DE112015001187T5

DE112015001187T5 - Verfahren zur Trennung von Ionen entsprchend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft

Info

Publication number: DE112015001187T5
Application number: DE112015001187.0T
Authority: DE
Inventors: Jason Lee Wildgoose
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: DE112015001187B4; GB2527877A; US20170213716A1; GB201504040D0; WO2015136266A1; GB2527877B; US9881782B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft offenbart. Beim Verfahren wird bewirkt, dass Ionen eine Anzahl von Umläufen entlang einem Ionenführungsweg 4 oder um diesen herum ausführen, so dass die Ionen entsprechend der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden. Die Ionen werden aus einem Ionenaustrittsgebiet 6 ausgestoßen, indem eine Kraft auf die Ionen ausgeübt wird, so dass nur Ionen mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet 6 laufen, jedoch Ionen mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, innerhalb des Ionenführungswegs 4 verbleiben. Die innerhalb des Austrittsgebiets 6 auf die Ionen ausgeübte Kraft wird im Laufe der Zeit geändert, so dass sich der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet 4 ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit ändert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil aus der am 10. März 2014 eingereichten britischen Patentanmeldung 1404177.6 und der am 10. März 2014 eingereichten europäischen Patentanmeldung 14158598.4 . Der gesamte Inhalt dieser Anmeldungen wird hier durch Verweis aufgenommen.
HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft in der Art der Ionenbeweglichkeit oder des Masse-/Ladungsverhältnisses.
Ein herkömmliches Ionenbeweglichkeitsspektrometer oder ein herkömmlicher Ionenbeweglichkeitstrenner ("IMS") verwendet einen statischen Potentialgradienten, um Ionen entlang einer Driftröhre zu treiben, so dass die Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden, wenn sie entlang der Driftröhre laufen. Es ist wohlbekannt, dass die Erhöhung der Länge der Driftröhre zu einer verbesserten Auflösung oder Auflösungsfähigkeit der Vorrichtung führen kann. Dies gilt auch für IMS-Vorrichtungen, die ein laufendes Gleichspannungspotential an Stelle eines statischen Potentialgradienten verwenden, um die Ionen entlang der Driftröhre zu treiben. Eine solche Vorrichtung, die ein laufendes Gleichspannungspotential verwendet, hat den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, dass ein Gleichspannungsfeld entlang der gesamten Länge der Driftröhre verläuft. Dies ermöglicht es, dass der Eingang der IMS-Vorrichtung auf dem gleichen Gleichspannungspotential liegt wie der Ausgang der Vorrichtung.
WO 2007/066114 offenbart eine IMS-Vorrichtung, die den vorstehend erwähnten Vorteil ausnutzt, indem die Driftröhre als eine Konfiguration mit einem geschlossenen Kreis gebildet ist, wodurch die Driftlänge der Vorrichtung erhöht werden kann, indem Ionen veranlasst werden, mehrere Umläufe um das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet auszuführen. Wenngleich es diese Technik ermöglicht, die effektive Länge des Driftgebiets erheblich zu vergrößern, ergibt sich ein Problem, wenn die Ionen zur weiteren Analyse aus der Vorrichtung ausgestoßen werden sollen. Insbesondere führen an einer gegebenen Position innerhalb der Vorrichtung Ionen mit verschiedenen Beweglichkeiten verschiedene Anzahlen von Umläufen um das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet aus. Dies führt dazu, dass die Auflösung der Vorrichtung von der Ionenbeweglichkeit abhängt, was unerwünscht ist.
WO 2013/093515 offenbart eine Vorrichtung, bei der Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden, wenn sie einen Gleichspannungspotentialgradienten entlang laufen, der um ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet angeordnet ist. Der Gleichspannungspotentialgradient bewegt sich im Laufe der Zeit zusammen mit einem Austrittsgebiet um das Driftgebiet, so dass Ionen aus dem Driftgebiet ausgestoßen werden, wenn sie das untere Ende des Gleichspannungspotentialgradienten erreichen. Wenngleich diese Technik Vorteile bietet, kann sie schwierig zu implementieren sein, weil sie es erfordert, dass sich das Austrittsgebiet um die Vorrichtung bewegt. Ferner laufen Ionen mit verschiedenen Ionenbeweglichkeiten entlang verschiedenen Längen um das Driftgebiet, bevor sie ausgestoßen werden, so dass die Auflösung der Vorrichtung von der Ionenbeweglichkeit abhängt.
WO 2013/093513 offenbart auch eine Vorrichtung, bei der Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden, wenn sie einen Gleichspannungspotentialgradienten entlang laufen, der um ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet angeordnet ist. Die Vorrichtung ist durch Beschränken der Driftlänge des Experiments dafür ausgelegt, zu gewährleisten, dass Ionen mit höheren Beweglichkeiten nicht um die einen geschlossenen Kreis bildende Ionenführung laufen und sich wieder mit Ionen mit niedrigeren Beweglichkeiten mischen. Wenngleich diese Technik Vorteile bietet, kann sie eine verhältnismäßig geringe Auflösung bereitstellen, weil sie die Anzahl der Umläufe der Ionen um das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet beschränkt.
Es ist erwünscht, ein verbessertes Verfahren zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft bereitzustellen.
KURZFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft vor, welches Folgendes umfasst:
Bereitstellen einer Ionenführung mit einer Anzahl von Elektroden, die angeordnet sind, um einen Ionenführungsweg zu bilden,
Bewirken, dass die Ionen eine Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, so dass die Ionen entsprechend der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden, wenn sie entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum laufen,
Ausstoßen von Ionen aus einem Ionenaustrittsgebiet des Ionenführungswegs durch Ausüben einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet, so dass nur Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, und
Ändern der auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübten Kraft im Laufe der Zeit, so dass der Schwellenwert im Laufe der Zeit geändert wird und daher der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit geändert wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass Ionen entsprechend den Werten ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft aus dem Austrittsgebiet des Ionenführungswegs ausgestoßen werden, selbst wenn Ionen mit anderen Werten ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft das Austrittsgebiet gleichzeitig durchlaufen. Dies ermöglicht es, die Anzahl der Umläufe entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum, die Ionen mit einem gegebenen Wert ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft ausführen, auszuwählen. Bei einem besonders bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung kann dies verwendet werden, um zu gewährleisten, dass Ionen mit verschiedenen Werten ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft die gleiche Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, bevor sie aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden. Dies kann gewährleisten, dass die Auflösung der Ionentrennvorrichtung von den Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen unabhängig ist.
Die vorliegende Erfindung steht in der Hinsicht im Gegensatz zu bekannten Anordnungen in der Art jener aus WO 2013/093515 und WO 2013/093513 , die vorstehend beschrieben wurden, dass das Ionenaustrittsgebiet bei bekannten Anordnungen alle Ionen unabhängig von den Werten ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft ausstößt, die sich gleichzeitig innerhalb des Austrittsgebiets befinden. Diese bekannten Vorrichtungen sind daher nicht in der Lage, es selektiv zu ermöglichen, dass nur Ionen mit einem oder mehreren gewünschten Werten ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft das Ionenführungsgebiet verlassen, wenn Ionen mit anderen Werten ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaft gleichzeitig das Austrittsgebiet durchlaufen.
