DE112015002737B4

DE112015002737B4 - Segmentierter linearer ionenmobilitätsspektrometertreiber

Info

Publication number: DE112015002737B4
Application number: DE112015002737.8T
Authority: DE
Inventors: Richard Barrington Moulds
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2020-04-23
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: US9995712B2; US20170199153A1; DE112015002737T5; WO2015189607A1

Abstract

lonenmobilitätsseparator, der umfasst:mehrere Gruppen von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst:(i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden; und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder die mehreren Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird;einen Driftbereich;eine erste Vorrichtung, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, ein Paket von Ionen in den Driftbereich zu pulsen, sodass bewirkt wird, dass die Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere lonenverteilungen annehmen; undein Steuersystem, das für folgendes angeordnet und ausgebildet ist:(i) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit variieren, an mindestens zwei benachbarte Gruppen von Elektroden anlegen, um mindestens einen Teil der einen oder mehreren lonenverteilungen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder die mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen; und(ii) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an andere Gruppen von Elektroden als die mindestens zwei benachbarten Gruppen von Elektroden anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder den mehreren Ionenverteilungen angeordnet sind, anzulegen.

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Massenspektrometrie und insbesondere lonenmobilitätsspektrometer oder -separatoren, Massenspektrometer, Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität und ein Verfahren für Massenspektrometrie. Gemäß einer Ausführungsform wird ein lonenmobilitätsspektrometer oder -separator bereitgestellt, in dem Analytionen gemäß deren lonenmobilität getrennt werden, indem die Analytionen in Anwesenheit eines statischen Puffergases einem konstanten elektrischen Feld ausgesetzt werden.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, Ionen gemäß deren lonenmobilität unter Verwendung eines lonenmobilitätsspektrometers oder -separators („IMS“) vor der Massenanalyse der Ionen unter Verwendung eines Massenanalysators im Voraus zeitlich zu trennen. Der Massenanalysator ist vorgesehen, um aufeinanderfolgende Pakete von Ionen, die aus dem lonenmobilitätsspektrometer oder -separator austreten, zu massenanalysieren, wobei jedes Ionenpaket Ionen mit im Wesentlichen der gleichen lonenmobilität umfasst.
Der bekannte lonenmobilitätsspektrometer oder -separator umfasst mehrere Ringelektroden, und ein konstantes elektrisches Feld wird entlang der Gesamtlänge des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators aufrechterhalten, wenn die Verteilung von Ionen sich entlang der Länge des lonenmobilitätsspektrometers oder - separators fortbewegt. In dem lonenmobilitätsspektrometer oder -separator ist ein mit Druck beaufschlagtes statisches Puffergas enthalten.
Analytionen werden in den lonenmobilitätsspektrometer oder -separator gepulst und die Ionen werden dann von dem elektrischen Feld axial beschleunigt. Die Analytionen erfahren wiederholte Kollisionen mit den Puffergasmolekülen, wenn sich die Ionen axial entlang der Länge des lonenmobilitätsspektrometers oder - separators fortbewegen.
Die Analytionen erreichen nach kontinuierlichen Beschleunigungen und Kollisionen eine konstante Driftgeschwindigkeit in die Driftrichtung. Das konstante elektrische Feld übt eine größere Kraft auf Ionen mit höherer Ladung aus, während größere Ionen mehr Kollisionen mit dem Puffergas erfahren. Folglich werden die Analytionen gemäß ihrer lonenmobilität getrennt. Es versteht sich, dass die Mobilität eines Ions eine Funktion des Kollisionsquerschnitts des Ions mit dem Puffergas sowie der Ladung des Ions ist.
Ein spezielles Problem bei bekannten lonenmobilitätsspektrometern oder - separatoren besteht darin, dass es zum Erreichen eines relativ hohen Grades an zeitlicher Trennung (d.h. um einen relativ hohen Trennungsgrad gemäß der Mobilität der Ionen zu erreichen) notwendig ist, dass der lonenmobilitätsspektrometer oder - separator eine relativ lange Driftlänge hat. Die Konstruktion eines lonenmobilitätsspektrometers oder -separators mit einer relativ langen Driftlänge ist jedoch problematisch, da dies die Verwendung von relativ hohen Spannungen erfordert, die an mindestens die ersten Stufen des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators angelegt werden müssen.
Es versteht sich, dass das Anlegen von relativ hohen Spannungen an mindestens einige Abschnitte des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators das Vorsehen einer relativ teuren und komplexen HF-Spannungsschaltungsanordnung erfordert, was problematisch ist.
Ein weiterer Nachteil des Anlegens von hohen Spannungen an Abschnitte des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators besteht darin, dass die Wahrscheinlichkeit besteht, dass die hohen Spannungen Entladung oder Lichtbögen verursachen, wenn sich geerdete Objekte in der Nähe befinden. Folglich bringt die Verwendung von hohen Spannungen mit einem lonenmobilitätsspektrometer oder - separator wesentliche Einschränkungen in der Konstruktion mit sich und erfordert die Verwendung von relativ komplexer und teurer Elektronik.
Ein weiteres Problem bei einem lonenmobilitätsspektrometer oder -separator, der HF-Spannungen verwendet, besteht darin, dass auch der Energieverbrauch relativ hoch sein kann.
WO 2013/093513 A1 (Micromass) offenbart eine lonenmobilitätstrennvorrichtung, die eine Ionenleitungsbahn umfasst, die in einer geschlossenen Schleife verläuft. Ein Gleichspannungsgradient wird entlang mindestens einem Teil der Längsachse des Ionenleiters aufrechterhalten.
US 2013/292562 A1 (Clemmer) offenbart ein lonenmobilitätsspektrometer, bei dem eine Driftröhre in mehrere Driftröhrensegmente unterteilt ist. Spannungsquellen V1 und V2 sind mit Paaren von Segmenten verbunden und werden alternativ eingeschaltet, um alternativ zwei verschiedene konstante elektrische Felder über Paare von Driftröhrensegmenten zu schaffen.
Weitere lonenmobilitätsseparatoren sind aus der US 2006/0054809 A1 sowie der DE 103 28 599 A1 bekannt.
Es besteht die Absicht, einen verbesserten lonenmobilitätsspektrometer oder - separator und ein verbessertes Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß ihrer lonenmobilität bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Aspekt ist ein lonenmobilitätsseparator oder ein lonenmobilitätsspektrometer mit einem solchen Ionenmobilitätsseparator - vorgesehen, wobei der lonenmobilitätsseparator umfasst:

mehrere Gruppen von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst: (i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden;
und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder mehreren Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird;
einen Driftbereich;
eine erste Vorrichtung, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, ein Paket von Ionen in den Driftbereich zu pulsen, sodass bewirkt wird, dass Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere lonenverteilungen annehmen; und ein Steuersystem, das für folgendes angeordnet und ausgebildet ist: (i) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit von der Zeit variieren, an mindestens zwei benachbarte Gruppen von Elektroden anlegen, um mindestens einen Teil oder im Wesentlichen die Gesamtheit der einen oder mehreren Ionenverteilungen im Wesentlichen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen; und (ii) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an andere Gruppen von Elektroden als die mindestens zwei benachbarten Gruppen von Elektroden anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder mehreren lonenverteilungen angeordnet sind, anzulegen.

