JP6549130B2 - 微分移動度分光計のための噴射注入器入口 - Google Patents

微分移動度分光計のための噴射注入器入口 Download PDF

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Description

（関連出願）
本願は、２０１３年１２月３１日に出願された米国仮出願第６１／９２２，２７５号および２０１４年２月４日に出願された米国仮出願第６１／９３５，７４１号からの優先権の利益を主張するものであり、両仮出願の全内容は、参照により本明細書中に援用される。
本明細書の教示は、イオンを微分移動度分光計に導入する装置および方法を対象とする。
イオン移動度ベースの分析方法は、ガスにおける移動度係数の差に基づいて、（質量分析計と比較して）上昇圧力条件下でイオンを分離して分析する。従来の飛行時間イオン移動度分光計（ＩＭＳ）のような微分移動度分光計（ＤＭＳ）は、イオンの移動度特性に基づいてイオンを分離して分析するが、直交イオン特性評価を提供する。ＩＭＳでは、イオン分離は、イオン種断面に基づいて起こり、ＤＭＳでは、イオン分離は、電場の変動する強度におけるイオン移動度係数の差に関係付けられる、アルファパラメータに基づいて起こる。イオンは、ＩＭＳの中へパルスさせられ、一定の電場を受けながらドリフト管を通過する。イオンは、ドリフト領域を通過するにつれて、ドリフトガス分子と相互作用し得る。これらの相互作用は、サンプルの各イオン種に特異的であり、質量／電荷比以上のものに基づくイオン分離につながる、分析されたイオン種の断面に従属する。衝突断面の差により、異なるイオン種は、検出器板に向かって異なるドリフト速度を有し、異なる到達（またはドリフト）時間を生じる。
対照的に、飛行時間型質量分析計（ＴｏＦ−ＭＳ）の衝突を含まない真空状態では、ＭＳ飛行管を通したイオンの飛行時間は、イオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ）のみによって判定される。
ＤＭＳは、イオンが大気圧条件においてドリフトガス中で分離されるという点でＩＭＳに類似する。しかしながら、ＩＭＳと異なり、ＤＭＳは、輸送ガス流量の中で掃引される、連続的にイオンが通過する少なくとも２つの平行電極の間に印加される、非対称電場波形を使用する。イオン分離は、輸送ガス流量の方向と垂直に配向される、強い非対称波形ＲＦ電場の効果の下で起こる。電場波形は、典型的には、波形の高電場部分で短い持続時間、次いで、反対極性における低電場持続時間でより長い時間を有する。高電場および低電場部分の持続時間は、ＤＭＳフィルタ電極に印加されている正味電圧（１つの全周期にわたる平均電圧）がゼロであるように適用される。これらの条件下で、異なる電場依存性移動度係数を伴うイオンは、それらのアルファパラメータにより、異なる軌道を有する。
ある状況では、ＤＭＳは、直交分離方法をＭＳに提供するように質量分析計（ＭＳ）と連動されている。２つの直交方法を含む、本組み合わせは、ＤＭＳの大気圧、気相、および連続イオン分離能力、ならびにＤＭＳ−ＭＳシステムの増進した分析力を利用する。
ＤＭＳをＭＳと連動させることによって、プロテオミクス、ペプチド／タンパク質構造、薬物動態、および代謝分析を含む、サンプル分析の多数の分野が増進されている。医薬および生命工学用途に加えて、ＤＭＳベースの分析器は、痕跡レベル爆薬検出および石油監視のために使用されている。
ＤＭＳデバイスの分解能は、ＤＭＳ移動度セルに先立った向流ガス流の追加により向上する。そのような構成は、図１で例示されている。ＤＭＳの入口に先立ってカーテン板を配置し、カーテン板開口とＤＭＳ入口との間の間隙を横断してイオンを推進させるようにＤＣ電位（典型的には、５００〜１５００Ｖ）を印加することによって、カーテンガスが確立される。加えて、本アプローチは、移動度分析器に先立って効果的なイオン脱溶媒和を提供することに役立つことが実証されている。
イオン損失は、大部分はＤＭＳ分析間隙の中のイオン導入中に起こることが分かっている。これは、ＤＭＳの分析間隙の中の重畳分離（ＲＦ）および補償（ＤＣ）電場の存在に起因する、フリンジング電場の存在からの結果である。加えて、ＤＭＳセルの中へのイオン導入の効率は、移動度係数、極性、および電場依存性（アルファパラメータ）によって区別される、イオンの有効軌道の変化につながる、印加された分離および補償電圧の絶対値による影響を受け得ることも分かっている。いくつかのデバイスでは、例えば、狭い分析間隙を伴うシステムでは、これは、透過モード（非対称または補償電圧が印加されない）で使用されるときに測定される、有意に低減した信号として現れ、高いおよび低い移動度係数を伴うイオンの間のイオン透過に区別を導入する。
種々の実施形態では、ＤＭＳの入口または／および出口上のフリンジング電場の存在は、分析間隙を通したイオン透過の係数を必然的に減少させる。本不要な効果は、ＤＭＳセンサの多くのパラメータ、すなわち、分析間隙の物理的サイズ、間隙を通したイオンの直線速度（輸送ガス流速）、イオンファネリングのために使用される電極の幾何学形状、および分析されたイオン種の移動度に依存する。
種々の実施形態では、我々は、フリンジング電場領域の面積中のイオン損失の減少が、ＤＭＳの有害領域内のイオンの滞留時間を短縮することによって達成されることができることを発見した。我々は、分析間隙を通したイオン透過を増進する２つの方法を提案し、すなわち、ａ）第１は、ＤＭＳセルの入口にイオンを迅速に注入するガスビーム噴射を提供することによって、分析間隙の中へのイオンの高速注入の使用を介し、および／またはｂ）入口の前の領域中（フリンジング電場が活発である領域中）でイオンを事前に集束させ、分析間隙の中心軸に向かってそれらを集束させる。本実施形態では、イオン導入は、付加的集束ＲＦ電場、輸送ガス流、および分析間隙の中へのイオンの迅速噴射注入の調和的重畳効果により起こる。ガスビームまたは噴射は、イオンがＤＭＳセルに効率的に注入されるように、入口に存在する有害電場を克服するために使用される。イオン集束は、有害フリンジング電場の効果が低減させられる、分析間隙の軸にイオンビームを合流させる。いくつかの実施形態では、有害フリンジング電場の効果は、（その開口を調節することによって）適切な噴射を形成するために同時に使用される移動度分析器に先立って、遮蔽電極を提供することによって、最小限にされ、ＤＭＳセルの入口から除去されることさえもできる。付加的電極は、遮蔽およびビーム／噴射形成を同時に提供する、ＤＭＳアセンブリの中へ密閉されることができる。ガスビームまたは噴射は、標的イオン種がＤＭＳスロットの前方における絶縁表面から実質的に除去されることを確実にするように、ＤＭＳセルの中心軸の中へ指向されることができる。
種々の実施形態では、入口および出口を有する、筐体と、固定距離によって相互から分離される、該筐体内に配置された少なくとも２つの平行板電極であって、２つの電極の間の容積は、それを通ってイオンが入口から出口まで流動する、イオン経路を画定し、イオン経路は、イオン流の方向に垂直な断面積を有する、平行板電極と、移動度特性に基づいて選択されたイオン種を通過するための電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を平行板電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源と、入口を通って出口まで流動するガスを供給するためのドリフトガス供給と、入口に密閉して係合され、平行板電極から電気的に分離される、少なくとも１つの入口電極板であって、筐体の中へのイオンおよびガスの横断を可能にするための開口を有する、少なくとも１つの入口電極板とを備え、開口の断面積は、イオン経路の断面積より小さい、微分移動度装置が提供される。
