JP6278895B2

JP6278895B2 - 周期場微分型電気移動度分析装置

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Publication number: JP6278895B2
Application number: JP2014547432A
Authority: JP
Inventors: ケントジェイ．ギリグ; チュン−スアンチェン
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Current assignee: Academia Sinica
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Description

本発明は、イオン移動度分光測定及びイオン分析の分野に関する。特に、本願は、イオン、分子及び粒子の分離及び識別のための方法に関する。より具体的には、本願は、周期場による微分型電気移動度よりイオンの分離及び分析のための装置及び方法に関する。

イオン移動度分光法（ＩｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＩＭＳ））は、ドリフト／バッファガスに関連する移動度の観点からイオンを分離する技術である。分析は、バッファガスを通じて、規定された距離をドリフトする間にガス状イオンが到達する速度を測定することに基づく。従来の移動度技術は、時間に基づく場合に、“飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）”分離技術として知られ、又はイオン検出が位置に基づく場合に、“微分型（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）”分離技術として知られている。ドリフト−チューブ電気移動度分析装置は、均一な電界の影響下のバックグラウンドガスにおける電気移動度により分離されるイオンパケットの飛行時間を記録することにより動作する。バックグラウンドガスは、反対方向に低い流速で導入される。

微分型電気移動度分析装置ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｚｅｒ（ＤＭＡ）は、流れるガス及び電界の垂直な力を合成することにより動作する。ＴＯＦ分析装置により達成可能な制限された分解能の拡散は、実質的に典型的なＤＭＡよりも高いが、ＤＭＡは、分析される連続的なイオンビームによって高い感度を達成する（ＴＯＦ分析装置の低いデューティーサイクルのため、１００程度の要因）。ＴＯＦ電気移動度分析装置の１つの利点は、粒子／イオンが、それらの電気移動度に応じて容易に選択されないことである。追加のイオンゲートは、採用されることができるが、複数の周期による電気移動度のエイリアシング及び得られる低いデューティーサイクルは、そのタイプの装置の信頼性を失い、電気移動度の選択を不十分にする。対照的に、ＤＭＡ装置は、他の装置／分析装置、つまり、質量分析計、光学分析計、イオントラップ、表面（ソフトランディング、分離）等に向かって方向付けられうる１つのサイズのイオンの連続的なストリームを提供する移動度の選択にとって必然的に有益である。

従来のＤＭＡのイオンの挙動に不利な影響を与える３つの要因が存在する：（１）入口流及びシースガス流の混合による希釈、（２）イオン拡散（ブラウン運動）、及び（３）有限なスリット幅。

ハーフハイトでの全幅ΔＺを有するガウシアン型伝達関数として算出される分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ（Ｒ））の理論値は、式１のこれらの３つの要因による分散の２乗の合計として近似されうる。

ここで、Ｚは粒子／イオン移動度、Ｑ_ｓｈはシースガス流速、Ｑ_ｉｎは入口ガス流速、Ｇ（ｙ_１）及びｂは、無次元の幾何学要因、Ｐｅはペクレ数（ｘ、ｙ、ｚに関する無次元のパラメータ）、Ｌは入口から出口スリットへの軸長であり、ΔＬは、出口スリット幅である（Ｈ．Ｔａｎａｋａ，Ｋ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ＡｅｒｏｓｏｌＳｃｉｅｎｃｅ，（２００３）ｖｏｌ．３４，１１６７−１１７３参照）。

高分解能を得るために、ＤＭＡは、高いガス流速（高レイノルド又はペクレ数）及び後続の高い電圧（それぞれ、式１の右辺の一次の項及びΖ／ΔΖの項）で動作するべきである（Ｊ．Ｆ．ｄｅｌａＭｏｒａ，Ｌ．ｄｅＪｕａｎ，Ｔ．Ｅｉｃｈｌｅｒ，Ｊ．Ｒｏｓｅｌｌ，ＴｒｅｎｄｓｉｎＡｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，（１９９８）ｖｏｌ．１７，６，３２８−３３８参照）。次に、高いガス流速を得るために必要なポンプは、入口が層状流を形成するように良好に設計されるとより大きくなる。通常の商業的に取得可能なエアロゾルＤＭＡは、１から１０の分解能を得ることができる。例えば、ＴＳＩＩｎｃ．のＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅｒＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓは、４に等しい（Ｑ_ｓｈ／Ｑｉ_ｎ）で動作し、分解能は＜４に制限される（Ｍｏｄｅｌ３０９１ＦａｓｔＭｏｂｉｌｉｔｙＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅｒＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，２００４；Ｍｏｄｅｌ３０３４ＳｃａｎｎｉｎｇＭｏｂｉｌｉｔｙＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅｒ，２００３）。実際には、“著しい高分解能”の高性能リサーチ装置は、通常、＜２５の分解能で動作する。これは、高い入口流速及び非常に狭い（＜０．１ｍｍ）出口スリットが３０００１／ｍｉｎまでの速度でポンピングを必要とするためである。これらの要因は、従来のＤＭＡの分解能を制限する。最も高いと報告される６０の分解能は、１０００００に近いレイノルズ数を必要とする。これらのポンピング要件は、現実的ではなく、したがって、新たなＤＭＡの設計が必要となる。

