KR20140056175A - Faims 셀이 삽입된 이온 이동성 분광 측정기 장치 - Google Patents

Abstract

가변 주파수 펄스 이온화 소스와 두 개의 분리 기술, 로우 (IMS) 그리고 하이 (FAIMS) 필드 이동을 사용하는 텐덤(tandem) 장비가 제공된다. 분석 단계는 IMS 드리프트 튜브(1012) 내 축에 포함 된 필드 구동 FAIMS 셀(1020)을 특징으로 한다. FAIMS 셀은 IMS 링과 거의 같은 직경의 두 개의 병렬 그리드를 포함하고 드리프트 관을 따라 어디든지 위치할 수 있으며, 동일한 IMS 필드를 만들 기 위해 전압 분배기 래더(ladder)내 이들의 위치에 따라 그 방향이 정해 질 수 있다. 격자 사이의 간격은 드리프트 필드에 추가하여 이온이 FAIMS의 비대칭 분산 필드의 영향을 받는 분석 갭(gap)을 구성한다. 비대칭 파형의 높고 낮은 전압 동안 수행된 진동 운동은 이들의 이동성 차이에 따라 이온들을 분리시킨다. 이러한 로우 (IMS) 그리고 하이 (FAIMS) 필드 이동 기술과 같은 결합 직교 기술을 사용하여, 저렴한 비용, 진공이 불필요, 향상된 검출 및 식별을 위한 2-D 스펙트럼의 생성을 포함하는 이온 검출 및 분석 기술에 여러 장점을 제공한다. 두 가지 분석 장치는 각기 다른 모드로 동작할 수 있으며, 이는 결국 하이픈 장비를 응용 프로그램의 요구 사항에 적용시킴에 의해 전체 유연성을 가져온다. IMS-FAIMS 하드웨어 수준의 유연성으로, 장비가 구성되고 최적화되어 다양한 표적 화합물에 대하여 다양한 검출 시나리오에 적합한 여러 다른 절충(trade-off)을 이용하도록 한다.

Description

FAIMS 셀이 삽입된 이온 이동성 분광 측정기 장치{ION MOBILITY SPECTROMETER DEVICE WITH EMBEDDED FAIMS CELLS}

본 발명은 화학 분석에 대한 것이며, 특히 이온 이동성 분광 측정기에 대한 것이다.

전장 적용(필드 애플리케이션)에서, 화학 분석 장비는 실내 또는 실외 환경에 관계없이 여러 복잡한 혼합물에 직면할 수 있다. 이러한 혼합물은 분해 한계로 인해 분석 장비에 의해 관심 대상이 되는 화학 화합물 특징과 동일하거나 분해되지 않은 특징을 생성하는 분자 간섭의 존재로 인해 장비가 오염되고 혼란을 일으키도록 한다. 간섭 물질은 또한 관심 대상 화합물의 검출 한계에 영향을 미침에 의해 그 존재를 나타낼 수 있다. 다단 분석법 따라서 화학적 노이즈 감소 및 결정적인 검출 및 식별에 충분한 분리를 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 이 같은 다단 분석은 MSⁿ 기기에서 질량 분석법(MS)과 같은 단일 분리 기술 또는 다른 분리 기술의 조합 중 하나를 포함할 수 있다. 텐덤(tandem)으로 동작할 수 있다 하더라도, 다차원 스펙트럼을 생성함에 의해 동일한 분자의 다른 특성을 측정하고 따라서 검출 및 검출의 정확도의 확률을 증가시키기 때문에 이들은 직교 기술이라 불린다. 전장 기기의 경우, 이러한 기술들은, 따라서 속도와 민감도를 희생하지 않고도 전체적인 선택도를 향상시키는 상보적 정보를 생성하기 위해 물리적으로 그리고 동작할 수 있도록 통합될 수 있다.

추적 폭발물 탐지의 영역에서, 이온 이동성 분광 측정기는 일반적으로 공항에서 승객의 체크 포인트에서 사용할 수 있다. 이 기술은 승객 피부, 의복과 위협을 신호하는 직원 항목에 대한 충분한 화약 잔류물(입자 및/또는 증기)의 가용성에 의존한다. 이들의 높은 점착 계수로 인해 폭탄 처리 과정 중에 폭발물 입자에 의한 오염을 피하는 것이 어렵다는 것을 전제로 한다. 따라서 동일한 높은 점착 계수는 매우 낮은 증기 압력을 발생시키며 따라서 이들의 검출이 어렵다. 증기 및/또는 입자 샘플의 습득은 짐이나 사람의 "의심"표면을 강습하거나, 또는 포털의 경우 및/또는 사람의 의복, 피부, 신발 등에서 떨어지는 입자를 분리하기 위한 압축 공기의 펄스를 보냄에 의해 달성된다. 이들 모두의 경우 샘플이 이온 이동성 분광 측정기(IMS) 내에 안내된다.

이온 이동성 분광 측정기는 분석 드리프트 가스 챔버를 통해 이온을 몰아 들이고 이들의 드리프트 속도에 따라 이들 이온을 분리하기 위해 상대적으로 낮은 전계를 이용한다. IMS에서, 이온 드리프트 속도 필드 낮은 전기장(약 200V/cm)에서 전장의 세기에 비례하며, 따라서, 이온의 이동도(K)는 가해진 전장과는 무관하다. IMS에서 분석물 및 배경 분자 모두는 전형적으로 방사성 α 또는 β 방사체를 사용하여 이온화되며 이온들이 일정한 낮은 전기장(300 V/cm 이하)을 갖는 드리프트 튜브 내에 주입되며 이들 이온들이 이들 속도 따라서 이들의 이동도를 기반으로 하여 분리된다. 상기 이동도는 반대 방향으로 흐르는 드리프트 가스 분자와 이온 충돌에 의해 지배된다. 이온-분자 충돌 단면은 크기, 형상, 전하, 및 드리프트 가스 분자의 질량에 대비 이온의 질량에 의존한다. 결과로 얻어진 크로마토그램을 공지된 패턴들의 라이브러리와 비교하여 수집된 물질을 식별하도록 한다. 상기 충돌 단면(크로스 섹션)이 하나 이상의 이온 특성에 의존하기 때문에, 피크 식별이 고유하지 않다. IMS 시스템은 표적 분자의 이차 이하 특정 속성-이온화 분자가 전기장 하에서 점착성 가스로 채워진 튜브를 통해 흐르는데 걸리는 시간 -을 측정하며, 그리고 분자의 식별은 충돌 세기 대 시간 스펙트럼으로부터 추정된다. 각기 다른 분자가 유사한 드리프트 시간을 가질 수 있기 때문에, IMS는 본질적으로 제한된 화학적 특이성을 가지며, 따라서 분자 간섭에 취약하다.

하이 필드(전기장) 비대칭 파형 이온의 이동성 분광 측정기(FAIMS)는 Buryakov, I. A.; Krylov, E. V.; Nazarov, E. G.; Rasulev, U. K., 질량 분석 및 이온 처리에 대한 인터내셔널 저널 1993(International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes 1993), 128 (3), pp. 143-148에서 상세히 설명되고 본원 명세서에서 참고로 원용되는 바와 같이, 이온을 분리시키고 검출하기 위해 대기압에서 동작할 수 있는 주목받고 있는 검출 기술이다. FAIMS는 높고 낮은 전장에서 이온의 이동도 차이를 이용하여 이온을 분리시킨다. 기존의 이온 이동에 비해 FAIMS이 훨씬 더 높은 전장에서 동작(약 ~10,000V/cm)에서 동작하며, 이온의 이동도는 적용 전장에 따라 정해지게 되고 K_h, 비-상수 높은 전장 이동도에의해 더욱 잘 표시된다. 낮은 전장 K로부터, K_h의 변화 그리고 그 같은 변화의 화합물-종속은 FAIMS의 분리 능력에 도움이 된다. FAIMS는 관심 대상 이온을 전달하고 다른 이온들을 필터하기 위해 교류 전류(AC) 그리고 직류전류(DC) 전압 조합을 이용하며, 따라서 특이성을 개선하고, 화학적 노이즈를 감소시키도록 한다. FAIMS는 동일한 낮은 전장 이동도를 갖는 두 개의 다른 화합물이 종종 높은 전장 환경에서 구별될 수 있기 때문에 오류의 포지티브를 감소시킬 수 있다.

이온은 높은(K_h) 그리고 낮은(K) 전장에서 이들의 이동도 차이에 의해 FAIMS에서 분리된다. 일정한 가스 수의 밀도, N에서, 높은 전장에서, 이온의 이동도 비선형 의존성이 다음 식으로 설명될 수 있다.

(1)

여기서 K₀는 제로 전장에서 이온의 이동도 이고, α 및 β는 특히 드리프트 가스 내의 높은 전기장에서의 이온의 이동도 의존성을 설명한다. 식 (1)은 무한 시리즈이지만, 실제 전장 세기에서 4차 이상의 항은 의미가 없다. FAIMS 셀은 일반적으로 두 개의 평행 전극을 구성되며, 하나는 접지에 연결되고 다른 하나는 이에 적용된 비대칭 파형을 갖는다. 식 2에서 V(t)에 의해 설명된 일반적으로 사용되는 비대칭 파형은, 짧은 시간(t₁) 동안 지속 되는 높은-전압 성분(V₁ 또는 분산 전압[DV]이라 함) 그리고 반대 극성을 가지며 상대적으로 오래 지속되는(t₂) 낮은 전압 성분을 포함한다. 오늘날까지 대부분의 FAIMS 작업은 식 2에서 설명되는 바와 같이. 사인파와 동 주파수에서 두 번 제1 고조파를 사용하며, 이 식에서 ω는 주파수(라디안/초)이다.

(2)

상기 파형은 식 3에서 설명되는 바와 같이, 전극으로 가해진 전압-시간 프로덕트가 제로 이도록 구성된다.

(3)

높은 전기장에서, 이 같은 파형의 적용은 이온 전극 중 하나를 향해 네트 드리프트를 경험하게 한다. 전극들 사이를 통과하는 이온들은 변위를 경험하는 데, 이는 고전압 성분(K_h) 중에 이온의 이동도가 저전압 성분에서의 이온 이동도(K)와 다르기 때문이다. 다시 말해서, 이온은 고 전압 부분 중에서는 저전압 부분 중에서와는 다른 거리를 이동할 것이다. 이 같은 이온은 전극 중 하나를 향해 계속 이동할 것이며 DC 보상 전압(CV)이 그와 같은 드리프트를 상쇄하기 위해 인가되지 않는다면 뒤이어 상실될 것이다. 이온 K_{h /}K 비율이 다르면 서로 다른 이온의 드리프트를 상쇄하기 위해 필요한 CV 값이 다를 것이다. 따라서, 화합물의 혼합물은 CV를 스캔함에 의해 성공적으로 분리될 수 있으며, 각 화합물이 그 특징적인 CV에서 이송되도록 하고, CV 스펙트럼을 생성시킨다.