種々の実施形態では、微分移動度デバイスの中のイオンを分析する方法が提供され、本デバイスは、電場を生成する２つの平行板電極を有し、本方法は、イオンをドリフトガスに導入し、微分移動度デバイスの入口に向かってドリフトガスを指向するステップと、ドリフトガスが微分移動度デバイスに進入するにつれて、それを加速させ、いったんドリフトガスが微分移動度デバイスに進入すると、ドリフトガスを減速させるステップと、微分移動度デバイスを使用して、イオンに微分移動度分離を行うステップと、イオンを検出するステップとを含む。
種々の実施形態では、イオンを生成するためのイオン化源と、それを通ってイオンが流動するカーテン板開口を含有する少なくとも１つのカーテン板によって画定される、カーテンチャンバと、カーテンチャンバと流体連通しているカーテンガス供給と、カーテンチャンバ内に配置される筐体であって、開口部および出口を有し、開口部と出口との間の容積は、イオン経路を画定し、イオン経路は、カーテン板開口と略一致し、開口部は、カーテンチャンバと流体連通する、筐体と、筐体内に配置され、反対に配向され、イオン経路の両側で固定距離によって相互から分離される、少なくとも２つの平行板電極と、移動度特性に基づいて選択されたイオンの部分を通過するための電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を平行板電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源およびコントローラと、開口部に密閉して係合され、平行板電極から電気的に分離される、少なくとも１つの入口電極板であって、筐体の中へのイオンおよびガスの横断を可能にするための開口を有する、少なくとも１つの入口電極板とを備え、開口の断面積は、イオン経路の断面積より小さい、微分移動度フィルタ装置システムが提供される。
種々の実施形態では、微分移動度装置は、透過モードで動作することができる。
種々の実施形態では、１つの入口電極板は、取り外し可能である。
種々の実施形態では、開口は、アイリス絞り内に含有され、入口を通したガス流を変動させるように調節可能である。
種々の実施形態では、少なくとも１つの入口電極板は、平行板電極から電気的に分離され、コントローラおよび発電機は、ＲＦ集束電位および／またはＤＣ電位を印加するために少なくとも１つの入口電極板に接続される。
種々の実施形態では、微分移動度装置はさらに、該平行板電極から下流に位置付けられる真空源を備える。
種々の実施形態では、筐体は、カーテンチャンバを画定するカーテン板によって囲繞され、カーテンチャンバは、カーテンガスをカーテンチャンバに提供するカーテンガス供給と流体連通し、カーテンチャンバの中のカーテンガスは、ドリフトガス供給になり、カーテンチャンバは、イオンがそれを通って流動することを可能にする、少なくとも１つの開口を有する。
種々の実施形態では、オリフィスは、円形またはスリット形状のいずれか一方である。
種々の実施形態では、２つの電極板は、入口に密閉して係合され、２つの電極板のそれぞれは、平行板電極から電気的に絶縁され、２つの電極板のそれぞれは、相互から電気的に絶縁され、２つの電極板のそれぞれは、ＲＦ集束電場を生成するためのＲＦ源およびコントローラに接続される。
種々の実施形態では、ドリフトガスの加速は、平行板の面に密閉して係合される１つまたはそれを上回る電極板内に画定される開口にドリフトガスを通過させるステップを含み、ドリフトガスの減速は、開口から退出すると、ドリフトガスの膨張によって行われ、開口の断面は、微分移動度デバイスの入口の断面より小さい。
種々の実施形態では、ドリフトガスの加速はまた、２つの平行板電極から下流に吸引を印加するステップも含み、吸引は、真空源によって提供される。
種々の実施形態では、微分移動度デバイスは、ＤＣ電圧のみで動作する。
種々の実施形態では、微分移動度デバイスは、カーテンチャンバを画定するカーテン板によって囲繞され、カーテンチャンバは、カーテンガスをカーテンチャンバに提供するカーテンガス供給と流体連通し、カーテンガスは、微分移動度デバイスに流入するドリフトガスになり、カーテン板は、イオンがそれを通って流動することを可能にする、少なくとも１つの開口を有する。
種々の実施形態では、ＲＦ集束電位は、イオンの集束のために１つまたはそれを上回る電極板に印加される。
種々の実施形態では、入口電極の場所は、アイリス絞りであって、開口を画定し、開口部を通したガス流を変動させるように調節可能である、アイリス絞りを備える。
種々の実施形態では、イオン経路の断面積は、平行板電極の間の距離×平行板電極の幅として画定される。
種々の実施形態では、本装置は、ＤＣ電圧のみで動作する。
種々の実施形態では、ＲＦコントローラおよび発電機は、ＲＦ集束電位を印加するために入口電極板に接続される。
種々の実施形態では、本装置はさらに、２つの平行板電極から下流に接続される真空源であって、筐体の中へ、およびそれを通したカーテンガス流を加速させるための真空源を備える。
種々の実施形態では、本装置はさらに、出口に動作可能に連結される付加的デバイスを備え、付加的デバイスは、質量分析計、ラマン分光計、および別のＤＭＳデバイスから選択される。
種々の実施形態では、２つの入口電極板は、入口に密閉して係合され、２つの入口電極板は、相互から電気的に絶縁され、入口電極板のうちの第１のものは、第１の切り取り部分を画定し、入口電極板のうちの第２のものは、第２の切り取り部分を画定し、第１および第２の切り取り部分は、開口を形成するように協働する。
種々の実施形態では、ＲＦ集束電位は、第１の入口電極板から第２の入口電極板まで印加される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
入口および出口を有する、筐体と、
固定距離によって相互から分離される、前記筐体内に配置された少なくとも２つの平行板電極であって、前記２つの電極の間の容積は、それを通ってイオンが前記入口から前記出口まで流動する、イオン経路を画定し、前記イオン経路は、イオン流の方向に垂直な断面積を有する、平行板電極と、
移動度特性に基づいて選択されたイオン種を通過するための電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を前記平行板電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源と、
前記入口を通って前記出口まで流動するガスを供給するためのドリフトガス供給と、
前記入口に密閉して係合され、前記平行板電極から電気的に分離される、少なくとも１つの入口電極板であって、前記筐体の中へのイオンおよび前記ガスの横断を可能にするための開口を有する、少なくとも１つの入口電極板と
を備え、
前記開口の断面積は、前記イオン経路の断面積より小さい、微分移動度装置。
（項目２）
前記装置は、透過モードで動作する、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目３）
前記少なくとも１つの入口電極板は、取り外し可能である、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目４）
前記開口は、アイリス絞り内に含有され、前記入口を通したガス流を変動させるように調節可能である、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目５）