図１は、層状ガス流（Ｑ_ｓｈ）間にあり、走査電圧（Ｅ）が印加される、２つの平坦なプレート（Ａ及びＢ）を用いることにより移動度の分離が得られる従来のＤＭＡの図を示す。分析用の帯電粒子／イオンは、Ｑ_ｉｎで導入され、電位計により検出される。動作原理及び使用の範囲は、円筒状のＤＭＡのものと基本的に同一であり、違いは、電界が２つのプレート間で均一であるが、円筒状のＤＭＡの内側の電界が中心電極に向かって（絶対値で）増加することのみである。粒子経路の方向の反転及び長さ対ギャップ比の低減を含むＤＭＡの性能を向上させるために様々な試みがなされている。特に、Ｌｏｓｃｅｒｔａｌｅｓによって次のように提案された設計のガス流に対する電界の構成を変化させるために多数の試みがなされてきた（Ｌｏｓｃｅｒｔａｌｅｓ， “ＤｒｉｆｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＭｏｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｚｅｒ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｏｌＳｃｉｅｎｃｅ，１９９８，２９，１１１７−１１３９参照）。これらの試みは、Ｔａｍｍｅｔの“ＩｎｃｌｉｎｅｄＧｒｉｄ”方法（Ｔａｍｍｅｔ， “ＴｈｅＬｉｍｉｔｓｏｆＡｉｒＩｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．１１^ｔｈＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ａｔｍｏｓ．Ｅｌｅｃｔ．，ＮＡＳＡ，ＭＳＦＣ，Ａｌａｂａｍａ，１９９９，６２６−６２参照）、Ｌａｂｏｗｓｋｙ及びＤｅＬａＭｏｒａ（ＷＯ２００４／０７７０１６Ａ２）の様々な構成、Ｆｌａｇａｎの“Ｃｒｏｓｓ−ＦｌｏｗＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＭｉｇｒａｔｉｏｎＣｌａｓｓｉｆｉｅｒ”（米国特許公開２００４／００５０７５６Ａ１）、Ｒｏｃｋｗｏｏｄらの円筒状の“Ｃｒｏｓｓ−ＦｌｏｗＩｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｚｅｒ”（米国特許公開２００５／０００６５７８Ａ１）を含む。これらの方法の全てが円筒状又は平坦な装置の幾何学要因を変化させ、分解能の増加は、ガス流に対してなされる電気的な仕事の量だけでなく、式１の他の要因によっても求められる。これらの要因は、全体の分解能を制限又は減少させる。実際には、分解能の大きな改善は、Ｇｉｌｌｉｇらのイオンが一連の小さなスリットを通過する一連のＤＭＡからなるマルチスリット−マルチギャップ（Ｍｕｌｔｉｓｌｉｔ−ＭｕｌｔｉｇａｐＤＭＡ（ＭＭＤＭＡ））の装置を除いて、分解能の非常に大きな改善のみがガス流速を増加することを含み、高いガス流速で層状流を維持することにより、ポンピング要件を低減し、分解能を向上させることのみである（Ｋ．Ｊ．Ｇｉｌｌｉｇ，Ｒ．Ｓｐｅｒｌｉｎｅ，Ｍ．Ｂ．Ｄｅｎｔｏｎ，Ｍｕｌｔｉ−ｓｌｉｔ／Ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＭｏｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｚｅｒ，Ｐｉｔｔｃｏｎ２００７，Ｃｈｉｃａｇｏ，１１１，ＵＳＡ参照）。ＭＭＤＭＡの図は、図２に示される。

イオン電気移動度分光分析及び微分型電気移動度分析のポンピング要件を低減するための方法の継続的な需要が存在する。また、高い解像度及び分析の識別を得るための電気移動度分光分析及び分析のための装置及び構成の需要も存在する。

本発明は、周期モードにおいてタンデムで同時に動作する、電場が反転される一連の単一のステージの微分型電気移動度分析装置を用いる周期場微分型電気移動度分析装置を提供する。本発明の周期場微分型電気移動度分析装置は、ガス流に対して電気的な仕事がなされる量を増加することにより、増加した分解能で分離を実現する。

本発明の周期場微分型電気移動度分析装置は、装置に用いられ、個別の単一のステージの反転場微分型電気移動度分析装置の数に等しい又は近づく要因により低減される全体のポンピング速度での増加した分解能による分離を実現する。

いくつかの実施形態では、本発明は、イオンの分離及び分析のための方法及び装置を提供し、（ａ）イオンを発生するためのイオン化源と、（ｂ）イオンが移動度に基づいて分離され、周期場が形成され、伝送のために連続的な組合せで配置されるような一連の微分型電気移動度分析装置を含み、イオン化源に接続されるＰＦＤＭＡと、（ｃ）同時測定のためのイオン検出器と、を備える。

一連の微分型電気移動度分析装置のそれぞれは、出口開口／スリットを通じてサンプリングされる移動度の範囲を選択／走査するために微分型電気移動度分析装置に電圧を変化させることにより動作されうる。

いくつかの態様では、本発明の周期場微分型電気移動度分析装置は、合計電圧の選択／変化及び一連の分析装置のそれぞれへのガス流の再循環と共に、直線的に増加する電圧を合成ＰＦＤＭＡ又は空間オフセットに印加することにより一連の微分型電気移動度分析装置を用いて、試料の分解能の増加を実現する。高分解能は、イオン試料での仕事量の増加により実現されることができる一方で、電界の増加／減少の周期的な性質のために、イオン透過率は高いままである。

別の態様では、装置は、高いガス流速を得るために大型のポンプで動作する、又はポンピング要件が、一連の微分型電気移動度分析装置の数である個別のチャネルの数に等しい要因により低減される循環モードで動作する。

本発明の別の実施形態では、個々のチャネルは、均一又は非均一な電界を形成するために構築されることができる、又は静的又は動的電界の重ね合わせ、又はガス流及び電界を磁気、熱拡散、遠心力、重力及び光泳動場のような他の力の場での置換でありうる。