더욱 높은 전기장이 FAIMS 전극에 인가되면, 이온은 이온 이동도에 있어서 세 가지의 변화를 가질 수 있다. A 타입 이온의 이동도는 전장의 세기를 증가시키면 증가하며, C 타입 이온의 이동도는 감소하고, B 타입 이온 이동도는 더욱 높은 전장에서 감소하기 전에 초기에는 증가한다. 가장 낮은 질량 이온(<m/z 300)은 A 타입 이온이고, 반면 가장 높은 질량 이온은 C 타입 이온이다.

독립형 사용과 관련하여, FAIMS 장치는 질량 분석기(MS) 장치 및/또는 드리프트 튜브 IMS 장치로 분석하기 전에 이온들을 필터링하도록 사용되며, "Platform for Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry with Ion Propulsion Modes Employing Gas Flow and Electric Field,"라는 명칭으로 2010.8.19. 공보 공개되고, Tang 등이 출원한 미국 특허 공개 제2010/0207022 A1를 참고로 하며, 본원 명세서에서 참고로 원용한다. Tang 등은 IMS 또는 MS 장치와 같은, 후속 장치에 결합된 FAIMS 장치를 사용하여 여러 장치 기기 단계들을 주로 설명하며, FAIMS 장치는 빠르게 스위치 온/오프되어서 다른 단계(들)을 사용하여 더 민감한 분석을 가능하게 한다. Tang 등의 출원 명세서 문단 [0010]은 그와 같은 다수 장치 기기 단계에서 다른 단계(들)가 FAIMS 장치에 앞서 위치하는 것이 가능함을 제안하였다; 그러나 Tang 등의 이 같은 설명은 다른 단계(들)를 사용하여 더 민감한 분석을 가능하기 위해 하이브리드 플랫폼에서 FAIMS 분리에 대한 효과적이고, 신속하며 편리한 스위치 오프를 위한 방법을 제공하기 위한 목적을 지향한다는 것에 관한 것이다.

따라서, 다양한 검출 시나리오를 처리하기 위한 유연한 작업에 제공하는 시스템을 제공하고, 개선된 화학 검출 및 식별 능력을 제공하는 시스템을 제공하는 것이 ㅂK한다.바람직하다.

본원 명세서에서 설명되는 시스템에 따라, 화학 검출 및 분석 시스템이 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)를 포함한다. 상기 샘플 유입구를 통한 샘플 투입 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아 내진다(propelled). 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)가 상기 IMS 장치의 드리프트 튜브의 축을 따라 삽입되며, 상기 FAIMS가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온의 일부 이상이온의 속도 네트 변화를 일으킨다. 상기 FAIMS 장치가 평면 기하 구조 및/또는 비-평면 기하 구조를 갖거나 및/또는 전장-구동된다. 상기 드리프트 튜브가 드리프트 튜브의 축 방향으로 드리프트 튜브를 통해 이온들을 몰아내고 그리고 드리프트 튜브 축 방향으로 상기 FAIMS 셀을 통해 이온들을 몰아내는 전극들을 포함한다. 한 콜렉터가 제공되어 상기 FAIMS 장치로부터 관심대상의 이온들을 분석하며, 구멍 그리드가 제공되어 상기 관심대상의 이온들을 상기 콜렉터로 향하게 한다. 한 제어기가 제공되어 이온의 진동을 일으키기 위해 상기 FAIMS 장치 내에서 발생 된 필드를 제어한다. 상기 FAIMS 장치는 제1 FAIMS 장치이고, 상기 시스템이 IMS 장치의 드리프트 튜브 축을 따라 삽입된 하나 이상의 제2 FAIMS 장치를 더욱 포함한다.

본원 명세서에서 설명된 또 다른 시스템에 따라, 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법 이 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)에서 샘플를 이온화함을 포함한다. 샘플 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아진다. 상기 IMS 장치의 드리프트 튜브의 축을 따라 삽입된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)가 제어된다. 상기 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 한다. 상기 FAIMS 장치가 평면 기학학 구조 및/또는 비-평면 기학학 구조를 가지며 및/또는 필드-구동(field-driven)된다. 상기 드리프트 튜브가 드리프트 튜브의 축 방향으로 드리프트 튜브를 통해 이온들을 몰아내고 그리고 드리프트 튜브 축 방향으로 상기 FAIMS 셀을 통해 이온들을 몰아내는 전극들을 포함한다. 상기 방법은 상기 관심대상의 이온들을 상기 콜렉터로 향하게 하고 그리고 상기 관심대상의 이온들을 분석함을 더욱 포함한다. 상기 방법은 상기 FAIMS 장치에서 발생 된 필드(field)를 제어하여 이온들의 진동을 발생시키도록 함을 더욱 포함한다. 상기 FAIMS 장치가 제1 FAIMS 장치이고, IMS 장치의 드리프트 튜브 축을 따라 삽입된 하나 이상의 제2 FAIMS 장치를 제어함을 더욱 포함하고, 상기 제2 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온 가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 한다.

본원 명세서에서 설명된 시스템에 따라, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체가 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 소프트웨어를 저장한다. 상기 소프트웨어는 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)에서 샘플를 이온화함을 제어하는 실행가능 코드를 포함하며, 샘플 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아 내진다. 상기 IMS 장치의 드리프트 튜브의 축을 따라 삽입된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)를 제어하는 실행가능 코드가 제공되며, 상기 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 한다. 상기 FAIMS 장치가 평면 기학학 구조 및/또는 비-평면 기학학 구조를 가지며 및/또는 필드-구동(field-driven)된다. 상기 드리프트 튜브가 드리프트 튜브의 축 방향으로 드리프트 튜브를 통해 이온들을 몰아내고 그리고 드리프트 튜브 축 방향으로 상기 FAIMS 셀을 통해 이온들을 몰아내는 전극들을 포함한다. 실행가능 코드가 제공되어 상기 관심대상의 이온들을 상기 콜렉터로 향하게 함을 제어하고 그리고 상기 콜렉터에서 상기 관심대상의 이온들을 분석함을 제어한다. 실행가능 코드가 제공되어 상기 FAIMS 장치에서 발생 된 필드(field)를 제어하여 이온들의 진동을 일으키도록 한다. 상기 FAIMS 장치가 제1 FAIMS 장치이고, 상기 소프트웨어가 IMS 장치의 드리프트 튜브 축을 따라 삽입된 하나 이상의 제2 FAIMS 장치를 제어하는 실행가능 코드를 포함하고, 상기 제2 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 한다.

본원 명세서에서 설명되는 또 다른 시스템에 따라, 화학 탐지 및 분석 시스템이 시료 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)를 포함한다. 상기 시료 유입구를 통한 시료 투입 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입된다. 게이트 그리드가 상기 드리프트 튜브의 제2 단부에 결합된다. 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)가 게이트 그리드 하류에 결합 되며, 상기 드리프트 튜브로부터의 이온들이 게이트 그리드로의 1 볼트 이상의 펄스 제어를 통해 상기 FAIMS 장치에 의해 분석을 위해 선택적으로 게이트 된다. 상기 FAIMS 장치가 IMS 장치의 드리프트 튜브를 통해 이온들의 흐름 방향에 직교하여 결합 된다. 상기 게이트 그리드로의 1 볼트 이상 펄스를 제어하는 것이 관심 대상 이온의 드리프트 시간에 해당한다. 상기 FAIMS 장치는 한 비대칭 파형을 사용하여 FAIMS 장치를 구동하는 한 회로를 포함하며, 여기서 다른 비대칭 파형이 사용될 수 있기도 하다. 상기 시스템은 IMS 장치 그리고 FAIMS 장치의 동작에 해당하는 두 개 이상의 동작 모드로 동작할 수 있다. 상기 FAIMS 장치는 평면 또는 비-평면 기하 구조를 가질 수 있다.

본원 명세서에서 설명되는 또 다른 시스템에 따라, 화학 탐지 및 분석을 수행하기 위한 방법이 시료 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)에서 시료를 이온화한다. 상기 시료 이온화로부터의 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입된다. 상기 방법은 또한 분석을 위해 이온들을 게이트하기 위해 상기 드리프트 튜브의 제2 단부에 결합된 한 게이트 그리드로 1 전압 이상의 펄스를 제어함을 포함한다. 상기 게이트 그리드 하류에 결합된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)를 사용하여 상기 게이트된 이온들에 대한 분석이 수행된다. 상기 FAIMS 장치가 IMS 장치의 드리프트 튜브를 통해 이온들의 흐름 방향에 직교하여 결합 된다. 게이트 그리드로의 1 볼트 이상의 펄스가 관심 대상의 한 이온의 드리프트 시간에 해당한다. 상기 FAIMS 장치가 장방형 파형과 같은 비대칭 파형을 사용하여 구동되며, 다른 비대칭 파형이 사용될 수 있기도 하다. 상기 방법은 상기 IMS 장치 그리고 상기 FAIMS 장치의 동작에 해당하는 두개 이상의 동작 모드와 관련하여 동작들을 제어함을 더욱 포함한다. 시료의 이온화 특징이 두개 이상의 동작 모드 가운데 한 특정 동작 모드에 따라 결정된다. 상기 FAIMS 장치가 평면 기하 구조 또는 비 평면 기하 구조를 가질 수 있다. 상기 방법은 상기 FAIMS 장치 내 이온들의 분리를 향상시키기 위해 하나 이상의 가스 흐름을 사용함을 더욱 포함하며, 상기 하나 이상의 가스 흐름이 공기, 공기 이외의 가스, 또는 공기와 다른 가스 또는 물질 혼합물 가운데 하나 이상을 포함한다.