前記少なくとも１つの入口電極板は、前記平行板電極から電気的に分離され、コントローラおよび発電機は、ＲＦ集束電位および／またはＤＣ電位を印加するために前記少なくとも１つの入口電極板に接続される、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目６）
前記平行板電極から下流に位置付けられる真空源をさらに備える、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目７）
前記筐体は、カーテンチャンバを画定するカーテン板によって囲繞され、前記カーテンチャンバは、カーテンガスを前記カーテンチャンバに提供するカーテンガス供給と流体連通し、前記カーテンチャンバの中の前記カーテンガスは、前記ドリフトガス供給になり、前記カーテンチャンバは、イオンがそれを通って流動することを可能にする、少なくとも１つの開口を有する、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目８）
前記オリフィスは、円形またはスリット形状のいずれか一方である、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目９）
２つの電極板は、前記入口に密閉して係合され、前記２つの電極板のそれぞれは、前記平行板電極から電気的に絶縁され、前記２つの電極板のそれぞれは、相互から電気的に絶縁され、前記２つの電極板のそれぞれは、ＲＦ集束電場を生成するためのＲＦ源およびコントローラに接続される、項目１に記載の微分移動度装置。
（項目１０）
微分移動度デバイスの中のイオンを分析する方法であって、前記デバイスは、電場を生成する２つの平行板電極を有し、
イオンをドリフトガスに導入し、前記微分移動度デバイスの入口に向かって前記ドリフトガスを指向するステップと、
前記ドリフトガスが前記微分移動度デバイスに進入するにつれて、それを加速させ、いったん前記ドリフトガスが前記微分移動度デバイスに進入すると、前記ドリフトガスを減速させるステップと、
前記微分移動度デバイスを使用して、前記イオンに微分移動度分離を行うステップと、
前記イオンを検出するステップと、
を含む、方法。
（項目１１）
前記ドリフトガスの前記加速は、前記平行板の面に密閉して係合される１つまたはそれを上回る電極板内に画定される開口に前記ドリフトガスを通過させるステップを含み、前記ドリフトガスの前記減速は、前記開口から退出すると、前記ドリフトガスの膨張によって行われ、前記開口の断面は、前記微分移動度デバイスの前記入口の断面より小さい、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
前記ドリフトガスの前記加速はまた、前記２つの平行板電極から下流に吸引を印加するステップも含み、前記吸引は、真空源によって提供される、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記微分移動度デバイスは、ＤＣ電圧のみで動作する、項目１０に記載の方法。
（項目１４）
前記微分移動度デバイスは、カーテンチャンバを画定するカーテン板によって囲繞され、前記カーテンチャンバは、カーテンガスを前記カーテンチャンバに提供するカーテンガス供給と流体連通し、前記カーテンガスは、前記微分移動度デバイスに流入する前記ドリフトガスになり、前記カーテン板は、イオンがそれを通って流動することを可能にする、少なくとも１つの開口を有する、項目１０に記載の方法。
（項目１５）
ＲＦ集束電位は、前記イオンの集束のために前記１つまたはそれを上回る電極板に印加される、項目１１に記載の方法。
（項目１６）
イオンを生成するためのイオン化源と、
少なくとも１つのカーテン板によって画定されるカーテンチャンバであって、前記カーテン板は、それを通って前記イオンが流動するカーテン板開口を含有する、カーテンチャンバと、
前記カーテンチャンバと流体連通しているカーテンガス供給と、
前記カーテンチャンバ内に配置される筐体であって、前記筐体は、開口部および出口を有し、前記開口部と出口との間の容積は、イオン経路を画定し、前記イオン経路は、前記カーテン板開口と略一致し、前記開口部は、前記カーテンチャンバと流体連通する、筐体と、
前記筐体内に配置され、反対に配向され、前記イオン経路の両側で固定距離によって相互から分離される、少なくとも２つの平行板電極と、
移動度特性に基づいて選択されたイオンの部分を通過するための電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を前記平行板電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源およびコントローラと、
前記開口部に密閉して係合され、前記平行板電極から電気的に分離される、少なくとも１つの入口電極板であって、前記筐体の中へのイオンおよび前記ガスの横断を可能にするための開口を有する、少なくとも１つの入口電極板と、
を備え、
前記開口の断面積は、前記イオン経路の断面積より小さい、微分移動度フィルタ装置システム。
（項目１７）
前記入口電極の場所は、アイリス絞りであって、前記開口を画定し、前記開口部を通したガス流を変動させるように調節可能である、アイリス絞りを備える、項目１６に記載の微分移動度装置。
（項目１８）
前記イオン経路の前記断面積は、前記平行板電極の間の距離×前記平行板電極の幅として画定される、項目１６に記載の装置。
（項目１９）
前記装置は、ＤＣ電圧のみで動作する、項目１６に記載の装置。
（項目２０）
ＲＦコントローラおよび発電機は、ＲＦ集束電位を印加するために前記入口電極板に接続される、項目１６に記載の装置。
（項目２１）
前記２つの平行板電極から下流に接続される真空源であって、前記筐体の中へ、およびそれを通したカーテンガス流を加速させるための真空源をさらに備える、項目１６に記載の装置。
（項目２２）
前記出口に動作可能に連結される付加的デバイスをさらに備え、前記付加的デバイスは、質量分析計、ラマン分光計、微分移動度分光計、高電場非対称波形イオン移動度分光計、およびイオン移動度分光計デバイスから選択される、項目１に記載の装置。
（項目２３）
２つの入口電極板は、前記入口に密閉して係合され、前記２つの入口電極板は、相互から電気的に絶縁され、前記入口電極板のうちの第１のものは、第１の切り抜き部分を画定し、前記入口電極板のうちの第２のものは、第２の切り抜き部分を画定し、前記第１および第２の切り抜き部分は、前記開口を形成するように協働する、項目１に記載の装置。
（項目２４）
ＲＦ集束電位は、前記第１の入口電極板から前記第２の入口電極板まで印加される、項目２３に記載の装置。
図１は、典型的なＤＭＳデバイスのレイアウトを描写する。
図２は、従来のＤＭＳデバイスの入口におけるイオン軌道の図を描写する。
図３は、従来のＤＭＳデバイスの入口における異なるイオン種のイオン軌道の代替図を描写する。
図４は、本教示の実施形態での入口におけるイオン軌道の図を描写する。
図５は、分析間隙の軸に向かったイオンファネリング／集束を示す、本教示の代替実施形態での入口におけるイオン軌道の図を描写する。
図６は、ＤＭＳ電極の入口におけるイオンビームの汚染効果を描写する。
図７は、小型の非最適化０．５ｍｍ噴射注入器を用いた、ベンゾイルエクゴニン応答へのＤＭＳのフリンジング効果を遮蔽する効果を描写する。
図８は、異なる噴射注入構成のピーク幅への効果を描写する。
図９は、従来のＤＭＳデバイスおよび種々の噴射モード注入器を用いた、いくつかの化合物のＭＲＭ信号を示す。
図１０は、様々な注入器デバイス開口直径における化合物混合物の平均半値全幅（ＦＷＨＭ）プロットを描写する。
図１１は、従来のＤＭＳデバイスと比較した、３．５ｍｍ（最適化）注入器開口のイオノグラム強度を描写する。
