenanalysator in der ersten Betriebsart einen Ionenfilter umfasst, der nur Ionen durchlässt, die einen gewissen Wert oder Wertebereich einer physikalisch-chemischen Eigenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweisen, und wobei der Wert oder Wertebereich, der durch den Ionenfilter durchgelassen wird, in der ersten Betriebsart basierend auf und synchron mit den Ionenmobilitäten der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Ionenanalysator, der in der ersten Betriebsart arbeitet, ein Massenanalysator ist und/oder die physikalisch-chemische Eigenschaft ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das eine oder die mehreren Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der von dem Ionenfilter durchgelassenen Ionen in der ersten Betriebsart mit der Zeit und als Funktion der Ionenmobilitäten, die an dem Ionenfilter aus der Trennvorrichtung empfangen werden, variiert werden, um nur Ionen eines ausgewählten Ladungszustands durchzulassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Bestimmen der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der getrennten Ionen in der zweiten Betriebsart umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ionen, die das gleiche Masse-Ladungs-Verhältnis, aber unterschiedliche Ionenmobilitäten aufweisen, in der ersten Betriebsart getrennt werden; und/oder Ionen, die die gleiche Ionenmobilität, aber unterschiedliche Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse aufweisen, in der zweiten Betriebsart getrennt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeit der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen in der ersten Betriebsart ≤ x % der Geschwindigkeit der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen in der zweiten Betriebsart ist, wobei X aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: 90; 80; 70; 60; 50; 40; 30; 20; 10; oder 5.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten Betriebsart die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren und der Gegengasstrom bewirken, dass die Ionen ihre Endgeschwindigkeiten erreichen; und in der zweiten Betriebsart die eine oder die mehreren Gleichspannungs- oder Gleichspannungspotentialbarrieren und der Gegengasstrom nicht bewirken, dass die Ionen ihre Endgeschwindigkeiten erreichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit während der ersten Betriebsart und/oder der zweiten Betriebsart umfasst; und/oder wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale unterschiedliche Amplituden während der ersten und während der zweiten Betriebsart aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 15, das ein Erhöhen und/oder Verringern der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit während der ersten Betriebsart und/oder der zweiten Betriebsart umfasst; und/oder wobei die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale eine höhere Amplitude während der ersten Betriebsart als während der zweiten Betriebsart oder eine niedrigere Amplitude während der ersten Betriebsart als während der zweiten Betriebsart aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten und/oder der zweiten Betriebsart Ionen in einem Trennbereich getrennt werden, der auf einem Druck gehalten wird, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 0,0001 mbar; (ii) 0,0001 bis 0,001 mbar; (iii) 0,001–0,01 mbar; (iv) 0,01–0,1 mbar; (v) 0,1–1 mbar; (vi) 1–10 mbar; (vii) 10 bis 100 mbar; (viii) 100–1000 mbar; (ix)> 1000 mbar; (x) ≤ 5 mbar; und (xi) ≤ 10 mbar.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasstrom eine Geschwindigkeit in der zweiten Richtung aufweist, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (i) < 10 m/s; (ii) 10–20 m/s; (iii) 20–30 m/s; (iv) 30–40 m/s; (v) 40–50 m/s; (vi) 50–60 m/s; (vii) 60–70 m/s; (viii) 70–80 m/s; (ix) 80–90 m/s; (x) 90–100 m/s; und (xi) > 100 m/s.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschaltet, vorzugsweise während die gleiche Probe in einem einzigen Versuchslauf analysiert wird.
Verfahren zum Trennen von Ionen, das umfasst: Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst; Anlegen von mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentialen an zumindest einige der Elektroden, Schalten der Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder Modulieren der Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung treibt; und Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer ersten Geschwindigkeit entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; und Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden; wobei der Gasstrom während der ersten und der zweiten Betriebsart bereitgestellt wird.