본원 명세서에서 설명되는 또 다른 시스템에 따라, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체가 화학 탐지 및 분석 처리를 제어하기 위한 소프트웨어를 저장한다. 상기 소프트웨어가 화학 탐지 및 분석 시스템의 동작 모드에 따라 결정된 주파수로 시료의 이온화를 제어하는 실행가능 코드를 포함한다. 이온 이동성 분광 측정기(IMS) 장치의 드리프트 튜브를 통해 관심 대상의 이온 드르프트 시간을 결정하는 실행 가능 코드가 제공된다. 상기 IMS 장치의 드리프트 튜브에 결합된 게이트 그리드의 1 볼트 이상의 펄스를 제어하고, 게이트 그리드 하류에 결합된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)에 의해 분석하기 위? 게이트 이온들을 선택적으로 제어하는 실행가능 코드가 제공된다. 상기 게이트 그리드로 1볼트 이상의 펄스를 제어함이 관심 대상 이온의 드리프트 시간에 해당한다. 상기 FAIMS 장치가 장방형 파형과 같은 비대칭 파형을 사용하여 구동되며, 여기서 다른 비대칭 파형이 사용될 수 있기도 하다. 상기 IMS 장치와 상기 FAIMS 장치의 동작에 해당하는 두 개 이상의 동작 모드와 관련하여 동작을 제어하는 실행가능 코드가 제공될 수 있다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1A 및 1B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS와 FAIMS 장치를 인터페이싱 함을 포함하는 시스템의 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 2A는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS 드리프트 튜브의 단부에 위치하는 바이어스된 게이트 그리드를 도시하는 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 2B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 FAIMS 및 IMS 드리프트 튜브 가스 흐름의 방향을 도시하는 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 3A 및 3B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 IMS FAIMS 모드와 같은 두 동작 모드의 특징을 도시하는 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 4는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS 스펙트럼과 FAIMS 스펙트럼의 연결을 도시하는 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 5A는 FAIMS 장치를 구동하기 위해 비대칭 사인 합(sum-of-sine) 파형을 도시하는 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 5B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 FAIMS 장치를 구동함과 관련하여 사용될 수 있는 구형 파형을 도시한 도면.
도 6 및 7은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 다양한 실시 예에 따라 사용될 수 있는 회로에 대한 개략적인 회로 도를 도시한 도면.
도 8은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 P 및 N 채널 게이트 드라이브 파형을 도시한 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 9-11은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 출력 결과를 도시한 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 12A 및 12B는 하이 전압을 발생시키기 위해 필요한 전류로 FAIMS 장치를 구동하기 위해 사용될 수 있는 구형 비대칭 파형을 도시한 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 13은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 화학 분석 및 검출 처리 단계들을 도시하는 흐름도.
도 14는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 구멍 그리드/콜렉트 어셈블리 정면에서 FAIMS 셀이 삽입된 IMS 드리프트 튜브의 단부를 도시하는 화학 분석 및 검출 시스템을 개략적으로 설명하는 도면.
도 15A 및 15B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 콜렉터 플레이트를 향하여 IMS 안쪽 그리고 FAIMS 셀을 통하여 기록되어질 이온 궤적의 예를 도시한 도면.
도 16A 및 16B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 이온의 진동을 도시함을 포함하여 FAIMS 셀 안쪽 이온 궤적을 도시하고, 그리고 대기압에서 확산 효과를 도시한 도면.
도 17은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 FAIMS 셀 내 이온 속도를 도시한 개략적인 설명을 도시한 도면.
도 18은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예와 관련하여 이상적인 비대칭 파형의 파라미터를 도시하는 도면.
도 19는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예와 관련하여 사용될 수 있는 x-축을 따라 드리프트 시간(ms) 그리고 y-축을 따라 신호 진폭(au)을 도시한 도면.
도 20은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 삽입된 FAIMS 장치를 사용하여 화학 분석 및 검출 처리 단계들을 도시하는 흐름도.
도 21은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS 드리프트 튜브 내에 삽입된 다수의 FAIMS 셀들을 가지며 평면 및 비-평면 기하구조를 갖는 FAIMS 셀들을 포함하는 화학 분석 및 검출 시스템에 대한 개락적인 설명을 도시한 도면.

본원 명세서에서 설명된 시스템은 로우(IMS) 및 하이(FAIMS) 필드 이동성 기술과 같은 결합된 기술의 유용함을 제공하여 저비용, 진공 불필요, 그리고 향상된 검출 및 식별을 위한 2-D 스펙트럼 발생을 제공하도록 한다. 두 분석 장치의 동작은 하이픈 장비를 응용 요구 사항에 적용시킴에 의해 전체 유연성을 가져온다. IMS-FAIMS 하드웨어 수준의 유연성으로, 장비가 구성되고 최적화 되어 다양한 표적 화합물에 대하여 다양한 탐지 시나리오에 적합한 여러 다른 절충(trade-off)을 이용하도록 한다. 본원 명세서에서 설명된 다양한 실시 예에서, 상기 IMS 및 FAIMS 장치는 서로 직교일 수 있으며, 특히 IMS와 FAIMS 장치에서의 이온들 흐름 방향은 직교이다. 본원 명세서에서 상세히 설명된 다른 실시 예에서, 상기 FAIMS 장치는 상기 IMS 장치 내에 삽입되며 이온들의 흐름 방향은 상기 IMS와 FAIMS 장치를 따라 동축을 갖는다.

도 1A 및 1B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS와 FAIMS 장치를 인터페이싱 함을 포함하는 시스템(100)의 개략적인 설명을 도시한 도면이다. 도 1A는 상기 시스템(100)의 개략적 도면이고, 도 1B는 그 단면을 도시한 도면이다. 상기 시스템(100)은 드리프트 시간 크로마토그램 및 보상 전압 스펙트럼을 포함하는 이차원 데이터 세트를 발생시키도록 사용된다. 상기 시스템(100)은 이온화 장치/이온 소스(110), 드리프트 튜브를 포함하는 IMS 장치(120), 그리고 IMS 드리프트 튜브 장치(120)에서 90도 각도로 위치하는 FAIMS 장치(130)(단일 및/또는 장치 어레이)를 포함한다. 상기 이온화 장치/이온 소스(110)는 동작 모드에 따라 연속 또는 펄스 이온 전류를 제공한다. 한 실시 예에서, 상기 이온화기/이온 소스(110)는 스파크 이온 소스와 같은 펄스 이온 소스를 포함하며, 주파수를 변경시킴에 의해 이온의 개별적인 패킷 또는 연속 흐름의 이온을 보낸다. 추가로 또는 선택적으로, IMS 드리프트 튜브(120)의 입구에 배치된 이온 게이트를 통해 DC 코로나 또는 방사성 소스 등을 포함하는 연속 이온 소스가 사용될 수 있다. 한 실시 예에서, 상기 IMS 드리프트 튜브 장치(120)는 Implant Sciences of Wilmington, MA.에서 생산된다. 상기 IMS 장치(120) 그리고 상기 FAIMS 장치(130)는 독립적이며 이들 각각의 전위차계 회로가 최적의 통합을 위해 동일한 인쇄회로 기판상에 장착될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 상기 IMS(120)는 상기 FAIMS(130)을 위한 프런트-엔드 필터로서 사용될 수 있다. 이 같은 구성은 적어도 두 가지의 목적을 달성한다:(1) 분석 대상물질의 사전 분리 그리고 (2) 이온만이 상기 FAIMS 가스 흐름 내로 주입되며 상기 가스 흐름에 의해 FAIMS 장치(130)의 분석 틈새 내로 몰아지고, 따라서 수분 및 기타 오염을 배제시키도록 한다.

도 2A는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS 드리프트 튜브(202)의 단부에 위치하는 바이어스된 게이트 그리드(205)를 도시하는 개략도(200) 이다. 한 펄스 전압이 IMS로부터 FAIMS 모드로 스위치하거나 그 반대로 하기 위해 상기 게이트 그리드(205)로 적용된다. FAIMS 장치(230)는 상기 게이트 그리드(205), IMS 구멍 그리드(210) 그리고 IMS 콜렉터(220) 사이에서 오프-축, 예를 들면 90도로 삽입된다. 상기 게이트 그리드(205)에서 전압이 제로로 스위치되는 때, 필드(전장) 자유 영역이 만들어지며 현탁 이온들이 가스 흐름을 사용하여 (도 2B 참조) 상기 FAIMS 장치(230)의 셀들 내로 90도 각도로 공기 압력으로 인트레인된다. 이온 배출 시간은 샘플 주기 마다 그리드 펄스의 수를 결정한다. 상기 IMS 구멍 그리드(210)는 트랩 볼륨 내에 필드(전장)를 만들며 이온을 상기 IMS 콜렉터(220)를 향해 안내한다.

한 실시 예에서, 상기 FAIMS 장치(230)는 5개의 평행한 스텐레스 강철 플레이트(232)(예를 들면, 너비 5 mm, 길이 15 mm, 그리고 두께 1 mm)를 포함하며 병렬로 동작하도록 된 4개의 FAIMS 셀들을 만든다. 상기 플레이트(232)는 하나 또는 두 개 이상의 지지대(234)(예를 들면, 두께 3mm, 길이 18 mm, 폭 8mm 크기의 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK) 지지대)에서 인케이스되고 리세스되어, 기계적 안정성과 전기 절연을 제공한다. 또 다른 세트의 5개의 짧은(가령, 2mm 길이) 탐지기 플레이트(236)가 모두 함께 상기 FAIMS 플레이트들과 평행하게 연결되어 단일 신호를 발생시키도록 한다. 이 같은 플레이트들이 고온 에폭시에 의해 상기 지지대에 고정된다. 개별적인 플레이트에 전기적 연결이 상기 지지대 내 구멍을 통해 용접된 와이어 자리를 통하여 만들어진다. 전극들 사이 0.5mm 간격이 절연된 폴리머 스페이서에 의해 유지된다. 상부 및 하부 플레이트가 다음에 상기 지지대 및 절연 폴리머를 통하여 나사가 기계적 안정성과 정렬을 보장하여 서로 고정된다.

상기 FAIMS 장치(230)는 주로 평면 기하구조 디자인과 관련하여 설명되며, 제조 편의 및 우월한 해상도를 포함하는 여러 장점을 제공할 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 시스템의 다른 실시 예에서, 원통형, 구형, 및/또는 다른 적절한 기하구조를 포함하는 FAIMS 장치의 다른 비-평면 기하구조 디자인이 또한 사용될 수 있다. (R. Guevremont, "하이-필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(High-Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry (FAIMS))," 캐나다의 분석 과학 저널 및 분광학(Canadian Journal of Analytical Sciences and Spectroscopy), Vol. 49, No. 3, 2004, pp. 105-113, 이는 다른 FAIMS도 가능하지만, 원통형 기하 구조 설명을 위해, 본원 명세서에서 원용된다).

도 2B는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 동작과 관련하여 설명되는 FAIMS 및 IMS 드리프트 튜브 가스 흐름의 방향을 도시하는 개략도(250)이다. 상기 가스 흐름은 수정 가스 챔버(modifier gas chamber)(252)를 사용하여 발생되는 공기, 공기 이외의 가스, 또는 공기와 다른 가스 또는 물질 혼합물 가운데 하나 이상을 포함한다. 상기 개략도(250)는 상기 FAIMS 가스 흐름(261) 그리고 상기 IMS 드리프트 튜브 가스 흐름(262)의 방향을 도시한다. 또한 시스템 내로의 그리고 시스템으로부터의 샘플링 가스 흐름(샘플링 가스 흐름 인(263a) 그리고 샘플링 가스 흐름 아웃(263b))이 도시된다. 상기 FAIMS 가스 흐름(261)은 가령 분당 2리터와 분당 10리터 사이로 정해질 수 있으며, 펌프(256)를 사용하여 하나 또는 둘 이상의 분자 체(sieves)(256)를 통해 순환된다. 본원 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 이온들은 조정된 방식으로 상기 IMS 드리프트 튜브(202)를 통해 몰아 넣어지고 상기 FAIMS 가스 흐름(261) 내로 주입되며, 이에 의해 상기 FAIMS 장치(230)의 분석 갭 내로 몰아 넣어진다. 도시된 실시 예에서, 상기 IMS 드리프트 튜브 가스 흐름(262)은 상기 IMS 드리프트 튜브를 통해 몰아 넣어진 이온 흐름 반대 반향이며 상기 FAIMS 가스 흐름(262) 내로 주입된다.