図１２は、従来のＤＭＳデバイスと比較した、３．５ｍｍ（最適化）注入器を用いた、いくつかの被分析物の正規化イオノグラムを描写する。両方の場合の補償電圧は類似する。
図１３は、化学修飾剤の有無による、噴射注入器電極を使用して分析された化合物レセルピンおよびクロミプラミンのイオノグラムを描写する。
図１４は、従来のＤＭＳ（左の棒）および本教示に従って修正されたもの（右の棒）を用いた、９つの化合物および種々の分離電圧値における強度トレースの一連のプロットを描写する。
図１５は、従来のＤＭＳおよび本教示によるものを使用した、プロリンおよびバリン被分析物（高い移動度係数）のイオノグラムを描写する。
図１６は、種々の条件および装置を使用する、トリアゾールのデータを描写する。
図１７は、より高いサンプル流速において種々の条件および装置を使用する、トリアゾールのイオノグラムを描写する。
図１８は、本噴射支援の教示の実施形態を描写する。
図１９は、本噴射支援の教示の代替実施形態を描写する。
図１は、典型的なＤＭＳデバイス１０の構成を描写する。筐体１１は、非対称電圧および補償電圧が印加されることができる、２つの平行電極１２を囲繞する。２つの電極の間の空間は、容積を有する分析間隙を画定する。筐体１１は、イオンおよびガスが流入することができる入口１３と、出口１４とを有する。入口と出口との間の領域は、それを通ってイオンが流動する経路１５を画定する。筐体１１に進入するイオン１６は、２つの平行電極１２の間を通過し、そこで、異なるイオン移動度性質を有するイオンを分離することができる、非対称および補償電場を受ける。
理解されるように、電極１２は、電極１２を通したＲＦおよびＤＣ電場の生成を可能にする、好適な電源およびコントローラに接続される。電極１２は同一の識別子を使用して本明細書に説明されるが、一対の電極が明確に異なる電極として個別に動作するように、電極は、別個のＲＦおよび／またはＤＣ電位が２つの電極のそれぞれに別個に伝送されることができるように、構成されることができると理解されるであろう。
カーテンチャンバ１７は、カーテン板１８によって画定される筐体１１を囲繞する。カーテン板１８は、筐体１３の入口と直接一致する開口部を含有する。カーテンガス供給源２０は、導管２１によってカーテンチャンバ１７に流体的に接続され、カーテンガスをカーテンチャンバ１７に供給する。カーテンガスは、カーテンチャンバを充填し、カーテンチャンバ１７の開口部１９から流出して筐体１１の開口部１３に流入する。筐体１１は、カーテンガスが筐体開口部１３を介して平行電極１２に進入し、それを通り越して流動することのみができるように、構成される。筐体１１の中へ進入するカーテンガスは、ドリフトガスになり、２つの平行板電極１２の間を流動し、筐体出口１４を通って筐体１１から退出する。
好適なイオン化源（エレクトロスプレー、化学、ＭＡＬＤＩ等）からのイオン１６は、カーテンチャンバ１７の入口１９に接近し、そこで、イオンの乾燥を支援する退出カーテンガスからの向流を通過する。好適な電圧源からカーテン板１８に印加される電圧は、カーテン板１８と入口１３との間の間隙を横断して筐体１１へイオン１６を推進させる。筐体１１に進入すると、イオン１６は、ドリフトガスの中で掃引され、平行電極１２に印加される非対称電圧は、イオン移動度性質に基づいてイオンの分離を引き起こす。イオン１６およびドリフトガスは、イオン経路１５を下って出口１４まで進行し続け、そこでイオンは、検出されるか、または質量分析等のさらなるプロセスもしくはデバイスに曝されてもよい。
図２は、従来の構成を通した、カーテン板１８の開口部１９、ならびに筐体１１およびイオン軌道３０への入口１３の簡略化された図を描写する。２つの平行板電極１２およびカーテン板境界１８は、イオン流１６を生成する、エレクトロスプレーイオン源噴霧器の先端とともに示されている。イオン１６は、カーテン板１８を通過し、最終的に、２つの平行電極１２から成るＤＭＳセル２２の入口１３に到達する。（約５００Ｖにおける）カーテン板１８とＤＭＳ入口１３との間に確立される電場は、発散的であり、ＤＭＳ２２の中へのより低いイオン透過をもたらす。具体的には、最初の１５本の流れのうちの２つのイオン流のみが、ＤＭＳ２２の中へ達する。残りの流れは、平行板電極１２の前面に影響を及ぼし、除去される。
図３は、５つの異なるイオンについて、２つのＤＭＳ電極１２への異なるＤＣ電位（すなわち、補償電圧）の印加の結果として、フリンジング電場を通したイオン軌道（３１、３２、３３、３４、３５）への効果のより詳細な図を示す。軌道は、非対称電場の印加による、イオンの振動性質を実証する。中間点４１の上方の３つの軌道（３１、３２、３３）は、正電荷を持つイオンを表し、正中線４１点の下方の２つの軌道（３４、３５）は、負電荷を持つイオンを表す。本図では、イオンは、カーテン板１８の開口１９を通過し、次いで、壁４０が別様にカーテン板開口１９と同一の幅であり、２つの平行板電極１２を含有するＤＭＳセル２２に進入する前に、非伝導性絶縁体の役割を果たす、領域を通過する。正ＤＣ補償電圧（ＣｏＶ）が、底部電極に印加され、これに起因するフリンジング電場が、カーテン板開口１９を通過した直後にイオンの運動に影響を及ぼす。正イオンは、底板から離れて偏向させられ、負イオンは、底板に向かって引き付けられ、ＤＭＳセル２２の進入に先立って、異なる極性のイオンの隔離をもたらす。加えて、ＤＭＳの中心軸４１の上方に位置する正イオンが、上部電極上で失われる可能性が高く、ＤＭＳの中心軸４１の下方に位置する負イオンが、底部電極上で失われる可能性が高いであろうため、フリンジング電場効果は、ＤＭＳセル２２のための受入領域を制限する。イオン軌道は、フリンジング電場の有害な効果の結果として、ＤＭＳセル２２の中へのイオンの進入に先立って損なわれている。イオン軌道３３のうちの１つは、ＤＭＳセル２２を通って横断するように回復させられることができるが、ＤＭＳセル２２に進入する際のイオンの初期位置付けは、フリンジング電場の存在により、中心から外れている。例えば、カーテン板開口１９におけるイオン流の初期位置付けが、中間点線４１の上方にあった場合、本軌道はまた、上部電極に接触することによって、不安定な経路をもたらした可能性もある。図３のモデリング結果はまた、イオンがカーテン板開口を通過した直後に非対称ＲＦ電圧による影響を受けるが、結果は、イオンへのわずかな鋸歯状運動であることを実証する。補償電圧の存在からのＤＣ電場は、ＳＶよりもはるかに有害な効果をオン軌道に及ぼす。
図４は、本教示によって具現化されるＤＭＳ装置５０構成の実施例を描写する。図２で描写される従来のデバイスと同様に、ＤＭＳデバイス５０は、イオン流５２を生成するイオン源噴霧器５１と、開口５４を含有するカーテン板５３と、ＤＭＳの分析間隙を形成する平行板電極５５とを含有する。しかしながら、ＤＭＳデバイス５０は、カーテン板５３と筐体の入口における平行板電極５５との間に位置付けられる、付加的噴射注入器電極５６を含有する。注入器電極５６は、電気的に分離された単一の伝導性噴射注入器板５８から成り、加えて、例えば、平行板電極５５に印加されている電圧が注入器電極５６に伝送されることを防止する電気絶縁材料５７によって等、平行板電極５５から隔離される。噴射電極５６は、円形、スリット形状、または任意の好適な形状であり得る、オリフィス５９を含有する。オリフィス５９は、イオン噴霧器５１から通過するイオンが、カーテン板５４の開口部、噴射電極５９のオリフィス、次いで、ＤＭＳセル６１の入口を通過するように、イオン流５２、カーテン板５３の開口部５４、およびＤＭＳセル６１の入口と略一致する。噴射電極５６は、電気絶縁材料５７を介してＤＭＳ平行電極５５から分離されることができ、ＤＭＳ電極５５に密閉して係合され、平行板電極５５から下流で、オリフィス開口部６１を通る、またはＤＭＳセルの出口から以外のガスの流入または流出を防止する。