JP7141337B2 - 効果的間隙濾過および大気圧rf加熱のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
本願は、米国仮特許出願第62/317,538号(2016年4月2日出願)の利益を主張し、上記出願の内容は、その全体が参照により本明細書に引用される。
本明細書の教示は、高電場非対称波形イオン移動度分光測定(FAIMS)または微分移動度分光測定(DMS)に関する。より具体的には、本明細書の教示は、大気圧において質量分光測定システムから汚染イオンを除去するために、高電場対称波形を用いてFAIMSまたはDMSデバイスを動作させるためのシステムおよび方法に関する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
前記第1の電極に電気的に接続され、第1の対称波形を生じさせるように構成されている第1の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
(項目2)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目1に記載の装置。
(項目3)
前記第2の電極に電気的に接続され、第2の対称波形を生じさせるように構成されている第2の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目1に記載の装置。
(項目4)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目3に記載の装置。
(項目5)
高移動度イオンを濾過する方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
(項目6)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目5に記載の方法。
(項目7)
第2の対称波形を前記第2の電極に印加することをさらに含み、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目5に記載の方法。
(項目8)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目7に記載の方法。
(項目9)
イオンを断片化するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
前記第1の電極に電気的に接続され、第1の対称波形を生じさせるように構成されている第1の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
(項目10)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記密度正規化電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目9に記載の装置。
(項目11)
前記第2の電極に電気的に接続され、第2の対称波形を生じさせるように構成されている第2の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目9に記載の装置。
(項目12)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目11に記載の装置。
(項目13)
イオンを断片化する方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
(項目14)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目13に記載の方法。
(項目15)
第2の対称波形を前記第2の電極に印加することをさらに含み、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目13に記載の方法。
(項目16)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目15に記載の方法。
(項目17)
高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第1の対称波形を生じさせる高電圧第1波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第2の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第2波形発生器であって、前記第2の波形の周波数は、前記第1の波形の周波数の高調波である、高電圧第2波形発生器と、
前記波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第1の波形発生器と前記第1の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第2の波形発生器と前記第2の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第1の波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2の波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記第1の波形および第2の波形の印加からもたらされる前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第1の波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2の波形発生器を前記第2の電極から電気的に切断し、前記第1の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。
(項目18)
前記第1の波形の振幅は、10Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目17に記載の装置。
(項目19)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目17に記載の装置。
(項目20)
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第1の波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2の波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第1の波形および前記第2の波形が前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節し、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記第1の波形の振幅および周波数ならびに前記第2の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目17に記載の装置。
(項目21)
前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅、および前記第2の波形の振幅は、10Tdより大きい密度正規化電場強度E/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目20に記載の装置。
(項目22)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅、および前記第2の波形の振幅は、10Tdより大きい密度正規化電場強度E/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目20に記載の装置。
(項目23)