GB 2499587 offenbart einen Ionenbeweglichkeitstrenner, wobei Ionen mehrere Durchläufe entlang einem Trennungsgebiet ausführen, das zwischen zwei Ionenspiegeln angeordnet ist. Ionen können durch vorübergehendes Ausschalten eines Ionenspiegels aus dem Trenner extrahiert werden. Dieses Dokument offenbart jedoch nicht das Ausstoßen von Ionen oberhalb (oder unterhalb) eines Schwellenwerts einer physikalisch-chemischen Eigenschaft aus einem Austrittsgebiet, während Ionen unterhalb (oder oberhalb) des Schwellenwerts der physikalisch-chemischen Eigenschaft im Austrittsgebiet verbleiben. Auch offenbart GB ‘587 nicht das Ändern der auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübten Kraft, so dass sich der Schwellenwert für die ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit ändert. Vielmehr wird der Ionenspiegel einfach ausgeschaltet, wenn sich die Ionen, die ausgestoßen werden sollen, im Spiegelgebiet (d.h. im Austrittsgebiet) befinden. Dementsprechend kann dieses Verfahren aus dem Stand der Technik nicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung bereitstellen.
US 2009/0179150 offenbart eine Schleifenionenführung mit ersten und zweiten Massenfiltern 124, 140 und ersten und zweiten Fragmentationszellen 128, 151, siehe 1. Ionen können an einer Schaltvorrichtung 144 aus dem Schleifenweg heraus gelenkt und auf einen Detektor 150 gerichtet werden. Die Ionen werden jedoch nicht entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt, wenn sie um die Schleife laufen. Auch wird die auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübte Kraft nicht im Laufe der Zeit so geändert, dass der Schwellenwert der Ionen, die ausgestoßen werden, im Laufe der Zeit geändert wird. Daher kann dieses Verfahren aus dem Stand der Technik nicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung bereitstellen.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Berechnen oder experimentelles Bestimmen der verschiedenen Zeiten, die Ionen mit einer Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft benötigen, um von einem Ioneneintrittsgebiet des Ionenführungswegs zum Ionenaustrittsgebiet zu laufen, während sie die Anzahl von Umläufen entlang dem dazwischen liegenden Ionenführungsweg oder um diesen herum ausgeführt haben, und dann Injizieren von Ionen mit der Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft in das Ionenführungsgebiet am Ioneninjektionsgebiet und dann Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Ionenausstoß aus dem Austrittsgebiet auf der Grundlage der berechneten oder bestimmten Laufzeiten gesteuert wird, so dass die Ionen mit der Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft ausgestoßen werden, nachdem jedes der Ionen die Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum ausgeführt hat.
Vorzugsweise werden die Ionen, die innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, veranlasst, zumindest einen weiteren Umlauf entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum auszuführen, bevor sie aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, vorzugsweise am Austrittsgebiet.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Ausübens einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet Folgendes: Ermöglichen oder Erzwingen, dass die Ionen in einer ersten Richtung mit verschiedenen Geschwindigkeiten, die von den Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft abhängen, durch das Austrittsgebiet laufen, und Ausüben einer Kraft auf diese Ionen in einer zweiten verschiedenen Richtung, so dass Ionen mit einer Geschwindigkeit in der ersten Richtung, die entweder über oder unter einer Schwellengeschwindigkeit liegt, entlang einem ersten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen und aus dem Ionenführungsgebiet austreten, während Ionen mit einer Geschwindigkeit in der ersten Richtung, die entweder unter oder über der Schwellengeschwindigkeit liegt, entlang einem zweiten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen, auf dem diese Ionen innerhalb des Ionenführungswegs gehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt des Ausübens einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet Folgendes umfassen: Ermöglichen oder Erzwingen, dass die Ionen in einer ersten Richtung entsprechend Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ausüben einer Kraft auf diese Ionen in einer zweiten verschiedenen Richtung, so dass Ionen mit dem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, entlang einem ersten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen und aus dem Ionenführungsgebiet austreten, während Ionen mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, entlang einem zweiten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen, auf dem diese Ionen innerhalb des Ionenführungswegs gehalten werden.
Die erste und die zweite Richtung sind vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zueinander.
Vorzugsweise wird beim Schritt des Bewirkens, dass Ionen in der ersten Richtung getrennt werden, eines der folgenden in der ersten Richtung angewendet: ein Gleichspannungspotentialgradient, eine Gasströmung, ein Spannungspuls oder eine Pseudopotentialkraft von einem HF-Potential.
Beim Schritt des Ausübens einer Kraft in der zweiten Richtung kann eines der folgenden in der zweiten Richtung angewendet werden: eine einzige oder eine sich wiederholende laufende Gleichspannungswelle, die entlang dem Austrittsgebiet in der zweiten Richtung läuft, eine Gasströmung, ein Gleichspannungspotentialgradient, ein Spannungspuls oder eine Pseudopotentialkraft von einem HF-Potential.
Die Kraft auf die Ionen in der zweiten verschiedenen Richtung ist vorzugsweise unabhängig von den Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen.
Die auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübte Kraft wird vorzugsweise im Laufe der Zeit geändert, so dass alle Ionen oder Ionen mit einem vorgegebenen Wertebereich der physikalisch-chemischen Eigenschaft erst aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßen werden, nachdem sie eine vorgegebene Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausgeführt haben oder nachdem sie die gleiche Strecke entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum zurückgelegt haben und vorzugsweise nicht mehr als die vorgegebene Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausgeführt haben. Alternativ kann der Arbeitsvorgang des Austrittsgebiets mit der Bewegung der Ionen um das Ionenführungsgebiet oder entlang diesem synchronisiert werden, so dass Ionen mit verschiedenen Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft oder alle Ionen am Austrittsgebiet aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßen werden, nachdem sie die gleiche Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum ausgeführt haben oder nachdem sie die gleiche Strecke entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum zurückgelegt haben.
Der Ionenführungsweg ist vorzugdweise ein eine geschlossene Schleife bildender, kreisförmiger, ovaler oder elliptischer Ionenführungsweg.
Alternativ kann der Ionenführungsweg ein im Wesentlichen linearer oder offenendiger Ionenführungsweg sein und kann das Verfahren ferner Folgendes umfassen: Reflektieren der Ionen zwischen zwei Enden des linearen oder offenendigen Ionenführungswegs, so dass die Ionen die Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsgebiet ausführen.
Beim Verfahren können gleichzeitig Ionen mit einer Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft in das Ionenführungsgebiet gepulst werden.
Beim Verfahren werden vorzugsweise Ionen in einer Richtung tangential zum Ionenführungsweg in den Ionenführungsweg injiziert und/oder daraus ausgestoßen.
Vorzugsweise ist die physikalisch-chemische Eigenschaft die Ionenbeweglichkeit, und das Ionenführungsgebiet ist vorzugsweise ein Driftgebiet, in dem Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden.
Alternativ kann die physikalisch-chemische Eigenschaft das Masse-/Ladungsverhältnis sein und kann das Ionenführungsgebiet ein Flugzeitgebiet sein, in dem Ionen entsprechend ihrem Masse-/Ladungsverhältnis getrennt werden.
Beim Schritt des Ausübens einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet kann bewirkt werden, dass Ionen im Austrittsgebiet mit Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft, die zwischen einem oberen Schwellenwert und einem unteren Schwellenwert liegen, aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ionen im Austrittsgebiet mit Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft, die unter dem unteren Schwellenwert und über dem oberen Schwellenwert liegen, innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben. Beim Verfahren kann die auf Ionen im Austrittsgebiet ausgeübte Kraft im Laufe der Zeit geändert werden, so dass sich der obere und/oder der untere Schwellenwert im Laufe der Zeit ändert und sich daher das Werteband der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit ändert.