도 3A 및 3B는 본원 명세서에서 설명된 시스템 실시예에 따라 시스템(100)의 IMS FAIMS 모드와 같은 두 동작 모드의 특징을 도시하는 개략도이며, 이들 동작 모드는 스파크 이온 소스의 주파수 게이트 그리드의 전압 바이어스에 따라 교대할 수 있다. 도 3A는 25 Hz에서 스파크 이온 소스에 대한 특징을 도시하는 설명도(310)이고, 도 3B는 1kHz에서 스파크 이온 소스에 대한 특징을 도시하는 설명도(320)이다. 각 도면 상부 트레이스는 상기 IMS 탐지기 응답을 도시한다. IMS 모드에서, 이온들의 패킷이 저 주파수, 가령 12 Hz에서 상기 IMS 드리프트 튜브 내로 주입되며, FAIMS 모드에서 상기 주파수는 1 kHz에 도달한다. 이 같은 고 주파수에서, 상기 스파크가 상기 FAIMS를 위한 연속 이온 소스이다. 보다 많은 신호(가령, 10배)가 이온 가이드가 되는 드리프트 튜브에서 필드를 증가시킴으로써 상기 FAIMS 모드에서 얻어진다.

도 4는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 IMS 스펙트럼과 FAIMS 스펙트럼의 병렬 연결을 도시하는 개략도(400)이다. 이 같은 접근법의 로우 레벨 유연성은 선택도, 민감도, 그리고 속도 사이의 절충(trade-off)를 이용하여 상이한 동작 모드를 발생시킨다. 샘플링 주기 동안 동작 시나리오의 한 예는 통상의 IMS 크로마토그램을 발생시킴을 포함하며, 피크를 탐지함에 따라, 상기 필터를 탐지된 피크의 CV 값으로 조정함에 의해 FAIMS 모드로 자동으로 스위치된다. 탐지된 한 FAIMS 신호가 도4에서 병렬 연결된 C4에 대한 IMS 및 FAIMS 스펙트럼의 경우에서처럼 확인신호로서 사용된다. TNT와 같은 폭팔물(explosives) 그리고 핸드 크림과 같은 인터피어런스(interferents)에 해당하는 상기 IMS 스펙트럼에서의 분해되지 않은 그렇지만 상기 FAIMS에서는 분해되는 피크(peak)가 본원 명세서에서 설명된 시스템에 따라 제공된다.

본원 명세서에서 설명된 시스템에 따른 상기 IMS-FAIMS 배열은 유익한 유통성을 제공하며 여러 다른 모드가 또한 본원 명세서에서 설명된 시스템과 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들면 게이트 그리드(210)(도 2)가 관심 대상의 이온에 대한 게이트로서 사용될 수 있다. 다시 말해서, 상기 IMS 스펙트럼에서 일정 시간에 그리드(210)로 짧은 펄스를 적용함에 의해 특정 드리프트 시간을 갖는 이온만이 FAIMS 분석을 위해 필드 프리 영역 내로 보내질 것이다. 이에 의해 본원 명세서에서 설명된 시스템은 관심 대상의 이온 특정 드리프트 시간에 해당하는 펄스 조정을 통해 상기 FAIMS 장치(230)로 보내진 이온들을 조정함에 의해 관심 대상의 이온들에 대한 향상된 조정을 가능하게 한다.

한 FAIMS 장치에 대한 구동 파형의 형상은 FAIMS의 분해, 전달 및 분리에 영향을 미치는 특징 가운데 한 특징이다. 실질적인 회로 장점으로 인해, 오늘날까지 FAIMS 작업은 두 배 주파수에서 사인 파와 그 제1 고조파를 합산함에 의해(식2) 형성된 파형을 사용하며, 결국 비대칭 구형 파의 제1 순서 푸리에 근사를 발생시킨다.

도 5A는 FAIMS 장치를 구동하기 위해, 비대칭 구형 파 제1 순서 푸리에 근사인, 비대칭 사인 합(sum-of-sine) 파형을 도시하는 개략도이다. 상기 파형의 형상은 한 이온의 전달을 위해 실험적으로 측정된 (화합물-종속) CV의 값에 기여하는 파라미터이다. 한 대칭 파형(사인 또는 구형)이 결국 모든 타입의 이온들에 대한 전달에 대하여 CV=0이다. 상기 파형의 비대칭은 이온 스펙트럼을 위해 요구되며, CV 값에서의 차이로 표현된다.

본원 명세서에서 설명된 시스템에 따라, 직사각형 구동 파형은 FAIMS 분석을 위해 바람직하다. 사인 파형에 비해 직사각형 파형 이온 분리 효율, 분해도 및/또는 감도를 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다. 불행히도, 고주파에 의해 부과된 과도한 전력 부하, 가파른 상승 시간을 갖는 고전압 펄스는 차동 이온 이동성을 기반으로 분리를 구동하기 위한 직사각형 펄스를 제공하는 전자 기기의 발전을 방해하고 있다.

직관적으로, FAIMS를 위한 비대칭 구형(및/또는 다른 직사각형) 파형의 사용은 전계의 높고 낮은 필드 부분 중에 차이를 최대화하는 것 같다. 파형의 이 같은 높은 부분에서 낮은 부분 기간은 이온이 상기 CV를 극대화하는 동일하지 않은 전압의 최대값을 경험할 수 있도록 한다. 그러나 이전의 연구에서, 이온이 이상화된 비대칭 사각 파형에 응답하고 "정상 상태" 또는 터미널, 드리프트 속도에 도달하는 시간은 일시적인 전장으로 인해 에러를 유발시키기에 충분히 길 수 있다. 제1 순서로(to the first order) 터미널 속도에 도달하기 위한 시간이 총 드리프트 시간과 비교하여 작다면 이는 무시될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 일시적인 전장에서 이 같은 속도에 도달하기 위해 필요한 평가 시간이 피코세컨드 범위이고 상기 드리프트 시간이 밀리세컨드 범위이기 때문에, 이 같은 팩터는 무시될 수 있다.

도 5B는 본원 명세서에서 설명된 시스템에 따라, FAIMS 장치를 구동함과 관련하여 사용될 수 있는 직사각형 파형을 도시한다. 일 실시 예에서, 본 명세서에 설명된 시스템은 FAIMS 장치를 구동하기 위해 사각 파형 생성을 제공한다. 상기 방법은 높은 속도 및 알맞은 전력 손실로 직접적인 트랜지스터 스위칭을 사용함을 포함한다. 낮은 출력 캐패시턴스를 갖는 높은 전압 (> 1,000 V) 빠른 트랜지스터(FETs) 선택은 제한될 수 있다. 한편, 1,500 V 트랜지스터는 매우 느리고 다른 한편, 1,200 V FETs는 큰 출력 용량을 가지며, 고속 전력 소모에서 스위칭을 만든다. 800 V 트랜지스터 또는 FETs(빠르고이며 낮은 출력 커패시턴스를 가지고 있는) 또한 본원 명세서에서 설명된 시스템들과 관련하여 매우 높은 전압을 수행하기 위해 직렬로 사용될 수 있다.다른 기술들이 본원 명세서에서 설명된 시스템과 함께 사용하기 위해 파형을 발생시킴과 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들면, E. V. Krylov, 등의 "차동 이동성 , 분광 측정기를 위한 파형의 선택과 발생(Selection and generation of waveforms for differential mobility spectrometry)", Review of Scientific Instruments, 81, 024101 (2010), 11 pp.를 참고할 수 있으며, 본원에 참고로 원용된다.

도 6은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 다양한 실시 예에 따라 사용될 수 있는 회로에 대한 개략적인 회로도(500) 그리고 도 7은 보조 회로도(501)이다. 다음 동작 모드는 본원 명세서에서 설명된 시스템에 따른 상기 언급된 회로와 관련하여 제공될 수 있다.

a. V1=+1000 V; V2=-500 V, 2:1 듀티 사이클에서.

b. V1=+1000 V; V2=-250 V, 4:1 듀티 사이클에서.

c. V1=+800 V; V2=-200 V, 4:1 듀티 사이클에서.

두 개의 스위칭 파형이 사용되며, 하나가 포지티브 전압을 구동하도록 하고, 다른 하나가 네가티브 전압을 구동하도록 한다. 회로 특성을 설명하기 위한 그리고 낮은 전력 스위칭을 보장하기 위해 필요한 데드 시간을 제공하기 위한 조정을 위해 이들 파형이 제공된다. 4개 변수(V1, V2, T1, 및 T2) 가운데 3개 변수가 컴퓨터로부터 세트될 수 있으며 네 번째 변수는 밸런스 식(3)으로부터 유도된다.

FAIMS 드라이버가 FET 하프-브리지(Q1, Q2)를 포함하고, 버스가 두 EMCO 전원 공급 장치에 의해 공급된다.: +400 VDC (U9) 및 -100 VDC (U1)가 직렬로 연결되고 공통 접지된다(참조문서의 끝 회로도 참조). 스위칭 출력은 R29 (20m 옴)을 통해 공통 접지된다. 하이-사이드 FET Q1은 P 채널이며 하단의 FET Q2는 N-채널이다. P와 N 조합이 2 N-채널 FET보다 잘 수행하는 것으로 밝혀졌다. 게이트 드라이브는 EL7212 드라이버(U2, U10)에 의해 제공된다. 고립된 5.6 VDC 소스는 U5-T1 전원 공급 장치 및 R19, D24/R20, D130의 제너 다이오드에 의해 생성된다. U3, U12 (ADUM1100)는 HV 격리 및 3.3V에서 5.6V 신호로 전달을 제공한다. 논리 구동 신호 및 3.3V 버스는 외부 기준 보드에 의해 제공될 수 있다. 낮은 전류, 낮은 인덕턴스를 갖는 도시된 회로에서의 전력 손실의 주요 원인은 FETs 자신의 Coss 충전 및 방전이다. 그러나 낮은 Coss, 높은 전압 FETs는 TO-92로 패키지 된, 저전력 응용을 위해 설계될 수 있으며, FET 당 1W 보다 높은 손실을 처리할 수 없다. 또한, 도 6 및 도 7에서 도시된 회로의 다양한 특징들은 은 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션할 수 있다.

도 8은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라 P 및 N 채널 게이트 드라이브 파형을 도시한 개략도(600)이다. 도면에서 도시된 2-3 및 4-1 간격은 회로 데드(dead) 시간이다. 네가티브 프런트 1은 PFET Q1을 켜고(Q2는 OFF), +400 VDC 출력을 제공한다. 1에서 2까지, Q1은 자신의 Coss를 방전하며(약 10 PF) 그리고 500V까지 Q2 Coss를 충전한다(약 8 PF). Q2 Coss 손실을 충전하는 Q1은 전도 손실에 대한 보충이 될 수 있다. 포지티브 프론트 3은 NFET의 Q2를 켜고(Q1은 OFF) 그리고 출력이 -100 VDC이도록 한다. 3에서 4까지 Q2는 자신의 Coss를 방전하고 Q1을 충전한다.