代替として、噴射電極が、噴射注入器オリフィス１９を通る以外のガスの流入を防止するように、ＤＭＳ電極に密閉して係合されたままである限り、絶縁材料５７は、静的空隙と部分的に置換されてもよい。噴射電極５６内のオリフィス５９の断面積６２は、２つの平行板電極５５の間に位置するイオン経路の断面積６３より小さい。噴射注入器電極５６は、ＤＭＳ入口の中への透過を最適化するように、ＤＭＳセルに類似するか、またはそれと異なるＤＣ電位において操作されてもよい。驚くことに、たとえ噴射電極５６内のオリフィス６２の断面積が２つの平行板電極５５の間のイオン経路の断面積６３より小さく、より多くのイオンが電極５６の表面に影響を及ぼすと予期されても、本構成は、イオンファネリングにより、より多くのイオン流をＤＭＳセルの中へ透過させることが分かっている。つまり、より多数の元のイオン分布が、ＤＭＳデバイスを通して透過された。具体的には、本実施例では、４つのイオン流がセルの中へ透過される。理論によって拘束されることを希望しないが、噴射電極における（縮小した断面による）利用可能なオリフィス透過能力の本減少によるイオンの損失は、イオンがフリンジング電場の有害な効果を受ける時間の減少をもたらす、（固定ガス流における縮小した断面積による）オリフィスを通って進行するガスおよびイオンの速度の増加によって構成されるよりも大きいと考えられる。噴射注入器ＤＭＳ構成はまた、より電極セットの中心に向かってイオンを指向して透過を向上させるために、より強い（より高い直線速度を伴う）ガス流が使用されるにつれて、ＤＭＳのイオン移動を向上させる。
さらに明確にするために、噴射注入器電極５６の断面積６２および２つの平行板電極５５の間のイオン経路の断面積６３を参照するとき、参照される面積は、噴射支援イオン注入システムの図面が提示される、図１８でより容易に視覚化されることができる。単一の噴射注入器板５８から成る噴射注入器電極５６の開口５９の断面積６２は、２つの平行板電極５５の間のイオン経路の断面積６３より小さい。両方の場合において、断面積は、イオン流７０の方向に垂直である平面的面積である。噴射注入器電極５６の開口５９の断面積６２が、略円形である一方で、イオン経路の断面積６３は、略長方形である。２つの断面積は、同一の断面形状である必要はない。噴射注入器板５８から平行板電極５５を分離するために使用される絶縁材料５７は、内部の視覚化を可能にするように切り取られている。別の実施形態が、開口５９がスリット形状であり、噴射注入器電極５６が上部注入器板６５および底部注入器板６６から形成されることを除いて、図１８で説明される実施形態に類似する図１９で説明される。これら２つの板のそれぞれは、絶縁体材料６７によって相互から分離される。このようにして、ＲＦ電場は、２つの電極を横断して生成されることができる。２つの注入器板（６５、６６）は、断面積６４を有する、スリット形状のオリフィス５９の上部および底部を形成する。上部および底部注入器板は両方とも、開口５９を形成するようにともに協働する、切り抜きを有する。スリット６４の断面積は、概して、イオン経路の断面積６３と同一の形状である。他の開口構成も利用されてもよい。
図５は、本教示の別の実施形態を描写する。我々は、噴射形成開口を横断して付加的な周期的／調和的ＲＦ／ＡＣ電場を印加することによって、イオン注入の効率が増加させられることができることを発見した。本向上は、ＲＦ電場およびガス流の重畳効果による、噴射開口の中心に向かったイオンの集束により起こる。本組み合わせは、噴射注入器電極５６から退出すると、イオンビームがより狭くなり、分析間隙の中への進入につながる、図５で描写されるようなオリフィスの入口および排出口において、イオンビームをオリフィスの中心に合流させる。
本実施形態では、噴射電極５６上に集束ＲＦ電位を印加することによって、イオン透過のさらなる向上が達成されることができるが、その他の点では図４で説明される実施形態に類似する。図５で実証されるように、さらに多数のイオンが透過された（６つの流れ）。
噴射注入器板はまた、２電極システムを形成するよう相互から絶縁される、２つの別個の電極から成ってもよい。さらに、３つまたはそれを上回る電極が利用されてもよく、２つまたはそれを上回る電極は、相互から絶縁される。
平行板電極５５から退出した後に、イオンはさらに、操作および／またはフィルタリングのために他のデバイスに輸送され、および／または検出されてもよい。いくつかの実施形態では、カーテンチャンバは、筐体の出口と略一致する出口開口と、イオンがカーテンチャンバから退出することを可能にし、次いで、そこでイオンが他のデバイス上へ渡され得る、イオン経路とを有する。そのようなデバイスの例示的実施例は、検出器、質量フィルタ、質量分析計、ラマンまたはＩＲ等の他のタイプの分光計、ならびに別のＤＭＳシステム、高電場非対称波形イオン移動度分光計、およびイオン移動度分光計デバイス等の他の移動度ベースのデバイスを含む。
図６は、標準ＤＭＳ構成および噴射注入器ＤＭＳ構成の汚染効果を比較する、実験結果を示す。それぞれの場合において、不希釈ハンク緩衝溶液を含むサンプルが、約１５時間にわたって約７５ｕＬ／分で質量分析計上に直接注入された。ハンク緩衝剤は、非常に高い塩分を有する、細胞培地であり、ガス流と相関する明確な残屑パターンをＤＭＳ電極上に残す。それぞれの場合において、これらの実験は、ＤＭＳ入口と直角に配向されたＡＢ Ｓｃｉｅｘ Ｔｕｒｂｏ ＶＴＭイオン源を用いて行われた。図６に示される２つの電極は、標準ＤＭＳセル構成（上のペイン）および噴射注入器ＤＭＳ構成（下のペイン）に由来する。第１に標準ＤＭＳセルを参照すると、残屑の大部分が、より容易な視覚化のために輪郭を描かれており、噴霧の直交性質と一致して、ＤＭＳ入口の下半分の上に位置する。本構成が、セルの長さに及ぶ層流条件を確立するために、オリフィスに密閉されたＤＭＳセルを使用すると考慮して、セルホルダ壁に近い低速領域に進入するイオンの有意な割合により、有意な信号損失が予期され得る。逆に、噴射注入器を用いると、残屑は、ＤＭＳ電極に対してほぼ中心に置かれ、ガス噴射と一致するパターンを形成する。この場合、イオンは、透過のための最適な場所で（すなわち、セルの軸上で）セルに進入する。
一連の修正されたＤＭＳホルダが、従来のＤＭＳに先立った噴射注入器電極の組み込みへの効果を評価するために利用された。小開口を伴う平板が、セラミックＤＭＳホルダの前方上にろう付けされた。ＤＭＳ電極の長さは、アーク放電効果を最小限にするために使用された従来のＤＭＳで使用された３０ｍｍと比較して、２８ｍｍであった。種々の開口サイズが、これらの実験のために０．５ｍｍ〜３．５ｍｍの０．２５ｍｍ増分で変動させられた。噴射注入器電極は、ＤＭＳ電極に印加されるＤＣ電位からイオンを保護し、ホルダの中へのその密閉により、ＤＭＳ電極の前方の中へガスビームまたは噴射を生成し、フリンジング電場の中でイオンによって費やされる時間を最小限にする。
フリンジング電場効果の一実施例は、０．５ｍｍ噴射注入器電極を伴って構成されたＤＭＳが典型的なＤＭＳシステムと比較された、図７で描写される。本図は、化合物ベンゾイルエクゴニンについて増加する分離電圧（ＳＶ）を用いて取得されたデータを実証する。透過モードで動作するＤＭＳに一致する、０のＳＶにおいて、１９３，０４３ｃｐｓにおける（図１または２で描写される）従来のＤＭＳデバイスのための信号は、修正されたシステムより約２０．４倍小さい入口断面積にもかかわらず、６８，３７７ｃｐｓにおける０．５ｍｍ噴射注入器の存在を伴って修正されたＤＭＳで観察されたものよりわずか約２．８倍大きかった。