本発明は、イオン試料を分離及び識別するための周期場微分型電気移動度分析装置を含み、一連の細長い平行なチャネルであって、各チャネルが、第１の端部の入口及び第２の端部の出口を有し、各チャネルが、第１及び第２の平行な壁の間に囲まれ、各第１の壁が、前記第１の壁のスリット開口を提供するように配置される第１及び第２の電極プレートから形成され、各第２の壁が、前記第２の壁のスリット開口を提供するように配置される第３及び第４の電極プレートから形成され、前記第１及び第３の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、前記第２及び第４の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、隣接するチャネルが、共通の１つの壁の電極プレートを共有し、前記チャネルが、各壁のスリット開口を通じて流体連通し、各チャネルの前記スリット開口が位置合わせされる、一連の細長い平行なチャネルと、前記一連の細長い平行なチャネルのそれぞれに沿ってガスを層状流にするように動作可能なポンプと、前記ガス流と反対方向の電界Ｅ_ｘを提供する各チャネルの前記第１の壁の前記第１及び第２の電極プレート間に印加され、前記第２の壁の前記第３及び第４の電極プレート間にも印加される第１の電圧降下と、前記ガス流と垂直な方向の電界Ｅ_ｙを提供する各チャネルの前記第１及び第３の電極プレート間に印加され、各チャネルの前記第２及び第４の電極プレート間にも印加され、前記電界Ｅ_ｘ及び前記電界Ｅ_ｙが、合成された電界の周期的な配置及び遅延ポテンシャルを構成し、前記遅延ポテンシャルが前記装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされ、前記電界Ｅ _ｘが、前記チャネルの前記開口を通過する前記イオン試料の前記イオンの通過に作用する、第２の電圧降下と、前記電界Ｅｙに対して最も遠い上流のチャネルの壁のスリットへのイオン試料を方向付けるための前記チャネルの外側に配置されるイオン源と、ガス流の方向に対する前記イオン源から上流に配置され、前記チャネルのそれぞれの前記スリット開口が前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる検出器と、を備える分析装置。

いくつかの実施形態では、前記分析装置は、前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い下流のチャネルの壁の出口スリットをさらに備える。

前記分析装置は、１つのチャネルから前記電界Ｅ_ｙに対して下流の１つのチャネルの入口へ出るガスを再循環する手段、又は各チャネルから前記電界Ｅ_ｙに対して下流の隣接するチャネルの入口へ出るガスを再循環する手段をさらに備える。

特定の実施形態では、各チャネルの前記スリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に位置合わせされる。

いくつかの実施形態では、前記分析装置は、各チャネルの第１及び第３の電極プレートをグランド電位で維持することを含み、前記検出器は、前記ガス流の方向に対して前記イオン源から下流にあり、各チャネルの前記スリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に対する所定の角度で位置合わせされる。

特定の実施形態では、前記検出器は、前記ガス流の方向に対して前記イオン源から上流にあり、各チャネルの前記スリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる。

分析装置は、任意の個数の一連の細長い平行なチャネルのチャネル数を有する。いくつかの実施形態では、分析装置は、２から２０、２から３０、２から４０、２から５０、２から７０又は２から１００の一連の細長い平行なチャネルのチャネル数を有する。

いくつかの態様では、前記第１の電圧降下は、０から２０００ボルトまで変化させることが可能である。

特定の態様では、前記ポンプは、前記ガス流速を調整するように動作可能であり、例えば、０．１から２５００Ｌ／ｍｉｎ、１から１０００Ｌ／ｍｉｎ、１から２５００Ｌ／ｍｉｎ又は１から５０００Ｌ／ｍｉｎで調整するように動作可能である。前記ポンプは、少なくとも５００，７５０，１０００，１２５０，１５００，２０００，２５００，３０００，４０００又は５０００Ｌ／ｍｉｎのガス流速を提供するように動作可能である。

前記チャネルそれぞれの前記ガス流速は、等しくてもよく、等しくなくてもよい。いくつかの実施形態では、前記チャネルそれぞれの前記ガス流速は、等しい。

前記イオン源は、ＭＡＬＤＩ、電気噴霧イオン化、レーザイオン化、熱噴霧イオン化、熱イオン化、電子イオン化、化学イオン化、誘導結合プラズマイオン化、グロー放電イオン化、電界脱離イオン化、高速原子衝撃イオン化、スパークイオン化、又はイオンアタッチメントイオン化によりイオンを発生する。前記イオン源は、電圧バイアスされたタングステンワイヤーである。

いくつかの実施形態では、前記検出器は、電流−電圧コンバータ、ガス増幅検出器、ダリ検出器（Ｄａｌｙｄｅｔｅｃｔｏｒ）、又は電荷検出器である。

いくつかの態様では、分析装置は、９０％以上の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）で１００以上の分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を実現する、４０％以上の透過率で２００以上の分解能を実現する、５０以上の分解能を実現する、７５以上の分解能を実現する、１００以上の分解能を実現する、又は２００以上の分解能を実現することができる。

別の態様では、上記の分析装置は、質量分析計に組み込まれてもよい。

別の態様では、本発明は、イオン試料を分離及び識別するための周期場微分型電気移動度分析装置であって、平行に配置されるチャネルを有する一連の微分型電気移動度分析装置であって、隣接する微分型電気移動度分析装置が１つの共通の壁を共有する、一連の微分型電気移動度分析装置と、前記チャネルに沿ってガスを層状流にするように動作可能なポンプと、前記ガス流とは反対方向の電界Ｅ_ｘを提供するために各微分型電気移動度分析装置に印加される第１の電圧降下と、前記ガス流と垂直な方向の電界Ｅ_ｙを提供するために各微分型電気移動度分析装置に印加され、前記電界Ｅ_ｘ及び前記電界Ｅ_ｙが、合成された電界の周期的な配置及び遅延ポテンシャルを構成し、前記遅延ポテンシャルが前記装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされる、第２の電圧降下と、前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い上流のチャネルの壁のスリットを通じてイオン試料を方向付けるための前記チャネルの外側に配置されるイオン源と、ガス流の方向に対する前記イオン源から上流に配置され、前記チャネルのそれぞれの前記スリット開口が前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされ、検出器と、を備える分析装置を提供する。

