MX2007001434A

MX2007001434A - Espectrometro de movilidad ionica.

Info

Publication number: MX2007001434A
Application number: MX2007001434A
Authority: MX
Inventors: Paul Boyle; Andrew Koehl; David Ruiz Alonso
Original assignee: Owlstone Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2008-03-07
Also published as: CA2575913A1; NO20071168L; IL206034A0; KR20070052774A; NZ553460A; US7714278B2; JP2008508693A; JP5221954B2; WO2006013396A2; BRPI0514095A; US20110006196A1; EA200700395A1; EP1779409A2; IL181140A; CN101882552A; US20080191132A1; WO2006013396A3; IL181140A0; US8319177B2; AU2005268605A1

Abstract

Se describe un espectrometro de movilidad de iones que tiene un filtro de iones en la forma de por lo menos un canal de iones que tiene una pluralidad de electrodos. Un potencial electrico de tiempo variable aplicado en las capas conductoras permite que el filtro admita, en forma selectiva, las especies de iones. El potencial electrico tiene un controlador y un componente transversal, y en una modalidad preferida, cada uno de los electrodos esta involucrado en generar un componente de los campos del controlador y el campo transversal. El dispositivo se puede utilizar sin un flujo de gas de arrastre. Se describe tecnicas de microfabricacion para producir espectrometros a microescala, asi como los diferentes usos del espectrometro.

Description

ESPECTRÓMETRO DE MOVILIDAD IÓNICA Campo de la Invención La presente invención se refiere a un espectrómetro de movilidad iónica, y más particularmente a un espectrómetro de movilidad iónica de campo asimétrico (FAIM, por sus siglas en inglés). Ciertos aspectos de la invención se refieren a un espectrómetro FAI micro maquinado. Los aspectos de la invención también se refieren a métodos de realizar espectometría de movilidad iónica, y a componentes para uso en este espectrómetro.

Antecedentes de la Invención El espectrómetro de movilidad iónica es una técnica versátil usada para detectar la presencia de especies moleculares en una muestra de gas. La técnica tiene una aplicación particular en la detección de explosivos, drogas, y agentes químicos en una muestra, aunque no está limitada a estas aplicaciones. Los detectores portátiles son usados comúnmente para resguardar la seguridad, y en la industria de defensa. Sin embargo, dispositivos portátiles convencionales son no obstante aún relativamente grandes. La espectrometría de movilidad iónica basada en el movimiento diferencial de diferentes especies iónicas a través de un campo eléctrico a un detector; por selección apropiada de los parámetros del campo eléctrico, los iones que tienen diferentes propiedades alcanzarán al detector en diferentes tiempos, si no en todos. El tiempo de trayectoria (TOF) de la espectometría de movilidad iónica mide el tiempo tom ado por iones cuando se someten a un campo eléctrico para viajar a lo largo de un mandril de tubos a un detector contra un túnel de comunicación de flujo de gas . Variando los iones de campo eléctrico de diferentes características alcanzarán al detector en diferentes tiempos, y la composición de una m uestra puede analizarse. Esta forma de espectrometría se basa en la longitud del m andril de tubos para su resolución ; cuanto más larg o es el mandril de tubos, más fuerte es el detector. Esto restringe la posible m iniaturización de estos espectrómetros, dado que hay un límite hacia el tamaño inferior del mandril de tu bos los cuales pueden usarse efectivamente. Además, dado que las fuerzas relativamente altas del campo eléctrico son necesarias , la restricción en la long itud del mandril de tubos tam bién resulta en la necesidad de usar relativamente voltajes altos en el dispositivo , el cual puede ser potencialmente peligroso para el operador y además restringe la posibilidad de m iniaturización del dispositivo. U na variación en el tiempo de trayectoria de la espectrometría de movilidad iónica es descrita en el documento US 5.789.745, la cual hace uso de un potencial eléctrico móvil para mover los iones contra un túnel de com un icación de flujo de gas hacia un detector.

U na pluralidad de electrodos espaciados es alternativamente pulsada para generar un pozo gravitacional móvil, que transporta iones seleccionados junto con éste. Este dispositivo es i nadecuado para miniaturización debido a, entre otras razones, la necesidad de una bom ba para producir el túnel de comunicación de fluj o de gas .