Beim Verfahren kann ermöglicht oder erzwungen werden, dass Ionen mit verschiedenen Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft mit verschiedenen Geschwindigkeiten entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum laufen, so dass sie sich voneinander trennen, während sie sich bewegen, wobei Ionen, die sich mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen, Ionen, die sich mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegen, überlappen, überholen oder sich wieder damit mischen, wenn die Ionen die Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, wobei sich die Ionen zumindest am Austrittsgebiet überlappen, überholen oder wieder mischen.
Beim Verfahren wird vorzugsweise das Ionenführungsgebiet bereitgestellt, das eine Anzahl entlang der axialen Länge des Ionenführungsgebiets beabstandeter Elektroden umfasst, wobei ein oder mehrere Gleichspannungspotentiale an die Elektroden angelegt werden, um die Ionen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum zu treiben.
Beim Verfahren können vorzugsweise ein oder mehrere Gleichspannungspotentiale oder Gleichspannungspotentialwellen an aufeinander folgende der Elektroden im Laufe der Zeit angelegt werden, so dass Ionen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum getrieben werden. Alternativ und weniger bevorzugt kann beim Verfahren eine Potentialdifferenz entlang zumindest einem Abschnitt der axialen Länge des Ionenführungsgebiets bereitgestellt werden, um Ionen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum zu treiben.
Bei einigen Verfahren kann das Ionenführungsgebiet als ein Flugzeitgebiet bereitgestellt werden, das im Wesentlichen kein elektrisches Feld in axialer Richtung des Ionenführungsgebiets aufweist. Wenn die physikalisch-chemische Eigenschaft beispielsweise das Masse-/Ladungsverhältnis ist, kann das Ionenführungsgebiet ein Flugzeitgebiet ohne ein elektrisches Feld entlang seiner Längsachse sein.
Beim Verfahren werden vorzugsweise HF-Spannungen an Elektroden des Ionenführungsgebiets angelegt, um Ionen radial auf die Längsachse des Ionenführungsgebiets zu beschränken.
Beim Verfahren kann die Anzahl der Umläufe geändert werden, die Ionen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum ausführen, bevor sie aus dem Austrittsgebiet ausgestoßen werden.
Wie hier beschrieben wird, ändern sich die Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen, die am Austrittsgebiet ausgestoßen werden, als Funktion der Zeit. Es wird erwogen, dass das Austrittsgebiet kontinuierlich eingestellt werden kann, um diese Funktion auszuführen, oder abgestuft eingestellt werden kann, um diese Funktion auszuführen.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Filtern von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft vor, wobei das Verfahren eines der hier beschriebenen Verfahren zum Trennen von Ionen umfasst und wobei Ionen mit einem gewünschten Wert oder Bereich gewünschter Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft vorzugsweise im Ionenführungsgebiet gespeichert oder aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßen werden.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Ionenbeweglichkeitsspektrometrie und/oder Massenspektrometrie vor, welches eines der hier beschriebenen Verfahren umfasst.
Beim Verfahren zur Spektrometrie werden vorzugsweise aus dem Ionenführungsweg ausgestoßene Ionen detektiert und/oder massenanalysiert und/oder ionenbeweglichkeitsanalysiert.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft vor, welche Folgendes umfasst:
eine Ionenführung mit einer Anzahl von Elektroden, die angeordnet sind, um einen Ionenführungsweg zu bilden,
eine Vorrichtung zum Ausüben einer Kraft auf die Ionen innerhalb eines Ionenaustrittsgebiets des Ionenführungswegs und
eine Steuereinrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen:

(i) Bewirken, dass die Ionen eine Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, so dass die Ionen entsprechend der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden, wenn sie entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum laufen,
(ii) Ausstoßen von Ionen aus einem Ionenaustrittsgebiet des Ionenführungswegs durch Ausüben einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet, so dass nur Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, und
(iii) Ändern der auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübten Kraft im Laufe der Zeit, so dass der Schwellenwert im Laufe der Zeit geändert wird und daher der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit geändert wird.

Die Vorrichtung kann dafür eingerichtet und ausgelegt sein, eines der hier beschriebenen Verfahren auszuführen.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Filter für eine physikalisch-chemische Eigenschaft vor, das eine hier beschriebene Vorrichtung umfasst, wobei das Filter vorzugsweise dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen eines gewünschten Werts oder eines gewünschten Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft zu speichern oder aus dem Ionenführungsgebiet auszustoßen.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Massen- und/oder Ionenbeweglichkeitsspektrometer mit einer hier beschriebenen Vorrichtung oder einem hier beschriebenen Filter vor.
Das Spektrometer umfasst vorzugsweise einen Detektor und/oder einen Massenanalysator und/oder einen Ionenbeweglichkeitsanalysator zum Detektieren und/oder Analysieren aus dem Ionenführungsweg ausgestoßener Ionen.
Das hier offenbarte Spektrometer kann Folgendes umfassen:

(a) eine Ionenquelle, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) einer Elektrosprayionisations-("ESI")-Ionenquelle, (ii) einer Atmosphärendruckphotoionisations-("APPI")-Ionenquelle, (iii) einer Atmosphärendruck-Chemische-Ionisations-("APCI")-Ionenquelle, (iv) einer Matrixunterstützte-Laserdesorptionsionisations-("MALDI")-Ionenquelle, (v) einer Laserdesorptionsionisations-("LDI")-Ionenquelle, (vi) einer Atmosphärendruckionisations-("API")-Ionenquelle, (vii) einer Desorptionsionisation-auf-Silicium-("DIOS")-Ionenquelle, (viii) einer Elektronenstoß-("EI")-Ionenquelle, (ix) einer Chemische-Ionisations-("CI")-Ionenquelle, (x) einer Feldionisations-("FI")-Ionenquelle, (xi) einer Felddesorptions-("FD")-Ionenquelle, (xii) einer Induktiv-gekoppeltes-Plasma-("ICP")-Ionenquelle, (xiii) einer Schneller-Atombeschuss-("FAB")-Ionenquelle, (xiv) einer Flüssigkeits-Sekundärionenmassenspektrometrie-("LSIMS")-Ionenquelle, (xv) einer Desorptionselektrosprayionisations-("DESI")-Ionenquelle, (xvi) einer Radioaktives-Nickel-63-Ionenquelle, (xvii) einer Atmosphärendruck-Matrixunterstützte-Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle, (xviii) einer Thermospray-Ionenquelle, (xix) einer Atmosphärenprobenbildungs-Glimmentladungsionisations-("Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionisation" – "ASGDI")-Ionenquelle, (xx) einer Glimmentladungs-("GD")-Ionenquelle, (xxi) einer Impaktorionenquelle, (xxii) einer Direkte-Analyse-in-Echtzeit-("DART")-Ionenquelle, (xxii) einer Lasersprayionisations-("LSI")-Ionenquelle, (xxiv) einer Sonicsprayionisations-("SSI")-Ionenquelle, (xxv) einer matrixunterstützten Einlassionisations-("MAII")-Ionenquelle und (xxvi) einer lösungsmittelunterstützten Einlassionisations-("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 Ionenbeweglichkeitstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere Feldasymmetrische-Ionenbeweglichkeitsspektrometervorrichtungen und/oder