Das Anlegen eines elektrischen Feldes kann dabei umfassen, das Feld zu schaffen oder aufrechtzuerhalten.
Herkömmliche lonenmobilitätsspektrometer, die ein konstantes elektrisches Feld über die gesamte Länge des lonenmobilitätsspektrometers aufrechterhalten, erhalten kein anderes (beispielsweise Null) elektrisches Feld über Teile des lonenmobilitätsspektrometers, die distal von der Ionenverteilung angeordnet sind, aufrecht, wenn diese sich entlang der Länge des lonenmobilitätsspektrometers fortbewegt.
Das lonenmobilitätsspektrometer gemäß US 2013/292562 A1 (Clemmer) legt nur eine Spannung an alternative Driftröhrensegmente gleichzeitig an und legt keine Spannungen an zwei benachbarte Elektrodengruppen an, um ein kontinuierliches konstantes oder lineares elektrisches Feld über die zwei benachbarten Elektrodengruppen zu erzeugen, während ein unterschiedliches elektrisches Feld über andere Teile des Driftbereiches aufrechterhalten wird.
Es sind lonenmobilitätsspektrometer bekannt, bei denen eine oder mehrere transiente Gleichspannungen an die Elektroden angelegt werden und die eine oder mehreren transienten Gleichspannungen dann entlang der Länge des lonenmobilitätsspektrometers versetzt werden. Solche bekannten Anordnungen setzen jedoch nicht kontinuierlich die gesamte Ionenverteilung einem konstanten elektrischen Feld aus. Außerdem führen die periodisch angelegten transienten Gleichspannungen nicht zu einem konstanten oder linearen elektrischen Feld.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum derartigen Betreiben von mehreren Elektroden bereitgestellt, dass ein Wanderfeld effizient gebildet werden kann.
Die Ausführungsform betrifft eine Schaltungsanordnung, die dazu ausgebildet sein kann, eine relativ große Anzahl von Elektroden mit einer relativ kleinen Anzahl von aktiven Schaltungen zu treiben, während sie eine hohe Flexibilität in den Feldern ermöglicht, die Elektroden erzeugen können.
Bekannte Verfahren erzeugen entweder eine relativ unkontrollierbare Ausgabe oder erfordern eine große Anzahl von aktiven Schaltungen. Die Ausführungsform geht dieses Problem des Steuerns einer großen Anzahl von Elektroden an, indem die Elektroden unter Verwendung einer kleinen Anzahl von aktiven elektronischen Komponenten gesteuert werden, um eine Bewegungszone mit einem linearen elektrischen Feld abwärts oder entlang der Länge der Bewegungszone zu erzeugen.
Beispielsweise kann gemäß einer herkömmlichen Anordnung ein lonenmobilitätsspektrometer vorgesehen sein, das circa 100 cm lang ist. Angenommen, dass die Elektroden jeweils in einem Abstand von 2 mm voneinander angeordnet sind, würde eine solche Anordnung circa 500 Spannungstreiber oder unabhängig steuerbare Spannungsversorgungen erfordern. Im Gegensatz dazu könnten gemäß einer Ausführungsform neun Gruppen von Elektroden verwendet werden, von denen jede circa 114 Elektroden umfasst, wobei jede Gruppe von Elektroden nur zwei Treiber oder unabhängig steuerbare Spannungsversorgungen erfordern würde. Dementsprechend wären gemäß einer Ausführungsform nur 18 Spannungstreiber oder unabhängig steuerbare Spannungsversorgungen insgesamt im Gegensatz zu 500 Spannungstreibern oder unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen gemäß einer herkömmlichen Anordnung erforderlich.
Das Steuersystem kann dazu vorgesehen und ausgebildet sein, zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die als eine Funktion der Zeit zwischen einer Höchstspannung und einer Mindestspannung variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen.
Das Steuersystem kann dazu vorgesehen und ausgebildet sein, zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die als eine Funktion von Zeit variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen, wobei jede der mindestens einigen der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen die an die entsprechenden Gruppen von Elektroden angelegte Spannung mit einer Phasenverschiebung bezüglich benachbarter Gruppen von Elektroden variiert.
Die Ionenverteilung umfasst eine Mindestverschiebung d_min und eine Höchstverschiebung dmax, wobei die Länge der Ionenverteilung d_max-d_min mit der Zeit fortschreitend zunimmt.
Grundsätzlich weisen dabei zu jeglichem Zeitpunkt Ionen mit der geringsten lonenmobilität die Mindestverschiebung dmin auf, und Ionen mit der höchsten lonenmobilität aufweisen die Höchstverschiebung d_max .
Beispielsweise ist das erste elektrische Feld ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus: (i) < 5 V/cm; (ii) 5-10 V/cm; (iii) 10-15 V/cm; (iv) 15-20 V/cm; (v) 20-25 V/cm; (vi) 25-30 V/cm; (vii) 30-35 V/cm; (viii) 35-40 V/cm; (ix) 40-45 V/cm; (x) 45-50 V/cm; und (xi) > 50 V/cm.
Das erste elektrische Feld kann durchschnittlich über einen Abstand aufrechterhalten werden, der aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus: (i) < 10 cm; (ii) 10-20 cm; (iii) 20-30 cm; (iv) 30-40 cm; (v) 40-50 cm; (vi) 50-60 cm; (vii) 60-70 cm; (viii) 70-80 cm; (ix) 80-90 cm; (x) 90-100 cm; und (xi) > 100 cm.
Die Amplitude oder Stärke des zweiten elektrischen Feldes kann größer sein als die Amplitude oder Stärke des ersten elektrischen Feldes.
Der lonenmobilitätsspektrometer oder -separator umfasst ferner eine Driftröhre.
Der lonenmobilitätsspektrometer oder -separator umfasst erfindungsgemäß mehrere Elektroden.
Gemäß einer Ausführungsform sind mindestens einige der Elektroden durch eine Reihe von Widerständen oder andere Komponenten zusammengeschaltet, um eine oder mehrere Gruppen von zusammengeschalteten Elektroden zu bilden.
Der lonenmobilitätsspektrometer oder -separator kann eine erste unabhängig steuerbare Spannungsversorgung und eine zweite unabhängig steuerbare Spannungsversorgung umfassen, wobei mehrere der Elektroden zusammengeschaltet sind und eine verbundene Elektrode mit der ersten Spannungsversorgung verbunden ist und eine andere verbundene Elektrode mit der zweiten Spannungsversorgung verbunden ist, sodass bei der Verwendung zwischen der ersten und der zweiten Spannungsversorgung ein Spannungsgradient von nicht Null aufrechterhalten wird.
Der lonenmobilitätsspektrometer oder -separator kann eine dritte unabhängig steuerbare Spannungsversorgung und eine vierte unabhängig steuerbare Spannungsversorgung umfassen, wobei mehrere der Elektroden zusammengeschaltet sind und eine verbundene Elektrode mit der dritten Spannungsversorgung verbunden ist und eine andere verbundene Elektrode mit der vierten Spannungsversorgung verbunden ist, sodass bei der Verwendung zwischen der dritten und der vierten Spannungsversorgung ein Spannungsgradient von nicht Null aufrechterhalten wird.
Der lonenmobilitätsspektrometer oder -separator kann eine fünfte unabhängig steuerbare Spannungsversorgung und eine sechste unabhängig steuerbare Spannungsversorgung umfassen, wobei mehrere der Elektroden zusammengeschaltet sind und eine verbundene Elektrode mit der fünften Spannungsversorgung verbunden ist und eine andere verbundene Elektrode mit der sechsten Spannungsversorgung verbunden ist, sodass bei der Verwendung zwischen der fünften und der sechsten Spannungsversorgung ein Spannungsgradient von nicht Null aufrechterhalten wird.
Gemäß der Ausführungsform können 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 oder > 20 unabhängig steuerbare Spannungsversorgungen vorgesehen sein, wobei mehrere zusammengeschaltete Elektroden zwischen angrenzende oder benachbarte Spannungsversorgungen geschaltet sein können.
Gemäß einem Beispiel ist ein Massenspektrometer vorgesehen, der einen wie vorstehend beschriebenen lonenmobilitätsspektrometer oder -separator umfasst.
Gemäß einem Aspekt ist ein Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität vorgesehen, das umfasst:

das Vorsehen von mehreren Gruppen von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst: (i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden; und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder mehrere Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird;
Vorsehen eines Driftbereichs;
Pulsieren eines Pakets von Ionen in den Driftbereich, sodass bewirkt wird, dass Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere Ionenverteilungen annehmen;
Bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit von der Zeit variieren, an mindestens zwei benachbarte Gruppen von Elektroden anlegen, um mindestens einen Teil oder im Wesentlichen die Gesamtheit der einen oder mehreren lonenverteilungen im Wesentlichen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen;
Bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an andere Gruppen von Elektroden als die mindestens zwei benachbarten Gruppen von Elektroden anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder mehreren lonenverteilungen angeordnet sind, anzulegen.

Das Anlegen eines elektrischen Feldes kann dabei umfassen, das Feld zu schaffen oder aufrechtzuerhalten.
Das Verfahren kann ferner das Bewirken umfassen, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die als eine Funktion der Zeit zwischen einer Höchstspannung und einer Mindestspannung variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen.
Das Verfahren kann ferner das Bewirken umfassen, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die als eine Funktion von Zeit variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen, wobei jede der mindestens einigen der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen die an die entsprechenden Gruppen von Elektroden angelegte Spannung mit einer Phasenverschiebung bezüglich benachbarter Gruppen von Elektroden variiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren von Massenspektrometrie bereitgestellt, das ein Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität wie vorstehend beschrieben umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum effizienten Treiben eines Satzes von Elektroden bereitgestellt, um einen oder mehrere Bereiche mit einem annährend linearen Feld zu bilden, durch den Raum verläuft. Das Verfahren kann das Kombinieren von mehreren Widerstandsteilern mit programmierbaren Offsets und synchronisiertem Abtasten umfassen, um ein konstantes Feld zu erzeugen, das sich im Raum entlang einer vorgesehen Ionenflugbahn bewegt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist als der oben beschriebene Driftbereich ein lonenleiter vorgesehen, der umfasst:

mehrere Elektroden, und
ein Steuersystem, das dazu vorgesehen und ausgebildet ist:
1. (i) zu einer ersten Zeit t1 eine oder mehrere Spannungen an einen oder mehreren aktive Abschnitte des Ionenleiters anzulegen, um einen ersten im Wesentlichen linearen positiven oder negativen axialen Spannungsgradienten oder ein erstes konstantes oder lineares elektrisches Feld über den einen oder die mehreren aktiven Abschnitte aufrechtzuerhalten, wobei zur ersten Zeit t1 der Ionenleiter auch einen oder mehrere inaktive Abschnitte umfasst, die sich entweder stromaufwärts und/oder stromabwärts des einen oder der mehreren aktiven Abschnitte befinden; und
2. (ii) zu einer zweiten späteren Zeit t2 einen oder mehrere zuvor inaktive Abschnitte des Ionenleiters zu aktivieren und/oder einen oder mehrere zuvor aktive Abschnitte des Ionenleiters zu deaktivieren.

Es wird zu verstehen sein, dass herkömmliche lonenmobilitätsspektrometer, die ein konstantes elektrisches Feld über die gesamte Länge des lonenmobilitätsspektrometers aufrechterhalten, keine inaktiven Abschnitte haben, wobei zu einer späteren Zeit entweder inaktive Abschnitte aktiviert werden oder zuvor aktive Abschnitte deaktiviert werden.
Gemäß den Ausführungsformen ist ein lonenleiter vorgesehen, der ein konstantes elektrisches Feld erzeugen kann, das im Wesentlichen einem Paket von Ionen entlang dessen Länge derart folgt, dass das Paket von Ionen immer einem lokal konstanten elektrischen Feld ausgesetzt ist.
Gemäß den Ausführungsformen ist als der Driftbereich ein lonenleiter vorgesehen, bei dem nur ein Abschnitt des Ionenleiters, der das Paket von Ionen direkt umgibt oder diesem benachbart angeordnet ist, ein konstantes elektrisches Feld erzeugt. Andere Abschnitte des Ionenleiters können derart angeordnet sein, dass sie ein anderes elektrisches Feld oder kein elektrisches Feld haben.
Eine hochgradig effiziente Schaltungskonfiguration kann zum Treiben mehrerer Elektroden und zum Erzeugen eines lokal konstanten elektrischen Feldes verwendet werden, das einem Paket von Ionen folgt, das in den lonenleiter eingeführt wurde.
Es kann ein lonenmobilitätsspektrometer bereitgestellt werden, das einen Ionenleiter umfasst, der entlang seiner Länge ein lokal konstantes elektrisches Feld erzeugen kann, das einem Paket von Ionen folgt.
Ein aktiver Abschnitt des Ionenleiters kann einen Abschnitt des Ionenleiters umfassen, durch den mindestens einige Ionen übertragen werden. Ein aktiver Abschnitt des Ionenleiters kann auch einen Abschnitt des Ionenleiters umfassen, der einem Abschnitt des Ionenleiters, durch den mindestens einige Ionen übertragen werden, unmittelbar benachbart angeordnet ist.
Ein inaktiver Abschnitt des Ionenleiters kann einen Abschnitt des Ionenleiters umfassen, bei dem im Wesentlichen keine interessierenden Ionen in dem Abschnitt vorhanden sind. Ein inaktiver Abschnitt des Ionenleiters kann auch einen Abschnitt des Ionenleiters umfassen, in dem im Wesentlichen alle Ionen den Abschnitt verlassen haben. Ein inaktiver Abschnitt des Ionenleiters kann einen Abschnitt des Ionenleiters umfassen, in dem im Wesentlichen alle Ionen noch in den Abschnitt eintreten müssen.
Das Steuersystem kann vorgesehen sein, um einen oder mehrere zuvor inaktive Abschnitte des Ionenleiters durch Anlegen einer oder mehrerer Spannungen an Elektroden in dem Abschnitt zu aktivieren, um das Potenzial der Elektroden in diesem Abschnitt zu erhöhen oder zu verringern, sodass sie ein zusammenhängendes lineares Feld durch diesen Abschnitt und mindestens einen weiteren benachbarten Abschnitt schaffen.
Das Steuersystem kann vorgesehen sein, um den ersten im Wesentlichen linearen positiven oder negativen Axialspannungsgradienten oder das erste konstante oder lineare elektrische Feld axial entlang der Länge des Ionenleiters zu versetzen.
Die mehreren Elektroden können in Gruppen angeordnet sein und das Steuersystem kann angeordnet sein, um den ersten im Wesentlichen linearen positiven oder negativen Axialspannungsgradienten oder das erste konstante oder lineare elektrische Feld entlang der Länge des Ionenleiters durch Anlegen von Spannungen an jeden Abschnitt axial nacheinander zu versetzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein lonenmobilitätsspektrometer oder - separator vorgesehen, der einen wie vorstehend beschriebenen Ionenleiter umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Massenspektrometer vorgesehen, das einen wie vorstehend beschriebenen lonenleiter oder einen wie vorstehend beschriebenen lonenmobilitätsspektrometer oder -separator umfasst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Leiten von Ionen vorgesehen, das umfasst:

Bereitstellen eines Driftbereichs in Form eines Ionenleiters, der mehrere Elektroden umfasst;
Anlegen, zu einer ersten Zeit t1, einer oder mehrerer Spannungen an einen oder mehrere aktive Abschnitte des Ionenleiters, um einen ersten im Wesentlichen linearen positiven oder negativen axialen Spannungsgradienten oder ein erstes konstantes oder lineares elektrisches Feld über den einen oder die mehreren aktiven Abschnitte aufrechtzuerhalten, wobei der Ionenleiter zur ersten Zeit t1 auch einen oder mehrere inaktive Abschnitte umfasst, die sich entweder stromaufwärts und/oder stromabwärts des einen oder der mehreren aktiven Abschnitte befindet; und
Aktivieren, zu einer zweiten späteren Zeit t2, eines oder mehrerer zuvor inaktiver Abschnitte des Ionenleiters und/oder Deaktivieren eines oder mehrerer zuvor aktiver Abschnitte des lonenleiters.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität vorgesehen, das ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren zum Leiten von Ionen umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren von Massenspektrometrie vorgesehen, das ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren zum Leiten von Ionen oder ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität umfasst.
Gemäß einem Aspekt ist ein Ionenleiter vorgesehen, der eine Vorrichtung umfasst, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, einen axialen Spannungsgradienten über mehrere Elektroden aufrechtzuerhalten und den Axialspannungsgradienten fortschreitend entlang der Länge des Ionenleiters zu versetzen.
Der Axialspannungsgradient kann ein konstantes elektrisches Feld lokal erzeugen und wenn der Axialspannungsgradient über die Länge des Ionenleiters versetzt wird, kann das konstante elektrische Feld fortschreitend über die Länge des Ionenleiters versetzt werden.
Die mehreren Elektroden des Ionenleiters können in Abschnitten entlang der Länge des Ionenleiters angeordnet sein und die Vorrichtung kann vorgesehen sein, um die Spannungsgradienten durch Bewirken zu versetzen, dass der Axialspannungsgradient auf jeden Abschnitt nacheinander angewendet wird.
Wenn der Axialspannungsgradient an einen Abschnitt von Elektroden des Ionenleiters angelegt wird, kann ein konstantes elektrisches Feld lokal in dem Abschnitt erzeugt werden. Somit wird das konstante elektrische Feld, wenn der Axialspannungsgradient nacheinander an jeden Abschnitt angelegt wird, Abschnitt um Abschnitt entlang der Länge des Ionenleiters fortschreitend versetzt.
Die Vorrichtung kann vorgesehen sein, um den Axialspannungsgradienten entlang der Länge des lonenleiters fortschreitend gemäß vorbestimmten Zeitintervallen zu versetzen. Durch geeignetes Einstellen der Zeitintervalle, zu denen der Axialspannungsgradient entlang der Länge des Ionenleiters versetzt wird, ist es möglich, ein lokales konstantes elektrisches Feld zu erzeugen, das der Bewegung eines Pakets von Ionen in dem Ionenleiter folgt.
Die Vorrichtung kann vorgesehen sein, um den Axialspannungsgradienten durch Bewirken, dass unterschiedliche Gleichspannungen an die Mehrheit von Elektroden angelegt werden können, aufrechtzuerhalten.
Ionen können innerhalb des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators durch Anlegen von entgegengesetzten Phasen einer Wechselspannung oder Hochfrequenzspannung an benachbarte Elektroden radial beschränkt werden, um eine radiale Pseudopotenzialbarriere zu schaffen, die dazu dient, Ionen innerhalb des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators radial zu begrenzen.
Die Vorrichtung kann vorgesehen sein, um den axialen Spannungsgradienten über einen Abschnitt von Elektroden durch Bewirken, dass eine erste Spannung an erste Elektroden in dem Abschnitt angelegt wird und eine zweite Spannung, die niedriger ist als die erste Spannung, an zweite Elektroden in dem Abschnitt angelegt wird, aufrechtzuerhalten. Zur Beschleunigung von positiven Ionen können die ersten Elektroden am stromaufwärts gelegenen Ende des Abschnittes vorgesehen sein, während die zweiten Elektroden am stromabwärts gelegenen Ende des Abschnitts vorgesehen sein können, sodass ein abnehmender Spannungsgradient in dem Abschnitt in die Stromabwärtsrichtung aufrechterhalten werden kann.
Die Vorrichtung kann vorgesehen sein, um zu bewirken, dass der Axialspannungsgradient an jeden Abschnitt nacheinander angelegt wird durch Bewirken, dass während eines ersten Intervalls eine erste Spannung an Elektroden in einem Abschnitt angelegt wird und eine zweite Spannung, die niedriger ist als die erste Spannung an Elektroden in dem ersten Abschnitt angelegt wird, und Bewirken, dass während eines zweiten Intervalls die erste Spannung an dritte Elektroden in einem zweiten Abschnitt angelegt wird und die zweite Spannung an vierte Elektroden in dem zweiten Abschnitt angelegt wird.
Die Vorrichtung kann vorgesehen sein, um die an die ersten und zweiten Elektroden des ersten Abschnittes angelegten Spannungen nach dem ersten Intervall zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Spannungsgradient entlang der Länge des Ionenleiters Abschnitt für Abschnitt in vorbestimmten Intervallen versetzt werden. Die Intervalle können derart eingestellt werden, dass der Spannungsgradient und somit das elektrische Feld der Bewegung eines Paketes von Ionen folgen, wenn dieses sich entlang dem Ionenleiter stromabwärts bewegt. Ferner können, wenn das Paket von Ionen einen Abschnitt verlässt, so dass die Ionen die Wirkung des elektrischen Feldes von diesem Abschnitt nicht länger erfahren, die an die Elektroden dieses Abschnitts angelegten Spannungen reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann jeder Abschnitt zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr in Reihe geschaltete Elektroden umfassen, wobei jede Elektrode in einer Reihe durch einen Widerstand von der nächsten Elektrode in der Reihe getrennt sein kann. Durch Reihenschaltung mehrerer Elektroden in einem Abschnitt und Trennen jeder Elektrode durch einen Widerstandsteiler kann ein Spannungsgradient über den Abschnitt durch Verbinden des Abschnitts mit einer einzelnen Spannungsquelle anstatt des Verbindens jeder Elektrode mit einer getrennten Spannungsquelle aufrechterhalten werden. Eine solche Ausführungsform vereinfacht die Schaltungsanordnung, indem nur eine Höchstspannung an einen Abschnitt von Elektroden angelegt wird und die Spannung an jeder nachfolgenden Elektrode in dem Abschnitt gemäß den Widerstand des Widerstandsteilers reduziert wird. Der lonenleiter kann durch Reihenschaltung mehrerer Elektroden in jedem Abschnitt verlängert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein lonenmobilitätsspektrometer oder - separator vorgesehen, der umfasst:

mindestens eine erste Gruppe von Elektroden, eine zweite Gruppe von Elektroden und eine dritte Gruppe von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst: (i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden; und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder mehrere Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird;
einen Driftbereich;
eine erste Vorrichtung, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, ein Paket von Ionen in den Driftbereich zu pulsen, sodass bewirkt wird, dass Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere lonenverteilungen annehmen; und
ein Steuersystem, das für folgendes angeordnet und ausgebildet ist:
1. (i) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an mindestens einen Teil oder im Wesentlichen die Gesamtheit der einen oder mehreren lonenverteilungen im Wesentlichen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen; und
2. (ii) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit von der Zeit variieren, anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder mehreren Ionenverteilungen angeordnet sind, zu schaffen, aufrechtzuerhalten oder anzulegen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität vorgesehen, das umfasst:

Vorsehen von mindestens einer ersten Gruppe von Elektroden, einer zweiten Gruppe von Elektroden und einer dritten Gruppe von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst: (i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden; und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder mehrere Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird;
Vorsehen eines Driftbereichs;
Pulsieren eines Pakets von Ionen in den Driftbereich, sodass bewirkt wird, dass Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere Ionenverteilungen annehmen;
Bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an mindestens einen Teil oder im Wesentlichen die Gesamtheit der einen oder mehreren lonenverteilungen im Wesentlichen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen;
Bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkweit von der Zeit variieren, anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder mehreren Ionenverteilungen angeordnet sind, zu schaffen, aufrechtzuerhalten oder anzulegen.

Grundsätzlich kann ein Massenspektrometer ferner umfassen:

(a) eine Ionenquelle, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: (i) einer Elektrospray-lonisations(„ESI“)lonenquelle; (ii) einer Atmosphärendruck-Photoionisations(„APPI“)lonenquelle; (iii) einer Chemische-Ionisation bei Atmosphärendruck („APCI“)Ionenquelle; (iv) einer Matrix-unterstützten Laser-Desorptionsionisations(„MALDI“)Ionenquelle; (v) einer Laser-Desorptionsionisations(„LDI“)lonenquelle; (vi) einer Laserionisation bei Atmosphärendruck („API“)Ionenquelle; (vii) einer Desorptionsionisation aus Silizium („DIOS“)lonenquelle; (viii) einer Elektronenstoß(„EI“)lonenquelle; (ix) einer Chemische lonisations(„CI“)lonenquelle; (x) einer Feldionisations(„FI“)lonenquelle; (xi) einer Felddesorption („FD“)lonenquelle; (xii) einer induktiv gekoppelten Plasma („ICP“)lonenquelle; (xiii) einer Fast Atom Bombardment(„FAB“)lonenquelle; (xiv) einer Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie(„LSIMS“)Ionenquelle; (xv) einer Desorptions-Elektrospray-Ionisations(„DESI“)Ionenquelle; (xvi) einer Nickel-63 radioaktiven Ionenquelle; (xvii) einer Matrix-unterstützten Laser-Desorptionsionisation Ionenquelle bei Atmosphärendruck; (xviii) einer Thermospray-Ionenquelle; (xix) einer Atmosphärischen Sampling-Glimmentladungs-lonisations(„ASGDI“)Ionenquelle; (xx) einer Glimmentladungs(„GD“)lonenquelle; (xxi) einer Impaktorionenquelle; (xxii) einer Direct Analysis in Real Time(„DART“)lonenquelle; (xxiii) einer Laserspray-Ionisations(„LSI“)Ionenquelle; (xxiv) einer Sonicspray Ionisations(„SSI“)Ionenquelle; (xxv) einer Matrix-unterstützten Inlet lonisations(„MAII“)lonenquelle; (xxvi) einer Solvent Assisted Inlet lonisations(„SAII“)lonenquelle; (xxvii) einer Desorptions-Elektrospray-lonisations(„DESI“)lonenquelle; und (xxviii) einer Laserablations-Elektrospray-Ionisations(„LAESI“)Ionenquelle; und/oder
(b) eine oder mehrere kontinuierliche oder gepulste Ionenquellen; und/oder
(c) einen oder mehrere Ionenleiter; und/oder
(d) eine oder mehrere lonenmobilitätstrennvorrichtungen und/oder eine oder mehrere feldasymmetrische lonenmobilitätsspektrometervorrichtungen; und/oder
(e) eine oder mehrere Ionenfallen oder einen oder mehrere Ionenfallenbereiche; und/oder
(f) eine oder mehrere Kollisions-, Fragmentierungs- oder Reaktionszellen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus:
- (i) einer kollisionsinduzierten Dissoziations(„CID“)-Fragmentierungsvorrichtung; (ii) einer Surface-induzierten Dissoziations(„SID“)-Fragmentierungsvorrichtung; (iii) einer Elektronentransfer-Dissoziations(„ETD“)-Fragmentierungsvorrichtung; (iv) einer ElektroneneinfangsDissoziations(„ECD“)-Fragmentierungsvorrichtung; (v) einer Elektronenkollisions- oder Stoßdissoziations-Fragmentierungsvorrichtung; (vi) einer Photo-induzierten Dissoziations(„PID“)-Fragmentierungsvorrichtung; (vii) einer Laser-induzierten Dissoziations-Fragmentierungsvorrichtung; (viii) einer Infrarotstrahlung-induzierten Dissoziations-Vorrichtung; (ix) einer Ultraviolettstrahlung-induzierten Dissoziations-Vorrichtung; (x) einer Nozzle-Skimmer-Interface-Fragmentierungsvorrichtung; (xi) einer In-Source Fragmentierungsvorrichtung; (xii) einer In-source Kollisions-induzierten Dissoziations-Fragmentierungsvorrichtung; (xiii) einer Fragmentierungsvorrichtung mit thermischer oder Temperaturquelle; (xiv) einer elektrisches Feld-induzierte Fragmentierungsvorrichtung; (xv) einer Magnetfeld-induzierte Fragmentierungsvorrichtung; (xvi) einer Enzymdigestions- oder Enzymabbau-Fragmentierungsvorrichtung; (xvii) einer Ion-Ion-Reaktions-Fragmentierungsvorrichtung; (xviii) einer Ion-Molekül -Reaktions-Fragmentierungsvorrichtung; (xix) einer Ion-Atom-Reaktions-Fragmentierungsvorrichtung; (xx) einer Ionen-metastabile Ionen-Reaktions-Fragmentierungsvorrichtung; (xxi) einer Ionen-metastabile Molekül-Reaktions-Fragmentierungsvorrichtung; (xxii) einer Ionen-metastabile Atomreaktions-Fragmentierungsvorrichtung; (xxiii) einer Ion-Ion-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Adukt- oder Produktionen; (xxiv) einer lon-Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Adukt- oder Produktionen; (xxv) einer Ion-Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Adukt- oder Produktionen; (xxvi) einer Ionen-metastabile Ionen-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Adukt- oder Produktionen; (xxvii) einer Ionen-metastabile Molekül-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Adukt- oder Produktionen; (xxviii) einer Ionen-metastabile Atom-Reaktionsvorrichtung zum Reagieren von Ionen zur Bildung von Adukt- oder Produktionen; und (xxix) einer Elektron-lonisation-Dissoziations(„EID“)-Fragmentierungsvorrichtung; und/oder
(g) einen Massenanalysator, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: (i) einem Quadrupol-Massenanalysator; (ii) einem 2D- oder linearen Quadrupol-Massenanalysator; (iii) einem Paul- oder 3D-Quadrupol-Massenanalysator; (iv) einem Penning-Falle-Massenanalysator; (v) einem lonenfalle-Massenanalysator; (vi) einem Magnetsektor-Massenanalysator; (vii) einem Ionen-Zyklotron-Resonanz („ICR“) Massenanalysator; (viii) einem Fourier-Transformations-Ionen-Zyklotron-Resonanz („FTICR“) Massenanalysator; (ix) einem elektrostatischen Massenanalysator, um ein elektrostatisches Feld mit einer quadro-logarithmischen Potenzialverteilung zu erzeugen; (x) einem elektrostatischen Fourier-Transformations-Massenanalysator; (xi) einem Fourier-Transformations-Massenanalysator; (xii) einem Flugzeit-Massenanalysator; (xiii) einem Flugzeit-Massenanalysator mit orthogonaler Beschleunigung; und (xiv) einem Flugzeit-Massenanalysator mit linearer Beschleunigung; 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 Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus:
1. (i) einem Quadrupol-Massenfilter; (ii) einer 2D- oder linearen Quadrupol-Ionenfalle; (iii) einer Paul- oder 3D-Quadrupol-lonenfalle; (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 Pulsen von Ionen; und/oder
(l) eine Vorrichtung zum Umwandeln eines im Wesentlichen kontinuierlichen lonenstrahls in einen gepulsten Ionenstrahl.

Das Massenspektrometer kann ferner umfassen entweder:

(i) eine C-Falle und einen Massenanalysator, der eine äußere zylinderartige Elektrode und eine koaxiale innere spindelartige Elektrode umfasst, die ein elektrostatisches Feld mit einer quadro-logarithmischen Potenzialverteilung bilden, wobei in einem ersten Betriebsmodus Ionen an die C-Falle übertragen werden und dann in den Massenanalysator injiziert werden und in einem zweiten Betriebsmodus Ionen an die C-Falle und dann an eine Kollisionszelle oder eine Elektronentransfer-Dissoziations-Vorrichtung übertragen werden, wobei mindestens einige Ionen in Fragmentionen fragmentiert werden und wobei die Fragmentionen dann an die C-Falle übertragen werden, bevor sie in den Massenanalysator injiziert werden; und/oder
(ii) einen geschichteten Ringionenleiter, der mehrere Elektroden umfasst, von denen jede eine Öffnung hat, durch die Ionen bei der Verwendung übertragen werden, und wobei der Abstand der Elektroden entlang der Länge der Ionenbahn zunimmt und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromaufwärts angeordneten Abschnitt des Ionenleiters einen ersten Durchmesser haben und wobei die Öffnungen in den Elektroden in einem stromabwärts angeordneten Abschnitt des Ionenleiters einen zweiten Durchmesser haben, der kleiner ist als der erste Durchmesser, und wobei entgegengesetzte Phasen einer Wechselspannung oder Hochfrequenzspannung bei der Verwendung an aufeinanderfolgende Elektroden angelegt werden.

Grundsätzlich kann das Massenspektrometer ferner eine Vorrichtung umfassen, die dazu vorgesehen und ausgebildet ist, eine Wechselspannung oder HF-Spannung an die Elektroden anzulegen. Die Wechselspannung oder HF-Spannung hat optional eine Amplitude, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: (i) ca. < 50 V Spitze zu Spitze; (ii) ca. 50-100 V Spitze zu Spitze; (iii) ca. 100-150 V Spitze zu Spitze; (iv) ca. 150-200 V Spitze zu Spitze; (v) ca. 200-250 V Spitze zu Spitze; (vi) ca. 250-300 V Spitze zu Spitze; (vii) ca. 300-350 V Spitze zu Spitze; (viii) ca. 350-400 V Spitze zu Spitze; (ix) ca. 400-450 V Spitze zu Spitze; (x) ca. 450-500 V Spitze zu Spitze; und (xi) > ca. 500 V Spitze zu Spitze.
Die Wechselspannung oder HF-Spannung kann eine Frequenz haben, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: (i) < ca. 100 kHz; (ii) ca. 100-200 kHz; (iii) ca. 200-300 kHz; (iv) ca. 300-400 kHz; (v) ca. 400-500 kHz; (vi) ca. 0.5-1.0 MHz; (vii) ca. 1.0-1.5 MHz; (viii) ca. 1.5-2.0 MHz; (ix) ca. 2.0-2.5 MHz; (x) ca. 2.5-3.0 MHz; (xi) ca. 3.0-3.5 MHz; (xii) ca. 3.5-4.0 MHz; (xiii) ca. 4.0-4.5 MHz; (xiv) ca. 4.5-5.0 MHz; (xv) ca. 5.0-5.5 MHz; (xvi) ca. 5.5-6.0 MHz; (xvii) ca. 6.0-6.5 MHz; (xviii) ca. 6.5-7.0 MHz; (xix) ca. 7.0-7.5 MHz; (xx) ca. 7.5-8.0 MHz; (xxi) ca. 8.0-8.5 MHz; (xxii) ca. 8.5-9.0 MHz; (xxiii) ca. 9.0-9.5 MHz; (xxiv) ca. 9.5-10.0 MHz; und (xxv) > ca. 10.0 MHz.
Das Massenspektrometer kann auch eine Chromatographie- oder sonstige Trennvorrichtung stromaufwärts einer Ionenquelle umfassen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Chromatographietrennvorrichtung eine Flüssigkeitschromatographie- oder Gaschromatographievorrichtung umfassen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Trennvorrichtung umfassen:

(i) eine Kapillarelektrophorese („CE“)-Trennvorrichtung; (ii) eine Kapillarelektrochromatographie („CEC“)-Trennvorrichtung; (iii) eine im Wesentlichen steife Keramik-basierte mehrschichtige Mikrofluid-Substrat („Keramikfliese“) Trennvorrichtung; oder (iv) eine superkritische Fluid-Chromatographietrennvorrichtung.