La espectometría de movilidad iónica de cam po asimétrico (FAI MS) es un derivado de la tiem po de trayectoria de la espectrometría de movilidad iónica (TOFI MS), q ue potencialmente ofrece un factor de forma más pequeño; sin em bargo, existen diseños q ue usan flujos de gas móvil y altos voltaj es, los cuales son indeseables para im plementaciones del microchip. La puesta en escala se dificulta además por la difusión molecular, un efecto que se vuelve sig nificativo en el régimen del micrón . El- antecedente de información referente a FAI Ms puede encontrarse en L.A. Buryakov y colaboradores. I nt. J. Mass . S pectrom . I on Process . 1 28 ( 1 993) 143; y E.V. Krylov y colaboradores Int. J. Mass. Spectrom . Ion Process. 225 (2003) 39-51 ; incorporados en la presente por referencia. FAI MS convencionales opera atrayendo aire a presión atmosférica dentro de una reg ión de reacción donde los componentes de una muestra son ionizados. Los agentes quím icos en fase de vapor componen nubes de iones cuando están expuestos a sus iones asociados. La movilidad de las n ubes de iones es principalmente una función de forma y peso. Los iones son soplados entre dos electrodos de metal, una polarización de CD de bajo voltaje y otro con una señal de pulso de alto voltaje periódica , a una placa detectora donde ellos chocan y una corriente es reg istrada. Los iones son conducidos rápidamente hacia un electrodo durante la fase de pulso y conducidos lentamente hacia el electrodo opuesto entre los pulsos . Algunos iones im pactan un electrodo antes de alcanzar la placa detectora; otros iones con movilidad diferencial apropiada alcanzan el extremo, haciendo este dispositivo una clase de filtro de movilidad iónica diferencial. U na representación g ráfica de la corriente generada contra la polarización de CD proporciona una característica del espectro de movilidad iónica diferencial. La intensidad de los picos en el espectro, que corresponde a la cantidad de carga, indica la concentración relativa del agente . Mientras que este arreg lo ofrece la posibilidad de mayor miniaturización que los TOFI MS convencionales , la necesidad de generar un flujo de gas requiere la presencia de una bomba, diafragma o similar, que usando la presente tecnolog ía lim ita el menor tamaño de este dispositivo . Los ejemplos representativos de estos dispositivos son descritos en los documentos US 6.495.823 y US 6.51 2.224. Sería beneficioso proporcionar los espectrómetros de movilidad iónica miniaturizados para usa en técnicas de detección; no únicamente éstos serían convenientes para cubrir el uso o l a distribución a g ran escala, el tamaño más pequeñ o permitirá el uso de voltajes menores en el dispositivo. Los dispositivos sin o con pocas partes móviles que dispositivos convencionales también serían benéficos, en que serían más robustos q ue los sensores convencionales , y por lo tanto convenientes para el despliegue en áreas de tráfico alto o en entornos ardu os. Los presentes inventores han desarrollado una modificación más de FAIMS , q ue no requiere un túnel de com unicación de flujo de gas para su operación. En cambio, un campo eléctrico es usado para hacer que los iones se muevan hacia el detector. Esto permite una construcción de estado sólido que no requiere una bomba de gas o similar, así que permite una mayor miniaturización del dispositivo que sea de otra manera posible, así como una construcción más robusta. El sistema en su totalidad puede reducirse en tamaño y costo, ya que no es necesaria una bomba y la electrónica puede reducirse en tamaño. Ya que la reducción en tamaño permite tamaños de espacio más pequeños entre los electrodos y por lo tanto menores voltajes, conduciendo a más pequeño, electrónica más integrada, más precisa y señales más controlables, y desempeño mejorado en términos de uso de energía y resolución. El espectro de iones detectados puede proporcionar información de analitos múltiples simultáneamente, ya que el filtro iónico está listo para afinarse simplemente alterando las propiedades del campo eléctrico.

La detección de analitos adicionales puede incorporarse alterando el software que controla el filtro y análisis posterior, para hacer el sistema altamente adecuado a las necesidades. Otras ventajas de la presente invención incluyen la reducción de positivos falsos por ajuste de parámetros múltiples en el tiempo, los cuales nuevamente pueden alcanzarse con el software de control. Muchos detectores pueden conectarse en red juntos para combinar salidas, reducir efectos deletéreos de interferencias locales y aumentar confianza de clasificación, así como para hacer el sistema en su totalidad más robusto.