(e) eine oder mehrere Ionenfallen oder ein oder mehrere Ioneneinsperrgebiete und/oder
(f) eine oder mehrere Kollisions-, Fragmentations- oder Reaktionszellen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus folgenden besteht: (i) einer Stoßinduzierte-Dissoziation-("CID")-Fragmentationsvorrichtung, (ii) einer Oberflächeninduzierte-Dissoziation-("SID")-Fragmentationsvorrichtung, (iii) einer Elektronenübertragungsdissoziations-("ETD")-Fragmentationsvorrichtung, (iv) einer Elektroneneinfangdissoziations-("ECD")-Fragmentationsvorrichtung, (v) einer Elektronenstoß-oder-Aufprall-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (vi) einer Photoinduzierte-Dissoziations-("PID")-Fragmentationsvorrichtung, (vii) einer Laserinduzierte-Dissoziations-Fragmentationsvorrichtung, (viii) einer Infrarotstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (ix) einer Ultraviolettstrahlungsinduzierte-Dissoziation-Vorrichtung, (x) einer Düse-Skimmer-Schnittstelle-Fragmentationsvorrichtung, (xi) einer In-der-Quelle-Fragmentationsvorrichtung, (xii) einer In-der-Quelle-stoßinduzierte-Dissoziation-Fragmentationsvorrichtung, (xiii) einer Thermische-oder-Temperaturquellen-Fragmentationsvorrichtung, (xiv) einer Elektrisches-Feld-induzierte-Fragmentation-Vorrichtung, (xv) einer Magnetfeld-induzierte-Fragmentation-Vorrichtung, (xvi) einer Enzymverdauungs-oder-Enzymabbau-Fragmentationsvorrichtung, (xvii) einer Ion-Ion-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xviii) einer Ion-Molekül-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xix) einer Ion-Atom-Reaktions-Fragmentationsvorrichtung, (xx) einer Ion-metastabiles-Ion-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxi) einer Ion-metastabiles-Molekül-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxii) einer Ion-metastabiles-Atom-Reaktion-Fragmentationsvorrichtung, (xxiii) einer Ion-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxiv) einer Ion-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxv) einer Ion-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvi) einer Ion-metastabiles-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxvii) einer Ion-metastabiles-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen, (xxviii) einer Ion-metastabiles-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Addukt- oder Produktionen und (xxix) einer Elektronenionisationsdissoziations-("EID")-Fragmentationsvorrichtung und/oder
(g) einen Massenanalysator, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenanalysator, (ii) einem Zweidimensionaler-oder-linearer-Quadrupol-Massenanalysator, (iii) einem Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-Massenanalysator, (iv) einem Penning-Fallen-Massenanalysator, (v) einem Ionenfallen-Massenanalysator, (vi) einem Magnetsektor-Massenanalysator, (vii) einem Ionenzyklotronresonanz-("ICR")-Massenanalysator, (viii) einem Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-("FTICR")-Massenanalysator, (ix) einem elektrostatischen Massenanalysator, der dafür eingerichtet ist, ein elektrostatisches Feld mit einer quadrologarithmischen Potentialverteilung zu erzeugen, (x) einem elektrostatischen Fouriertransformations-Massenanalysator, (xi) einem Fouriertransformations-Massenanalysator, (xii) einem Flugzeit-Massenanalysator, (xiii) einem Orthogonalbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und (xiv) einem Linearbeschleunigungs-Flugzeit-Massenanalysator und/oder
(h) einen oder mehrere Energieanalysatoren oder elektrostatische Energieanalysatoren und/oder
(i) einen oder mehrere Ionendetektoren und/oder
(j) ein oder mehrere Massenfilter, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus folgenden besteht: (i) einem Quadrupol-Massenfilter, (ii) einer Zweidimensionaler-oder-linearer-Quadrupol-Ionenfalle, (iii) einer Paul-oder-dreidimensionaler-Quadrupol-Ionenfalle, (iv) einer Penning-Ionenfalle, (v) einer Ionenfalle, (vi) einem Magnetsektor-Massenfilter, (vii) einem Flugzeit-Massenfilter und (viii) einem 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 Spektrometer kann optional eines der folgenden 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 einem ersten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle überführt werden und dann in den Massenanalysator injiziert werden und wobei in einem zweiten Betriebsmodus Ionen zur C-Falle überführt werden und dann zu einer Stoßzelle oder Elektronenübertragungsdissoziationsvorrichtung überführt werden, wo zumindest einige Ionen in Fragmentionen fragmentiert werden, und wobei die Fragmentionen dann zur C-Falle überführt werden, bevor sie in den Massenanalysator injiziert werden, und/oder
(ii) eine Ringstapel-Ionenführung mit mehreren Elektroden, die jeweils eine Öffnung aufweisen, von der Ionen bei der Verwendung durchgelassen werden, und wobei der Abstand zwischen den Elektroden längs dem Ionenweg zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt der Ionenführung einen ersten Durchmesser aufweisen und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromabwärts gelegenen 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.

Das Spektrometer kann eine Vorrichtung aufweisen, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, den Elektroden eine Wechsel- oder HF-Spannung zuzuführen. Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Amplitude, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) < 50 V Spitze-zu-Spitze, (ii) 50–100 V Spitze-zu-Spitze, (iii) 100–150 V Spitze-zu-Spitze, (iv) 150–200 V Spitze-zu-Spitze, (v) 200–250 V Spitze-zu-Spitze, (vi) 250–300 V Spitze-zu-Spitze, (vii) 300–350 V Spitze-zu-Spitze, (viii) 350–400 V Spitze-zu-Spitze, (ix) 400–450 V Spitze-zu-Spitze, (x) 450–500 V Spitze-zu-Spitze und (xi) > 500 V Spitze-zu-Spitze.
Die Wechsel- oder HF-Spannung hat vorzugsweise eine Frequenz, die aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (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 Spektrometer kann eine Chromatographie- oder andere Trennvorrichtung vor einer Ionenquelle umfassen. Gemäß einer Ausführungsform weist die Chromatographietrennvorrichtung eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographievorrichtung auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Trennvorrichtung Folgendes aufweisen: (i) eine Kapillarelektrophorese-("CE")-Trennvorrichtung, (ii) eine Kapillarelektrochromatographie-("CEC")-Trennvorrichtung, (iii) eine Trennvorrichtung mit einem im Wesentlichen starren keramikbasierten mehrschichtigen Mikrofluidik-Substrat ("Keramikkachel") oder (iv) eine Überkritisches-Fluid-Chromatographie-Trennvorrichtung.