방전 손실은 P=V2*Coss/2로서 계산될 수 있으며, Coss 분산으로 인한 FET 내의 전하 손실은 정해지지 않는다. 제1 근사치로서, Coss 손실을 충전시키는 것은 부분적으로 전력 소스 저항 그리고 부분적으로 반대 FETs 부하(on)에서 분산되는 것으로 본다.

도 9-11은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따른 출력 결과를 나타낸 개략도이다. 도 9는 FAIMS 드라이버 출력을 보여주는 개략적 그래프(701)이다. 도 10은 더욱 높은 해상도(상승 시간이 10V/ns의 dv/dt에서 50ns 이다)에서 Vout-상승을 도시하는 개략적인 그래프(702)이다. 도 11은 높은 해상도에서 Vout 하강을 나타내는 개략적인 그래프(703)이다(하강 시간은 -50V/ns의 dv/dt에서 10 ns이다). 출력 신호의 수평 기울기는 열악한 장비-100X 프로브 때문이다. 스위칭 속도를 최대화하고 Coss 손실을 줄이기 위해 Q1, 3의 게이트 구동이 6V로 선택된다. Aavid 5725000B 히트 싱크를 갖는 현재 FETs-VP0550 및 VN0550을 기반으로 하는 동작의 최대 주파수는 파괴 접합 온도를 피하도록 250 KHz 이하로 제한되어야 한다.

두 개의 스위칭 파형은 출력과 관련하여 사용될 수 있으며, 하나는 양의 전압, 그리고 다른 하나는 음의 전압을 구동한다. 이들 파형은 회로 특수성을 보상하기 위한 조정을 제공하며, 필요한 데드 시간을 제공하여 저전력 스위칭을 보장할 수 있도록 한다. 컴퓨터 시뮬레이션은 스위칭 방식을 최적화하고, 따라서 0.5 와트의 전체 전력에서 파형을 얻기 위해 사용될 수 있다. 컴퓨터는, 원하는 경우, 파형의 시간 부분의 형상을 연속해서 조정할 수 있다. 상기 파형의 전압 부분은 조정될 수 있으나, 시간이 조정될 수 있는 높은 속도로 현재 시각에 조정될 수는 없다. 상기 고전압 및 상측 시간은 저전압 및 하측 시간과 마찬가지로 입력될 수 있으나, 하측 시간(T2) 만을 변경하기 위해서는 동작시에 계획된다. 조정 가능한 저전압 시간도 보상 전압 대신에 사용될 수 있지만 테스트 설정은 FAIMS의 하부 전극에 인가되는 보상 전압을 설정할 수 있는 능력을 포함한다. 전극을 스트라이크 하지 않도록 경로의 중간에 이온을 유지하기 위해 이 같은 기술을 사용하는 것은 회로의 상당량이 제거될 수 있도록 한다. 파형에 CV를 추가하여 에너지가 (T1-T2)*CV에 의해 변화된다. T1*V1 = T2*V2에 의해 주어진 공칭 값으로부터 T2를 변경함에 의해 에너지는 V2의 T2 배 차이로 변경된다. 따라서 유사한 상황에서 수득 된 데이터의 두 유형을 상관시키고자 한다면 등가가 결정될 수 있다. 변수 T2의 사용은 회로 및 전력의 상당한 절약을 가져온다.

도 12A 및 도 12B는 높은 전압을 생성하는 데 필요한 전류와 함께 FAIMS 장치를 구동하기에 유용한 직사각형 비대칭 파형을 도시하는 개략적인 도면이다. 도 12A는 400 볼트에서 500ns 업 시간을 도시하는 그래프(801)이다. 상측 곡선은 div. 마다 5ma의 전류이다. 도 12B는 30ns의 상승 시간과 빠른 하강 시간을 나타내는 그래프 (802)이다.

도 13은 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따른 화학 분석 및 검출 처리 단계를 도시하는 흐름도(900)이다. 단계(902)에서, 화학 분석 및 검출이 수행되어야 하는 샘플 가스가 샘플 유입구를 통해 본원 명세서에서 설명된 실시 예에 따라 IMS/FAIMS 시스템으로 제공된다. 단계(902)에서, 처리가 한 단계(904)로 진행되며, 상기 시스템의 동작 모드가 한 IMS 및/또는 FAIMS 동작 모드로 결정된다. 또한 동작 모드가 처리 중에 변경될 수 있다. 단계(904) 후, 이온 이동성 분광 측정기 처리가 IMS 장치를 사용하여 수행되며, 상기 샘플이 이온화되고, 이온이 드리프트 튜브를 통해 몰아 넣어지고, 이온은 결정된 동작 모드에 따라 드리프트 시간에의해 분리된다. 이온 소스의 주파수는 동작 모드에 의해 결정될 수 있다. 단계 (906) 후에, 처리는 게이트 그리드가 결정된 동작 모드에 따라 제어되는 단계 (908)로 진행한다. 예를 들어, 게이트 그리드는 그리드의 펄스 적용에 해당하는, 특정 드리프트 시간을 갖는 이온만이 FAIMS 장치의 분석 간격으로 전달되도록, IMS 스펙트럼 내 일정시간에 그리드로 짧은 펄스를 적용함에 의해 관심 대상의 이온들에 대한 한 게이트로 작용할 수 있다. 단계(908) 후, 처리가 단계(910)로 진행되며, 여기서 본원 명세서에서 설명된 시스템에 따라 분리하고 방향이 정해진(게이트된) 이온들에 대하여 화학 분석이 수행된다. 예를 들어, FAIMS 모드에서, FAIMS 장치는 또한 게이트 된 관심 대상의 이온을 분석하기 위한 FAIMS 기술에 따라 사용될 수 있다. 단계 (910) 후, 처리가 완료된다.

본원 명세서에서 설명한 바와 같이, 시너지 효과는 분석 기기를 조합에 있다는 것이다. 얻어진 화학 정보 그리고 측정의 특성은 개별적인 결과 각각의 합보다 더 향상된다. 다양한 조합은 유사하거나 상이한 시간 도메인에서 분리를 수행하고 분석할 종(species)의 동일 또는 다른 특성을 측정하는 기구를 포함한다. 기기 B는 분리 동안 여러 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이러한 가스 크로마토그래피(GC)-질량 분광법(MS) 및 이온 이동성 분석법(IMS)-MS와 같은 하이픈(기기 A/기기 B) 플랫폼은 일례이며, 이에 의해 기기 B는 기기 A를 사용하여 수행된 분리 동안 여러 스펙트럼을 생성할 수 있다. 기기A와 B의 조합은 시스템A에 의해 생성된 정보가 시스템B에 의해 풍부해지기 때문에 상호 유익하고, 시스템B는 시스템A에 의해 수행된 사전 분리로부터 이로움을 얻으며 따라서 화학적 노이즈를 줄인다. 유사 시간 영역에서 동작하는 기기의 경우, 두 분리가 순차적으로 발생 될 수 있으며, 이에 의해 기기 A는 사전 스크리너(pre-screener)로 작용하고 기기 B는 확인 장치로서 작용한다(참조; S. Boumsellek 및 T. J. Kuehn, 2007.11.17. 제출 미국 특허출원 제11/941,939호, 본원에서 참고로 원용한다). 이 같은 시나라오에서 기기 A의 동작 모드는 전체적인 감도와 선택성 간의 절충을 이용하기 위해 최적화될 수 있다.

FAIMS-MS 및/또는 FAIMS-IMS와 같은 하이픈 플랫폼(Hyphenated platforms)이 제공되고, 기기A(FAIMS)가 필터 및/또는 사전 집중기(pre-concentrator)로 작용하며, 기기 B (MS 또는 IMS)로 선택된 이온을 지속적으로 공급할 수 있다. 기기 A와 B가 반전되는 후자 플랫폼(IMS-FAIMS)의 변경이 본원 명세서에서 상세하게 설명되었으며, 게이트 그리드를 사용하고, 기기 A의 드리프트 가스로부터 유리한 면이 있고, 수분 클러스터링 효과뿐 아니라 이온 소스 밖에서 샘플 화학 반응을 정지시킨다.

상기 설명된 A/B 플랫폼에서, 분리 단계들이 병렬 배치되는 때, 화학 신호대 잡음이 개선되는 데, 이는 잡음이 신호보다 빠르게 감소하기 때문이다. 전체적인 선택도는 크게 개선되지만, 각 뒤따르는 단계 이후 전달 비효율성으로 인해 불가피한 샘플(중성 또는 이온 형태 중 어느 하나) 손실이 있기 때문에 감도에 문제점이 있다. 이는 종래 기술의 관점에서 하이픈 기기가 다음을 필요로 한다는 사실로 설명된다: (1) 대부분의 경우 장치들을 다른 허용 영역과 인터페이스 하고, (2) 각 장치가 자신의 검출기를 가져야 한다. 두 경우 모두 흐름 제한 장치, 편향기 등을 디자인함에 의해 인터페이스의 복잡성을 증가시키며, 귀중한 샘플의 손실을 일으킨다. 텐덤 구성의 경우에는 키는 등 릭터, 향기를 설계하여 인터페이스의 복잡성 증가의 원인. 탠덤(tandem) 구성의 경우, 기기 B는 일반적으로 기기 B의 경우보다 크거나 동일한 감도를 갖는다. 이는 더욱더 많은 샘플 중성 또는 이온을 주입하기 위해 기기 B가 기기 A보다 큰 고유 감도를 갖거나 완전히 이온 모드로 동작하여야 함을 의미한다.

상기 설명에 비추어, 본원에 설명된 시스템의 상기 다양한 실시 예들은 본원 명세서 시스템의 한 예에 따른 기기가 더욱 유리한 방법으로 종래의 차동 이동성 분리 기술을 결합하여 제공될 수 있다. 특히, 본원 명세서에서 설명된 시스템의 또 다른 실시 예에 따라, 기기 A와 B를 병렬 배치하고 다음에 인터페이스를 디자인하여 기기 A와 B를 인터페이스 하는 종래의 방법과는 달리, 기기 B가 기기 A 내에 삽입되어 기기 A와 B의 개별적인 기능들이 2-D 데이터 세트를 생성하도록 유지될 수 있다. 특정 실시 예에서, 기기 A는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)일 수 있고, 기기 A내에 삽입된 기기 B는 하이 필드 비대칭 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)일 수 있다. 이온들이 방사상으로 퍼지고 셀을 통해 축 방향으로 이동하는 종래의 FAIMS와 달리, 두 이동(예를 들면, IMS 드리프트 모션 및 FAIMS 진동)은 본원 명세서 시스템에 따라 기기 B가 삽입된 기기 A에서 동일 축(IMS 드리프트 튜브 축)을 따라 발생 된다.