本発明は、さらに、イオン試料を分離及び識別する方法であって、一連の細長い平行なチャネルを提供するステップであって、各チャネルが、第１の端部の入口及び第２の端部の出口を有し、各チャネルが、第１及び第２の平行な壁の間に囲まれ、各第１の壁が、前記第１の壁のスリット開口を提供するように配置される第１及び第２の電極プレートから形成され、各第２の壁が、前記第２の壁のスリット開口を提供するように配置される第３及び第４の電極プレートから形成され、前記第１及び第３の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、前記第２及び第４の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、隣接するチャネルが、共通の壁の電極プレートを共有し、前記チャネルが、各壁のスリット開口を通じて流体連通し、各チャネルの前記スリット開口が位置合わせされる、ステップと、前記一連の細長い平行なチャネルのそれぞれに沿ってガスを層状流にするためのポンプを動作するステップと、前記ガス流と反対方向の電界Ｅ_ｘを提供する各チャネルの前記第１の壁の前記第１及び第２の電極プレート間に第１の電圧降下を印加し、前記第２の壁の前記第３及び第４の電極プレート間にも前記第１の電圧降下を印加するステップと、前記ガス流と垂直な方向の電界Ｅ_ｙを提供する各チャネルの前記第１及び第３の電極プレート間に第２の電圧降下を印加し、各チャネルの前記第２及び第４の電極プレート間にも前記第２の電圧降下を印加し、前記電界Ｅ_ｘ及び前記電界Ｅ_ｙが、合成された電界の周期的な配置及び遅延ポテンシャルを構成し、前記遅延ポテンシャルが前記装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされる、ステップと、イオン源から前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い上流のチャネルの壁のスリットへイオン試料を方向付けるステップと、ガス流の方向に対する前記イオン源から上流に配置され、前記チャネルのそれぞれの前記スリット開口が前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる検出器を用いて前記イオン試料を検出するステップと、を備える方法を意図する。

以下の説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照し、これは、実施する特定の実施形態の図示により示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように説明され、構造的、論理的及び電気的な変更が本発明の範囲から逸脱しない範囲でなされることが理解される。したがって、以下の例示的な実施形態の説明は、限定的な意味で取られることはない、又は好ましい実施形態に限定されず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。

図１は、従来の平面状の微分型電気移動度分析装置の図を示す。図２は、従来のマルチ−スリット／マルチギャップ微分型電気移動度分析装置の図を示す。図３は、本発明の周期場微分型電気移動度分析装置の実施形態の図を示す。図４は、周期場微分型電気移動度分析装置（共通電圧分析装置）の実施形態の遅延ポテンシャル及び周期場効果の図を示す。図５は、周期場微分型電気移動度分析装置の別の実施形態の図を示す。図６は、イオン軌道計算から得られるシミュレートされたイオン移動度スペクトルを示す。図６では、条件は、ｍ／ｚ２５０、７６０Ｔｏｒｒの空気、７．５ｍｍの全体長さ、２ｋＶ総電圧降下であった。図７は、周期場微分型電気移動度分析装置（共通電圧）の実施形態の図を示す。検出器は、発生源から下流にある。図８は、共通電圧構成に配置されるＰＦＤＭＡの動作原理を示すためのイオン軌道計算を示す。図９は、検出器がイオン化源の上流に配置されるＰＦＤＭＡの別の実施形態の図を示す。図１０は、ＰＦＤＭＡにより得られるイオン移動度スペクトルを示す。図１０ａは、出口スリットのない放電で形成される空気イオンをサンプリングする４つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られたイオン移動度スペクトルを示す。図１０ｂは、出口スリットによる放電で形成される空気イオンをサンプリングする４つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られたイオン移動度スペクトルを示す。図１１は、ＰＦＤＭＡにより得られたイオン移動度スペクトルを示す。図１１ａは、出口スリットのない放電で形成される空気イオンをサンプリングする５つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られたイオン移動度スペクトルを示す。装置は、２ナノアンペアの電流よりも大きいイオン信号を生成する高イオン透過モードで動作している。図１１ｂは、出口スリットによる放電で形成される空気イオンをサンプリングする５つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られたイオン移動度スペクトルを示す。装置は、高分解能モード（図１１ａに示されるものよりも高電圧及び高ガス流速）で動作している。図１２は、コンピュータ制御されたＰＦＤＭＡにより得られるイオン移動度スペクトルを示す。図１２ａは、６つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られる、重ね合わせたイオン移動度スペクトルを示す。２つのイオン移動度スペクトルは、同一実験条件下での室内気へのアセトン蒸気の追加あり又は追加なしで記録された。１０のスペクトルは、３００ボルトに亘って１ボルトステップで２０ｍｓごとに平均化される。図１２ｂは、６つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られる重ね合わせたイオン移動度スペクトルを示す。実験条件は、図１２ａを得るために用いられたものと同様であるが、ソース条件は、より多くのアセトンクラスタイオンを生成する。図１２ｃは、６つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られる重ね合わせたイオン移動度スペクトルを示す。装置は、高分解能モードで動作しており、これは、図１２ａに示されるものよりも高い電圧及び高いガス流速であった。図１２ｄは、６つのチャネルプロトタイプＰＦＤＭＡを用いて得られる重ね合わせたイオン移動度スペクトルを示す。装置は、高分解能モードで動作しており、これは、図１２ａに示されるものよりも高い電圧及び高いガス流速であり、空間電荷効果を制限することにより分解能を増大させるために図１２ｃに示されるものよりも少量のイオンが装置に入るのを許可される。

本発明の実施形態は、イオン、分子及び粒子の分離及び識別のための新規な方法を提供する。いくつかの態様では、本開示は、周期場による微分型移動度によるイオンの分離及び分析のための装置及び方法を提供する。