Die Ionenführung wird vorzugsweise bei einem Druck gehalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus folgenden besteht: (i) < 0,0001 mbar, (ii) 0,0001–0,001 mbar, (iii) 0,001–0,01 mbar, (iv) 0,01–0,1 mbar, (v) 0,1–1 mbar, (vi) 1–10 mbar, (vii) 10–100 mbar, (viii) 100–1000 mbar und (ix) > 1000 mbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel in Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Trennung von Ionen entsprechend ihren Ionenbeweglichkeiten in einem einen geschlossenen Kreis bildenden Ionenführungsgebiet, wobei die Vorrichtung ein Austrittsgebiet umfasst, das Ionen selektiv aus dem Ionenführungsgebiet ausstößt, wenn die Ionen eine vorgegebene Anzahl von Umläufen um die Vorrichtung ausgeführt haben, und
2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Austrittsgebiets der Vorrichtung aus 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ionenbeweglichkeitstrenner-(IMS)-Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die IMS-Vorrichtung umfasst ein Ioneneintrittsgatter 2 zum Einlassen von Ionen in die IMS-Vorrichtung, ein einen geschlossenen Kreis bildendes IMS-Driftgebiet 4 und ein Austrittsgebiet 6 zum Auslassen der Ionen aus dem IMS-Driftgebiet 4. Die IMS-Vorrichtung umfasst eine Anzahl von Elektroden, die Ionen so einsperren, dass sie sich entlang der axialen Länge der Vorrichtung bewegen. Die Elektroden sind vorzugsweise entlang der Achse der Vorrichtung getrennt, so dass verschiedene elektrische Potentiale an verschiedene axiale Gebiete der Vorrichtung angelegt werden können. Während des Betriebs lässt das Eintrittsgatter 2 gleichzeitig Ionen mit verschiedenen Ionenbeweglichkeiten gepulst in das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet 4 ein. HF-Potentiale werden an die Elektroden der Vorrichtung angelegt, um Ionen an der Längsachse der Vorrichtung radial einzusperren. Ein oder mehrere Gleichspannungspotentiale werden vorzugsweise nacheinander an die axial getrennten Elektroden um das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet 4 angelegt, um die Ionen um das Driftgebiet 4 zu treiben. Das Driftgebiet 4 ist mit einem Hintergrundgas gefüllt, welches bewirkt, dass die Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden, wenn sie um das Driftgebiet 4 getrieben werden. Ionen mit einer hohen Ionenbeweglichkeit laufen mit einer höheren Geschwindigkeit um das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet 4 als Ionen mit einer geringeren Ionenbeweglichkeit. Weil das Driftgebiet 4 ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet ist, holen die Ionen mit einer hohen Ionenbeweglichkeit schließlich die Ionen mit einer geringeren Ionenbeweglichkeit ein und überrunden diese.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es nur erwünscht, Ionen aus dem einen geschlossenen Kreis bildenden Driftgebiet 4 zu extrahieren, nachdem die Ionen eine gewünschte Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 ausgeführt haben. Dies wird erreicht, indem die elektrischen Felder im Austrittsgebiet 6 so gesteuert werden, dass Ionen erst dann aus dem einen geschlossenen Kreis bildenden Driftgebiet 4 austreten können, nachdem sie eine vorgegebene Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 ausgeführt haben. Insbesondere ermöglicht es das Austrittsgebiet 6 vorzugsweise nur, dass Ionen oberhalb einer bestimmten minimalen Ionenbeweglichkeit zu einer gegebenen Zeit aus dem Driftgebiet 6 austreten, und der Wert dieser minimalen Ionenbeweglichkeit wird zeitlich geändert, so dass ein Ion mit einer gegebenen Ionenbeweglichkeit erst aus dem Driftgebiet 4 austreten darf, nachdem es eine vorgegebene Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 ausgeführt hat.
Beispielsweise führen Ionen mit einer ersten hohen Ionenbeweglichkeit verhältnismäßig schnell eine vorgegebene Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 aus und kommen dann zu einer ersten Zeit am Austrittsgebiet 6 an. Zu dieser ersten Zeit wird das Feld im Austrittsgebiet 6 so festgelegt, dass nur Ionen, deren Ionenbeweglichkeit bei oder oberhalb der ersten Ionenbeweglichkeit liegt, aus dem Driftgebiet 4 austreten dürfen. Alle anderen Ionen dürfen nicht aus dem Driftgebiet 4 austreten, so dass Ionen mit einer geringeren Ionenbeweglichkeit weiter um das Driftgebiet 4 umlaufen. Ionen mit einer zweiten geringeren Ionenbeweglichkeit führen die vorgegebene Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 verhältnismäßig langsam aus und kommen dann zu einer zweiten Zeit, die später als die erste Zeit ist, am Austrittsgebiet 6 an. Zu dieser zweiten Zeit wird das Feld im Austrittsgebiet 4 so festgelegt, dass nur Ionen, deren Ionenbeweglichkeit bei oder oberhalb der zweiten Ionenbeweglichkeit liegt, aus dem Driftgebiet 4 austreten dürfen. Weil die Ionenbeweglichkeit der Ionen, die aus dem Austrittsgebiet 6 austreten dürfen, von der Zeit abhängt, kann die Vorrichtung dadurch gewährleisten, dass Ionen mit verschiedenen Ionenbeweglichkeiten die gleiche Anzahl vorgegebener Umläufe um das Driftgebiet 4 ausführen, bevor sie ausgestoßen werden, und dadurch gewährleisten, dass alle Ionen die gleiche Driftlänge in der IMS-Vorrichtung durchlaufen.
In der Praxis kann die Beziehung zwischen der Driftzeit um das Driftgebiet 4, der Position der Ionen und der Ionenbeweglichkeit anhand grundlegender Berechnungen, Simulationen oder einer Kalibrierung bestimmt werden. Dies ermöglicht die Berechnung der Ionenbeweglichkeitsbereiche, die am Austrittsgebiet 6 vorhanden sind, als Funktion der Zeit, und dies kann daher verwendet werden, um zu bestimmen, wie das Extraktionsfeld im Austrittsgebiet 6 zu steuern ist, um Ionen erst nachdem sie eine vorgegebene Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 ausgeführt haben, aus dem Driftgebiet 4 zu extrahieren.
Beispielsweise kann gezeigt werden, dass die Zeit T_i, die erforderlich ist, damit ein Ion mit einer Ionenbeweglichkeit K_i N Umläufe um ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet ausführt, T_i = (A × N × C)/K p / i ist, wobei C die Länge eines Umlaufs um das Driftgebiet ist, A eine Kalibrierungskonstante ist, die sich auf die Kraft bezieht, welche die Ionen um den geschlossenen Kreis treibt, wie Laufende-Wellen-Parameter, Volt usw., und P der Term in der Leistungsgesetzbeziehung ist, der sich auf die zeitlich gemittelte Antriebskraft für das Treiben von Ionen um den geschlossenen Kreis bezieht. Ein Wert p = 1 kann für Driftröhren mit einem statischen Gleichspannungspotential zum Treiben von Ionen um die Vorrichtung verwendet werden. Ein Wert p = 2 kann beispielsweise für Driftröhren mit einer laufenden Gleichspannungswelle zum Treiben von Ionen um die Vorrichtung verwendet werden.
Falls das Extraktionsfeld am Austrittsgebiet 6 zeitlich abgetastet wird, so dass zur Zeit T_i Ionen bei oder über der Ionenbeweglichkeit K_i aus dem Driftgebiet 4 heraus gelenkt werden, während Ionen unterhalb von K_i innerhalb des Driftgebiets 4 gehalten werden, führen alle Ionen unabhängig von ihrer Ionenbeweglichkeit N und nur N Umläufe um das einen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiet 4 aus, bevor sie ausgestoßen werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, muss das Austrittsgebiet 6 Ionen entsprechend ihrer Beweglichkeit räumlich trennen und ausstoßen. Beim Beispiel, bei dem nur Ionen mit einer Ionenbeweglichkeit bei oder oberhalb eines bestimmten Minimalwerts zu einer gegebenen Zeit aus dem Austrittsgebiet 6 austreten dürfen, kann gezeigt werden, dass die Auflösungsanforderung für das Herausfiltern von Ionen aus dem Driftgebiet 4 am Austrittsgebiet 6 R = p × N ist. Dies liegt daran, dass die Vorrichtung nur Ionen, die N Umläufe um das Driftgebiet 4 ausgeführt haben, von Ionen trennen muss, die N – 1 Umläufe um das Driftgebiet 4 ausgeführt haben.