高移動度イオンを濾過するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第2の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第2の波形の周波数は、前記第1の波形の周波数の高調波であり、前記第1の波形の振幅と前記第2の波形の振幅との比率および前記第1の波形と前記第2の波形との間の相対的位相差は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記第2の対称波形は、前記第2の電極から除去され、前記第1の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。
(項目24)
前記第1の波形の振幅は、10Tdより大きい最大密度正規化電場強度E/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目23に記載の方法。
(項目25)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目23に記載の方法。
(項目26)
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第3の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第1の波形および前記第3の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目23に記載の方法。
(項目27)
前記一定の間隙高さ、前記第1の波形の振幅、および前記第3の波形の振幅は、10Tdより大きい密度正規化電場強度E/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、項目26に記載の方法。
(項目29)
イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第1の対称波形を生じさせる高電圧第1波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第2の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第2波形発生器であって、前記第2の波形の周波数は、前記第1の波形の周波数の高調波である、高電圧第2波形発生器と、
前記波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第1の波形発生器と前記第1の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第2の波形発生器と前記第2の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第1の波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2の波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記第1の波形および第2の波形の印加からもたらされる前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第1の波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2の波形発生器を前記第2の電極から電気的に切断し、前記第1の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。
(項目30)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目29に記載の装置。
(項目31)
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第1の波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2の波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第1の波形および前記第2の波形が、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節し、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目29に記載の装置。
(項目32)
前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目31に記載の装置。
(項目33)
イオンを断片化するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第2の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第2の波形の周波数は、前記第1の波形の周波数の高調波であり、前記第1の波形の振幅と前記第2の波形の振幅との比率および前記第1の波形と前記第2の波形との間の相対的位相差は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記第2の対称波形は、前記第2の電極から除去され、前記第1の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。
(項目34)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目33に記載の方法。
(項目35)
高電場対称波形イオン断片化のために、第3の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第1の波形および第3の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記電場波形は、前記電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記電場波形の半周期であり、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目33に記載の方法。
(項目36)
前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きいE/Nを伴う前記電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、項目35に記載の方法。
図1は、本教示の実施形態が実装され得る、コンピュータシステム100を図示するブロック図である。コンピュータシステム100は、情報を通信するためのバス102または他の通信機構と、情報を処理するためにバス102と結合されるプロセッサ104とを含む。コンピュータシステム100はまた、プロセッサ104によって実行されるべき命令を記憶するために、バス102に結合されるランダムアクセスメモリ(RAM)または他の動的記憶デバイスであり得る、メモリ106を含む。メモリ106はまた、プロセッサ104によって実行されるべき命令の実行中、一時的変数または他の中間情報を記憶するために使用され得る。コンピュータシステム100はさらに、プロセッサ104のための静的情報および命令を記憶するために、バス102に結合される読み取り専用メモリ(ROM)108または他の静的記憶デバイスを含む。磁気ディスクまたは光ディスク等の記憶デバイス110が、情報および命令を記憶するために提供され、バス102に結合される。
上で説明されるように、質量分析計の性能に影響を及ぼし得る器具汚染が、ますます懸念されている。汚染は、高移動度イオンおよび低移動度イオンの両方によって引き起こされ得る。高移動度汚染物質イオンは、従来の高周波数および高電圧FAIMSまたはDMSデバイスを使用して除去されている。高移動度汚染物質イオンはまた、低周波数および低電圧デバイスを使用して除去されている。