ＳＶを増加させることにより、従来のＤＭＳ構成を用いた本化合物の２倍よりわずかに大きい信号ブーストを生じ、入口フリンジング電場で失われた信号を復元することに役立つ。逆に、噴射注入器電極を用いると、修正されたＤＭＳは、理論的に予測されるように挙動し（Ｋｒｙｌｏｖ ＥＶ．， “Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｌａｎａｒ ａｎｄ Ｃｏａｘｉａｌ Ｆｉｅｌｄ Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ （ＦＡＩＭＳ）”， Ｉｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．， ２００３， ２２５， ３９−５１．）、噴射形成電極の存在による遮蔽効果により、ＳＶの増加とともに信号の増加が見られない。これらの結果は、噴射注入器電極が、カーテン板またはＤＭＳ電極の間のＤＣオフセット（すなわち、ＣｏＶ）等のより高い電位で維持される上流レンズ要素の存在によって引き起こされるかどうかにかかわらず、有害なフリンジング電場からイオンを効率的に保護する方法を提供することができることを実証する。これは、ＤＭＳデバイスのための噴射注入器電極入口の２つの利点を実証し、すなわち、電極は、ＤＭＳ入口とより高い電位で維持される上流電極との間に生じ得るフリンジング効果からＤＭＳセルを保護することができ、ＤＭＳの前方の中へ確立される、複合遮蔽およびガスビーム／噴射は、より効率的なイオンの輸送を提供することができる。
図８は、従来のＤＭＳデバイス、および様々なオリフィスサイズの１３個の異なる噴射注入器構成を含む、１ｍｍの分析間隙幅を伴う一連の異なるＤＭＳ構成を使用して、１４個の化合物の混合物について観察された、透過モード全イオン電流（ＴＩＣ）の比較を示す。
図８を参照すると、ちょうど２，０００，０００ｃｐｓ未満の信号計数率を伴う菱形は、透過モードの従来のＤＭＳデバイスを用いて取得されたＴＩＣデータを示す。噴射注入器電極の使用により、噴射注入器電極のオリフィスサイズを０．５ｍｍから約２．２５ｍｍまで増大させることが信号に関して有益であり、透過モードについては従来のＤＭＳより約３倍の最大増大を示すことが分かる。噴射注入器電極の直径のさらなる増大は、低減した信号につながるが、３．５ｍｍの最大噴射注入器電極オリフィスを伴う透過モードＴＩＣは、噴射注入器を伴わない従来のＤＭＳデバイスより約１．６倍高い強度を示した。これらのデータは、種々の噴射注入器電極オリフィスサイズ下での混合物の各構成要素について、および従来のＤＭＳについて、測定されたＭＲＭ強度のプロットを示す、図９の混合物構成要素のそれぞれについて別個に描画されている。各化合物に関して、一連の棒グラフが表示されている。左から右へ、棒のそれぞれは、１）透過モードで動作する従来のＤＭＳ（分離電圧または補償電圧なし）、２）分離場（約１１５．５Ｔｄ）を伴って動作する従来のＤＭＳ、３）０．５ｍｍ噴射注入器電極、４）０．７５ｍｍ噴射注入器電極、５）１．０ｍｍ噴射注入器電極、６）１．２ｍｍ噴射注入器電極、７）１．５ｍｍ噴射注入器電極、８）１．７７８ｍｍ噴射注入器電極、９）２．０ｍｍ噴射注入器電極、１０）２．２５ｍｍ噴射注入器電極、１１）２．５ｍｍ噴射注入器電極、１２）２．７５ｍｍ噴射注入器電極、１３）３．０ｍｍ噴射注入器電極、１４）３．２５ｍｍ噴射注入器電極、１５）３．５ｍｍ噴射注入器電極に対応する。分離電圧は、これらの電極のうちのいずれにも印加されなかった。
噴射注入器データ点の大部分は、従来のＤＭＳシステムより多くの信号数を表示する。加えて、これは、ＤＭＳに利用される噴射注入器入口が増加したイオン透過を提供できることを実証する。
ＤＭＳピーク幅効果はまた、図１０に示されるような噴射注入器電極修正ＤＭＳデバイスを用いて評価された。１４個の化合物の混合物の平均観察ピーク幅が、種々の噴射注入器電極オリフィスサイズ構成を用いて描画されている。未修正ＤＭＳを用いた値は、ｙ軸の原点である（すなわち、１．６８Ｖ半値全幅（ＦＷＨＭ））。わずかに短いＤＭＳ電極長（２８ｍｍ対３０ｍｍ）を考慮すると、約０．２ＶのＦＷＨＭ増加が予期されるであろう。図１０に示されるように、０．５ｍｍ噴射注入器を用いた平均ＦＷＨＭは、５．３４Ｖであり、未修正デバイスに対して実質的分解能損失を実証した。ピークは、噴射注入器開口がＤＭＳ間隙の高さ（１ｍｍ）に合致するように増大させられるにつれて、さらに拡大した。本時点で、修正されたＤＭＳ応答の強度は、従来のＤＭＳの強度に近くなった。しかしながら、噴射開口直径のさらなる増大は、ＤＭＳピーク幅の狭小化につながり、おそらく、ＤＭＳの前方の中への低減したガス噴射分布、および入口スロットに実際に衝突するビームのより少ない割合により、同時に信号を増加させる。実際、噴射注入器開口は、３．５ｍｍまで増大させられ、観察されたＦＷＨＭは、電極が２ｍｍ短かったという事実にもかかわらず、未修正デバイスの期待値に非常に近かった。
図１０に存在する結果は、ＤＭＳのための噴射注入器電極入口の付加的な潜在的利点を実証する。開口のサイズを変動させることができる電極を使用することによって、付加的ガス流（スロットルガス等）または吸引／真空を提供する必要性を要求することなく、例えば、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第８，０８４，７３６号で達成されるものと同様に、有限制御が分解能と感度との間で維持されることができる。開口のサイズの変動は、例えば、異なる噴射注入器電極を物理的に置換することによって、またはアイリス絞り制御システムを使用することによって、達成されることができる。アイリス絞り流量制御システムは、カメラに入射する光の量を制御する、カメラ上のレンズ内の開口システムと概念が類似する。アイリスシステムは、概して、ガス流を妨害するように流域の中へ移動させられることができる、流路の周囲で円周方向に配列される３本またはそれを上回る指部から成る。概して、利用される指部が多いほど、増加した複雑性を犠牲にして形成される開口部がより円形になる。
図１１および１２で実証されるように、３．５ｍｍ噴射注入器デバイスを用いた観察された分解能（上のトレース）は、約１１５．５Ｔｄの分離場が印加された未修正ＤＭＳデバイスを用いて観察されたもの（下のトレース）に類似した。図１１は、噴射注入器（上のペイン）対標準ＤＭＳ（下のペイン）を用いて観察された信号利得を実証するようにｙ軸が同様に拡大縮小された、これら２つのデバイスを用いた１４個の化合物の混合物のイオノグラムの比較を示す。図１２は、類似分解能が２つの移動度セルを用いて観察されることを実証するように、データが正規化されていることを除いて、図１１と同一の情報を提示する。
範囲内で説明される修正はまた、分解能を増加させるために化学修飾剤を使用するＤＭＳシステムで利用されることもできる。図１３は、本教示による噴射注入器電極を使用した、クロミプラミンおよびレセルピンを含有する混合物の２つのイオノグラムプロットを示す。上のイオノグラムプロットが、化学修飾剤を使用することなく行われた一方で、下のイオノグラムは、１．５％イソプロパノール化学修飾剤を使用して得られ、噴射注入器電極がＤＭＳシステムで利用される化学修飾剤の有用性にほとんど影響を及ぼさないことを実証し、噴射注入器を用いたＤＭＳが化学修飾剤とともに機能することを示す。
０Ｖ〜４０００Ｖ（約１３２Ｔｄ）に及ぶ種々のＳＶ設定を用いて、多化合物混合物の透過特性を検証するように、一連の実験が行われた。図１４は、種々の分離電圧におけるミノキシジル、ベルベリン、ペルフェナジン、メチルヒスタミン、ブスピロン、プロリン、ベンゾイルエクゴニン、テルフェナジン、およびレセルピンの透過強度を示す。各分離電圧における第１の棒が、従来のＤＭＳ構成に対するものである一方で、第２の棒は、３．５ｍｍ開口噴射注入器電極を伴って修正されたＤＭＳに対するものである。噴射注入器について観察された利得は、未修正ＤＭＳと比較したとき、約１．３８倍〜２．００倍に及んだ。