図３は、周期場微分型電気移動度分析装置１の実施形態の図を示す。イオン源２は、連続的なイオンビームが、電界の適切な配置を用いて方向付けられる入口スリット３の外側に配置される。イオン源は、入口ガス流が最小化されるように最適化される（式１から要因１）。入口スリット３を通じて、イオンは、プレート（電極）４及び６によって分離されるチャネル５に入り、第１の一連のチャネルを構成する。チャネル５では、イオンは、垂直なガス流速、プレート４及び６の間の電圧降下、及び、プレート６及び８の間の電圧降下によって求められる軌道に従う（移動度依存）。チャネル５を移動した後、イオンは、２つのプレートのセットに適切な電圧を印加することにより形成された電界の周期的な配置に入る。例えば、電位降下は、電界Ｅ_ｙ（ガス流に垂直）を形成するプレート６及び７の間とプレート８及び９の間に印加される一方で、プレート８及び６の間とプレート９及び７の間に印加される電位降下は、電界Ｅ_ｘ（ガス流速とは反対）を形成する。

図４は、周期場微分型電気移動度分析装置（共通電圧分析装置）の実施形態の図を示す。

図４に示されるように、遅延ポテンシャル（ｒｅｔａｒｄｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ）は、装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされる。

図４は、Ｅ_ｘが小さく、高透過モードであるときに、イオン源スリットから検出器へのｍ／ｚ２５０イオンのためのイオン軌道を示す。

図５は、Ｅ_ｘが大きく、高分解能モードであるときのｍ／ｚ２５０イオンのためのイオン軌道計算を示す。

周期場微分型電気移動度分析装置のこの実施形態については、電界Ｅ_ｘが増加すると、イオンは、周期的な一連の停滞点が存在する２つの一連の電極間で締め付けられる。Ｅ_ｘ方向の電場強さの減少は、停滞点の強度を減少させ、イオンが通過可能になる。

図６に示されるように、電界の強さＥ_ｘを変化させ、検出器に到達するイオンの数を記録することにより、シミュレートされたイオン移動度スペクトルを取得する。イオン軌道計算は、適度な電圧及び流速を用いて、＞２００の非常に高い分解能を予測する。イオン透過率は、４０％以上であり、電界／ガスフローレートを低減し、１００％のイオン透過率をもたらす〜１００の分解能を得ることに留意する。

本発明の別の実施形態では、遅延ポテンシャルは、電圧のみが必要とされるような所定の角度でのガス流方向とは反対に形成されてもよい。

図７は、周期場微分型電気移動度分析装置１（共通電圧）の実施形態の図を示す。イオン源２は、連続的なイオンビームが、電界の適切な配置を用いて方向付けられ、チャネル１０に続いてチャネル５に入る入口スリット３の外側に配置される。図７に示される実施形態は、図３に示されるＰＦＤＭＡとは異なり、これは、少なくとも、図７に示される実施形態においてある連続した電極にある電圧のみが印加されるためである。例えば、共通電位は、プレート４、８及び９に印加されうるが、プレート６及び７は、グランド電位で保持される。また、遅延ポテンシャルは、電圧のみが必要とされるような所定の角度でのガス流方向とは反対に形成される。

図７では、電界Ｅ_ｙに対して下流から最も遠いプレートは、検出のために用いられる、又は位置１１での出口スリットを有し、イオン試料が検出器へ出ることを可能にする。

図７に示される実施形態は、電圧が装置から検出器へ通過する特定の移動度範囲のイオンに選択及び印加されるという利点がある。高移動度イオンは、元のイオン入口のさらに下流でサンプリングされてもよい。高い感度は、生成される全てのイオンを用いることにより実現される。

図７に示される実施形態の動作は、図８に図示される。図８は、共通電圧構成に配置されるＰＦＤＭＡの動作原理を図示するためのイオン軌道計算を示す。

図８は、３つの異なる電圧Ａ、Ｂ及びＣで得られたイオン軌道計算を示す。電圧Ｂのみが印加されたとき、特定の移動度範囲のイオンは、装置から検出器へと通過する。また、この共通電圧装置は、高移動度イオンが、元のイオン入口のさらに下流でサンプリングされる非破壊モードで動作することができる。複数のチャネル（アレイ）のこの構成は、生成される全てのイオンを効果的に用いることによって、より高い感度をもたらす。

さらに別の実施形態では、電極は、検出器が、イオン源から上流に位置されるように配置されてもよい。この装置の利点は、高分解能が、インライン装置に印加されるのと同一の動作電圧で到達すべきである経路を暗示する際に、より多くの仕事がイオンになされるということである。

図９は、検出器がイオン源の上流に配置されるＰＦＤＭＡ１の別の実施形態の図を示す。イオン源２は、連続的なイオンビームが、電場の適切な配置を用いて方向付けられ、チャネル１０に続いてチャネル５に入る入口スリット３の外側に配置される。

図９に示される実施形態は、少なくとも、検出器がイオン源から上流に配置されるように電極が配置されるため、図３に示されるＰＦＤＭＡとは異なる。この装置の利点は、高分解能が、図３に示されるようなインライン装置に印加されるのと同一の動作電圧で到達すべきである経路を暗示する際に、より多くの仕事がイオンになされるということである。