種々の実施形態では、従来のFAIMSデバイスが、イオン汚染物質濾過のために有用である2つの性質を有することが、観察される。第1の性質は、電場の強度に基づいて、イオンをデクラスタリングおよび/または断片化する能力である。第2の性質は、周波数依存性有効間隙に基づいて、デバイスを通してイオンを透過する能力である。
イオンが強力な電場の影響下でガス状媒体中を移動するとき、その運動エネルギーは、増加し、これは、増加させられたイオン温度につながる。イオン加熱の程度は、バルクガス分子
FAIMSシステムは、典型的には、離間される2つの平行電極を伴う、質量分析計の真空入口にシールされる移動度セルを含み得る。シール設計アプローチは、輸送ガス流を提供し、これは、移動度セルを通してイオンおよび荷電粒子を搬送する。非対称波形電場の影響下で、イオンは、イオンの高電場移動度と低電場移動度との間の差異に基づいて、移動度セル内で分離され得る。標的イオン種が、それらが質量分析計に向かって掃引される際に標的イオンを濾過するために、補償電圧(CoV)と呼ばれる直流(DC)電圧および分離電圧(SV)と呼ばれる非対称波形交流(AC)電圧の具体的組み合わせを2つの板間に印加することによって選択され得る。異なるイオンに関するCoV値の範囲は広く変動し得るので、単一のCoV値を伴う全てのイオンを透過することは、可能ではない。有効間隙という用語は、移動度セル間隙高さ(板間の間隔)と非対称波形に起因するイオンの半径方向発振の半径方向変位との差異を説明するために、FAIMSにおいて以前から使用されている。
従来から構成されるように、FAIMSデバイスは、イオン汚染物質濾過のために有用である2つの性質を有するが、それらは、このタスクのためにあまり好適ではない。上で説明されるように、これらのデバイスの正常な適用は、分析物イオン移動度のユーザ知識に依存する。加えて、従来のFAIMSデバイスにおける断片化は、問題となり得る。FAIMSセル内のイオン断片ならびに前駆体イオンおよび生成イオンが異なる最適なCoV値を有するとき、これは、CoVランプデータの不連続につながるので、これは、問題となり得る。加えて、集団全体ではなく、正しく最適化されたCoVを有するイオン集団の非常にわずかな部分のみが、透過されるであろう。
上で説明されるように、Menlyadiev、他の低周波数および低電圧平面LMPFはまた、FAIMS移動度セルと類似する構造の電極を横断して対称波形を印加した。しかしながら、Menlyadiev、他は、高周波数および高電圧を伴う対称波形から遠ざかるように明示的に教示した。
図5は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置の概略図500である。装置は、第1の電極510と、第2の電極520と、第1の高電圧波形発生器515とを含む。第1の電極510および第2の電極520は、例えば、平行ストリップ電極、平行板電極、同心円筒、球形、または他の形状湾曲要素等であり得る。全てのこれらの異なる可能性として考えられる構成に共通するものは、第2の電極520である。第2の電極520は、第1の電極510と第2の電極520との間に一定の間隙距離(高さ)dを提供するために、第1の電極と並列に配置される。加えて、分析間隙に沿って指向される層状ガスフローストリームが存在し、本フローストリームは、分析間隙に沿って全てのイオン種を牽引するために使用される。間隙内のガス圧力は、周囲圧力に近接し得る、または用途に応じて、これは、例えば、大気圧よりも低い、または高くあり得る。
図7は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去する方法を示すフローチャート700である。
図5に再び目を向けると、図5の高電場対称波形装置はまた、イオンを断片化するために使用されることができる。断片化に関して、第1の高電圧波形発生器515の第1の対称波形は、第1の電極510と第2の電極520との間の間隙内に、より高い最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせるように構成される。具体的には、第1の対称波形の振幅は、間隙内のイオンを断片化するために、100Tdより大きいE/Nを伴う電場波形を間隙内に生じさせるように構成される。加えて、第1の対称波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離yがd/2を下回るように、Eおよびtを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され得、したがって、間隙内の各イオン種は、その移動度係数K(E)に対応する、異なる発振振幅を用いて間隙を通して透過される。上で説明されるように、距離yは、イオン530が、電場波形の半分の間に間隙の中心から方向532に半径方向に変位される距離であり、y=K(E)×E×tによって与えられ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、電場波形の半周期である。代替として、第1の対称波形の振幅および周波数は、最も高い移動度のイオン種を除去するように構成され得る。
図8は、種々の実施形態による、イオンを断片化し、断片イオンを透過する方法を示すフローチャート800である。
米国特許第7,838,822号(以降では「第’822号特許」)は、それぞれ、対称正弦波形を生じさせる2つの高電圧波形発生器が、2つの電極間の間隙内に非対称電場波形を生じさせるために使用されるFAIMSデバイスを対象とする。図9は、第’822号特許のFAIMSデバイスの概略図である。
図10は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するための高電場対称波形装置に切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置の概略図1000である。装置は、第1の電極1010と、第2の電極1020と、第1の高電圧波形発生器1015と、第2の高電圧波形発生器1025と、位相調節回路1040と、スイッチング回路1050とを含む。第1の電極1010および第2の電極1020は、例えば、平行ストリップ電極、平行板電極、同心円筒、湾曲要素等であり得る。第2の電極1020は、第1の電極1010と第2の電極1020との間に一定の間隙距離dを提供するために、第1の電極と並列に配置される。第1の電極1010と第2の電極1020との間の間隙は、例えば、大気圧にある、低減された圧力にある、または大気圧よりも高くあり得る。
図11は、種々の実施形態による、高移動度イオンを除去するために切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための方法を示すフローチャート1100である。
図10に再び目を向けると、図10の微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置はまた、種々の実施形態に従って、イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能であり得る。断片化に関して、スイッチング回路1050はまた、第1の波形発生器1015を第1の電極1010に電気的に接続し、第2の波形発生器1025を第2の電極1020から電気的に切断する。しかしながら、第1の波形は、第1の電極1010と第2の電極1020との間の間隙内に、より高い最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせる。具体的には、第1の波形の振幅は、100Tdより大きいE/Nを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内のイオンを断片化するように構成される。加えて、一定の間隙距離ならびに第1の波形の振幅および周波数は、間隙内のイオン毎の距離yがd/2を下回るように、Eおよびtを伴う電場波形を生じさせることによって、間隙内の全てのイオンを透過するように構成され、したがって、間隙内の各イオンは、間隙を通して透過される。