Finalmente, la presente invención es altamente sensible, permitiendo la detección a niveles de trazas, y rápida. Con una distancia red ucida entre el ionizador y el detector, el tiempo durante el cual los iones deben existir para detectarse, es reducido, permitiendo así la detección de iones de breve duración . El sistema puede operarse a bajos voltajes, y a baja energ ía , perm itiendo u n uso operacional más largo en un tipo de ambientes . Breve Descripción de la I nvención De acuerdo a un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un espectrómetro de movilidad iónica que com prende un ionizador, un filtro iónico , y un detector iónico; en donde el filtro iónico define por lo menos un canal iónico a lo largo del cual los iones puedan pasar desde el ionizador al detector iónico; y en donde el filtro iónico com prende una pluralidad de electrodos colocados próximos al canal iónico; el espectrómetro además comprende un medio de control de electrodos para controlar electrodos de modo que un primer cam po eléctrico de conducción es generado a lo larg o de la long itud del canal iónico , y u n seg undo campo eléctrico transversal es generado ortogonal al primero, y en donde cada pluralidad de electrodos está involucrada en generar un com ponente de ambos, cam po eléctrico de conducción y transversal . Este arreglo permite al campo eléctrico de conducción utilizarse para im peler iones a través del canal , mientras que el campo eléctrico transversal puede usarse para afectar selectivamente la movilidad de iones de acuerdo a parámetros tales como su carga. El espectrómetro de la presente invención puede por lo tanto utilizarse sin un túnel de comunicación de flujo de gas, y así requiere menos partes móviles que los espectrómetros convencionales. Además, un mandril de tubos largo no es necesario para que la presente invención opere eficazmente. Los campos eléctricos transversal y de conducción son de preferencia aplicados simultáneamente. El uso de los mismos electrodos para generar componentes de ambos campos eléctricos transversal y de conducción, minimizan el número de electrodos requeridos, así como se reduce el tamaño del dispositivo. En ciertas modalidades de la invención, electrodos adicionales pueden sin embargo estar presentes, y no todos los electrodos en el espectrómetro necesitan estar involucrados en generar un componente de ambos campos eléctricos transversal y de conducción. El campo de conducción es preferiblemente un campo eléctrico longitudinal. Preferiblemente el campo eléctrico de conducción es un campo eléctrico estático; es decir, el campo no varía en el tiempo. Sin embargo, un campo de conducción de tiempo variante puede usarse, por ejemplo, para ajustar el ancho de los picos de resolución y así configurar un instrumento para el funcionamiento óptimo en una aplicación particular. En algunos instrumentos el campo puede ser barrido y los datos recogidos en un intervalo de fuerzas de campo. En esta forma la fuerza de campo de conducción puede usarse como un parámetro adicional para post-procesamiento para alcanzar resultados mejorados (más exactos) . El campo puede generarse por aplicación de u na polarización de CD a través de los electrodos . Se ha encontrado que un cam po eléctrico estático, continuo es suficiente para conducir iones a lo largo del canal iónico mientras el campo transversal separa los iones de acuerdo a la m ovilidad , y dentro de los parámetros tales como forma, masa y carga; esta com binación de cam pos elimina la necesidad de un túnel de com unicación de flujo de gas. El campo eléctrico transversal puede variar en un tiem po , y puede generarse por la aplicación de u n voltaje de CA a través de los electrodos. El voltaje de CA es preferiblemente asimétrico. De esta manera en modalidades preferidas de la invención , el campo eléctrico transversal comprende un com ponente de CA y un com ponente de CD. El com ponente de CD está preferiblemente opuesto al componente de CA; es decir, el com ponente de CA tenderá a conducir ¡ones hacia una pared lateral del canal iónico, mientras q ue el componente de CD tenderá a conducir los iones hacia la otra pared lateral del canal . U na ram pa de CD o fuerza de barrido puede también agregarse y los parámetros de voltaje de CA tales como amplitud , ciclo de trabajo y sim ilares pueden también variar para obtener barrido y para mejorar sens ibilidad y selectividad u otros efectos. El medio de control del electrodo preferiblemente permite a cualq uier o a todos los cam pos eléctricos ser variados; esto perm ite q ue el campo sea reaj ustado para perm itir la detección de iones particulares. Los electrodos preferiblemente están colocados adyacentes a la entrada y salida del canal ¡ónico. Los electrodos alternativamente pueden estar colocados dentro de su mismo canal . Por lo menos dos pares de electrodos pueden proporcionarse; un electrodo está situado conven ientemente en cada esquina del canal. Es decir, cuatro electrodos forman cuatro pares de electrodos: dos pares transversales que sirven para generar un campo transversal , y dos pares longitudinales que generan un campo de conducción . Cada electrodo es un m iem bro de dos pares , un par transversal y un par de conducción. Los pares de electrodos son separados transversalmente por el m ismo canal , mientras que los pares pueden separarse verticalmente por un resistivo (por ejem plo silicio resistivo de 1 -1 00 KOcm) material sem icond uctor o aislante para proporcionar estabilidad estructural . Preferiblemente cuatro electrodos son proporcionados en cada canal iónico . El ionizador puede com prender cualquier medio conveniente; por ejem plo, una fuente de radiación de ionización , una fuente UV, o sim ilares. El filtro comprende preferiblemente una pluralidad de canales iónicos, y convenientemente más de 5, más de 1 0, más de 1 5 , y más de 20 canales iónicos. Los canales pueden convenientemente definirse por una pluralidad de dedos de electrodo que forman u n acomodo tipo com ba. En modalidades preferidas, el filtro comprende dos o más hileras de electrodos interdig itados , cada hilera tiene una pluralidad de dedos de electrodo. La presencia de mú ltiples canales iónicos perm iten un volumen de ionización relativamente grande para usarse adyacente a los canales, de tal m odo q ue mejora la sensibilidad