別の実施形態では、ガス流は、図３の右側のガス流出チャネル５が、図３の左側のチャネル１０に入るように再度方向付けられるように制御される。再循環のこの処理は、ガスが、図３の右側の底部のチャネルから最終的に出るまで継続されうる。したがって、１つの長い小さな断面チャネルとして同時に動作するため（固定された体積のガスが、全てのチャネルを通じて平行に通過する場合と比べて）各チャネル／ＤＭＡのガス流速は、チャネルの数と等しい要因によって増加される。好ましい実施形態では、全てのチャネルのガス流速が等しく、各プレートは、等しいレジスタチェーン（又はコンピュータ制御された独立した電圧が各プレートに印加される）を介して接続され、そのため、（絶対値で）線形的に減少する電圧は、ほぼグランド電位でバイアスされる各プレートセットの先頭のプレートから最後のプレートに存在する。走査電位は、レジスタチェーンに亘って高い電位のプレートのセットに印加されることができる一方で、イオン強度のスペクトルが、電位計によって増幅される検出器プレートで記録される。また、チャネル／プレート／スリットの数は、増加することができる一方で、高い速度の層状流は、各チャネルで容易に維持される。したがって、ＰＦＤＭＡは、ソーススリットから検出器スリット／分解能／総電圧降下への全長が、既存の単一チャネルＤＭＡよりも長くなるように設計されることができる。これは、高いガス流速を維持するために必要とされるポンプサイズが１つの個別のチャネルの断面積のみに依存するためである。

図３では、電界Ｅ_ｙに対して最も遠い下流のプレートは、検出のために用いられることができる、又はイオン試料が検出器へ出ることを可能にするために位置１１に出口スリットを有することができる。

チャネルから出るガスを再循環する手段は、ガスチューブ及びジグザグ型ガスチャネルを含む。

ＰＦＤＭＡが、あるサイズ範囲の連続的なストリームイオンを送信できる電気移動度分析装置であることによって、高分解能のＰＦＤＭＡを他の装置に接続することは、基本的には非常に便利である。特に、イオントラップ（四重極イオントラップ質量分析計又はイオンサイクロトロン共鳴質量分析計）装置は、大きさが選択されたイオンを蓄積することができ、他の分析技術は、大きさが選択されたイオンに適用され、例えば、ｍ／ｚ識別、フラグメンテーション（ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）、イオン化学及び／又はレーザ分光分析である。

別の実施形態では、チャネルサイズは、ポータビリティー（ｐｏｒｔａｂｉｌｉｔｙ）のために、必要とされるポンピング速度をさらに低減するために減少されることができる。

別の実施形態では、チャネルの総数は、等しいサイズ又は小さいポンプを用いる際に、現在のＤＭＡよりも分解能を上昇させるために増加されることができる。ガスは、また、チャネルの任意の組合せで再循環されてもよく、全てのチャネルで再循環されなくてもよく、ガス流速自体が広いイオンサイズ範囲をカバーするように変化されてもよい。

別の実施形態では、異なるタイプのイオン検出器は、例えば、ガス増幅に基づく検出器、後段加速による質量分析計、つまり、ダリ検出器（Ｄａｌｙｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）、又は高いｍ／ｚイオン用の基本的なＰＦＤＭＡｅｓｐ．の感度を増大させるための電荷検出による質量分析計を用いてもよい。

実施例１：０．５０ｍｍ間隔で隔てられた４つの０．５０ｍｍの対からなるプロトタイプＰＦＤＭＡが構築された。構成は、図３に示される図、つまり、インラインモードと同様であった。ガス流は、周囲の実験室の空気（フィルタされていない）から得られ、速度を設定するためにレオスタットに接続される共通の真空クリーナーを用いて生成された。イオン源は、２つのタングステンワイヤー対電極に対して２ｋＶバイアスされた薄いタングステンワイヤーからなる。イオンの検出は、高感度の電流−電圧コンバータにより行われた。スペクトルは、総電圧を手動でステップし、各電圧ステップでの平均イオン電流を記録することにより得られた。

図１０ａを参照すると、電圧対イオン強度のスペクトル（イオン移動度対イオン強度の逆）は、ネガティブモードでのバックグラウンドエアイオンのために示される。１つのピークがスペクトルに現れており、おそらくはＯ⁻又はＯ_２ ⁻又はこれらの種の小さな反応生成物である。なぜなら、移動度が高い（ガス流に亘ってイオンを移動するために低い電圧が必要とされる）ためである。

小さな出口スリットが検出器電極の前に追加されたとき、得られたスペクトル分解能は、図１０ｂに示されるように増加した。

分解能の増加は、スリットが、狭い移動度の範囲のみを大きな検出器電極に到達可能にするとして期待される。

図１１ａは、チャネルの数が５に増加され、低い側の電圧が５００Ｖに増加したときのスペクトルを示す。この場合、装置は、２つのナノアンプに亘って記録された高イオン電流により証明される高イオン透過用に最適化される。

図１１ｂは、ガス流速が増加し、電圧変化も増加したときに、同一の５つのチャネル装置から得られたスペクトルを示す。予測されたように、イオン移動度の分布の狭さ及び分解能が増加した。さらに、分解能の増加は、より多くのチャネルを加えること、出口スリットの導入又は高電界強度で補償されるガス流速の増加により可能である。

実施例２：０．５０ｍｍ間隔で隔てられた６つの０．５０ｍｍの対からなるプロトタイプＰＦＤＭＡが構築された。構成は、図３に示される図、つまり、インラインモードと同様であった。ガス流速は、フィルタされていない周囲の実験室の空気から得られ、速度を設定するためにレオスタットに接続される共通の真空クリーナーを用いて生成された。イオン源は、２つのタングステンワイヤー対電極に対して２ｋＶバイアスされた薄いタングステンワイヤーからなる。イオンの検出は、高感度の電流−電圧コンバータにより行われた。スペクトルは、各電極に接続されたプログラム可能な高電圧電源の個々の電圧を同時にステップするようにコンピュータを用い、ＡＤＣボードを用いて各電圧ステップでの平均イオン電流を記録することにより得られた。

図１２ａを参照すると、電圧対イオン強度のスペクトルの重なりは、バックグラウンドエアイオン及びポジティブモードでのアセトン／Ｈ_２Ｏクラスタイオンの生成物イオンに対して示される（おそらくＨ_２Ｏのクラスタイオン）。移動度の分解能は、約１００であり、図１０及び１１に対する増加は、より均一な抑制する電界を印加することにより得られた。