図12は、種々の実施形態による、イオンを断片化することに切り替え可能である、微分イオン移動度分光測定のための方法を示すフローチャート1200である。
図10の装置は、高移動度イオンを濾過するために使用された。間隙高さdは、265μmであった。第1の波形発生器1015は、3MHzの第1の対称波形を第1の電極1010に印加し、第2の波形発生器1025は、6MHzの第2の対称波形を第2の電極1020に印加した。
図10の装置も同様に、分析間隙内のイオンを断片化するために使用された。再び、間隙高さdは、265μmであった。高電場対称波形イオン断片化のために、図10のスイッチング回路1050は、6MHzの周波数を伴う1つの正弦波形のみを電極1010および1020のうちの1つに印加するために使用された。
Claims (36)
- 高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
前記第1の電極に電気的に接続され、第1の対称波形を生じさせるように構成されている第1の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の電極に電気的に接続され、第2の対称波形を生じさせるように構成されている第2の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項3に記載の装置。
- 高移動度イオンを濾過する方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項5に記載の方法。
- 第2の対称波形を前記第2の電極に印加することをさらに含み、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項5に記載の方法。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項7に記載の方法。
- イオンを断片化するための高電場対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
前記第1の電極に電気的に接続され、第1の対称波形を生じさせるように構成されている第1の高電圧波形発生器と
を備え、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項9に記載の装置。
- 前記第2の電極に電気的に接続され、第2の対称波形を生じさせるように構成されている第2の高電圧波形発生器をさらに備え、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項9に記載の装置。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項11に記載の装置。
- イオンを断片化する方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項13に記載の方法。
- 第2の対称波形を前記第2の電極に印加することをさらに含み、
前記第1の対称波形および前記第2の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、
前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、
前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項13に記載の方法。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項15に記載の方法。
- 高移動度イオンを濾過するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第1の対称波形を生じさせる高電圧第1波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第2の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第2波形発生器であって、前記第2の対称波形の周波数は、前記第1の対称波形の周波数の高調波である、高電圧第2波形発生器と、
前記第1波形発生器および前記第2波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第1波形発生器と前記第1の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第2波形発生器と前記第2の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第1波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記第1の対称波形および第2の対称波形の印加からもたらされる前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第1波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2波形発生器を前記第2の電極から電気的に切断し、前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、装置。 - 前記第1の対称波形の振幅は、10Tdより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記スイッチング回路は、前記第1波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第1の対称波形および前記第2の対称波形が前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記第1波形発生器および前記第2波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節し、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記第1の対称波形の振幅および周波数ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅、および前記第2の対称波形の振幅は、10Tdより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項20に記載の装置。
- 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅、および前記第2の対称波形の振幅は、10Tdより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項20に記載の装置。
- 高移動度イオンを濾過するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第2の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第2の対称波形の周波数は、前記第1の対称波形の周波数の高調波であり、前記第1の対称波形の振幅と前記第2の対称波形の振幅との比率および前記第1の対称波形と前記第2の対称波形との間の相対的位相差は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、前記第2の対称波形は、前記第2の電極から除去され、前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に10Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、方法。 - 前記第1の対称波形の振幅は、10Tdより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項23に記載の方法。