Verfahren zum Trennen von Ionen nach Masse-Ladungs-Verhältnis, das umfasst: Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst; Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben; Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei veranlasst wird, dass Ionen die Trennvorrichtung in der Reihenfolge von zunehmendem oder abnehmendem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis verlassen; wobei das Verfahren ferner umfasst: Senden der Ionen, während sie getrennt sind, aus der Trennvorrichtung zu einem nachgeschalteten Ionenanalysator; und Variieren des Betriebs des Ionenanalysators als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Ionenanalysator einen Ionenfilter umfasst, der nur Ionen durchlässt, die einen gewissen Wert oder Wertebereich einer physikalischchemischen Eigenschaft zu einem gegebenen Zeitpunkt aufweisen, und wobei der Wert oder Wertebereich, der durch den Ionenfilter durchgelassen wird, basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, mit der Zeit variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Ionenanalysator ein diskontinuierlicher Ionenanalysator ist, der Ionen aus der Trennvorrichtung empfängt und wiederholt Ionen in einen Analysebereich pulst; und wobei die Dauer der Zeit zwischen den Pulsen als Funktion der Zeit basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, variiert wird; oder wobei die Dauer der Zeit zwischen dem Austreten eines gegebenen Ions aus der Trennvorrichtung und dem Pulsen in den Analysebereich basierend auf und synchron mit den Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen der Ionen, die die Trennvorrichtung verlassen und an dem Ionenanalysator empfangen werden, als eine Funktion der Zeit variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Ionenanalysator ein Flugzeit-Massenanalysator ist und der Analysebereich kann ein Flugzeitbereich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22–25, wobei der Ionenanalysator ein Massenanalysator ist und/oder die physikalisch-chemische Eigenschaft ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21–26, das ein Bestimmen der Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der getrennten Ionen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21–27, wobei Ionen, die das gleiche Masse-Ladungs-Verhältnis, aber unterschiedliche Ionenmobilitäten aufweisen, durch die Vorrichtung getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21–28, das ein Variieren, Abtasten oder Abstufen der Amplitude der einen oder der mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale als Funktion der Zeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Ionen mit höherer Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung getrennt werden, wenn die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale eine höhere Geschwindigkeit aufweisen, und mit niedrigerer Masse-zu-Ladungs-Verhältnis-Auflösung getrennt werden, wenn die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale eine niedrigere Geschwindigkeit aufweisen.
Verfahren zum Trennen von Ionen nach Masse-Ladungs-Verhältnis oder Ionenmobilität, das umfasst: Bereitstellen einer Trennvorrichtung, die mehrere Elektroden umfasst; Anlegen von mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentialen an zumindest einige der Elektroden, Schalten der Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder Modulieren der Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung treibt; und Bereitstellen eines Gasstroms in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Verfahren zur Massenspektrometrie oder Ionenmobilitätsspektrometrie, das ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen, die umfasst: mehrere Elektroden; eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden anzulegen, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben; eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung für Folgendes zu steuern: Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen entlang mindestens eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, durchfahren, verschoben oder sequentiell angelegt werden, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden; und Bereitstellen des Gasstroms während der ersten und der zweiten Betriebsart.
Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen, die umfasst: mehrere Elektroden; eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentiale an zumindest einige der Elektroden anzulegen und die Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so zu schalten, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder die Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so zu modulieren, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung treibt; eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung für Folgendes zu steuern: Durchführen einer ersten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen der -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer ersten Geschwindigkeit entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Ionenmobilitäten getrennt werden; Durchführen einer zweiten Betriebsart, bei der die eine oder die mehreren Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentiale entlang zumindest eines Teils der axialen Länge der Trennvorrichtung so angelegt werden, dass sich die Potentialbarriere mit einer zweiten Geschwindigkeit, die höher als die erste Geschwindigkeit ist, entlang der Vorrichtung bewegt, um zu bewirken, dass Ionen gemäß ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse getrennt werden; und Bereitstellen des Gasstroms während der ersten und der zweiten Betriebsart.
Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen, die umfasst: mehrere Elektroden; eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an mindestens einige der Elektroden anzulegen, um Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung zu treiben; und eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; und einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale die Ionen so gegen den Gasstrom antreiben, dass die Ionen nach ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen getrennt werden.