Der lonenleiter kann auf einem Druck gehalten werden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: (i) < ca. 0.0001 mbar; (ii) ca. 0.0001-0.001 mbar; (iii) ca. 0.001-0.01 mbar; (iv) ca. 0.01-0.1 mbar; (v) ca. 0.1-1 mbar; (vi) ca. 1-10 mbar; (vii) ca. 10-100 mbar; (viii) ca. 100-1000 mbar; und (ix) > ca. 1000 mbar.
Gemäß einer Ausführungsform können Analytionen einer Elektronentransfer-Dissoziations(„ETD“)-Fragmentierung in einer Elektronentransfer-Dissoziations-Fragmentierungsvorrichtung unterzogen werden. Es kann bewirkt werden, dass Analytionen mit ETD-Reagensionen in einem lonenleiter oder einer Fragmentierungsvorrichtung interagieren.
Gemäß einer Ausführungsform werden zum Bewirken von Elektronentransfer-Dissoziation entweder: (a) Analytionen fragmentiert oder bewirkt, dass sie sich nach Interaktion mit Reagensionen loslösen und Produkt- oder Fragmentionen bilden; und/oder (b) Elektronen von einem oder mehreren Reagensionen oder negativ geladenen Ionen an eines oder mehrere mehrfach geladene Analytkationen oder positiv geladene Ionen übertragen, woraufhin wenigstens einige der mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu veranlasst werden, sich loszulösen und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden; und/oder (c) Analytionen fragmentiert oder dazu veranlasst werden, sich loszulösen und Produkt- oder Fragmentionen auf Interaktion mit neutralen Reagensgasmolekülen oder Atomen oder einem nicht ionischen Reagensgas hin zu bilden; und/oder (d) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Basisgasen oder -dämpfen an eines oder mehrere mehrfach geladene Analytkationen oder positiv geladene Ionen übertragen, woraufhin mindestens einige der mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu veranlasst werden, sich loszulösen und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden; und/oder (e) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Superbasis-Reagensgasen oder -dämpfen an eines oder mehrere mehrfach geladene Analytkationen oder positiv geladene Ionen übertragen, woraufhin mindestens einige der mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu veranlasst werden, sich loszulösen und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden; und/oder (f) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Alkalimetallgasen oder -dämpfen an eines oder mehrere mehrfach geladene Analytkationen oder positiv geladene Ionen übertragen, woraufhin mindestens einige der mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu veranlasst werden, sich loszulösen und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden; und/oder (g) Elektronen von einem oder mehreren neutralen, nicht ionischen oder ungeladenen Gasen, Dämpfen oder Atomen an eines oder mehrere mehrfach geladene Analytkationen oder positiv geladene Ionen übertragen, woraufhin mindestens einige der mehreren mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen dazu veranlasst werden, sich loszulösen und Produkt- oder Fragmentionen zu bilden; wobei das eine oder die mehreren neutralen, nicht ionischen oder umgeladenen Gase, Dämpfe oder Atome aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus: (i) Natriumdampf oder -atomen; Lithiumdampf oder -atomen; (iii) Kaliumdampf oder -atomen; (iv) Rubidiumdampf oder -atomen; (v) Caesiumdampf oder -atomen; (vi) Franciumdampf oder -atomen; (vii) C₆₀-Dampf oder -atomen; und (viii) Magnesiumdampf oder -atomen.
Die mehrfach geladenen Analytkationen oder positiv geladenen Ionen können Peptide, Polypeptide, Proteine oder Biomoleküle umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform werden zur Ausführung von Elektronentransfer-Dissoziation: (a) die Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen aus einem polyaromatischen Hydrocarbon oder einem substituierten polyaromatischen Hydrocarbon abgeleitet; und/oder (b) die Reagensanionen oder negativ geladenen Ionen aus der Gruppe abgeleitet, die besteht aus: (i) Anthrazen; (ii) 9,10 Diphenyl-Anthrazen; (iii) Naphthalin; (iv) Fluor; (v) Phenanthren; (vi) Pyren; (vii) Fluoranthen; (viii) Chrysen; (ix) Triphenylen; (x) Perylen; (xi) Acridin; (xii) 2,2' Dipyridyl; (xiii) 2,2' Biquinolin; (xiv) 9-Anthrazencarbonitril; (xv) Dibenzothiophen; (xvi) 1,10'-Phenanthrolin; (xvii) 9' Anthrazenecarbonitril; und (xviii) Anthraquinon; und/oder (c) die Reagensionen oder negativ geladenen Ionen Azobenzen-Anionen oder Azobenzen-Radikalanionen umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Prozess von Elektronentransfer-Dissoziations-Fragmentierung die Interaktion von Analytionen mit Reagensionen, wobei die Reagensionen Dicyanobenzen, 4-Nitrotoluen oder Azulen umfassen.
Es ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass Massenspektrometer sowie Verfahren zur Massenspektrometrie zum Einsatz kommen, in denen zumindest einige dieser grundsätzlich denkbaren Ausgestaltungen von Massenspektrometern zur Anwendung kommen. Vorteilhafterweise können diese Ausgestaltungen mit lonenmobilitätsseparatoren, wie sie in dieser Beschreibung beschrieben sind, kombiniert werden.
Figurenliste
Verschiedene Ausführungsformen werden jetzt zusammen mit anderen zu rein beschreibenden Zwecken beschriebenen Anordnungen rein beispielhaft und mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In denen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Ionenmobilitätsspektrometers;
2 das Axialspannungsprofil, das über die Länge eines herkömmlichen lonenmobilitätsspektrometers aufrechterhalten wird;
3 das axiale Profil des elektrischen Feldes, das über die Länge des herkömmlichen lonenmobilitätsspektrometers aufrechterhalten wird.
4 ein schematisches Diagramm eines Ionenleiters zu einer Anfangszeit t₀ gemäß einer Ausführungsform;
5 das Axialspannungsprofil, das entlang des Ionenleiters zur Anfangszeit t₀ gemäß einer Ausführungsform aufrechterhalten wird;
6 ein schematisches Diagramm des Ionenleiters zu einer späteren Zeit t₁ gemäß einer Ausführungsform;
7 das Axialspannungsprofil, das entlang des Ionenleiters zur Zeit t₁ aufrechterhalten wird, gemäß einer Ausführungsform;
8 ein schematisches Diagramm des Ionenleiters zu einer späteren Zeit t₃ gemäß einer Ausführungsform;
9 das Axialspannungsprofil, das entlang des Ionenleiters zur Zeit t₃ aufrechterhalten wird, gemäß einer Ausführungsform;
10 eine Anordnung, in der die an jede Elektrode angelegte Spannung unabhängig steuerbar ist;
11 eine weitere Anordnung, in der jede vierte Elektrode zusammengeschaltet ist, was die Verwendung einer reduzierten Anzahl von unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen ermöglicht;
12 eine Ausführungsform, in der die Elektroden in Gruppen unterteilt sind und in der die Elektroden in jeder Gruppe von Elektroden über Widerstände zusammengeschaltet sind und die an die erste und letzte Elektrode angelegte Spannung unabhängig steuerbar ist;
13 eine Ausführungsform, in der der erste und der zweite Abschnitt eines lonenleiters zu einer Anfangszeit t₁ aktiviert werden;
14 den Ionenleiter zu einer anschließenden Zeit t₂ , wobei die Ionen gemäß ihrer lonenmobilität im zweiten Abschnitt des Ionenleiters getrennt werden;
15 den lonenleiter zu einer anschließenden Zeit t₃ , wobei der erste Abschnitt des Ionenleiters deaktiviert wird, da sich alle Ionen jetzt in dem dritten Abschnitt des Ionenleiters befinden;
16 einen verwendbaren Spannungsbereich gemäß einer Ausführungsform;
17 einen Ionendispersionsbereich und einen minimierten Feldbereich gemäß einer Ausführungsform; und
18A ein Beispiel einer von den Spannungsversorgungen der Elektroden verwendete Bezugstreiberausgangswellenform, 18B die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 5 ms, 18C die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 7 ms, 18D die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 9 ms, 18E die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 11 ms, 18F die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 13 ms, 18G die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 15 ms, 18H die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 17 ms, 181 die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 19 ms, 18J die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 21 ms, 18K die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 23 ms und 18L die Variation der Spannungen und der elektrischen Feldstärke entlang der Länge des Ionenleiters bei 25 ms.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein herkömmliches lonenmobilitätsspektrometer wird zuerst mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
1 zeigt einen herkömmlichen lonenmobilitätsspektrometer oder - separator, der eine Driftröhre umfasst. Die Driftröhre umfasst mehrere Ringelektroden, wobei Ionen dazu veranlasst werden, durch eine von den Ringelektroden gebildete Öffnung zu passieren.
Entlang der gesamten axialen Länge der Driftröhre des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators wird ein konstantes axiales elektrisches Feld aufrechterhalten. Die Elektroden können in einer Driftröhre auf eine in 1 gezeigte Weise verteilt sein. Die Elektroden können von der Driftröhrenwand beabstandet sein, um Probleme mit Kriechstrom zu reduzieren und Ladung auf Isolierflächen zu reduzieren, was die Ionen beeinträchtigen könnte.
Die Elektroden sind derart einzeln mit getrennten Spannungsquellen verbunden, dass ein positiver Axialspannungsgradient entlang der gesamten axialen Länge des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators aufrechterhalten wird. Stromabwärts des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators ist ein Ionendetektor vorgesehen und dafür angeordnet, Ionen zu detektieren, die aus dem Ausgang des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators austreten.
Die Ionen trennen sich dadurch, dass das konstante elektrische Feld eine konstante Kraft bewirkt, wobei jedoch Kollisionen mit neutralen Gasmolekülen die Ionen in Abhängigkeit von deren Kollisionsquerschnitt behindern.
2 zeigt eine schematische Ansicht, die zeigt, wie die an die Elektroden angelegten Gleichspannungen entlang der axialen Länge der Driftröhre fortschreitend abnehmen.
3 zeigt, wie ein wie in 2 gezeigter Axialgleichspannungsgradient zum Aufbau eines konstanten elektrischen Feldes entlang der gesamten Länge der Driftröhre führt.
Das konstante elektrische Feld beschleunigt positiv geladene Ionen entlang dem und durch den lonenmobilitätsspektrometer oder -separator zum Ionendetektor hin.
Ein Paket von Ionen, das in den lonenmobilitätsspektrometer oder -separator eintritt, wird sich zunehmend zerstreuen, wenn sich das Paket von Ionen entlang der Länge der Driftröhre zum Ionendetektor hin bewegt.
Ein Paket von Ionen ist in 1 mit einer Ausgangsdispersion d₀ zu einer Ausgangszeit t₀ gezeigt, wobei d₀ im Wesentlichen Null ist. Das Paket von Ionen hat eine anschließende Dispersion d₁ zu einer späteren Zeit t₁ , eine größere Dispersion d₂ zu einer anschließenden Zeit t₂ und eine Enddispersion d₃ zur Zeit t₃ , wobei d₃ > d₂ > d₁ > d₀. Es ist offensichtlich, dass das Paket von Ionen sich nicht unmittelbar über die gesamte Länge des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators zerstreut, sondern sich zunehmend zerstreut und dabei eine maximale Dispersion d₃ erreicht, unmittelbar bevor es den Ionendetektor am Ende der Driftröhre berührt oder erreicht.
Um eine relativ große Zerstreuung oder Dispersion zu erreichen, muss die Driftröhre relativ lang sein. Um jedoch ein konstantes elektrisches Feld entlang der gesamten Länge einer relativ langen Driftröhre zu erzeugen, muss offensichtlich ein konstanter Spannungsgradient entlang der gesamten Länge der Driftröhre aufrechterhalten werden. Dementsprechend müssen für eine lange Driftröhre eine große Amplitude oder hohe Spannungen entwickelt, aufrechterhalten oder anderweitig an die Elektroden in der Nähe des Eingangsbereiches des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators angelegt werden, um zu gewährleisten, dass die Ionen effizient gemäß ihrer lonenmobilität getrennt werden.
Die Anforderung des Erzeugens und Verteilens von relativ hohen Spannungen für eine längere Zeitperiode hat Nachteile hinsichtlich des Energieverbrauchs und erfordert relativ teure elektrische Hochspannungskomponenten.
Außerdem kann das Anlegen von relativ hohen Spannungen an die Elektroden auch Nachteile dahingehend haben, dass das Anlegen von hohen Spannungen elektrische Entladungswirkungen und/oder Lichtbögen bewirken kann, wenn sich masseverbundene Objekte in der Nähe befinden. Die Verwendung von hohen Spannungen bringt somit bedeutende Sicherheitsprobleme mit sich, was relativ komplexe Konstruktionslösungen erfordert, wodurch die Gesamtkosten steigen.