- 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項23に記載の方法。
- 高移動度イオンの高電場対称波形濾過のために、第3の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第1の対称波形および前記第3の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、10Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項23に記載の方法。
- 前記一定の間隙高さ、前記第1の対称波形の振幅、および前記第3の波形の振幅は、10Tdより大きい前記最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う前記対称電場を生じさせるように構成されている、請求項26に記載の方法。
- 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、高移動度イオンを濾過するように構成されている、請求項26に記載の方法。
- イオンを断片化するための高電場対称波形装置に切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための高電場非対称波形装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第2の電極であって、前記第2の電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に配置されている、第2の電極と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第1の対称波形を生じさせる高電圧第1波形発生器と、
調節可能または固定周波数において、かつ調節可能振幅において第2の対称波形を電気的に生じさせる高電圧第2波形発生器であって、前記第2の対称波形の周波数は、前記第1の対称波形の周波数の高調波である、高電圧第2波形発生器と、
前記第1波形発生器および前記第2波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節するように構成されている位相調節回路と、
前記第1波形発生器と前記第1の電極とを電気的に接続または切断することと、前記第2波形発生器と前記第2の電極とを電気的に接続または切断することとを行うように構成可能であるスイッチング回路と
を備え、
微分イオン移動度分光測定のために、前記スイッチング回路は、前記第1波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記第1の対称波形および第2の対称波形の印加からもたらされる前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に生成される電場波形は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第1波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2波形発生器を前記第2の電極から電気的に切断し、前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、装置。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項29に記載の装置。
- 高電場対称波形イオン断片化のために、前記スイッチング回路は、前記第1波形発生器を前記第1の電極に電気的に接続し、かつ前記第2波形発生器を前記第2の電極に電気的に接続し、前記位相調節回路は、前記第1の対称波形および前記第2の対称波形が、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせるように、前記第1波形発生器および前記第2波形発生器のうちの少なくとも1つの位相を調節し、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項29に記載の装置。
- 前記間隙内の圧力を増加または減少させるための圧送デバイスをさらに備え、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第2の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項31に記載の装置。
- イオンを断片化するように切り替え可能である微分イオン移動度分光測定のための方法であって、前記方法は、
第1の電極と第2の電極との間に一定の間隙距離dを提供するために前記第1の電極と並列に前記第2の電極を配置することと、
第1の対称波形を前記第1の電極に印加することと
を含み、
微分イオン移動度分光測定のために、第2の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第2の対称波形の周波数は、前記第1の対称波形の周波数の高調波であり、前記第1の対称波形の振幅と前記第2の対称波形の振幅との比率および前記第1の対称波形と前記第2の対称波形との間の相対的位相差は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電場を提供するように構成され、前記電場は、非対称であり、ゼロに実質的に等しい時間平均値を有し、
高電場対称波形イオン断片化のために、前記第2の対称波形は、前記第2の電極から除去され、前記第1の対称波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に100Tdより大きい最大密度正規化電場エネルギーE/Nを伴う対称電場波形を生じさせ、密度正規化電場エネルギーは、電場強度Eをガス数密度Nで除算したものであり、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、方法。 - 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、ならびに前記第1の対称波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項33に記載の方法。
- 高電場対称波形イオン断片化のために、第3の対称波形が、前記第2の電極に印加され、前記第1の対称波形および第3の波形は、前記第1の電極と前記第2の電極との間の前記間隙内に最大電場強度Eを伴う対称電場波形を生じさせ、前記対称電場波形は、前記対称電場波形の半分の間に前記間隙の中心から距離y=K(E)×E×tだけイオンを半径方向に変位させ、式中、K(E)は、移動度係数であり、tは、前記対称電場波形の半周期であり、前記対称電場波形は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴って生じさせられて、前記間隙内のイオンのK(E)をE/Nの関数にし、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項33に記載の方法。
- 前記間隙内の圧力を増加または減少させることをさらに含み、前記圧力、前記一定の間隙距離、前記第1の対称波形の振幅および周波数、ならびに前記第3の波形の振幅および周波数は、100Tdより大きい前記最大E/Nを伴う前記対称電場波形を生じさせることによって、前記間隙内のイオンを断片化するように構成されている、請求項35に記載の方法。
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