2 zeigt eine Ausführungsform des Austrittsgebiets 6 der Vorrichtung aus 1. Wie vorstehend beschrieben, bewirkt das Austrittsgebiet 6, dass Ionen als Funktion ihrer Ionenbeweglichkeit aus dem Driftgebiet 4 ausgestoßen werden. Das Austrittsgebiet 6 ist innerhalb des einen geschlossenen Kreis bildenden Driftgebiets 4 angeordnet, so dass Ionen durch das Austrittsgebiet 6 laufen, wenn sie um das Driftgebiet 4 umlaufen. Ionen treten in das Austrittsgebiet 6 ein, und jedes Ion wird dann, abhängig von seiner Ionenbeweglichkeit, entlang einem von zwei Wegen geleitet. Ionen mit einer Ionenbeweglichkeit bei oder oberhalb eines bestimmten Minimalwerts werden entlang einem ersten Weg 8 geleitet, über den die Ionen aus dem Driftgebiet 4 ausgestoßen werden. Ionen mit einer Ionenbeweglichkeit unterhalb des bestimmten Minimalwerts werden entlang einem zweiten Weg 10 geleitet, auf dem die Ionen innerhalb des Driftgebiets 4 gehalten werden, so dass sie einen weiteren Umlauf um das Driftgebiet 4 ausführen.
Um die Ionen abhängig von ihren Ionenbeweglichkeiten entlang verschiedenen Wegen zu leiten, kann ein statisches Gleichspannungsfeld 12 in einer ersten Richtung entlang dem Austrittsgebiet 6 angeordnet werden und kann eine laufende Gleichspannungswelle 14 veranlasst werden, wiederholt in einer zweiten Richtung entlang dem Austrittsgebiet 6 zu laufen. Die erste und die zweite Richtung sind vorzugsweise orthogonal. Das statische Gleichspannungsfeld 12 bewirkt, dass Ionen mit Geschwindigkeiten, die von den Ionenbeweglichkeiten der Ionen abhängen, in der ersten Richtung laufen. Dies bewirkt, dass die Ionen in der ersten Richtung als Funktion ihrer Ionenbeweglichkeiten getrennt werden, d.h. Ionen mit höheren Ionenbeweglichkeiten laufen schneller in der ersten Richtung als Ionen mit geringeren Ionenbeweglichkeiten. Die laufende Gleichspannungswelle 14 bewirkt, dass Ionen in der zweiten Richtung, unabhängig von ihren Ionenbeweglichkeiten, im Wesentlichen mit der gleichen durchschnittlichen Geschwindigkeit laufen. Das statische Gleichspannungsfeld 12 bewirkt, dass Ionen mit Ionenbeweglichkeiten oberhalb des bestimmten Minimalwerts das Austrittsgebiet 6 verhältnismäßig schnell durchqueren und das Austrittsgebiet 6 entlang dem ersten Weg 8 verlassen, bevor die laufende Gleichspannungswelle 14 diese Ionen bis zu einem Grad in die zweite Richtung zwingen könnte, der bewirken würde, dass sie das Austrittsgebiet 6 entlang dem zweiten Weg 10 verlassen. Dabei laufen diese Ionen entlang dem ersten Weg 8 und werden aus dem Driftgebiet 4 ausgestoßen, wenn sie durch das Austrittsgebiet 6 laufen. Andererseits bewirkt das statische Gleichspannungsfeld, dass Ionen mit Ionenbeweglichkeiten unterhalb des bestimmten Minimalwerts verhältnismäßig langsam in der ersten Richtung durch das Austrittsgebiet 6 laufen. Die laufende Gleichspannungswelle 14 bewegt sich mit einer Rate, die ausreicht, um diese Ionen bis zu einem Grad, der ausreicht, um zu bewirken, dass diese Ionen das Austrittsgebiet 6 entlang dem zweiten Weg 10 verlassen, in die zweite Richtung zu zwingen. Dabei werden diese Ionen gezwungen, über zumindest einen weiteren Umlauf weiter um das Driftgebiet 4 zu laufen.
Das statische Gleichspannungsfeld 12 und/oder die laufende Gleichspannungswelle 14 werden zeitlich so geändert, dass der bestimmte Minimalwert der Ionenbeweglichkeit von der Zeit abhängt und Ionen aller Ionenbeweglichkeiten nur die gleiche Anzahl von Umläufen um das Driftgebiet 4 ausführen, bevor sie ausgestoßen werden. Beispielsweise kann der Betrag des statischen Gleichspannungsfelds 12 zeitlich geändert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Amplitude und/oder die Geschwindigkeit der laufenden Gleichspannungswelle 14 zeitlich geändert werden, um die vorstehende Wirkung zu erreichen. In der Praxis müsste die Ionenbeweglichkeitsspitzenbreite berücksichtigt werden, wenn die Abtastfunktion in Abhängigkeit von der Zeit im Austrittsgebiet 6 bestimmt wird.
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 vom in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielweise werden auch alternative Verfahren zum Ausstoßen von Ionen aus dem Austrittsgebiet 6 als Funktion ihrer Ionenbeweglichkeiten erwogen. Beispielsweise kann ein Differenzieller-Beweglichkeitsanalysator-("DMA")-Verfahren verwendet werden, wobei eine Gasströmung verwendet wird, um die Ionen zu veranlassen, sich abhängig von ihren Ionenbeweglichkeiten entlang dem ersten oder dem zweiten Weg 8, 10 zu bewegen. Beispielsweise kann eine Gasströmung in der zweiten Richtung die laufende Gleichspannungswelle 14 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ersetzen.
Der Ionenausstoß am Austrittsgebiet 6 kann auf einer physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen beruhen, die mit der Ionenbeweglichkeit korreliert, beispielsweise auf dem Masse-/Ladungsverhältnis, und insbesondere unter Verwendung einer Flugzeit-Masse-/Ladungsverhältnistrennung im Austrittsgebiet 6 ausgeführt werden.
Das Austrittsgebiet 6 kann auf einer zeitlichen Trennung beruhen, bei der ein schnelleres verschachteltes IMS mit geringerer Auflösung verwendet wird, wobei mehrere schnelle IMS-Zyklen pro Geschlossener-Kreis-IMS-Spitze ausgeführt werden. Dies bezieht sich auf ein System, bei dem das Austrittsgebiet 6 sehr schnelle gepulste IMS-Trennungen vornehmen kann. Dies ermöglicht viele schnelle IMS-Trennungen pro Experiment, wobei bei jeder dieser Trennungen die IMS-Gebiete gewählt werden können, die auszustoßen sind oder innerhalb des Ionenführungsgebiets zu halten sind.
Die Vorrichtung kann so gescannt werden, dass die Anzahl der Umläufe um das Driftgebiet 4, welche die Ionen ausführen, bevor sie ausgestoßen werden, geändert wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, hängen die Ionenbeweglichkeiten der am Austrittsgebiet 6 ausgestoßenen Ionen von der Zeit ab. Es wird erwogen, dass das Austrittsgebiet 6 kontinuierlich eingestellt werden kann, um diese Funktion auszuführen, oder abgestuft eingestellt werden kann, um diese Funktion auszuführen.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden beschrieben, wobei das Austrittsgebiet 6 als ein Hochpassfilter gearbeitet hat, um Ionen mit einer Ionenbeweglichkeit oberhalb eines Schwellenwerts zu einer gegebenen Zeit auszustoßen. Es wird jedoch erwogen, dass das Austrittsgebiet 6 alternativ in einem Bandpassmodus arbeiten kann, so dass nur Ionen mit Ionenbeweglichkeiten zwischen einer oberen und einer unteren Schwelle zu einer gegebenen Zeit am Austrittsgebiet 6 ausgestoßen werden. Die obere und die untere Schwelle würden als Funktion der Zeit geändert werden, so dass das ausgestoßene Ionenbeweglichkeitsband von der Zeit abhängt. Weniger bevorzugt kann die Vorrichtung als ein Tiefpassfilter wirken, um Ionen mit einer Ionenbeweglichkeit unterhalb eines Schwellenwerts zu einer gegebenen Zeit auszustoßen, wobei die Schwelle von der Zeit abhängt.