図１２ｂは、長い反応時間が大きなクラスタイオンを生成するときのＨ_２Ｏイオンクラスタ及びアセトンクラスタイオンの重複スペクトルを示す。

図１２ｃは、高いガス流速を用いて記録されたＨ_２Ｏイオンクラスタ及びアセトンクラスタイオンの重複スペクトルを示す。アセトンクラスタイオンピークの分解能は、約１４５であった。

図１２ｄは、イオン源が総イオン電流を低下させるように制限されるときのＨ_２Ｏイオンクラスタ及びアセトンクラスタイオンの重複スペクトルを示す。移動度の分解能は、約２３０に増加した。この分解能は、イオン移動度分析計、ＤＭＡ又はドリフトチューブでの単独で帯電したイオンについて今まで報告された中で最も高かった。

定義されているかどうかにかかわらず、本明細書で使用される全ての技術的及び化学的な用語は、本発明の属する技術の当業者によって共通に理解されるのと同一の意味を有する。本明細書で説明されたものと類似又は均等な方法及び材料は、本発明の実施又は試験に使用されることができ、好ましい方法及び材料は本明細書で説明される。

本明細書で具体的に述べられた全ての公開公報及び特許公報及び文献は、全ての目的のために参照により援用される。本明細書は、本発明が従来の発明によってこのような開示に先行するような権利を与えられない承認として解釈されるものではない。

本発明は、説明された、特定の方法論、プロトコル、材料及び試薬に制限されるものではなく、これらが変化すると理解される。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的のためのものであり、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解される。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるような単数形“ａ”，“ａｎ”及び“ｔｈｅ”は、文脈が明確に別のものを示さない限り、複数の参照を含むことを留意しなければならない。同様に、単語“ａ”（又は“ａｎ”），“ｏｎｅｏｒｍｏｒｅ”及び“ａｔｌｅａｓｔｏｎｅ”は、本明細書で互換的に使用されることができる。また、用語“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”，“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”，“ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”及び“ｈａｖｉｎｇ”も互換的に使用されることができることを留意しなければならない。

さらなる詳細なしでも、当業者は、上記の記載に基づいて、本発明をその最大限に使用することができると考えられる。したがって、特定の実施形態は、単なる例示であると解釈され、如何なるものも本開示の残りの限定的なものではないと解釈される。

本明細書に開示された全ての特徴は、任意の組合せで組合せられてもよい。本明細書に開示された各特徴は、同一、均等又は類似の目的を提供する別の特徴によって置き換えられてもよい。