del espectrómetro com parado con dispositivos convencionales que tienen un solo canal ión ico y por lo tanto restring ido a un volumen de ionización relativamente peq ueño. Preferiblemente los canales iónicos son alarg ados; es decir, tienen una long itud relativamente corta (la dirección a lo largo de la cual los iones fluirán) y un ancho relativamente corto (en una dirección transversal menor) , con una profu ndidad relativamente larga (en una dirección transversal mayor) . Opcionalmente los dedos interdig itados pueden ser curvados , más particularmente en forma de serpentina, y de esta manera pueden entonces definir los canales curvados o serpentinos. Esto tiene la ventaja de reducir las pérdidas por difusión q ue, con electrodos rectos , son causados por la difusión de iones en las paredes de los canales . Con electrodos curvados o serpentinos estas pérdidas por difusión son reducidas (y el ancho del canal en este sentido es aumentado eficazmente) debido a la formación de un pozo gravitacional parcial dentro de un canal . Canales curvados o serpenti nos tam bién reducen los efectos deletéreos de la repulsión de carga en espacio . De esta m anera en otro aspecto la ¡nvención se proporciona un filtro iónico q ue tiene canales definidos por electrodos con esta formación general. También se proporciona un filíro ¡ónico que comprende dos electrodos interdigiiados que forman una pluralidad de canales iónicos. Tal arreglo puede usarse como esfá descriío, o con un túnel de comunicación de flujo de gas; el tamaño más pequeño entre electrodos proporcionado por el arreglo del filtro interdigitado todavía proporciona ventajas de voltajes reducidos y por lo tanío un conírol elecírónico más simple aún cuando un íúnel de comunicación de flujo de gas sea usado. El filtro comprende preferiblemente un sustrato resistivo o semiconductor el cual está provisto con una superficie conductora para formar un electrodo. Una superficie conducfora puede colocarse en dos caras del susírato. El sustrato puede comprender silicio. La superficie conductora puede comprender metal, polisilicio dopado o similares. En modalidades preferidas, en donde el espectrómetro está en una escala micro maquinada, el susfraío y la superficie pueden aíacarse químicameníe en forma conveniente para lograr una forma y una configuración deseada, y proporcionar los canales iónicos, usando técnicas de procesamiento semiconductoras convencionales. Esto permite que muchos canales sean formados en paralelo, y a una pequeña escala. Preferiblemente la longitud del canal iónico es menor que la profundidad del filtro, y preferiblemente de manera significativa menor; por ejemplo, por lo menos 10 veces menor. En modalidades preferidas, el filtro tiene generalmente una forma tipo oblea, con la longitud del canal como una fracción de la profundidad del filtro. En algunas modalidades preferidas, la longitud del canal es menor que 1,000 micrones, menor que 900 micrones, y menor que 800 micrones, mientras que la profundidad del filtro es más de 10,000 micrones. La longitud de canal preferida es de 1000 a 100 micrones, más preferiblemente de 800 a 300 micrones, y mucho más preferiblemente de 500 a 300 micrones'. Preferiblemente íambién el ancho del canal iónico (es decir, el espaciado eníre electrodos a través del canal en el cual el campo eléctrico transversal es generado) es menor que la longitud del canal. En modalidades preferidas el espaciado entre electrodos es entre 10 y 100 micrones. Tal arreglo permite la generación de campos eléctricos relativameníe grandes a íravés del ancho del canal con volíajes y consumo de energía bajos relalivamente. En modalidades preferidas de la invención, los campos eléctricos pueden ser suficieníemeníe grandes para causar la fragmeníación iónica o crequeo iónico. Esío permite que especies iónicas grandes sean fragmentadas en especies más pequeñas, que pueden mejorar la sensibilidad detectora y reducir la probabilidad de interferencias que oscurecen resultados. El espectrómeíro comprende preferiblemeníe un medio para caleníar el filtro. El filtro se puede calentar preferiblemente por lo menos a 150°C. El calentamienío del filíro puede mejorar el desempeño, y asisíirá en quitar contaminantes del filtro. Un calentador separado puede proporcionarse (por ejemplo, un sustraío en el cual el filtro es montado), aunque preferiblemente el medio de calentamiento son i nteg rados con el filtro . En modalidades preferidas, el filtro comprende un sustraío el cual es calentado, por ejem plo por efecto de calentamienío Jou le cuando un voltaje es aplicado a través del sustrato. Si el sustrato es integ rado en el filtro, eníonces íal volíaje será aplicado cuando los elecírodos del filtro son accionados. Las modalidades de micro escal a preferidas de la invención permiten que voltajes relativameníe bajos sean usados para proporcionar calenfam ienío eficaz por el efecío Joule. El espectrómetro comprende convenientemente una pluralidad de capas funcionales; cada capa puede tener u na forma tipo oblea. Este arreg lo es ventajoso en el montaje de un especírómefro micro maqui nado ya que esíe perm iíe que sean usadas íécnicas semiconducíoras de producción en masa (por ejemplo , loíe o procesos de fabricación paralelos) . El uso de íécnicas sem iconductoras generalmente significa que la fabricación íomará lug ar en u n ambiente de cuarto lim pio , de tal modo que las largas etapas de descontaminación y preparación no son necesarias antes de q ue el producto montado pueda usarse. Tal espectrómetro tam bién se compactará relativameníe debido a la esírucfura de la capa, la cual así perm iíe una m iniaíurización mayor que de oíra m anera. Por ejem plo , cada uno de los ionizdores, filtro, y detector pueden comprender una capa funcional . En ciertas modalidades, es posible com binar una o más capas funcionales en una sola capa física tipo oblea. Por ejem plo , la capa filtraníe y capa detectora podrían intercalarse usando un sil icio en la capa de manej o de oblea aislante (SOI) como el electrodo detector y depositando el circuito iníegrado en la paríe posíerior, o simplemeníe moviendo los coníroles elecírónicos fuera del disposiíivo. El ionizador podría iníegrarse con una capa de enírada modelando una pel ícula radioisotópica metálica en la parte inferior de la franja de enírada.