Analytische Vorrichtungen in der Art eines Masse-/Ladungsverhältnisfilters können innerhalb des Driftgebiets 4 vorhanden sein.
Ionenfiltervorrichtungen können im Driftgebiet 4 bereitgestellt werden.
Es wird erkannt, dass die hier beschriebene Vorrichtung als ein Filter betrieben werden kann, wobei nur ein beschränkter Bereich von Ionenbeweglichkeiten gespeichert oder ausgestoßen wird.
Wenngleich ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet 4 beschrieben wurde, können auch andere keinen geschlossenen Kreis bildende Driftgebiete 4 verwendet werden. Beispielsweise können Ionen entlang dem Driftgebiet 4, das keinen geschlossenen Kreis bildet, wiederholt hin- und zurückreflektiert werden, welches beispielsweise ein lineares Driftgebiet 4 sein kann.
Die Ionen können in das Driftgebiet 4 eingesperrt werden, indem das Driftgebiet 4 aus einer oder einer Kombination der folgenden gebildet wird: mehreren Stabsätzen, Quadrupolen, Hexapolen, Oktopolen, Ionentunnel-Ionenführungen, Ionentrichter-Ionenführungen und sandwichförmigen Plattenionenführungen. HF- und/oder Gleichspannungspotentiale können an diese Ionenführungen angelegt werden, um die Ionen in das Driftgebiet einzusperren.
Es ist bevorzugt, dass ein oder mehrere laufende Gleichspannungspotentiale oder Wellen verwendet werden, um Ionen um das Driftgebiet 4 herum oder entlang diesem zu treiben. Es wird jedoch auch erwogen, dass andere Verfahren als laufende Wellen verwendet werden können, um die Ionen entlang dem Driftgebiet 4 zu treiben, wie axiale/-tangentiale elektrische oder magnetische Felder.
Der Ioneneingang 2 und/oder der Ionenausgang 6 des Driftgebiets 4 ist vorzugsweise tangential zum Driftgebiet 4. Der Ioneneingang 2 und/oder der Ionenausgang 6 kann jedoch auch nicht tangential sein. Der Ioneneingang 2 und/oder der Ionenausgang 6 können koaxial zueinander sein, so dass Ionen entlang derselben Achse in das Driftgebiet 4 eintreten und daraus austreten. Alternativ kann die Ioneneintrittsachse von der Ionenaustrittsachse verschieden sein.
Das Driftgebiet 4 ist vorzugsweise ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet. Das Driftgebiet 4 kann im Wesentlichen kreisförmig, elliptisch, oval oder anders geformt sein. Das Driftgebiet 4 ist vorzugsweise zunehmend gekrümmt, wenngleich es gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen entlang seiner Achsenlänge seine Richtung in scharfen Winkeln, beispielsweise unter rechten Winkeln, ändern kann.
Der Ioneneintrittspunkt 2 und der Ionenaustrittspunkt 6 können am selben Punkt am Driftgebiet 4 oder an verschiedenen Punkten liegen.
Das Driftgebiet 4 kann mit Ioneneintrittsgebieten 2 und/oder -austrittsgebieten 6 des hier beschriebenen Typs versehen sein.
Ein breiter Bereich von Ionisationsquellen, Fragmentationsvorrichtungen oder Analysatoren kann vor und/oder hinter dem Driftgebiet 4 bereitgestellt werden.
Ionen, die aus dem Austrittsgebiet 6 ausgestoßen werden, können wieder in das Driftgebiet 4 injiziert werden, so dass sie in entgegengesetzter Richtung zu jener laufen, in der sie sich bewegen, wenn sie aus dem Driftgebiet 4 austreten.
Es wird auch erwogen, dass mehrere hier beschriebene IMS-Vorrichtungen miteinander gekoppelt werden können, so dass aus einer IMS-Vorrichtung ausgestoßene Ionen in eine andere der IMS-Vorrichtungen injiziert werden. Mehrere IMS-Vorrichtungen können in Reihe und/oder parallel kombiniert werden.
Es wird erwogen, dass eine oder mehrere laufende Gleichspannungswellen die Ionen entlang dem Driftgebiet 4 oder um dieses herum treiben können und dass die Geschwindigkeit der einen oder der mehreren Wellen innerhalb des Driftzyklus variieren kann oder sogar auf Null verringert werden kann. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit innerhalb der Umlaufzeit um ein einen geschlossenen Kreis bildendes Driftgebiet 4 variieren oder auf Null verringert werden.
Wenngleich die bevorzugten Ausführungsformen in Bezug auf Ionenbeweglichkeitstrenner und Driftgebiete beschrieben wurden, wird erwogen, dass die vorliegende Erfindung Ionen entsprechend anderen physikalisch-chemischen Eigenschaften als der Ionenbeweglichkeit trennen und ausstoßen kann. Beispielsweise können Ionen in einem Flugzeitgebiet nach dem Masse-/Ladungsverhältnis getrennt werden, statt in einem Driftgebiet nach der Ionenbeweglichkeit getrennt zu werden. Entsprechende Merkmale zu den vorstehend in Bezug auf die IMS-Vorrichtung beschriebenen können für die auf dem Masse-/Ladungsverhältnis beruhende Vorrichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Austrittsgebiet Ionen mit Masse-/Ladungsverhältnissen bei oder oberhalb eines bestimmten Minimalwerts zu einer gegebenen Zeit (oder innerhalb eines bestimmten Bands) ausstoßen und kann der Minimalwert (oder das Band) von der Zeit abhängen. Das Flugzeitgebiet kann ein einen geschlossenen Kreis bildendes Gebiet sein oder kein einen geschlossenen Kreis bildendes Gebiet sein, beispielsweise eine lineare Vorrichtung, wobei Ionen entlang der Vorrichtung wiederholt vor- und zurückreflektiert werden.