알려진 IMS 및 FAIMS 스펙트럼 이외에, 약한 그리고 하이(high) 필드 이동성을 반영하는 드리프트 시간을 특징으로 하는 IMS 스펙트럼이 기록될 수 있다. 상기 FAIMS 셀에서, 이온은 약한 IMS 필드뿐만 아니라 FAIMS의 비대칭 파형 하이-필드의 대상이 될 수 있다. FAIMS 내에서 진동을 수행하여 하이 필드 이동성(KH)이 더욱 높은가(타입 A) 또는 더욱 낮은가(타입 C)에 따라 이온들이 가속 또는 감속된다. 고주파 필드를 인가시에, 화합물에 따라 다양한 양의 IMS 스펙트럼의 드리프트 시간축을 따라 이동이 반응성 이온을 포함하여 관찰된다. 이는 종의 이동성에 대한 로우 및 하이 특성을 동일한 스펙트럼 내로 결합시키는 분리를 위한 추가 크기를 나타낸다.

본원 명세서에 설명된 시스템에 따라 삽입된 FAIMS는 이온을 공기 압력에 의해 운반하기 위해 가스 유동을 필요로 하지 않는다. 따라서, 상기 삽입된 FAIMS 기기는 IMS 및 FAIMS 드리프트 필드의 영향을 받아 프로펠(propel)되기 때문에 모두 정전기 기기일 수 있다. 또한, 상기 삽입된 FAIMS는 이온 클러스터링 및 습기에 민감성을 제거하기 위해, 이온 이동과는 반대 방향으로 흐르는 IMS 드리프트 가스로부터 유익함을 제공받는다. 소스 가스와 청정 여과 가스에 대한 별도의 흐름 경로가 더 이상 필요하지 않으며, 따라서 종래 기술에 따른 분리된 유동 경로를 유지하는 데 필요한 구조를 필요로 하지 않는다. 상기 두 기기가 같은 이온 검출을 위해 같은 컬렉터를 가질 뿐 아니라 동일한 허용 영역을 가질 수 있다.

본원에서 설명된 시스템의 한 실시 예에 따라, 가변 주파수 스파크 이온화 소스와 두 분리 기술을 사용하여 탠덤 기기, 로우(IMS) 그리고 하이(FAIMS)가 제공된다. 분석 단계는 IMS 드리프트 튜브 내에서 축(동 축) 상에 삽입된 필드 구동 FAIMS 셀을 특징으로 한다. 한 실시 예에서, IMS 드리프트 튜브는 동일하게 이격되고 적절히 바이어스되어 축 드리프트 필드를 생성하도록 하는 스탠다드 스택의 링들일 수 있으며, FAIMS 셀 ㅅ상기 IMS 링 전극과 동일한 직경의 두 개의 평면 그리드(격자) 플레이트로 구성도니다. 그러나, IMS 드리프트 튜브 그리고 상기 FAIMS 셀의 그리드 플레이트의 다른 구성이 본원에서 설명된 시스템들과 관련하여 사용될 수 있기도 하다. 예를 들어, 비평면 FAIMS 기하 구조가 사용될 수 있으며 이에 대하여 본원 명세서에서 더욱 설명된다.

도 14는 IMS 삽입 FAIMS 장치(1000)를 도시한 개략적인 설명도이며, 이 같은 IMS 기기(1010)의 IMS 드리프트 튜브(1012) 단부에서, FAIMS 기기 또는 셀(1020)이 본원 명세서에서 설명된 시스템의 한 실시 예에 따라, 구멍 그리드(aperture grid)(1030) 그리고 검출기/컬렉터 어셈블리(1040) 정면에서 삽입된다. 도시된 실시 예에서, 상기 FAIMS 셀(1020)은 구멍 그리드/컬렉터 어셈블리(1030)의 상류, IMS 드리프트 튜브(1012)의 마지막 전극 링(1014)에 인접하게 장착된다. 다른 실시 예에서, 상기 FAIMS 셀(1020)은 드리프트 튜브(1012) 전체 길이를 따라 어디든지 장착될 수 있다. 분석 틈새로 불리는 갭(예를 들어, 다양한 실시 예들에서 0.5 또는 0.355 mm)만큼 이격된 상기 FAIMS 셀 (1020)의 그리드(1021, 1022)는 IMS 드리프트 튜브(1012)의 IMS 링과 거의 동일한 직경을 가질 수 있으며, 같은 IMS 필드를 생성하기 위해 전압 분배기 래더(ladder) 내 이들의 위치에 따라 바이어스 될 수 있다. 분산 및 보상 전압은 모두 또는 개별적으로 그리드(1021, 1022) 가운데 하나에 적용이 될 수 있다.

종래의 FAIMS 셀의 병렬 그리드 플레이트 사이에서, 이온은 두 개의 직교하는 작용력을 받는다: (1) 이온을 한 플레이트 쪽으로 이동시키는 고주파 비대칭 필드로 인한 분산 힘, 그리고 (2) 셀의 입구에서 출구로 이온을 이동시키는 종 방향 힘. 상기 종 방향 힘은 압축 공기 또는 정전기에 의해 작용할 수 있다. 대부분의 기존 FAIMS 장치는 셀을 통해 이온을 압축 공기에 의해 운반하기 위해 펌프에 의해 발생된 가스 흐름을 특징으로 한다. 이러한 장치는 흐름 기반 FAIMS이라고 불리며 다수의 추가 사항을 필요로 한다. 예를 들어, 이온화 소스 바깥 추가의 화학 반응을 피하기 위해 이온으로부터 캐리어 가스를 분리하기 위한 수단이 필요하다. 또한, 상기 이온은 셀을 통해 이동하는 도중 로컬 가스 흐름 속도를 갖게 된다. 이러한 속도는 갭을 가로질러 포물선 단면을 가지며, 이는 갭 중간 근처에서 이동하는 이온이 플레이트 근처 이동 이온보다 빠름을 의미한다. 이와 같이 함으로써 같은 종의 체류 시간의 분포에 이르게하며, 효과적인 갭이 감소하도록 하고 따라서 감도의 손상을 일으킨다. 또한, 펌프는 FAIMS 셀 내로 샘플 매체를 끌어들이도록 하고 많은 캐리어 가스를 제공하도록 요청되며, 많은 양의 전력을 소모한다. 상기 캐리어 가스는 이온과 동일한 방향으로 흘러야 하며, 이온화 소스로부터 분석 갭을 분리하는 구조를 필요로 한다.

이와 반대로, 필드 기반 FAIMS 장치에서, 이온은 정전기적으로, 예를 들어 분할된 전극을 사용하여 셀을 통해 프로펠된다. 이러한 장치는보다 신속하고 정확하게 샘플 스펙트럼을 생성하기 위해 선택된 이온의 흐름을 제어할 수 있다. 본원에 기재된 시스템에 따라, FAIMS 셀(1020)로 들어가면, 이온들이 비대칭 필드의 힘을 받게되고, 이온들을 드리프트 튜브(1012)의 축을 따라 진동하게 한다. 로우 필드에서의 이동성과 비교하여 하이 필드에서의 이동성에 따라(일부 이온이 높은 이동성을 갖고 일부 이온은 높은 이동성을 갖는다), 이온이 상기 FAIMS 셀(1020)을 통해 가속 또는 감속되며, 따라서 이들 각각의 드리프트 시간에 이동을 발생시키며, 이는 관심 대상의 필요 이온을 분리시키고 검출하도록 사용된다. 본원에 설명된 시스템들과 관련하여, 평행 플레이트 전극(평면 형상)을 갖는 FAIMS 셀이 주로 설명된다. 그러나, 본원 명세서에서는, 비-평면 기하 구조를 갖는 FAIMS 셀이 사용될 수 있기도 하다. 예를 들어, 한 실시 예에서, 비-평면 초승달-형상의 평행 전극을 갖는 FAIMS 셀이 본원에 설명된 시스템들과 관련하여 사용될 수 있으며, 다른 적절한 비-평면 기하 구조가 사용될 수 있기도 하다.

도 15A는 본원 명세서에서 설명된 시스템의 실시 예에 따라, 검출기/콜렉터 어셈블리(1040)를 사용하여 기록될, IMS(1010)의 IMS 드리프트 튜브(1012)를 통해 그리고 삽입된 FAIMS 셀(1020)을 통해 구멍 그리드(1030)를 향하는 이온(1001) 궤적의 한 예를 도시한 설명도(1050)이다. 한 실시 예에서, 상기 삽입된 FAIMS 셀(1020)은 필드-구동된다. 도 15B는 도 15A에서 도시된 경계 영역(1052)의 확대도이다. 설명된 실시 예에서, 이온(1001)의 연속된 흐름 패킷이 IMS(1010)의 드리프트 튜브(1012)를 따라 그리고 삽입된 FAIMS 셀(1020)을 통하여 이동되어 검출기(1040)에 의해 검출되도록 한다. 한 실시 예에서, 상기 검출기(1040)는 바람직하게 싱글 검출기일 수 있다.

이온 궤적은 공지된 기술을 사용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 이온 궤적 Simion 레이 트레이싱 패키지를 이용하여 계산될 수 있다. 통계적 확산 시뮬레이션(SDS) 이라는 사용자 프로그램이 대기압에서 이온 이동을 모델링하기 위해 Simon의해 사용된다. A. D. Appelhans 그리고 D. A. Dahl의, "대기압에서 Simon 이온 광학 시뮬레이션,"Int. J. Mass. Spectrom, 244 (2005), pp. 1-14가 참조 되며, 본원 명세서에서 참조로 원용된다. 상기 SDS 코드는 중성 가스 내의 이온의 확산과 이동성을 모두 조건으로 하여 모델링함으로써 고압 충돌 효과를 반영한다. 이온 역학이 결합 된 점성 이온의 이동성과 임의의 이온 점프 (확산) 방식으로 시뮬레이션 된다. 공간 전하 효과는 SDS 패키지에 포함되어 있지 않으며 Simon 내에 있는 쿨롱 반발 특징을 사용하여 개별적으로 처리할 수 있다.

도 16a은 FAIMS 셀을 통해 (1020)으로 그리고 그 후 구멍 그리드/콜렉터 어셈블리(1030/1040)으로 가는 이온 궤적의 개략도(1060)이다. 도 16b는 도 16a에서 영역(1062)으로 표시된 FAIMS 셀(1020) 내부의 확대도 이며, 고주파 분산 필드로 인한 진동과 결과로 발생하는 이온 속도에서의 네트 변화를 도시한다. FAIMS 셀 (1020)에 들어가자마자, 이온들은 낮은 IMS 필드로 인한 이동성 및 고주파의 분산 전압 비대칭 파형으로 인한 진동 모두를 격는다. 상기 도면은 또한 이온들의 미세한 방사상의 변위을 보여주는 데, 이는 적어도 프린징 자장(fringing fields)을 무시할 수 있는 메인 축 가까이 이온의 경우, 비대칭 필드의 전기력으로 인한 것이 아니라 대기압에서 확산 효과로부터 기인한다.