Als nächstes wird eine Ausführungsform mit Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Ausführungsform betrifft das Anlegen eines elektrischen Feldes um ein Paket von Ionen herum und das Bewegen oder Verschieben der angelegten Spannungen abwärts oder entlang der Länge des lonenmobilitätsspektrometer oder - separators, wodurch den Ionen derart effektiv gefolgt wird, dass das von den Ionen erfahrene elektrische Feld im Wesentlichen konstant bleibt.
4 zeigt einen lonenmobilitätsspektrometer oder -separator gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Paket von Ionen zu einer Anfangszeit t₀ in einen Ionenleiter eingeführt wird. Der Ionenleiter kann beispielsweise innerhalb einer Driftröhre eines lonenmobilitätsspektrometers oder -separators angeordnet sein („IMS“). Ein Axialgleichspannungsgradient kann über nur einige der Elektroden aufrechterhalten werden und die Elektroden können auf unterschiedlichen Gleichspannungspotenzialen oder -spannungen gehalten werden. Der über nur einige der Elektroden aufrechterhaltene Axialgleichspannungsgradient kann dann fortschreitend über die Länge des Ionenleiters versetzt werden, um der Fortbewegung der Ionen zu folgen.
Mit Bezugnahme auf die spezielle in 4 gezeigte Ausführungsform wird ein Paket von Ionen bei t₀ in den lonenleiter eingeführt und einem elektrischen Feld ausgesetzt, das erzeugt wird, wenn die erste Elektrode auf einem Gleichspannungspotenzial von 300 V gehalten wird, die zweite Elektrode auf einem Gleichspannungspotenzial von 200 V gehalten wird, die dritte Elektrode auf einem Gleichspannungspotenzial von 100 V gehalten wird und die vierte Elektrode auf einem Gleichspannungspotenzial von 0 V gehalten wird. Die fünfte und die nachfolgenden Elektroden können auf 0 V oder einer anderen Gleichspannung gehalten werden.
5 zeigt ein Axialgleichspannungsprofil des Gleichspannungsgradienten, der von einem Paket von Ionen zu einer Ausgangszeit t₀ erfahren wird. Das Paket von Ionen erfährt einen abnehmenden Axialgleichspannungsgradienten über die erste, zweite, dritte und vierte Elektrode. Die Elektroden können gleichmäßig axial beabstandet sein, wodurch der Axialgleichspannungsgradient zu einem konstanten elektrischen Feld über einen ersten stromaufwärts angeordneten Abschnitt des Ionenleiters führt. Zu jeglicher beliebigen Zeit wird das Paket von Ionen durch eine Kraft beschleunigt, die von dem lokalen elektrischen Feld darauf ausgeübt wird, das die Ionen unmittelbar umgibt. Die Ionen werden somit nicht von den Bedingungen in dem entfernten Feld beeinflusst.
In dem in 4 und 5 gezeigten Beispiel beeinflussen die Spannungen der Elektroden in dem Bereich des Ionenleiters stromabwärts der vierten Elektrode die Beschleunigung des Pakets von Ionen ursprünglich nicht wesentlich. Dementsprechend können die fünfte und die folgenden stromabwärts angeordneten Elektroden vorteilhafterweise auf einer anderen Spannung gehalten werden, ohne die Ionen zu beeinflussen, die sich in dem ersten Abschnitt befinden.
Wenn sich die Ionen entlang der axialen Länge der Driftröhre fortbewegen, treten die Ionen zu einer anschließenden Zeit t₁ in einen zweiten Abschnitt des Ionenleiters ein.
6 zeigt den lonenmobilitätsspektrometer oder -separator zu einer Zeit t₁ , zu der die Ionen angefangen haben, sich zu zerstreuen und jetzt von den an die zweite, dritte, vierte und fünfte Elektrode angelegten Spannungen beeinflusst werden. Die zweite Elektrode wird auf einer Spannung von 300 V gehalten, die dritte Elektrode wird auf einer Spannung von 200 V gehalten, die vierte Elektrode wird auf einer Spannung von 100 V gehalten und fünfte Elektrode wird auf einer Spannung von 0 V gehalten.
7 zeigt das Axialgleichspannungsprofil zur anschließenden Zeit t₁ und hebt den Axialspannungsgradienten hervor, der über den zweiten Abschnitt des lonenmobilitätsspektrometers oder -separators aufrechterhalten wird.
Aus 7 ist ersichtlich, dass die Potenziale der ersten Elektrode und der sechsten und nachfolgenden Elektroden keine wesentlichen Auswirkungen auf das Paket von Ionen haben.
Es ist ersichtlich, dass aus der Perspektive des Pakets der Ionen das elektrische Feld konstant erscheint, da die Wirkung des entfernten Feldes der an die Elektroden angelegten Spannungen in dem Bereich des Ionenleiters stromaufwärts der zweiten Elektrode und stromabwärts der fünften Elektrode die Ionen nicht wesentlich beeinflusst.
8 zeigt, wie Ionen zu einer späteren Zeit t₃ in einen stromabwärts angeordneten Abschnitt am Ausgangsbereich des Ionenleiters unmittelbar stromaufwärts des Ionendetektors eingetreten sind. Die achte Elektrode wird auf einer Spannung von 300 V gehalten, die neunte Elektrode wird auf einer Spannung von 200 V gehalten, die zehnte Elektrode wird auf einer Spannung von 100 V gehalten und die elfte Elektrode wird auf einer Spannung von 0 V gehalten.
9 zeigt das Axialspannungsprofil zur Zeit t₃ und zeigt, wie die Ionen wieder den gleichen Axialspannungsgradienten und somit effektiv das gleiche elektrische Feld erfahren, als wenn die Ionen durch stromaufwärts angeordnete Abschnitte des Ionenleiters gelangen würden.
Dementsprechend erfahren die Ionen ein konstantes oder lineares elektrisches Feld, wenn sich die Ionen durch den und entlang der Länge des Ionenleiters fortbewegen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Spannungsversorgung dazu vorgesehen und ausgebildet sein, Spannungen an die Elektroden in den unterschiedlichen Abschnitten des lonenleiters anzulegen. Die Elektroden können in einer oder mehreren Gruppen von Elektroden angeordnet sein, wobei jede Gruppe durch eine Reihe von Widerständen oder andere Komponenten zusammengeschaltet ist, um einen Widerstandsteiler zu bilden. Die Spannungsversorgung kann ferner dazu ausgebildet sein, den Axialgleichspannungsgradienten entlang der Länge des Ionenleiters effektiv synchron mit der Passage der Ionen durch die und entlang der Länge des Ionenleiters zu versetzen.
Die Spannungsversorgung kann ein Steuermodul zum Steuern von an die Elektroden angelegten Spannungen umfassen. Eine Treiberschaltungsanordnung kann vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, die erwünschten Spannungen an die Elektroden anzulegen. Das Steuermodul kann dazu ausgebildet sein, die Spannungsversorgungen jeder Gruppe von Elektroden derart zu steuern, dass die an jede Gruppe von Elektroden angelegte Spannung als eine Funktion der Zeit zwischen einer Höchstspannung und einer Mindestspannung (die entgegengesetzte Polaritäten haben können) variiert. Die Spannungsversorgungen für die Gruppen von Elektroden können synchronisiert sein, beispielsweise durch Einführen einer Phasenverschiebung in die mit der Zeit variierende Spannungsversorgung jeder benachbarten Gruppe von Elektroden, um kontinuierlich den konstanten oder linearen Spannungsgradienten oder das konstante oder lineare elektrische Feld entlang der Länge des Ionenleiters zu versetzen.
Gemäß der Ausführungsform wird eine Bewegungsspannung effektiv an die Elektroden angelegt, die den lonenmobilitätsspektrometer oder -separator bilden, um eine Annäherung an eine lineare Rampe zu bilden.
10 zeigt eine Anordnung, in der ein Ionenleiter mehrere Elektroden umfasst, die in regelmäßigen Abständen entlang der Länge des Ionenleiters angeordnet sind. Jede Elektrode ist unabhängig über einen Bus mit einem Steuermodul verbunden. Das Steuermodul umfasst ein Field Programmable Gate Array („FPGA“) oder einen Mikrocontroller.
Ein Digital-zu-Analog-Wandler („DAC“) ist über einen HF-Spannungsverstärker mit jeder Elektrode verbunden. Die an jede Elektrode angelegten Spannungen werden derart gesteuert, dass beispielsweise eine erste Gleichspannung V1 an eine erste Elektrode angelegt wird, eine zweite Spannung V2 an eine zweite Elektrode stromabwärts der ersten Elektrode angelegt wird, eine dritte Spannung V3 an eine dritte Elektrode stromabwärts der zweiten Elektrode angelegt wird und eine vierte Spannung V4 an eine vierte Elektrode stromabwärts der dritten Elektrode angelegt wird, wobei V1 > V2 > V3 > V4.
Dementsprechend wird ein abnehmender Spannungsgradient über einen ersten Abschnitt des Ionenleiters aufrechterhalten. Da jede Elektrode unabhängig voneinander mit dem Steuermodul verbunden ist, ist es möglich, die an jede einzelne Elektrode angelegte Spannung unabhängig zu steuern, wodurch eine hochgradig versatile Steuerung ermöglicht wird. Die Verwendung einer großen Anzahl von Digital-zu-Analog-Wandlern führt jedoch zu einer relativ komplexen und kostenaufwändigen Schaltungskonstruktion.
11 zeigt eine weitere Anordnung ähnlich der vorstehend mit Bezugnahme auf 10 beschriebenen Anordnung mit der Ausnahme, dass jede vierte Elektrode zusammengeschaltet ist. Es können allgemeinere Anordnungen verwendet werden, in denen jede (n)-te Elektrode zusammengeschaltet ist. Dies ermöglicht jedoch nur, dass das Ionenpaket über n/m der Länge der Driftröhre zerstreut wird (wobei m die Gesamtanzahl von Elektroden ist). Dies beschränkt die Nützlichkeit eines solchen Ansatzes mit gemeinsamer Elektrode stark, da die relativen Driftzeiten oft größer als 2 sind. Wenn die relative Mobilität (effektiv das Verhältnis der langsamsten zur schnellsten Spezies in einem Ionenpaket) innerhalb einer Gruppe von Ionen beispielsweise 3 beträgt, wird, wenn die mobilste der Spezies das Ende der Driftröhre erreicht, das am wenigsten mobile Ion nur ein Drittel des Weges zurückgelegt haben. Es ist deutlich, dass sogar die gemeinsame Verwendung jeder 50ten Elektrode in einer Vorrichtung mit 100 Elektroden nicht geeignet wäre, da 66 % des Leiters ein zusammenhängendes konstantes Feld sein müsste, um die Spezies vollständig zu trennen, wobei jedoch nur 50 % mit einem solchen linearen Spannungsabfall gebildet werden könnten.
12 zeigt eine Ausführungsform, in der Elektroden in Gruppen von drei oder mehr Elektroden gruppiert sind. Die erste und letzte (vierte) Elektrode sind jeweils mit HF-Spannungsverstärkern verbunden, die wiederum mit einem entsprechenden Digital-zu-Analog-Wandler verbunden sind. Jeder Digital-zu-Analog-Wandler ist wiederum über einen Bus mit einem Steuermodul verbunden. Das Steuermodul kann ein Field Programmable Gate Array („FPGA“) oder einen Mikrocontroller umfassen.
In dem bestimmten in 12 gezeigten Beispiel kann jede Gruppe von Elektroden vier Elektroden umfassen, die jeweils durch einzelne Widerstände in Reihe zusammengeschaltet sind.
Die erste Elektrode in einer ersten Gruppe von Elektroden wird von einem Hochspannungsverstärker getrieben, der mit einem ersten Digital-zu-Analog-Wandler A verbunden ist und die letzte (vierte) Elektrode in der ersten Gruppe von Elektroden wird von einem HF-Spannungsverstärker getrieben, der mit einem zweiten Digital-zu-Analog-Wandler B verbunden ist.
Die erste Elektrode in einer zweiten Gruppe von Elektroden wird von einem Hochspannungsverstärker getrieben, der mit einem dritten Digital-zu-Analog-Wandler C verbunden ist und die letzte (vierte) Elektrode in der zweiten Gruppe von Elektroden wird von einem HF-Spannungsverstärker getrieben, der mit einem vierten Digital-zu-Analog-Wandler D verbunden ist.
Die erste Elektrode in einer dritten Gruppe von Elektroden wird von einem Hochspannungsverstärker getrieben, der mit einem fünften Digital-zu-Analog-Wandler E verbunden ist und die letzte (vierte) Elektrode in der dritten Gruppe von Elektroden wird von einem HF-Spannungsverstärker getrieben, der mit einem sechsten Digital-zu-Analog-Wandler F verbunden ist.
Bei der Verwendung kann, wenn eine Spannung an eine Gruppe von Elektroden angelegt wird, die Spannung der ersten Elektrode in der Gruppe bei einer Höchstspannung sein und die entsprechende Spannung bei jeder nachfolgenden Elektrode um einen Betrag geringer sein als die Höchstspannung, der von dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird, die die Elektroden miteinander verbinden. Dementsprechend kann durch Anordnen der Elektroden in Gruppen entlang der Länge des Ionenleiters oder lonenmobilitätsspektrometers oder - separators und Bereitstellen eines Widerstandsteilers zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden jeder Gruppe die Spannungsversorgung einer Gruppe von Elektroden gesteuert werden und dazu ausgebildet sein, einen Spannungsgradienten über die Gruppe von Elektroden zu erzeugen.
Gemäß der Ausführungsform sind Digital-zu-Analog-Wandler und entsprechende HF-Spannungsverstärker in Treiberpaaren angeordnet und sind deren Ausgaben durch eine Reihe von Widerständen zusammengeschaltet. Die Widerstände können derart ausgewählt sein, dass der Widerstand zwischen jeglichen zwei Elektroden in jeglicher Kette proportional zu dem Abstand zwischen den Elektroden ist. Dies ermöglicht die Erzeugung eines linearen Feldes entlang der von einem Treiberpaar gesteuerten Flugbahn.