Claims

イオン試料を分離及び識別するための周期場微分型電気移動度分析装置であって、
一連の細長い平行なチャネルであって、各チャネルが、第１の端部の入口及び第２の端部の出口を有し、各チャネルが、第１及び第２の平行な壁の間に囲まれ、各第１の壁が、前記第１の壁のスリット開口を提供するように配置される第１及び第２の電極プレートから形成され、各第２の壁が、前記第２の壁のスリット開口を提供するように配置される第３及び第４の電極プレートから形成され、前記第１及び第３の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、前記第２及び第４の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、隣接するチャネルが、共通の１つの壁の電極プレートを共有し、前記チャネルが、各壁のスリット開口を通じて流体連通し、各チャネルの前記スリット開口が位置合わせされる、一連の細長い平行なチャネルと、
前記一連の細長い平行なチャネルのそれぞれに沿ってガスを層状流にするように動作可能なポンプと、
ガス流と反対方向の電界Ｅ_ｘを提供する各チャネルの前記第１の壁の前記第１及び第２の電極プレート間に印加され、前記第２の壁の前記第３及び第４の電極プレート間にも印加される第１の電圧降下と、
前記ガス流と垂直な方向の電界Ｅ_ｙを提供する各チャネルの前記第１及び第３の電極プレート間に印加され、各チャネルの前記第２及び第４の電極プレート間にも印加され、前記電界Ｅ_ｘ及び前記電界Ｅ_ｙが、合成された電界の周期的な配置及び遅延ポテンシャルを構成し、前記遅延ポテンシャルが前記装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされ、前記電界Ｅ _ｘが、前記チャネルの前記開口を通過する前記イオン試料の前記イオンの通過に作用する、第２の電圧降下と、
前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い上流のチャネルの壁のスリットへのイオン試料を方向付けるための前記チャネルの外側に配置されるイオン源と、
ガス流の方向に対する前記イオン源から上流に配置され、前記チャネルのそれぞれの前記スリット開口が前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる検出器と、を備える分析装置。
前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い下流のチャネルの壁の出口スリットをさらに備える請求項１に記載の分析装置。
１つのチャネルから前記電界Ｅ_ｙに対して下流の１つのチャネルの入口へ出るガスを再循環する手段をさらに備える請求項１に記載の分析装置。
各チャネルから前記電界Ｅ_ｙに対して下流の隣接するチャネルの入口へ出るガスを再循環する手段をさらに備える請求項１に記載の分析装置。
各チャネルの前記スリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に位置合わせされる請求項１に記載の分析装置。
前記検出器は、前記ガス流の方向に対して前記イオン源から下流にあり、各チャネルの前記スリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる請求項１に記載の分析装置。
各チャネルの前記第１及び第３の電極プレートをグランド電位で維持し、前記検出器は、前記ガス流の方向に対して前記イオン源から下流にあり、各チャネルの前記スリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に対する所定の角度で位置合わせされる請求項１に記載の分析装置。
前記一連の細長い平行なチャネルのチャネル数は、２から５０であり、前記第１の電圧降下は、０から２０００ボルトまで変化させることが可能である請求項１に記載の分析装置。
前記ポンプは、ガス流速を０．１から２５００Ｌ／ｍｉｎで調整するように動作可能であり、前記チャネルそれぞれのガス流速は、等しい請求項１に記載の分析装置。
前記イオン源は、ＭＡＬＤＩ、電気噴霧イオン化、レーザイオン化、熱噴霧イオン化、熱イオン化、電子イオン化、化学イオン化、誘導結合プラズマイオン化、グロー放電イオン化、電界脱離イオン化、高速原子衝撃イオン化、スパークイオン化、又はイオンアタッチメントイオン化によりイオンを発生する請求項１に記載の分析装置。
前記イオン源は、電圧バイアスされたタングステンワイヤーであり、前記検出器は、電流−電圧コンバータ、ガス増幅検出器、ダリ検出器、又は電荷検出器であり、前記分析装置は、５０以上の分解能を実現する請求項１に記載の分析装置。
イオン試料を分離及び識別するための周期場微分型電気移動度分析装置であって、
平行に配置されるチャネルを有する一連の微分型電気移動度分析装置であって、隣接する微分型電気移動度分析装置が共通の１つの壁を共有する、一連の微分型電気移動度分析装置と、
前記チャネルに沿ってガスを層状流にするように動作可能なポンプと、
ガス流とは反対方向の電界Ｅ_ｘを提供するために各微分型電気移動度分析装置に印加される第１の電圧降下と、
前記ガス流と垂直な方向の電界Ｅ_ｙを提供するために各微分型電気移動度分析装置に印加され、前記電界Ｅ_ｘ及び前記電界Ｅ_ｙが、合成された電界の周期的な配置及び遅延ポテンシャルを構成し、前記遅延ポテンシャルが前記装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされる、第２の電圧降下と、
前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い上流のチャネルの壁のスリットを通じてイオン試料を方向付けるための前記チャネルの外側に配置されるイオン源と、
ガス流の方向に対する前記イオン源から上流に配置され、前記チャネルのそれぞれの前記スリット開口が前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる検出器と、を備える分析装置。
前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い下流のチャネルの壁の出口スリットをさらに備える請求項１２に記載の分析装置。
１つのチャネルから前記電界Ｅ_ｙに対して下流の１つチャネルの入口へ出るガスを再循環する手段をさらに備える請求項１２に記載の分析装置。
各チャネルから前記電界Ｅ_ｙに対して下流の隣接するチャネルの入口へ出るガスを再循環する手段をさらに備える請求項１２に記載の分析装置。
前記チャネルのスリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に位置合わせされる請求項１２に記載の分析装置。
前記検出器は、前記ガス流の方向に対して前記イオン源から下流にあり、前記チャネルのスリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる請求項１２に記載の分析装置。
前記検出器は、前記ガス流の方向に対して前記イオン源から上流にあり、前記チャネルのスリット開口は、前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる請求項１２に記載の分析装置。
前記チャネルの数は、２から２０であり、前記第１の電圧降下は、０から２０００ボルトまで変化させることが可能である請求項１２に記載の分析装置。
前記ポンプは、ガス流速を０．１から２５００Ｌ／ｍｉｎで調整するように動作可能であり、前記チャネルそれぞれのガス流速は、等しい請求項１２に記載の分析装置。
前記イオン源は、ＭＡＬＤＩ、電気噴霧イオン化、レーザイオン化、熱噴霧イオン化、熱イオン化、電子イオン化、化学イオン化、誘導結合プラズマイオン化、グロー放電イオン化、電界脱離イオン化、高速原子衝撃イオン化、スパークイオン化、又はイオンアタッチメントイオン化によりイオンを発生する請求項１２に記載の分析装置。
前記イオン源は、電圧バイアスされたタングステンワイヤーであり、前記検出器は、電流−電圧コンバータ、ガス増幅検出器、ダリ検出器、又は電荷検出器であり、前記分析装置は、５０以上の分解能を実現する請求項１２に記載の分析装置。
イオン試料を分離及び識別する方法であって、
一連の細長い平行なチャネルを提供するステップであって、各チャネルが、第１の端部の入口及び第２の端部の出口を有し、各チャネルが、第１及び第２の平行な壁の間に囲まれ、各第１の壁が、前記第１の壁のスリット開口を提供するように配置される第１及び第２の電極プレートから形成され、各第２の壁が、前記第２の壁のスリット開口を提供するように配置される第３及び第４の電極プレートから形成され、前記第１及び第３の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、前記第２及び第４の電極プレートが、互いに対向するチャネルを囲み、隣接するチャネルが、共通の１つの壁の電極プレートを共有し、前記チャネルが、各壁のスリット開口を通じて流体連通し、各チャネルの前記スリット開口が位置合わせされる、ステップと、
前記一連の細長い平行なチャネルのそれぞれに沿ってガスを層状流にするためのポンプを動作するステップと、
ガス流と反対方向の電界Ｅ_ｘを提供する各チャネルの前記第１の壁の前記第１及び第２の電極プレート間に第１の電圧降下を印加し、前記第２の壁の前記第３及び第４の電極プレート間にも前記第１の電圧降下を印加するステップと、
前記ガス流と垂直な方向の電界Ｅ_ｙを提供する各チャネルの前記第１及び第３の電極プレート間に第２の電圧降下を印加し、各チャネルの前記第２及び第４の電極プレート間にも前記第２の電圧降下を印加し、前記電界Ｅ_ｘ及び前記電界Ｅ_ｙが、合成された電界の周期的な配置及び遅延ポテンシャルを構成し、前記遅延ポテンシャルが前記装置の中央に形成され、イオンが、ガス流に垂直及び反対向きの連続した周期電界によりガイドされる、ステップと、
イオン源から前記電界Ｅ_ｙに対して最も遠い上流のチャネルの壁のスリットへイオン試料を方向付けるステップと、
ガス流の方向に対する前記イオン源から上流に配置され、前記チャネルのそれぞれの前記スリット開口が前記チャネルの壁に垂直な方向に対して所定の角度で位置合わせされる検出器を用いて前記イオン試料を検出するステップと、を備える方法。