教示内の使用による性能の向上はまた、高流速条件で利用されたときにも観察される。種々の化合物が、化合物のそれぞれのために７５０℃に最適化されたソース加熱器を用いて、５００ｕＬ／分の流速においてネブライザ支援型エレクトロスプレーイオン源を伴う流動注入分析（ＦＩＡ）によって分析された。熱交換器が、カーテンガス／輸送ガスの温度を約１５０℃まで上昇させるように、カーテン板に組み込まれた。データは、各構成を用いた５回の注入の平均について表１で要約される。第１に、標準未修正ＤＭＳセルおよび標準質量分析計器具を用いた透過を比較すると、化合物に応じて、４．５〜９．７倍の感度低減があった。これらの損失は、噴射注入器電極セットが代わりに使用されたときに、平均で約２倍低減させられた。
範囲内の教示は、劇的なアルファ挙動を呈する化合物とともに使用されたときに、有意な利益を有することも分かっている。極めて急勾配のアルファ曲線を伴う化合物は、ＤＭＳを通って透過するために非常に高い補償電圧値を必要とし得る。これらの化合物は、特に、大きい低電場移動度を有する場合に、入口フリンジング電場の問題を起こす傾向が最も高いであろう。これらのタイプの化合物の実施例は、イソプロパノール修飾剤の存在下で利用されるときに、プロリンおよびバリンイオンである。図１５は、同一の設定（ＳＶ＝３５００Ｖ、ＤＭＯ＝６０Ｖ、カーテンガス＝２０ｐｓｉ）で、噴射注入器ＤＭＳとともに利用された噴射注入器電極および噴射電極を利用しない標準ＤＭＳセルを用いてプロリン（上）およびバリン（下）について取得されたイオノグラムの実施例を示す。ＣｏＶ値が極めて大きい、これらの条件下で、噴射注入器電極の利益は実質的になる。
本明細書に説明される教示は、参照することによって本明細書に組み込まれる米国特許第８，０８４，７３６号で説明される、分解能を増加させる方法の代替案を提供するが、２つの方法は相互排他的ではなく、分解能を向上させるために相乗的な方法でともに使用されることができる。
トリアゾールは、従来のＤＭＳデバイスを通した不良な透過特性を有する、非常に低質量の化合物であり、これは、部分的に、本明細書に説明されるＤＭＳデバイスの入口フリンジング電場効果およびイオンによって示される比較的高い移動度特性の存在によるものであると考えられる。トリアゾールのサンプルが１０ｕＬ／分で注入され、ソース加熱器が３００℃に最適化された。図１６の上のペインは、約１．６×１０６ｃｐｓ信号強度を実証する、本化合物について標準質量分析計システムを用いて取得された注入データを示す。図１６の中央のペインは、ＤＭＳセルを伴わない標準器具と比較してほぼ２０倍の信号低減を実証する、最適化条件下で動作する従来のＤＭＳセルが装備された質量分析計システムを用いて生成されたイオノグラムを示す。図１６の下のペインは、種々の条件下で設置された噴射注入器電極を有した従来のＤＭＳセルが装備された質量分析計システムを用いて得られたイオノグラムを示す。付加的ガス流を伴わない下のペイン内のトレースは、標準的な従来のＤＭＳセルデバイスと比べて約２．４倍の向上を実証するが、依然としてＤＭＳ器具がないよりも約８倍低い感度を実証する。他の２つのトレースは、２Ｌ／分および４Ｌ／分によって増強された、デバイスを通したガス流を用いて分析された噴射注入器電極を使用して取得されたデータを示す。噴射注入器電極および４Ｌ／分増強ガス流を用いた信号強度は、標準器具の約２倍以内であった。これは、未修正ＤＭＳデバイスを使用して取得されたデータと比べて、ほぼ１０倍の利得を表す。
図１７は、５００ｕＬ／分においてＦＩＡとともにトリアゾール化合物を使用して行われた類似実験を示す。トリアゾール化合物のピーク領域は、標準質量分析計デバイスを用いて１６６，９２７カウントであった（図１７の上のペイン）。図１７の中央のペインは、ＤＭＳセルの結果として感度の約２１倍の低減を実証する、従来のＤＭＳセルの設置後の結果を示す。下のペインは、噴射注入器および種々の輸送ガス流速を用いた結果を示す。標準噴射注入器のデータは、トリアゾール化合物の信号が従来のＤＭＳセルと比較して約２倍向上した、（Ａ）トレースに示されている。（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）イオノグラムは、それぞれ、２Ｌ／分、４Ｌ／分、および６Ｌ／分によって増強された、噴射注入器を通したガス流を用いて取得されたデータを実証する。標準ＤＭＳセルにわたる信号の総利得は、最大６Ｌ／分のガス流増強を使用したときに、およそ６倍であった。
噴射注入器ＤＭＳセルおよび増強ガス流の組み合わせは、高流量において他の化合物のための利益も提供する。表２は、５００ｕＬ／分において流動注入分析のために５つの異なる化合物について取得されたデータを示す。これらの化合物は、標準５５００に対して４．５〜９．７倍の低減の範囲を実証する、前述のトリアゾール化合物よりも少ない、標準ＤＭＳセルを用いた損失を呈した。噴射注入器セルは、透過を約２倍向上させたが、噴射注入器セルを通したガス流を増強することにより、性能をさらに約２倍向上させた。噴射注入器および４Ｌ／分を用いた信号は、標準器具に対して１．３〜２．０倍の低減に及び、標準噴射注入器セルと比べた実質的向上を実証した。
多数の実施形態の範囲内の説明は、例証および説明の目的で提示されていることを理解されたい。これは、包括的ではなく、請求された発明を開示された通りの形態に限定することを意図していない。修正および変形例は、上記の説明を踏まえて可能であるか、または本発明を実践することから取得され得る。例えば、噴射注入器電極が電極である実施形態が、具体的に開示されているが、絶縁体材料が噴射注入器電極の代わりに使用されるが、依然として別様に開口を含有し、平行板電極に密閉して係合されるときに、噴射注入器性質およびイオンがフリンジング電場内で費やす時間の短縮も存在するであろうことが理解されるであろう。請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲を定義する。加えて、噴射注入器の利益はまた、ＤＭＳセルの後に低圧力領域を含まないシステムについて実現されることもできる。この場合、分析器を通して輸送ガスを引くためにセルの背後からの吸引がないであろう。逆に、噴射注入器開口に先立った領域中の圧力が、ＤＭＳセルを通して輸送ガスを流動させるように上昇させられることができる。この場合、輸送ガス流は、後方から「引かれる」よりもむしろ前方から「押される」であろう。

Claims (23)

  1. 入口および出口を有する筐体と、
    固定距離によって相互から分離される前記筐体内に配置された少なくとも２つの平行板電極であって、前記２つの電極の間の容積は、イオン経路を画定し、前記イオン経路を通ってイオンが前記入口から前記出口まで流動し、前記イオン経路は、イオン流の方向に垂直な断面積を有する、平行板電極と、
    移動度特性に基づいて選択されたイオン種を通過するための電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を前記平行板電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源と、
    前記入口を通って前記出口まで流動するガスを供給するためのドリフトガス供給と、
    前記ガスが前記入口を通って流動する以外のガスの流入または流出を防止するように前記入口に密閉して係合され、前記平行板電極から電気的に分離される少なくとも１つの入口電極板であって、前記少なくとも１つの入口電極板は、前記筐体の中へのイオンおよび前記ガスの横断を可能にするための開口を有する、少なくとも１つの入口電極板と