En una modalidad , el sensor podría com ponerse de solo dos capas: una capa deíecíora y de filíro iníegrada fabricada en una sola oblea SOI , y un casquillo de enírada poroso con maíerial de ionización de mefal modelado en el lado inferior. Esía m odalidad requeriría solo una eíapa de u nión . En modalidades, los canales son susíancialmeníe perpendiculares a una cara del filtro. Preferiblemente el filtro íiene una superficie froníal en relación a la long itud del canal de mayor que 1 : 1 (m m) , más preferiblemente mayor que 1 0: 1 o 1 00: 1 (milímetros) . Por ejemplo un filtro puede tener u na superficie frontal de 8mm x 8mm y una long iíud de canal de aproximadameníe 200µm .

El espectrómetro puede además comprender uno o m ás de los siguientes componentes adicionales; en modalidades preferidas, cada uno de esíos, forma una capa funcional adicional: a) Una capa de enlrada puede estar presente, para prevenir que partículas indeseadas entren al espectrómefro mieníras perm iíe a los analiíos difundirse en el disposiíivo. La capa de entrada está hecha convenieníemeníe de un maíerial poroso, íal com o una cerámica porosa. b) U na capa de deshumidificación para ag oíar el vapor de agua del espectrómetro. Esta capa puede comprender un material absorbente; alternativamente un desecante o similar puede usarse. La capa puede además incl uir u n elemento de calentamienío, que puede ufilizarse para purgar el maíerial absorbeníe periódicameníe. c) U na capa preconceníradora, para acumu lar y liberar analifo periódicamente para concentrar eficazmeníe el analiío. Esía capa puede iambién comprender un material absorbente, tal como un filtro molecular q ue tiene poros de un tamaño apropiadamente grande para absorber la relación de analitos deseados . Un elemento de calentam ienío puede entonces acíivarse para liberar analitos absorbidos periódicamente. d) U na capa dopada que com prende un material impreg nado con un prod ucto q uím ico o dopante deseado q ue es liberado o desorbido de la capa y dentro de la reg ión activa para afectar reacciones químicas y por lo tanío modificar el desempeño. Ésíe podría ser por ejemplo amoníaco para mejorar la ionización de presión aím osférica de cieríos compuesíos o podría ser por ejemplo ag ua, la cual es conocida para mejorar la separación de compuestos en el espectro y por lo tanlo la resolución . El deíecíor puede com prender un electrodo localizado en un sustrato . El detector es convenientemenfe un susíraío semiconducíor tipo oblea; por ejemplo , silicio. El detecíor puede además com prender ci rcuiío de conírol y similares; esío es convenientemente formado en el sustraío semiconducíor. El deíector además puede comprender conectores para conecíar el circuito de conírol y/o elecfrodo a un medio de procesador o similar para moniíorear el elecírodo o confrolar el disposiíivo. El especírómeíro puede íam bién com prender un medio para generar u na coníracorrieníe de gas a íravés del filíro conlra la dirección de movimienfo de ¡ones. En raras ocasiones lodo de una m ueslra será ionizado, de modo q ue producios de ionización parcial o moléculas i ntactas pueden entrar al fi ltro. Tales m oléculas en la región del filtro pueden llevar a reacciones e interacciones adicionales , que causan efectos deletéreos tales como desviación de picos ele. El uso de una contracorriente de gas puede asistir en eliminar contaminantes del filtro o en mantener u n am biente no reactivo dentro del filtro. El gas usado puede ser no reactivo - por ejemplo, nitrógeno o helio - o puede seleccionarse para afectar la afinidad de contaminantes a la ionización - por ejem plo , am oníaco, MCD etc. , pueden usarse. Una contracorriente de gas puede también usarse para alterar la movilidad de iones dentro del filtro. La contracorriente de gas puede estar en un índice de flujo bajo; por ejem plo , una diferencia de presión m ínima entre los lados del filtro es generalmente suficiente, ya que el flujo no es necesario para mover los iones (la d iferencia de fluj os de g as en espectrómetros de iones convencionales). Las bombas m in iatu rizadas o diafragmas pueden uíil izarse, con relaíivamenie bajo consum o de energ ía; o un depósiío de gas presurizado puede uti lizarse . De acuerdo a u n aspecto más de la invención , se proporciona un método de anal izar una m uestra, el método comprende las eíapas de: proporcionar un primer cam po eléctrico de conducción a lo largo de la longifud de un canal iónico; proporcionar un seg undo campo elécírico íransversal oríog onal al primero; ionizar una muesíra para generar iones adyacentes a una entrada al canal ¡ónico; y detecíar iones generados que han pasado a través del canal iónico. Preferiblemente el campo eléctrico de conducción es un cam po elécírico esfático; es decir, el campo no varía en el íiem po. Sin em bargo , u n campo con variación de íiempo puede también usarse, conforme lo previamente mencionado. El campo puede generarse por aplicación de una polin ización de CD a través de los electrodos. El cam po eléctrico transversal puede variar en el tiempo , y puede generarse por aplicación de un voltaje de CA a través de los electrodos . En modalidades preferidas de la invención , el cam po elécírico fransversal com prende un com ponente de CA y un componenfe de CD . El componenle de CD es preferiblemeníe opuesío al com poneníe de CA; es decir, el componente de CA íenderá a conducir iones hacia una pared lateral del canal iónico, mientras que el componente de CD tenderá a conducir iones hacia la otra pared lateral del canal . Los parámetros pueden ser variados como se describió previamente. Los cam pos de conducción eléctrica y fransversal son proporcionados de preferencia sim ultáneamente . Preferiblemente los campos de conducción eléclrica y transversal son generados por una pluralidad de electrodos, cada electrodo contribuye un componente de ambos, campos de conducción eléctrica y transversal. El método fambién puede comprender la eíapa de aplicar una coníracorrieníe de gas a íravés del filíro opuesío a la dirección de movimiento de ¡ones. El método puede además comprender la eíapa de fragmeníar iones por aplicación de un campo elécírico suficieníemente grande a través del canal iónico. El canal iónico puede caleníarse, por ejemplo aplicando suficiente voltaje a través de un sustraío para generar calentamienío Joule. De acuerdo a un aspeólo más de la preseníe invención, esíá provisío un filtro iónico para uso en un espectrómetro tal como un espectrómetro de movilidad iónica, el filtro define por lo menos un canal iónico a lo largo del cual los iones pueden pasar, y una pluralidad de electrodos colocados próximos al canal iónico, los electrodos siendo configurados para permitir la generación de un primer campo eléctrico de conducción a lo largo de la longitud del canal iónico, y generar un segundo campo eléctrico transversal ortogonal al primero, en donde cada uno de una pluralidad de electrodos está involucrado en la generación de un componente de ambos, campos de conducción eléctrica y transversal. Por lo menos dos pares de electrodos pueden proporcionarse; un electrodo es situado convenienlemeníe en cada esquina del canal. Los pares de elecírodos eslán separados íransversalmeníe por el mismo canal, mienlras que los pares pueden separarse verticalmente por un material aislante para proporcionar estabilidad estructural. Preferiblemente cuatro electrodos son proporcionados en cada canal iónico. El filtro comprende preferiblemente una pluralidad de canales iónicos, y convenieníemente más de 5, más de 10, más de 15, y más de 20 canales iónicos. Los canales pueden definirse convenieníemeníe por una pluralidad de dedos de electrodo que forman un arreglo tipo comba. En modalidades preferidas, el filíro comprende dos o más hileras de elecírodos