Trennvorrichtung zum Trennen von Ionen, die umfasst: mehrere Elektroden; eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentiale an zumindest einige der Elektroden anzulegen und die Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so zu schalten, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder die Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so zu modulieren, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in einer ersten Richtung durch die Trennvorrichtung treibt; eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, die im Wesentlichen geneigt oder entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist; und einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass die Potentialbarriere die Ionen so gegen den Gasstrom antreibt, dass die Ionen nach ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen getrennt werden.
Massenspektrometer oder Ionenmobilitätsspektrometer, das eine Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 29–36 umfasst.
Verfahren zum Filtern von Ionen, das umfasst: Bereitstellen eines Ionenfilters, der mehrere Elektroden umfasst; Anlegen einer oder mehrerer transienter Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden, um Ionen in einer ersten Richtung entlang des Filters zu treiben; und Bereitstellen eines Gasstroms entlang des Filters in einer zweiten Richtung, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken; wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind, so dass Ionen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und so dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei die physikalischchemische Eigenschaft eine Ionenmobilität oder ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, wobei die mehreren Elektroden, an die die eine oder die mehreren transienten Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale angelegt werden, parallel und in einer dritten Richtung angeordnet sind, wobei die erste und die dritte Richtung in Bezug zueinander in einem Winkel angewinkelt sind, der anders als orthogonal ist.
Verfahren nach Anspruch 38, 39 oder 40, das ein Variieren eines oder mehrerer Betriebsparameter des Filters umfasst, um den einen oder die mehreren physikalischchemischen Eigenschaftswerte der Ionen, die den Filter entlang der gewünschten Austrittsbahn verlassen, zu wählen oder zu variieren, wobei der eine oder die mehreren Betriebsparameter sind: Gasstromgeschwindigkeit; Gasstromrichtung; Geschwindigkeit der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials entlang des Filters; Amplitude der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials; und Bewegungsrichtung der transienten Gleichspannung oder des transienten Gleichspannungspotentials.
Verfahren zum Filtern von Ionen, das umfasst: Bereitstellen eines Ionenfilters, der mehrere Elektroden umfasst; Anlegen von mehrphasigen Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentialen an zumindest einige der Elektroden, Schalten der Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder Modulieren der Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in einer ersten Richtung entlang des Filters treibt; und Bereitstellen eines Gasstroms entlang des Filters in einer zweiten Richtung, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken; wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind, so dass Ionen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und so dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Ionenfilter, der umfasst: mehrere Elektroden; eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, eine oder mehrere transiente Gleichspannungen oder Gleichspannungspotentiale an die Elektroden anzulegen, um Ionen in einer ersten Richtung entlang des Filters zu treiben; eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt und angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken, wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind; und einen Controller, der dazu ausgelegt und angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass Ionen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.
Ionenfilter, das umfasst: mehrere Elektroden; eine erste Vorrichtung, die dazu ausgelegt oder angepasst ist, mehrphasige Wechsel- oder HF-Spannungen oder -Potentiale an die Elektroden anzulegen, die Phase der Spannungen oder Potentiale, die an aufeinanderfolgende Elektroden entlang der Vorrichtung angelegt sind, so zu schalten, dass sich eine Pseudo-Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, oder die Amplitude der Spannungen oder Potentiale der Reihe nach entlang der Vorrichtung so zu modulieren, dass sich eine Potentialbarriere entlang der Vorrichtung bewegt, wobei die Potentialbarriere Ionen in einer ersten Richtung entlang des Filters treibt; eine zweite Vorrichtung, die dazu ausgelegt oder angepasst ist, einen Gasstrom in einer zweiten Richtung bereitzustellen, um der Bewegung der Ionen in der ersten Richtung entgegenzuwirken, wobei die erste und die zweite Richtung in Bezug zueinander in einem anderen Winkel als orthogonal angewinkelt sind; und einen Controller, der dazu ausgelegt oder angepasst ist, die erste und die zweite Vorrichtung so zu steuern, dass Ionen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaftswerten entlang unterschiedlicher Bahnen durch den Filter wandern und dass nur Ionen eines ausgewählten Werts oder Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft den Ionenfilter entlang einer gewünschten Austrittsbahn verlassen.