Wenn sich das Ionenpaket zerstreut und den Leiter durchläuft, können die Digital-zu-Analog-Wandler derart getrieben werden, dass ein lineares Feld entlang der Flugbahn aufrechterhalten wird, das von verschiedenen Paaren derart gesteuert wird, dass es diese Ionen umfasst. In einer Ausführungsform sind die Elektroden äquidistant.
Es ist ersichtlich, dass die vorstehend gezeigte und mit Bezugnahme auf 12 beschriebene Ausführungsform vorteilhafterweise eine relativ einfache Schaltungskonfiguration verwendet, die vorteilhafterweise weniger teure Verstärker und Digital-zu-Analog-Wandler erfordert. Außerdem ist die Spannungssteuerung zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines Spannungsgradienten über nur einen Abschnitt eines Ionenleiters auch vereinfacht. Die Ausführungsform, die Widerstandsteiler verwendet, die mit einem neuen Steuerverfahren gekoppelt sind, ermöglicht, dass eine erwünschte Wellenform mit niedrigen Kosten und unter Verwendung einer wenig komplexen Schaltungskonstruktion erreicht wird.
Gemäß der Ausführungsform muss, wenn beispielsweise 100 Schritte in dem Dispersionsbereich erforderlich sind, nur die Anzahl von Widerständen erhöht werden. Die Anzahl von Digital-zu-Analog-Wandlern und zugehörigen Verstärkern bezieht sich nur auf die Höchstspannung, der das System zuverlässig standhalten kann.
13-15 zeigen eine Ausführungsform, in der Abschnitte eines Ionenleiters oder lonenmobilitätsspektrometers oder -separators in naher Nähe zu Ionen, die durch den Ionenleiter oder lonenmobilitätsspektrometer oder -separator passieren, auf Trennspannungen gesteuert werden können, bevor die Ionen entweder in den lonenmobilitätsspektrometer oder -separator gepulst werden oder bevor die Ionen den Ionenleiter oder lonenmobilitätsabschnitt erreichen.
13 zeigt den ersten und zweiten Abschnitt eines Ionenleiters, die bei Trennspannungen von Zeit t0 zu Zeit t1 getrieben werden. Es ist zu sehen, dass die Digital-zu-Analog-Wandler und zugehörigen Verstärker derart gesteuert werden können, dass sie lokal ein konstantes Feld ergeben, wo die Ionen injiziert werden. Die Erhöhung der Spannungen bei Verstärkern A, B, C, D mit der Zeit bewirkt, dass die absolute Spannung am hinteren Teil des Ionenpakets im Wesentlichen konstant bleibt, während die Ionen auf einem konstanten Gradienten gehalten werden, wenn sie den lonenleiter durchlaufen und gemäß ihrer lonenmobilität getrennt werden.
14 zeigt die Ionen zu einer anschließenden Zeit t2, wenn die Ionen sich alle in dem zweiten Abschnitt befinden und begonnen haben, sich aufzulösen.
15 zeigt die Ionen zu einer anschließenden Zeit t3, wenn die Ionen sich alle in dem dritten Abschnitt befinden und wenn die an den ersten Abschnitt angelegten Spannungen jetzt gesenkt werden können, da die an den ersten Abschnitt angelegten Spannungen keinen wesentlichen Einfluss mehr auf den anschließenden Durchgang der Ionen durch den Ionenleiter haben. Gemäß der Ausführungsform können, da die Ionen sich nicht mehr in dem von den Verstärkern A, B gesteuerten Bereich befinden, die von den Verstärkern A, B ausgegebenen Spannungen reduziert werden.
Wenn vorhergesagt wird, dass das Ionenpaket (oder mindestens der zu analysierende Teil des Ionenpaketes) in einem von einem Treiberpaar gesteuerten Bereich vollständig abwesend ist, besteht nicht länger die Notwendigkeit, dass dieses Paar ein lineares Feld in seinem Flugbahnsegment schafft. Die DAC können dann derart gesteuert werden, dass sie ihre Spannungsausgabe bezüglich des umgebenden Metallgehäuses (beispielsweise Tragestrukturen und Vakuumgehäuse) reduzieren. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls zwischen diesen Elektroden und dem umgebenden Metallgehäuse. Ein Einstellen der DAC direkt auf das Gehäusepotenzial (typischerweise Massepotenzial) kann jedoch einen großen Spannungsgradienten an die benachbarten Elektroden bewirken, die von benachbarten Treiberpaaren getrieben werden. Wird dieser zu groß, kann es zu einem Ausfall kommen oder können Ionen in dem benachbarten Flugbahnsegment aufgrund von Felddurchdringung beeinflusst werden. Dementsprechend sollten die DAC so programmiert werden, dass solche Probleme minimiert werden (wie beispielhaft in 16 dargestellt).
16 zeigt einen nutzbaren Spannungsbereich. Gemäß der in 16 gezeigten Ausführungsform sind 19 Spannungstreiberpaare derart angeordnet, dass sie Ionen in bis zu drei Bereiche trennen. Wenn die Ionen sich von links nach rechts vorwärts bewegen, wird das sie umgebende Feld durch Erhöhung der Spannungspegel der Elektroden, die sie umgeben, aufrechterhalten. Wenn die Spannung bei A jedoch auf dem Höchstwert der Versorgung liegt, würde eine Erhöhung des Wertes bei B das Feld zwischen A und B reduzieren. Das bedeutet, dass der nutzbare Spannungsbereich zum Schaffen von sich bewegenden linearen Feldern 100% x (N-2)/N des Versorgungsbereichs beträgt, wobei N die Anzahl von Treiberpaaren ist, die für eine einzelne Mobilitätstrennung zugeordnet sind.
17 zeigt einen entsprechenden Ionendispersionsbereich und einen minimierten Feldbereich. Hier werden die Versorgungen, die nicht länger zur Ionentrennung verwendet werden, derart programmiert, dass sie die absolute Spannung an deren Elektroden reduzieren, ohne einen Ausfall aufgrund von übermäßiger Feldstärke zu bewirken.
Der „minimierte Feldbereich“ bezieht sich auf das Feld bezüglich des umgebenden Metallgehäuses (in diesem Beispiel wird das Feld in dem lokalen Flugbahnbereich höher sein als das in dem „Ionendispersionsbereich“). Wenn die Konfiguration derart ist, dass es mehrere Bereiche gibt, die das lineare Dispersionsfeld enthalten, dann werden die Treiberpaare dazwischen (JK, LM in 16) am besten derart programmiert, dass sie ein lineares umgekehrtes Feld zwischen den Ionendispersionsbereichen bilden. Dies wird die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls in dem minimierten Feldbereich reduzieren.
Obwohl es möglich ist, mit diesem Verfahren jede Elektrode in der lonenmobilitätstrennflugbahn mit einem einzigartigen Gleichstrompotenzial zu steuern, ist dies möglicherweise nicht notwendig, da die maximale Dispersionslänge weitaus kürzer sein kann als die physische Ionenbahnlänge. Dementsprechend kann in manchen Fällen die Komplexität des Systems durch das miteinander Verbinden von Elektroden verringert werden. Beispielsweise können mit Bezugnahme auf 16 die Elektroden zwischen A und B auf der linken Seite mit den Elektroden zwischen A und B in der Mitte und mit den Elektroden zwischen A und B auf der rechten Seite verbunden sein. Elektroden zwischen C und D, E und F usw. können auch auf eine ähnliche Weise verbunden sein. Eine solche Ausführungsform reduziert die Anzahl von Treiberpaaren weiter und vereinfacht die Verdrahtung weiter, was eine Verkleinerung und/oder Kostenreduzierung ermöglicht.
18A-L zeigen eine Ausführungsform, in der der lonenleiter 10 Treiberpaare für 10 Gruppen von Elektroden umfasst, wobei jede Gruppe von Elektroden über einen Abstand von 10 cm angeordnet ist, wobei eine Bezugswellenform gemäß einer Ausführungsform von jedem Treiberpaar an jede Gruppe von Elektroden ausgegeben wird.
18A zeigt die Variation in der an jede Gruppe von Elektroden angelegten Spannung über einen Zyklus von 36 ms. Jedes Treiberpaar legt eine Spannung an jede Gruppe von Elektroden an, die als eine Funktion von Zeit zwischen einer Mindestspannung von -500 und einer Höchstspannung von +500 V variiert.
Jede Gruppe von Elektroden wird gemäß der Bezugstreiberausgangswellenform getrieben, wobei die Startzeit eines Zyklus für jede Gruppe von Elektroden bezüglich der Startzeit der vorherigen Gruppe von Elektroden phasenversetzt ist. Die Phasenverschiebung zwischen jedem Paar benachbarter Gruppen von Elektroden kann die gleiche sein wie bei dem vorherigen und/oder nachfolgenden Paar oder kann sich von diesen unterscheiden.
Die Wirkung der Einführung einer Phasenverschiebung zwischen benachbarten Treiberausgängen besteht darin, dass der erwünschte Spannungsgradient oder das erwünschte konstante/lineare elektrische Feld, in dieser Ausführungsform 20 V/cm, sich entlang der Driftröhre ausbreitet. In dieser Ausführungsform durchläuft das lineare elektrische Feld von 20 V/cm die Driftröhre über eine Periode von 20 ms.
18B-L zeigen eine Reihe von Graphen, die die Variationen in den Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) über eine Periode von 25 ms zeigen.
18B zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 5 ms.
18C zeigt die Variation der Spannung (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 7 ms.
18D zeigt die Variation der Spannung (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 9 ms.
18E zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 11 ms.
18F zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 13 ms.
18G zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 15 ms.
18H zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 17 ms.
181 zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 19 ms.
18J zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 21 ms.
18K zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 23 ms.
18L zeigt die Variation der Spannungen (in durchgezogenen Linien gezeigt) von jedem Treiberpaar über die Länge der Driftröhre und das entstehende elektrische Feld (in gestrichelten Linien gezeigt) bei 25 ms.
Wie aus 18B-L zu ersehen ist, können die Treiberausgaben mit einer Phasenverschiebung konfiguriert sein, sodass ein kontinuierliches lineares elektrisches Feld mit der erwünschten Feldstärke von 20 V/cm über mindestens zwei Gruppen von Elektroden gleichzeitig erzeugt werden kann und die Zeit-variierende Treiberausgangsspannung bewirkt, dass sich das kontinuierliche lineare elektrische Feld ausbreitet, wenn sich Ionen entlang der Driftröhre fortbewegen, wobei gewährleistet wird, dass ein Teil der oder alle Ionen der erwünschten Feldstärke ausgesetzt sind, wobei die Ausgangsspannung in dem erwünschten Bereich von - 500 V bis +500 V aufrechterhalten wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es nicht wesentlich, dass die lonenmobilitätstrennbahn oder -driftbahn linear ist. Es sind beispielsweise Ausführungsformen angedacht, in denen die Ionen direkt derart geleitet werden können, dass sie sich auf zickzackförmigen, kreisförmigen, elliptischen, helixförmigen, gekrümmten oder nichtlinearen Bahnen bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform kann sich der konstante elektrische Feldbereich, der im Wesentlichen der lonenverteilung folgt, wenn sich die lonenverteilung entlang der Länge des lonenmobilitätsspektrometers fortbewegt, entweder mit einer linearen oder nichtlinearen Rate fortbewegen. Beispielsweise sind, da die Ionendispersion mit der Zeit zunimmt, Ausführungsformen angedacht, in denen die Wellenfront oder das Fortbewegen des elektrischen Feldes, das den Ionen folgt, auf eine nicht lineare Weise zunimmt oder sich fort bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform können die Bereiche hinter und/oder vor der Wellenfront oder dem Fortbewegen des elektrischen Feldes auch auf Spannungen eingestellt werden, die bewirken würden, dass jegliche vorhandenen Ionen ausgestoßen werden. Das Ausstoßen der Ionen ist besonders in zyklischen Systemen nützlich, um den Alias-Effekt zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform können die Bereiche hinter und/oder vor der Wellenfront oder dem Fortbewegen des elektrischen Feldes auf Spannungen eingestellt werden, die ermöglichen würden, dass Ionen den Bereich ohne Dispersion passieren. Diese Anordnung kann nützlich sein, wenn aufeinanderfolgende Pakete von Ionen in das Ionenmobilitätsspektrometer gepulst werden, wobei es wünschenswert sein kann, Ionenmobilitätstrennung in einem Paket von Ionen zu bewirken, während es einem nachfolgenden Paket von Ionen ermöglicht wird, ohne Trennung durch den Driftbereich zu passieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Richtung der Trennung wechseln. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform ein niedriges Feld angelegt werden und die Spannungen langsam in eine erste Richtung weitergeführt werden und dann ein umgekehrtes hohes Feld für einen kurzen Zeitraum in eine zweite entgegengesetzte Richtung angelegt werden und schnell in die zweite Richtung weitergeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform können Ionen gemäß ihrer unterschiedlichen Ionenmobilität getrennt werden. Auf ähnliche Weise könnte das erste Feld das umgekehrte Feld sein und darauf einem niedrigen Vorwärtsfeld folgen und die Sequenz dann wiederholt werden.