iníerdigiíados, cada hilera tiene una pluralidad de dedos de electrodo, opcionalmente curvada como se describe previameníe. Preferiblemeníe los canales iónicos son alargados; es decir, iienen una longiíud relaíivameníe coría (la dirección a lo largo de la cual los iones fluirán) y un ancho relaíivameníe corío (en una dirección íransversal menor), con una profundidad relaíivameníe larga (en una dirección íransversal mayor). El filíro comprende preferiblemenie un sustrato resistivo en el cual está colocada una superficie conductora para formar un electrodo. Una superficie conductora puede colocarse en dos caras del sustrato resistivo. El sustraío puede comprender silicio. La superficie conducíora puede comprender meíal, polisilicio o similar. En modalidades preferidas, donde el especírómeíro esíá en una escala micro maquinada, el susíraío y la superficie pueden aíacar químicamente de forma convenieníe para formar una forma y configuración deseadas, y para proporcionar canales iónicos, que usan íécnicas de procesamienío semiconducíoras convencionales. Esto permite que muchos canales sean formados en paralelo, y en una escala pequeña. Preferiblemente la longiíud del canal iónico es menor que la profundidad del filíro, y de preferencia significaíivamente menor; por ejemplo, por lo menos 10 veces menor. En algunas modalidades preferidas, el filtro tiene una forma generalmeníe íipo oblea, con la longiíud del canal siendo una fracción de la profundidad del filíro. En una modalidad particularmente preferida, la longitud de canal es menos que 1000 micrones, menos que 900 micrones, y menos que 800 micrones, mientras que la profundidad del filtro es más de 10,000 micrones. Las longitudes del canal preferidas son desde 1000 a 100 micrones, más preferiblemente 800 a 300 micrones, y mucho más preferible 500 a 300 micrones. De acuerdo a un aspecto más de la presente invención, se proporciona un espectrómelro de movilidad iónica que comprende un ionizador, un filíro ¡ónico, y un deíecíor iónico; en donde el f i It ro iónico define una pluralidad de canales iónicos a lo largo de los cuales los iones puedan pasar del ionizador al deíector iónico; y en donde el filtro ¡ónico comprende una pluralidad de electrodos colocados próximos al canal iónico; el especírómetro además comprende un medio de control de elecírodo para confrolar elecírodos de modo que un primer campo elécfrico de conducción es generado a lo largo de la longiíud del canal ¡ónico, y un segundo campo elécírico íransversal es generado oríogonal al primero. La ¡nvención íambién proporciona un filíro iónico para uso en un especírómelro lal como un especírómetro de movilidad iónica, el filíro que define una pluralidad de canales iónicos a lo largo de los cuales los iones puedan pasar, y una pluralidad de elecírodos colocados próximos al canal iónico, los elecírodos siendo configurados para permiíir la generación de un primer campo elécírico de conducción a lo largo de la longitud del canal ¡ónico, y generar un segundo campo eléctrico transversal ortogonal al primero. De acuerdo todavía a un aspecto más de la presente invención, es proporcionado un método de fabricación de un espectrómeíro de movilidad iónica, el método comprende las etapas de: proporcionar un sustraío resisíivo generalmeníe plano que íiene una capa conducíora proporcionada en dos caras del mismo; modelar, por ejemplo el aíaque químico de susíraío para proporcionar un filtro que comprende dos o más hileras de electrodos interdigiíados que definen una pluralidad de canales iónicos que íienen elecírodos colocados próximos a esíos canales; unir el filíro en una cara de una capa deíecíora iónica generalmeníe plana que comprende un elecfrodo deíector; y adjuntar, por ejemplo la unión del filíro en la cara opuesía a una capa de ionización generalmeníe plana que comprende un medio para ionizar un analiío. Preferiblemeníe el méíodo además comprende la elapa de proporcionar un medio de conlrol de elecírodo para conírolar los elecfrodos de modo que un primer campo elécírico de conducción es generado a lo largo de la longiíud del canal iónico, y un segundo campo elécirico transversal es generado ortogonal al primero. Breve Descripción de los Dibujos Estos y otros aspectos de la presente invención serán ahora descritos a modo de ejemplo únicamente con referencia a las figuras anexas, en las cuales: La figura 1 es un diagrama esquemático de una estructura convencional del filtro FAIMS; La figura 2 es un diagrama esquemático de una estrucíura del filíro FAIMS como puede usarse con un especírómeíro de acuerdo con las modalidades de la preseníe invención; La figura 3 es una visía en perspecíiva de un especírómeíro de conformidad con una modalidad de la preseníe invención; La figura 4 es una visía en perspectiva despiezada del espectrómeíro de la figura 3; La figura 5 es una visía en perspecíiva de la capa de enírada del especírómefro de la figura 3; La figura 6 es una vista en perspectiva de la capa de deshumidificación del especírómetro de la figura 3; La figura 7 es una vista en perspectiva de la capa pre- conceníradora del especlrómelro de la figura 3; La figura 8 es una visía en perspecfiva de la capa ionizadora del especírómeiro de la figura 3; La figura 9 es una visía en perspecfiva de la capa filíranfe del especírómeíro de la figura 3; La figura 10 es una visía en perspecíiva de la capa deíecíora del especírómeiro de la figura 3; La figura 11 es una gráfica que muestra la respuesta de un espectrómeíro de acuerdo con la invención conforme el flujo de muestra es variado; La figura 12 es un gráfico que muestra la respuesta de un espectrómeíro de acuerdo con la invención para acelona como un analito; La figura 13 es una micrografía de electrones de una porción de un filtro iónico de acuerdo con una modalidad de la presente invención, que ilustra la estrucíura del filíro; La figura 14 mueslra el uso de un íubo de entrada de membrana calentada con la presente ¡nvención; La figura 15 muestra el uso de un tubo de entrada para muestrear fluidos con la presente invención; La figura 16 muestra la incorporación de un esíándar en la présenle invención; La figura 17 muesfra una hilera de elecírodos deíeclores de acuerdo a como pueden usarse con la preseníe invención; La figura 18 muesíra un iníegrador conmufado el cuál puede usarse con la invención; y La figura 19 muestra un ejemplo de una esírucíura de filtro formada de capas planas apiladas. Descripción Detallada de la Invención La figura 1 muesíra una forma esquemáíica de la operación de FAIMS convencional (especlroscopia de movilidad iónica de campo asiméfrico). El aire es aíraído a presión aímosférica deníro de una región de reacción donde los componeníes de la muesíra son ionizados. Los iones 12a, 12b son soplados eníre dos elecírodos de meíal 14a, 14b, uno con una polarización de CD de bajo volíaje y el oíro con una señal de pulso periódica de alio volíaje, a una placa deíectora (no mostrada) donde chocan y una corriente es registrada. Los iones son conducidos rápidamente hacia un electrodo durante la fase de pulso y leníamente conducidos hacia el elecírodo opuesío eníre los pulsos. Algunos iones 12a impactan un electrodo antes de alcanzar la placa deteclora; otros iones 12b con la movilidad diferencial apropiada alcanzan el extremo, haciendo esío un filíro de movilidad iónica diferencial. Un gráfico de la corrieníe generada coníra la polarización de CD proporciona una característica de un espectro de movilidad iónica diferencial. La intensidad de los picos en el espectro, que corresponde a la cantidad de carga, indica la concentración relativa del agente. Un diagrama esquemático de la operación del filtro de la présenle invención es mosírado en las figuras 2a y 2b. Este diseño es conveniente para superar o para reducir limitaciones de escala.