Claims

Verfahren zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft, welches Folgendes umfasst: Bereitstellen einer Ionenführung mit einer Anzahl von Elektroden, die angeordnet sind, um einen Ionenführungsweg zu bilden, Bewirken, dass die Ionen eine Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, so dass die Ionen entsprechend der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden, wenn sie entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum laufen, Ausstoßen von Ionen aus einem Ionenaustrittsgebiet des Ionenführungswegs durch Ausüben einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet, so dass nur Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, und Ändern der auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübten Kraft im Laufe der Zeit, so dass der Schwellenwert im Laufe der Zeit geändert wird und daher der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches Folgendes umfasst: Berechnen oder experimentelles Bestimmen der verschiedenen Zeiten, die Ionen mit einer Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft benötigen, um von einem Ioneneintrittsgebiet des Ionenführungswegs zum Ionenaustrittsgebiet zu laufen, während sie die Anzahl von Umläufen entlang dem dazwischen liegenden Ionenführungsweg oder um diesen herum ausgeführt haben, und dann Injizieren von Ionen mit der Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft in das Ionenführungsgebiet am Ioneninjektionsgebiet und dann Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Ionenausstoß aus dem Austrittsgebiet auf der Grundlage der berechneten oder bestimmten Laufzeiten gesteuert wird, so dass die Ionen mit der Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft ausgestoßen werden, nachdem jedes der Ionen die Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum ausgeführt hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ionen, die innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, veranlasst werden, zumindest einen weiteren Umlauf entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum auszuführen, bevor sie aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, vorzugsweise am Austrittsgebiet.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Schritt des Ausübens einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet Folgendes umfasst: Ermöglichen oder Erzwingen, dass die Ionen in einer ersten Richtung mit verschiedenen Geschwindigkeiten, die von den Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft abhängen, durch das Austrittsgebiet laufen, und Ausüben einer Kraft auf diese Ionen in einer zweiten verschiedenen Richtung, so dass Ionen mit einer Geschwindigkeit in der ersten Richtung, die entweder über oder unter einer Schwellengeschwindigkeit liegt, entlang einem ersten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen und aus dem Ionenführungsgebiet austreten, während Ionen mit einer Geschwindigkeit in der ersten Richtung, die entweder unter oder über der Schwellengeschwindigkeit liegt, entlang einem zweiten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen, auf dem diese Ionen innerhalb des Ionenführungswegs gehalten werden, und/oder wobei der Schritt des Ausübens einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet Folgendes umfasst: Ermöglichen oder Erzwingen, dass die Ionen in einer ersten Richtung entsprechend Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ausüben einer Kraft auf diese Ionen in einer zweiten verschiedenen Richtung, so dass Ionen mit dem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, entlang einem ersten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen und aus dem Ionenführungsgebiet austreten, während Ionen mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, entlang einem zweiten Weg gezwungen werden oder entlang diesem laufen, auf dem diese Ionen innerhalb des Ionenführungswegs gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei beim Schritt des Bewirkens, dass Ionen in der ersten Richtung getrennt werden, eines der folgenden in der ersten Richtung angewendet wird: ein Gleichspannungspotentialgradient, eine Gasströmung, ein Spannungspuls oder eine Pseudopotentialkraft von einem HF-Potential.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei beim Schritt des Ausübens einer Kraft in der zweiten Richtung eines der folgenden in der zweiten Richtung angewendet wird: eine einzige oder eine sich wiederholende laufende Gleichspannungswelle, die entlang dem Austrittsgebiet in der zweiten Richtung läuft, eine Gasströmung, ein Gleichspannungspotentialgradient, ein Spannungspuls oder eine Pseudopotentialkraft von einem HF-Potential.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Kraft auf die Ionen in der zweiten verschiedenen Richtung unabhängig von den Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft der Ionen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübte Kraft im Laufe der Zeit geändert wird, so dass alle Ionen oder Ionen mit einem vorgegebenen Wertebereich der physikalisch-chemischen Eigenschaft erst aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßen werden, nachdem sie eine vorgegebene Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausgeführt haben oder nachdem sie die gleiche Strecke entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum zurückgelegt haben und vorzugsweise nicht mehr als die vorgegebene Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausgeführt haben, oder wobei der Arbeitsvorgang des Austrittsgebiets mit der Bewegung der Ionen um das Ionenführungsgebiet oder entlang diesem synchronisiert wird, so dass Ionen mit verschiedenen Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft oder alle Ionen am Austrittsgebiet aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßen werden, nachdem sie die gleiche Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum ausgeführt haben oder nachdem sie die gleiche Strecke entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum zurückgelegt haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionenführungsweg ein eine geschlossene Schleife bildender, kreisförmiger, ovaler oder elliptischer Ionenführungsweg ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ionenführungsweg ein im Wesentlichen linearer oder offenendiger Ionenführungsweg ist, wobei das Verfahren vorzugsweise ferner Folgendes umfasst: Reflektieren der Ionen zwischen zwei Enden des linearen oder offenendigen Ionenführungswegs, so dass die Ionen die Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsgebiet ausführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gleichzeitig Ionen mit einer Anzahl verschiedener Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft in das Ionenführungsgebiet gepulst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die physikalisch-chemische Eigenschaft die Ionenbeweglichkeit ist und wobei das Ionenführungsgebiet vorzugsweise ein Driftgebiet ist, in dem Ionen entsprechend ihrer Ionenbeweglichkeit getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die physikalisch-chemische Eigenschaft das Masse-/Ladungsverhältnis ist und wobei das Ionenführungsgebiet vorzugsweise ein Flugzeitgebiet ist, in dem Ionen entsprechend ihrem Masse-/Ladungsverhältnis getrennt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Schritt des Ausübens einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet bewirkt wird, dass Ionen im Austrittsgebiet mit Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft, die zwischen einem oberen Schwellenwert und einem unteren Schwellenwert liegen, aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ionen im Austrittsgebiet mit Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft, die unter dem unteren Schwellenwert und über dem oberen Schwellenwert liegen, innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, wobei beim Verfahren die auf Ionen im Austrittsgebiet ausgeübte Kraft im Laufe der Zeit geändert wird, so dass sich der obere und/oder der untere Schwellenwert im Laufe der Zeit ändert und sich daher das Werteband der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit ändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ermöglicht oder erzwungen wird, dass Ionen mit verschiedenen Werten der physikalisch-chemischen Eigenschaft mit verschiedenen Geschwindigkeiten entlang dem Ionenführungsgebiet oder um dieses herum laufen, so dass sie sich voneinander trennen, während sie sich bewegen, wobei Ionen, die sich mit einer höheren Geschwindigkeit bewegen, Ionen, die sich mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegen, überlappen, überholen oder sich wieder damit mischen, wenn die Ionen die Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, wobei sich die Ionen zumindest am Austrittsgebiet überlappen, überholen oder wieder mischen.
Verfahren zum Filtern von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft, wobei beim Verfahren das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt wird, wobei Ionen mit einem gewünschten Wert oder Bereich gewünschter Werte der physikalisch-chemischen Eigenschaft vorzugsweise im Ionenführungsgebiet gespeichert oder aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßen werden.
Verfahren zur Ionenbeweglichkeitsspektrometrie und/oder Massenspektrometrie, das ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Vorrichtung zur Trennung von Ionen entsprechend einer physikalisch-chemischen Eigenschaft, welche Folgendes umfasst: eine Ionenführung mit einer Anzahl von Elektroden, die angeordnet sind, um einen Ionenführungsweg zu bilden, eine Vorrichtung zum Ausüben einer Kraft auf die Ionen innerhalb eines Ionenaustrittsgebiets des Ionenführungswegs und eine Steuereinrichtung, die dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: (i) Bewirken, dass die Ionen eine Anzahl von Umläufen entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum ausführen, so dass die Ionen entsprechend der physikalisch-chemischen Eigenschaft getrennt werden, wenn sie entlang dem Ionenführungsweg oder um diesen herum laufen, (ii) Ausstoßen von Ionen aus einem Ionenaustrittsgebiet des Ionenführungswegs durch Ausüben einer Kraft auf die Ionen im Austrittsgebiet, so dass nur Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder über oder unter einem Schwellenwert liegt, aus dem Ionenführungsweg ausgestoßen werden, wenn sie durch das Austrittsgebiet laufen, und Ionen im Austrittsgebiet mit einem Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft, der entweder unter oder über dem Schwellenwert liegt, innerhalb des Ionenführungswegs verbleiben, und (iii) Ändern der auf die Ionen im Austrittsgebiet ausgeübten Kraft im Laufe der Zeit, so dass der Schwellenwert im Laufe der Zeit geändert wird und daher der Wert der physikalisch-chemischen Eigenschaft der aus dem Ionenführungsgebiet ausgestoßenen Ionen im Laufe der Zeit geändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, welche ferner dafür eingerichtet und ausgelegt ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen.
Filter für eine physikalisch-chemische Eigenschaft, das eine Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19 umfasst, wobei das Filter vorzugsweise dafür eingerichtet und ausgelegt ist, Ionen eines gewünschten Werts oder eines gewünschten Wertebereichs der physikalisch-chemischen Eigenschaft zu speichern oder aus dem Ionenführungsgebiet auszustoßen.
Massen- und/oder Ionenbeweglichkeitsspektrometer mit einer Vorrichtung oder einem Filter nach Anspruch 18, 19 oder 20.