상기 비대칭 파형은 이온 이동성이 필드와 함께 변경하도록 하는 고전압 성분을 특징으로 한다. 결과적으로, 이온 속도의 네트 변화, 분석 이온의 특징이 높고 낮은 필드 사이 진동으로부터 기인한다. 속도에 있어서 이러한 네트 변화는 서로 다른 이온에 대하여 긍정적 또는 부정적일 수 있다. 낮은 필드에서와 비교하여 높은 필드에서의 이온의 이동성 특성에 따라, 이온이 셀을 통해 가속 또는 감속 되며(심지어 정지되기도 하고), 따라서 이들 각각의 드리프트 시간의 시프트(이동)를 발생시키고 측정의 목적으로 원하는 이온 분리를 가능하게 한다. 따라서, 고주파에서 이온화 소스를 동작시킴으로써 얻어지는 이온의 흐름이 제공된 FAIMS 셀(1020)이 상기 FAIMS 그리드 하나로 적용된 DC 전압(보상 전압이라 한다)의 값에 따라 이온 또는 이온 클레스를 필터링하는 한 게이트로써 작용한다. 이러한 DC 전압을 스캐닝하면 스펙트럼을 생성한다. 본 명세서 다른 곳에서 설명한 바와 같이, 본원 명세서에서 설명된 시스템과 관련하여 사용되는 이온화 소스는 스파크 이온화 소스와 같은 펄스 이온화 소스일 수 있으며, 또한 연속 이온화 소스일 수 있는데, 이때에는 하나 이상의 이온 게이트가 가변 주파수로 동작 되는 때 추가된다.

본원 명세서에서 설명된 시스템에 따른 동작의 제 2 모드는 일시적으로 IMS 필드를 비활성화함을 포함하며, 특정 종(species)이 FAIMS 셀(1020) 안에 갇히도록 하는 값으로 보상 전압을 설정한다. 이 같은 모드에서, 보상 전압은 트래핑 전압이라고 불린다. 상기 트래핑 시간 동안, 관심 대상의 종(species)은 다른 화합물과 같이 사전에 농축되며 그리드 와이어를 스트라이크하거나 FAIMS 셀(1020)을 떠난다. 이 같은 시간이 지난 뒤에 상기 IMS 필드가 다시 ON되며 관심 대상의 종에 대한 인리치(enriched) 신호가 기록된다. 상기 IMS가 결정적이 아닐 때 이 같은 모드가 확인 목적으로 위해 사용될 수 있다. 사실, 상기 IMS 스펙트럼에서 관찰된 간섭은 데이터베이스에 저장된 다양한 종들의 특성을 이용하여 이 같은 모드를 트리거링 함에 따라 해결될 수 있다.

세번째 동작 모드는 β 에미터, 코로나, 또는 전기 분무와 같은 연속 이온 소스로부터, 또는 저주파에서 동작하는 스파크 이온 소스로부터 직접, 기존 IMS 크로마토그램을 기록하는 드리프트 튜브 내로, 이온 게이트를 통해 주입된 이온 패킷을 사용함을 포함한다. 이 같은 크로마토그램들은 다음을 결합하는 비행 시간을 제공한다: (1) 낮은 필드에서 기존의 이온 드리프트 시간 그리고 (2) 이들이 나오기 전에 여러 진동주기를 수행하는 때 FAIMS 셀 안쪽에서 이온에 의해 소비된 시간. 하이 필드에서 이들의 이동성에 따라 몇몇 이온들은 상기 셀을 통해 더욱 빠르게 이동할 것이며 나머지는 느리게 이동할 것이고, 결국 기존의 IMS 스펙트럼에서 시간 시프트를 발생시킨다. 결론적으로, 두 개의 분리 방법, 기존의 그리고 차등 이동성은 새로운 IMS 스펙트럼에서의 드리프트 시간에 기여하며 따라서 간섭을 해결하여 기기의 선택도를 향상시킨다.

도 17은 본원에서 설명된 시스템의 실시 예에 따른 FAIMS 셀(1020) 내에서 이온 속도를 식별하는 개략도(1070)이다. 이온은 IMS 전극(1016)에 의해 IMS 드리프트 튜브(1012)를 통해 IMS 드리프트 튜브 1012 축을 따라 IMS 전극 어딘가에 삽입된 FAIMS 셀(1020)로 몰아 넣어진다. FAIMS 셀(1020) 내에서, 이온은 IMS 필드로 인해 정전기력을 받는다. V_ims는 IMS 필드로 인한 이온 속도이다. 제어기(1025)는 본원에서 설명된 시스템의 하이 필드 비대칭 파형 조작에 따라 FAIMS 장치의 플레이트들 사이에 발생하는 필드를 제어할 수 있다. V_FAIMS는 비대칭 파형으로 인한 이온의 네트 속도이다. V_FAIMS는 식 4에 따라 계산될 수 있다

(4)

여기서 V_{H - FAIMS}는 속도이며 K_H는 하이 필드 동안 이동성(E_H)이고 V_{L - FAIMS}는 속도이고 K_L는 로우 필드 동안 이동성(E_L)이다.

FAIMS 셀을 통한 비행 시간 T_cell은 IMS 필드 그리고 상기 FAIMS 필드로 인한 진동에 의해 정해진다. T_cell은 다음으로부터 유도된다:

(5)

(6)

W는 셀의 너비이고, K는 IMS 이동성이며, T_H 그리고 T_L는 비대칭 파형 내 하이 및 로우 필드의 지속시간이다(도 18 참조).

도 18은 본원에서 설명된 시스템의 실시 예와 관련하여 사용될 수 있는 비대칭 파형의 파라미터를 도시하는 도면(1080)이다. T_H 및 T_L은 비대칭 파형 내의 높고 낮은 필드의 지속 기간을 나타낸다. 파형의 극성에 따라 그리고 이 같은 하이 필드와 로우 필드 이동성 사이 차이의 극성에 따라 T_cell은 T_IMS 보다 짧거나 길다. 음이온 분석을 가정하고 포지티브 파형을 가정하면(하이 필드 세그먼트는 포지티브이고 로우 필드 세그먼트는 네가티브이다), 타입 A이온(더욱 높인 필드에서 더욱 큰 이동성)은 상기 셀을 통해 느리게 이동하고 타입 C이온은 상기 셀을 통해 더욱 빠르게 이동하며 상기 IMS 스펙트럼에서 수 ms 시프트를 발생시킨다(도 19 참조). 상기 셀 내에서 전이 시간에 영향을 미치는 다른 FAIMS 파라미터로는 비대칭 파형 T_H/(T_H + T_L)의 듀티 사이클 그리고 하이 필드E_H를 포함한다.

도 19는 본원에서 설명된 시스템의 실시 예와 관련하여 사용될 수 있는 y-축을 따라 있는 신호 진폭(au)이고 x-축을 따라 있는 드리프트 시간 (MS)의 도면(1090)이다. 상기 도면은 본원에서 설명된 시스템의 실시 예에 따른 고주파 분산 전압을 인가시에 오른쪽으로 약 2.75 ms 시프트함을 보여준다. 설명된 바와 같이, FAIMS 셀 내의 진동을 수행함으로써, 이온은 어느 하이 필드 이동성(KH)이 높거나(타입 A) 낮음에(타입 C) 따라 가속 또는 감속된다. 화합물에 따라 다양한 양의 IMS 스펙트럼 드리프트 시간 축을 따라 고주파 필드 시프트를 적용하면, 반응성 이온을 포함하는 것이 관찰된다. 이는 같은 스펙트럼 내로 종의 이동성의 높고 낮은 특성을 결합시키는 분리를 위한 추가 크기를 나타낸다. 앞서 설명된 바와 같이, 음이온 분석을 가정하고 포지티브 파형을 가정하면(하이 필드 세그먼트는 포지티브이고 로우 필드 세그먼트는 네가티브이다), 타입 A 이온(더욱 높은 필드에서 더욱 큰 이동성)은 상기 셀을 통해 더욱 느리게 이동하며, 타입 C 이온은 상기 셀을 통해 더욱 빠르게 이동하며 상기 IMS 스펙트럼에서 수 ms(도시된 바와 같이 2.75) 시프트를 발생시킨다.

도 20은 본원에서 설명된 시스템의 실시 예에 따른 삽입된 FAIMS 장치를 이용하여 화학 분석 및 검출 처리 단계를 도시하는 흐름도(1100)이다. 단계(1102)에서, 화학 분석 및 검출이 수행되는 샘플 가스가 본원에서 기술된 방법에 따라 IMS/FAIMS 시스템에 샘플 투입구를 통해 제공된다. 단계(1102) 후에, 처리는 단계(1104)로 진행되며, 샘플을 이온화하고 드리프트 튜브를 통해 결과의 이온들을 몰아내기 위해 이온 이동성 분광 측정기 처리가 상기 IMS 장치를 사용하여 수행된다. 상기 단계(1104) 후에, 처리가 단계(1106)으로 진행되며, 본원 명세서에서 더욱 설명되는 바와 같이, 적어도 일부의 이온이 삽입된 FAIMS 장치의 동작에 따라 분리되며, 이온 진동 사용을 포함하고, 이와 같이 생성된 진동의 방향은 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아내진 이온 방향과 동축이다. 상기 진동은 상기 드리프트 튜브의 축 방향을 따라 이동하는 적어도 일부의 이온의 속도에서 네트 변화를 일으킨다. 본원 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 로우 필드에서에 비해 하이 필드에서의 이온의 이동성 특성에 따라, 이온들이 상기 셀을 통해 가속 또는 감속될 것이며(심지어는 정지될 것이며), 따라서 이들 각각 드리프트 시간의 시프트를 발생시키며 측정의 목적을 위해 원하는 이온의 분리를 가능하게 한다. 단계(1106) 후에, 처리는 단계(1108)로 진행되며, 본원 명세서에 설명된 시스템에 의해 분리된 이온(관심 대상 이온들)에 대하여 화학 분석이 수행된다. 단계(1108) 후, 처리가 완료된다.

도 21은 본원에서 설명된 시스템의 실시 예에 따른 IMS 기기(1210)의 IMS 드리프트 튜브(1212)에 삽입된 여러 FAIMS 셀(1221, 1222)을 갖는 화학 분석 및 검출 시스템(1200)의 개략도이다. 본원 명세서 다른 곳에서 설명된 바와 같이, FAIMS 셀(1221, 1222)은 IMS 드리프트 튜브(1212)를 따라 임의의 적절한 위치에 삽입될 수 있다. 상기 FAIMS 셀(1221, 1222)은 두 구멍 그리드(1230) 및 검출기/컬렉터 어셈블리(1240)의 정면에서 삽입을 통해 모두 삽입된다. 비록 두 개의 FAIMS 셀이 도시되어 있지만, 두 개 이상의 FAIMS 셀이 본원 명세서에 설명된 시스템들과 관련하여 사용될 수 있기도 하다. 도시된 실시 예에서, 제1 FAIMS 셀(1221)은 비-평면 기하 구조(예를 들면, 초승달 형상 전극)를 갖는 것으로 도시되며, 제2 FAIMS 셀(1222)은 평면 기하 구조(예를 들어, 평면 형상 전극)를 갖는 것으로 도시된다. 다수의 FAIMS 셀(1221, 1222)을 가짐으로써, IMS 드리프트 튜브를 통해 이동하는 이온들의 시간 시프트가 증가되며, 이에 의해 원하는 관심 대상 이온을 분리 및 검출하는 시스템의 동작을 향상시킬 수 있다.