Nuesíro méfodo se ceñirá en una geomeíría de electrodo innovadora que permiíe la operación a bajo voltaje. Una esíructura del elecirodo interdigiíada es formada grabando una hilera densa de canales angosíos a fravés de la alta resistividad de silicio. Los iones son conducidos a través de los canales vía un mecanismo de transporíe nuevo que se basa en campos elécíricos en vez de flujos de gas móvil para lograr la operación sin bomba. Los canales ¡ónicos 22 son definidos por el suslrafo de silicio 24 el cual lleva una capa conducíora 26, que define elecirodos en cada esquina de la enírada a y salida del canal ¡ónico. Los amplificadores 28 descrifos represenían sumadores análogos. Observe que las placas meíálicas son reemplazadas por alia resisíividad de silicio. Además al pulso de alto voltaje y a la polarización de CD de bajo voltaje generado a través del canal, una fueníe de CD 30 además crea un campo elécírico de conducción para conducir iones a íravés del canal, eliminando la necesidad de un flujo de gas móvil. Un análisis íeóríco ha mostrado que los iones pueden impelerse suficientemeníe rápido para eviíar pérdida de ion en las paredes del canal debido a la difusión. La figura 2a muesíra una modalidad preferida que íiene múlíiples canales iónicos, mienfras la figura 2b ilusíra un solo canal iónico para claridad, junio con conírol eleclrónica. El filíro es operado normalmeníe con un campo elécírico de 40 a 200 V a íravés del canal, con el pulso de alio volíaje estando normalmente desde 3 MHz a 10 o 20 MHz. El campo de conducción puede generalmente ser de 10 a 40 V.