    を備え、
    前記開口の断面積は、前記イオン経路の断面積より小さい、微分移動度装置。
  2. 前記装置は、透過モードで動作する、請求項１に記載の微分移動度装置。
  3. 前記少なくとも１つの入口電極板は、取り外し可能である、請求項１に記載の微分移動度装置。
  4. 前記開口は、アイリス絞り内に含有され、前記入口を通したガス流を変動させるように調節可能である、請求項１に記載の微分移動度装置。
  5. 前記少なくとも１つの入口電極板は、前記平行板電極から電気的に分離され、コントローラおよび発電機は、ＲＦ集束電位および／またはＤＣ電位を印加するために前記少なくとも１つの入口電極板に接続される、請求項１に記載の微分移動度装置。
  6. 前記平行板電極から下流に位置付けられる真空源をさらに備える、請求項１に記載の微分移動度装置。
  7. 前記筐体は、カーテンチャンバを画定するカーテン板によって囲繞され、前記カーテンチャンバは、カーテンガスを前記カーテンチャンバに提供するカーテンガス供給と流体連通し、前記カーテンチャンバの中の前記カーテンガスは、前記ドリフトガス供給になり、前記カーテンチャンバは、イオンがそれを通って流動することを可能にする少なくとも１つの開口を有する、請求項１に記載の微分移動度装置。
  8. 前記開口は、円形またはスリット形状のいずれか一方である、請求項１に記載の微分移動度装置。
  9. 前記少なくとも１つの入口電極板は、２つの入口電極板を含み、前記２つの入口電極板は、前記入口に密閉して係合され、前記２つの入口電極板のそれぞれは、前記平行板電極から電気的に絶縁され、前記２つの入口電極板のそれぞれは、相互から電気的に絶縁され、前記２つの入口電極板のそれぞれは、ＲＦ集束電場を生成するためのＲＦ源およびコントローラに接続される、請求項１に記載の微分移動度装置。
  10. 微分移動度デバイスの中のイオンを分析する方法であって、前記デバイスは、電場を生成する２つの平行板電極を有し、前記方法は、
    イオンをドリフトガスに導入し、前記微分移動度デバイスの入口に向かって前記ドリフトガスを指向することと、
    前記ドリフトガスが前記微分移動度デバイスに進入するにつれて、前記ドリフトガスを加速させ、いったん前記ドリフトガスが前記微分移動度デバイスに進入すると、前記ドリフトガスを減速させることと、
    前記微分移動度デバイスを使用して、前記イオンに微分移動度分離を行うことと、
    前記イオンを検出することと
    を含み、
    前記ドリフトガスの前記加速は、前記ドリフトガスが前記微分移動度デバイスの前記入口を通って流動する以外のガスの流入または流出を防止するように前記平行板の面に密閉して係合される１つ以上の入口電極板内に画定される開口に前記ドリフトガスを通過させることを含み、前記ドリフトガスの前記減速は、前記開口から退出するときの前記ドリフトガスの膨張によって行われ、前記開口の断面は、前記微分移動度デバイスの前記入口の断面より小さい、方法。
  11. 前記ドリフトガスの前記加速はまた、前記２つの平行板電極から下流に吸引を印加することも含み、前記吸引は、真空源によって提供される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記微分移動度デバイスは、ＤＣ電圧のみで動作する、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記微分移動度デバイスは、カーテンチャンバを画定するカーテン板によって囲繞され、前記カーテンチャンバは、カーテンガスを前記カーテンチャンバに提供するカーテンガス供給と流体連通し、前記カーテンガスは、前記微分移動度デバイスに流入する前記ドリフトガスになり、前記カーテン板は、イオンがそれを通って流動することを可能にする少なくとも１つの開口を有する、請求項１０に記載の方法。
  14. ＲＦ集束電位は、前記イオンの集束のために前記１つ以上の入口電極板に印加される、請求項１０に記載の方法。
  15. イオンを生成するためのイオン化源と、
    少なくとも１つのカーテン板によって画定されるカーテンチャンバであって、前記カーテン板は、カーテン板開口を含有し、前記カーテン板開口を通って前記イオンが流動する、カーテンチャンバと、
    前記カーテンチャンバと流体連通しているカーテンガス供給と、
    前記カーテンチャンバ内に配置される筐体であって、前記筐体は、開口部および出口を有し、前記開口部と出口との間の容積は、イオン経路を画定し、前記イオン経路は、前記カーテン板開口と略一致し、前記開口部は、前記カーテンチャンバと流体連通し、前記カーテンガス供給は、前記開口部から前記出口まで流動するガスを供給する、筐体と、
    前記筐体内に配置され、反対に配向され、前記イオン経路の両側で固定距離によって相互から分離される少なくとも２つの平行板電極と、
    移動度特性に基づいてイオンの選択された部分を通過するための電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を前記平行板電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源およびコントローラと、
    前記ガスが前記開口部から前記出口まで流動する以外のガスの流入または流出を防止するように前記開口部に密閉して係合され、前記平行板電極から電気的に分離される少なくとも１つの入口電極板であって、前記少なくとも１つの入口電極板は、前記筐体の中へのイオンおよび前記ガスの横断を可能にするための開口を有する、少なくとも１つの入口電極板と
    を備え、
    前記開口の断面積は、前記イオン経路の断面積より小さい、微分移動度フィルタ装置システム。
  16. 前記入口電極板は、アイリス絞りを備え、前記アイリス絞りは、前記開口を画定し、前記開口部を通したガス流を変動させるように調節可能である、請求項１５に記載の微分移動度装置。
  17. 前記イオン経路の前記断面積は、前記平行板電極の間の距離×前記平行板電極の幅として定義される、請求項１５に記載の装置。
  18. 前記装置は、ＤＣ電圧のみで動作する、請求項１５に記載の装置。
  19. ＲＦコントローラおよび発電機は、ＲＦ集束電位を印加するために前記入口電極板に接続される、請求項１５に記載の装置。
  20. 前記２つの平行板電極から下流に接続される真空源であって、前記筐体の中へのおよび前記筐体を通したカーテンガス流を加速させるための真空源をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
  21. 前記出口に動作可能に連結される付加的デバイスをさらに備え、前記付加的デバイスは、質量分析計、ラマン分光計、微分移動度分光計、高電場非対称波形イオン移動度分光計、およびイオン移動度分光計デバイスから選択される、請求項１に記載の装置。
  22. 前記少なくとも１つの入口電極板は、２つの入口電極板を含み、前記２つの入口電極板は、前記入口に密閉して係合され、前記２つの入口電極板は、相互から電気的に絶縁され、前記入口電極板のうちの第１の入口電極板は、第１の切り抜き部分を画定し、前記入口電極板のうちの第２の入口電極板は、第２の切り抜き部分を画定し、前記第１および第２の切り抜き部分は、前記開口を形成するように協働する、請求項１に記載の装置。
  23. ＲＦ集束電位は、前記第１の入口電極板から前記第２の入口電極板まで印加される、請求項２２に記載の装置。
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