본원에서 설명된 다양한 실시 예들은 본원 명세서에 설명된 시스템들과 관련하여 적절한 조합으로 서로 결합 될 수 있다. 또한, 일부 경우에, 흐름도에서 단계 순서, 다이어그램 흐름 및/또는 설명된 흐름 처리는, 적절한 경우 수정될 수 있다. 또한, 본원 명세서에서 설명한 시스템의 다양한 특징들은 소프트웨어, 하드웨어, 소프트웨어와 하드웨어의 조합 및/또는 기타 컴퓨터 구현 모듈 또는 설명된 특징을 가지며 설명된 기능을 수행하는 장치의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 본원에 설명된 시스템의 소프트웨어 구현은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되고 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 실행 가능 코드를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 하드 드라이브, ROM, RAM, 플래시 메모리, 예를 들어 CD-ROM, DVD-ROM, 플래시 드라이브 및/또는 범용 직렬 버스(USB) 인터페이스를 갖는 기타 드라이브, 및/또는 실행 가능 코드가 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있는 유형이 있거나 비 일시적인 다른 적절한 컴퓨터 판독가능 매체 또는 컴퓨터 메모리를 포함할 수 있다. 본원에 기재된 시스템은 임의의 적절한 운영 시스템과 관련하여 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예는 본원에 개시된 발명의 명세서 또는 실시를 고려하면 당업자에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시 예는 단지 예시로 간주 되어야 하며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구 범위에 의해 지시되는 것이다.

Claims (42)

1. 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)로서, 상기 샘플 유입구를 통한 샘플 투입 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아내는 이온 이동성 분광 측정기; 그리고
   상기 IMS 장치의 드리프트 튜브의 축을 따라 삽입된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)로서, 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온의 일부 이상이온의 속도 네트 변화를 일으키는 상기 FAIMS 장치를 포함하는 화학 검출 및 분석 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 평면 기학학 구조를 가짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 비-평면 기학학 구조를 가짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
4. 제 1항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 필드-구동(field-driven)으로 만들어짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 드리프트 튜브가 드리프트 튜브의 축 방향으로 드리프트 튜브를 통해 이온들을 몰아내고 그리고 드리프트 튜브 축 방향으로 상기 FAIMS 셀을 통해 이온들을 몰아내는 전극들을 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
6. 제1 항에 있어서, 상기 FAIMS 장치로부터 관심대상의 이온들을 분석하는 콜렉터; 상기 관심대상의 이온들을 상기 콜렉터로 향하게 하는 구멍 그리드를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
7. 제1항에 있어서, 이온의 진동을 일으키기 위해 상기 FAIMS 장치 내에서 발생된 필드를 제어하는 제어기를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
8. 제1항에 있어서, 샘플들을 이온화하고 상기 드리프트 튜브 내로 삽입된 이온들을 발생시키는 이온화 소스를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 제1 FAIMS 장치이고, 상기 시스템이 IMS 장치의 드리프트 튜브 축을 따라 삽입된 하나 이상의 제2 FAIMS 장치를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
10. 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)에서 샘플를 이온화함을 포함하며, 샘플 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아내지고; 그리고
    상기 IMS 장치의 드리프트 튜브의 축을 따라 삽입된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)를 제어하며, 상기 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 함을 포함하는 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 필드-구동(field-driven)됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브가 드리프트 튜브의 축 방향으로 드리프트 튜브를 통해 이온들을 몰아내고 그리고 드리프트 튜브 축 방향으로 상기 FAIMS 셀을 통해 이온들을 몰아내는 전극들을 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 관심대상의 이온들을 상기 콜렉터로 향하게 하고 그리고 상기 관심대상의 이온들을 분석하함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 FAIMS 장치에서 발생된 필드(field)를 제어하여 이온들의 진동을 발생시키도록 함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 제1 FAIMS 장치이고, IMS 장치의 드리프트 튜브 축을 따라 삽입된 하나 이상의 제2 FAIMS 장치를 제어함을 더욱 포함하고, 상기 제2 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하는 방법.
16. 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체 저장 소프트웨어에 있어서, 상기 소프트웨어가
    샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)에서 샘플를 이온화함을 제어하는 실행가능 코드로서, 샘플 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아내도록 하는 실행가능 코드; 그리고
    상기 IMS 장치의 드리프트 튜브의 축을 따라 삽입된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)를 제어하는 실행가능 코드로서, 상기 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 하는 실행가능 코드를 포함하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
17. 제16항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브가 드리프트 튜브의 축 방향으로 드리프트 튜브를 통해 이온들을 몰아내고 그리고 드리프트 튜브 축 방향으로 상기 FAIMS 셀을 통해 이온들을 몰아내는 전극들을 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
18. 제16항에 있어서, 상기 소프트웨어가 상기 관심대상의 이온들을 상기 콜렉터로 향하게 함을 제어하고 그리고 상기 콜렉터에서 상기 관심대상의 이온들을 분석하는 실행가능 코드를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
19. 제16항에 있어서, 상기 소프트웨어가 상기 FAIMS 장치에서 발생된 필드(field)를 제어하여 이온들의 진동을 일으키도록 하는 실행가능 코드를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
20. 제16항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 제1 FAIMS 장치이고, 상기 방법이 IMS 장치의 드리프트 튜브 축을 따라 삽입된 하나 이상의 제2 FAIMS 장치를 제어하고, 상기 제2 FAIMS 장치가 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 이온의 진동을 발생시키도록 제어되어, 결국 상기 드리프트 튜브 축을 따라 난 방향으로 이동하는 이온가운데 일부 이상 이온의 속도 네트 변화를 일으키도록 하는 실행가능 코드를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
21. 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)로서, 상기 샘플 유입구를 통한 샘플 투입 이온화로부터 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되고 상기 드리프트 튜브의 축을 따라 난 방향으로 상기 드리프트 튜브를 통해 몰아내는 이온 이동성 분광 측정기; 그리고
    게이트 그리드 하류에 결합된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)로서, 상기 드리프트 튜브로부터의 이온들이 게이트 그리드로의 1 볼트 이상의 펄스 제어를 통해 상기 FAIMS 장치에 의해 분석을 위해 선택적으로 게이트되는 상기 FAIMS 장치를 포함하는 화학 검출 및 분석 시스템.
22. 제21항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 IMS 장치의 드리프트 튜브를 통해 이온들의 흐름 방향에 직교하여 결합됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
23. 제21항에 있어서, 게이트 그리드로의 1 볼트 이상의 펄스가 관심 대상의 한 이온의 드리프트 시간에 해당함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
24. 제21항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 장방형 파형을 사용하여 구동됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
25. 제24항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 상기 장방형 파형을 사용하여 FAIMS 장치를 구동하는 회로를 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
26. 제21항에 있어서, 상기 시스템이 상기 IMS 장치 그리고 상기 FAIMS 장치의 동작에 해당하는두개 이상의 동작 모드로 동작함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
27. 제21항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 평면 기학학 구조를 가짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
28. 제21항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 비-평면 기학학 구조를 가짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석 시스템.
29. 샘플 유입구를 갖는 제1 단부 그리고 상기 제1 단부 하류의 제2 단부를 포함하는 드리프트 튜브가 있는 이온 이동성 분광 측정기(IMS)에서 샘플를 이온화하고, 상기 샘플 이온화로부터의 이온들이 상기 드리프트 튜브 내로 삽입되며;
    분석을 위해 이온들을 게이트하기 위해 상기 드리프트 튜브의 제2 단부에 결합된 한 게이트 그리도로 1 전압 이상의 펄스를 제어하고; 그리고
    상기 게이트 그리드 하류에 결합된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)를 사용하여 상기 게이트된 이온들에 대한 분석을 수행함을 포함하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 IMS 장치의 드리프트 튜브를 통해 이온들의 흐름 방향에 직교하여 결합됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
31. 제29항에 있어서, 게이트 그리드로의 1 볼트 이상의 펄스가 관심 대상의 한 이온의 드리프트 시간에 해당함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
32. 제29항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 장방형 파형을 사용하여 구동됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
33. 제29항에 있어서, 상기 IMS 장치 그리고 상기 FAIMS 장치의 동작에 해당하는두개 이상의 동작 모드와 관련하여 동작들을 제어함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
34. 제33항에 있어서, 샘플의 이온화 특징이 두개 이상의 동작 모드 가운데 한 특정 동작 모드에따라 결정됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
35. 제29항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 평면 기학학 구조를 가짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
36. 제29항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 비-평면 기학학 구조를 가짐을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
37. 제29항에 있어서, 상기 FAIMS 장치내 이온들의 분리를 향상시키기 위해 하나 이상의 가스 흐름을 사용함을 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
38. 제37항에 있어서, 상기 하나 이상의 가스 흐름이 공기, 공기 이외의 가스, 또는 공기와 다른 가스 또는 물질 혼합물 가운데 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 방법.
39. 학 검출 및 분석 처리를 제어하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체 저장 소프트웨어에 있어서, 상기 소프트웨어가
    화학 검출 및 분석 시스템의 동작 모드에 따라 결정된 주파수로 샘플의 이온화를 제어하는 실행가능 코드;
    이온 이동성 분광 측정기(IMS) 장치의 드리프트 튜브를 통해 관심 대상의 이온 드르프트 시간을 결정하는 실행가능 코드;
    상기 IMS 장치의 드리프트 튜브에 결합된 게이트 그리드의 1 볼트 이상의 펄스를 제어하고, 게이트 그리드 하류에 결합된 하이 필드 비대칭 파형 이온 이동성 분광 측정기(FAIMS)에 의해 분석하기 위? 게이트 이온들을 선택적으로 제어하는 실행가능 코드를 포함하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
40. 제39항에 있어서, 상기 게이트 그리드로 1볼트 이상의 펄스를 제어함이 관심 대상 이온의 드리프트 시간에 해당함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
41. 제39항에 있어서, 상기 FAIMS 장치가 장방형 파형을 사용하여 구동됨을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
42. 제39항에 있어서, 상기 소프트웨어가 상기 IMS 장치와 상기 FAIMS 장치의 동작에 해당하는두개 이상의 동작 모드와 관련하여 동작을 제어하는 실행가능 코드를 더욱 포함함을 특징으로 하는 화학 검출 및 분석을 수행하기 위한 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
    

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