Claims

lonenmobilitätsseparator, der umfasst: mehrere Gruppen von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst: (i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden; und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder die mehreren Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird; einen Driftbereich; eine erste Vorrichtung, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, ein Paket von Ionen in den Driftbereich zu pulsen, sodass bewirkt wird, dass die Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere lonenverteilungen annehmen; und ein Steuersystem, das für folgendes angeordnet und ausgebildet ist: (i) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit variieren, an mindestens zwei benachbarte Gruppen von Elektroden anlegen, um mindestens einen Teil der einen oder mehreren lonenverteilungen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder die mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen; und (ii) zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an andere Gruppen von Elektroden als die mindestens zwei benachbarten Gruppen von Elektroden anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder den mehreren Ionenverteilungen angeordnet sind, anzulegen.
lonenmobilitätsseparator nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem dafür angeordnet und ausgebildet ist, zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit zwischen einer Höchstspannung und einer Mindestspannung variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen.
lonenmobilitätsseparator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersystem dazu angeordnet und ausgebildet ist, zu bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen, wobei jede der mindestens einigen der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen die an die entsprechende Gruppe von Elektroden angelegte Spannung mit einer Phasenverschiebung bezüglich benachbarter Gruppen von Elektroden variiert.
lonenmobilitätsseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Amplitude des zweiten elektrischen Feldes größer ist als die Amplitude des ersten elektrischen Feldes.
lonenmobilitätsseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionen in dem Driftbereich eine lonenmobilitätsdriftbahn durchlaufen, die linear, zickzackförmig, kreisförmig, elliptisch, helixförmig, gekrümmt oder nicht linear ist.
lonenmobilitätsspektrometer, das einen Ionenmobilitätsseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Massenspektrometer, das einen lonenmobilitätsseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität, das umfasst: Vorsehen von mehreren Gruppen von Elektroden, wobei jede Gruppe von Elektroden umfasst: (i) eine erste Elektrode, die mit einer ersten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist; (ii) eine oder mehrere Zwischenelektroden; und (iii) eine zweite Elektrode, die mit einer zweiten unabhängig steuerbaren Spannungsversorgung verbunden ist, wobei die erste Elektrode, die eine oder die mehreren Zwischenelektroden und die zweite Elektrode durch eine Reihe von Widerständen oder sonstige Komponenten zum Bilden eines Widerstandsteilers derart zusammengeschaltet sind, dass das Potenzial der einen oder der mehreren Zwischenelektroden von den von der ersten und der zweiten Spannungsversorgung angelegten Spannungen und dem Widerstand der Widerstände bestimmt wird; Vorsehen eines Driftbereichs; Pulsen eines Pakets von Ionen in den Driftbereich, sodass bewirkt wird, dass die Ionen sich zeitlich trennen und eine oder mehrere Ionenverteilungen annehmen; Bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit variieren, an mindestens zwei benachbarte Gruppen von Elektroden anlegen, um mindestens einen Teil der einen oder mehreren lonenverteilungen kontinuierlich einem ersten Spannungsgradienten von nicht Null oder einem ersten konstanten oder linearen elektrischen Feld von nicht Null auszusetzen, wenn sich die eine oder mehreren lonenverteilungen entlang dem Driftbereich vorwärts bewegen; und Bewirken, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen an andere Gruppen von Elektroden als die mindestens zwei benachbarten Gruppen von Elektroden anlegen, um einen zweiten unterschiedlichen Spannungsgradienten oder ein zweites unterschiedliches elektrisches Feld über einen oder mehrere Teile des Driftbereichs, die distal von der einen oder den mehreren Ionenverteilungen angeordnet sind, anzulegen.
Verfahren zum Trennen von Ionen nach Anspruch 8, das das Bewirken umfasst, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit zwischen einer Höchstspannung und einer Mindestspannung variieren, an die entsprechenden Gruppen von Elektroden anlegen.
Verfahren zum Trennen von Ionen nach Anspruch 8 oder 9, das das Bewirken umfasst, dass mindestens einige der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen Spannungen, die in Abhängigkeit der Zeit variieren, an die entsprechende Gruppe von Elektroden anlegen, wobei jede der mindestens einigen der unabhängig steuerbaren Spannungsversorgungen die der entsprechenden Gruppe von Elektroden zugeführte Spannung mit einer Phasenverschiebung bezüglich benachbarter Gruppen von Elektroden variiert.
Verfahren zur Massenspektrometrie, das ein Verfahren zum Trennen von Ionen gemäß deren lonenmobilität nach einem der Ansprüche 8 bis 10 umfasst.