La figure 3 muesíra una vista en perspectiva del sensor de la preseníe invención. El sensor esíá formado de un número de capas separadas unidas junías, como será descriío. Los canales iónicos esíán orieníados veríicalmeníe de modo que el movimienlo iónico es dirigido en forma perpendicular a la superficie del susírafo de silicio.

Esta geometría permite a los subsistemas ser segregados para separar las capas de oblea que están apiladas y unidas en el orden del flujo iónico, que produce un sensor de gas integrado completamenfe con el menor famaño posible. Una visía en perspecíiva despiezada del sensor es mosírada en la figura 4. El especlrómetro incluye un número de capas adicionales para la capa filtraníe. De arriba a abajo, estas capas son: una capa de entrada 50, capa de deshumidificación 60, capa preconcentradora 70, capa ionizadora 80, capa filtranle 90, y capa deíecíora 100. Esía es únicameníe una modalidad previsía y podría simplificarse en gran parle o de otra forma modificarse en una variedad de formas. Por ejemplo, la capa filtraníe y la capa delectora podrían unirse usando el silicio en una capa de manejo de oblea aislante (SOI) como el electrodo detector y depositar el circuito integrado en la parte posterior, o simplemente mover la electrónica de control fuera del dispositivo. Las capas de deshumidificación y preconcentradora podrían integrarse juntas en la misma capa, o moverse fuera del dispositivo y en la cavidad que aloja el sensor. El ionizador podría integrarse con la capa de entrada modelando una película radioisotópica melálica en el lado inferior en la franja de enírada. En el caso más simple, el sensor podría componerse de solo dos capas: una capa filíraníe deíecíora iníegrada fabricada en una sola oblea SOI, y un casquillo de enírada poroso con material de ionización de metal modelado en el lado inferior. Esta modalidad requeriría de solo una eíapa de unión. Nueslro concepío sobresale por aprovechar las propiedades de íamaño pequeño para mejorar el desempeño. La capa filíraníe micro esíructurada usa voltajes bajos e implementa un método nuevo de transporíe analiío, el cual elimina la necesidad de flujos de gas móviles y permiíe la operación sin bombas. El aislamienío íérmico a micro escala faciliía la operación con baja energía de un preconcenfrador a micro escala rápido. Un deíecíor iníegrado cercano mejora la sensibilidad. El tamaño pequeño de la cavidad del sensor permite un método simple para eliminar el desempeño de degradación por humedad. Las ventajas de la fabricación por lote de la implementación de nuesíro sisíema micro elecíromecánico (MEMS) hace a esíe muy conveniente para el despliegue de escenarios ubicuo. CONSTRUCCIÓN El sensor completo está formado por la unión de capas de subsistemas separadas juntas como se muestra en la figura 4. Esta consírucción permiíe que cada subsisfema sea fabricado en una oblea independieníe para el desarrollo simplificado y de fácil producción. Los defalles de la función y fabricación de cada capa de subsisíema son dados abajo. Las capas son interconectadas elécfricameníe usando vías a íravés del chip o uniones con cable. Figura 5: Capa de entrada Función: La función de esía capa es prevenir que eníren paríículas al deíector mientras se permite a los analitos difundirse a través de la región de análisis. Construcción: Esta capa está hecha de un medio micro poroso (tal como cerámica) con un tamaño de poro suficientemeníe pequeño para prevenir que las pariículas pasen a íravés. Esta tiene una construcción plana como es mosirada. Fabricación: El medio micro poroso es recibido en íamaños de obleas apropiadas que no requieren fabricación posíerior. Se unen simplemeníe a la paríe superior de la pila de oblea deíectora. Figura 6: Capa de Deshumidificación Función: La función de esta capa es controlar la humedad de la cavidad del sensor. El vapor de agua afecta la separación de compuesíos en FAIMS, y aunque puede ayudar a aumeníar la resolución si esío no es conírolado puede agregar incertidumbre a las mediciones que conducen a un pobre desempeño. El control de •humedad es alcanzado quitando el vapor de agua o secando la cavidad del sensor. El secado es llevado a cabo usando un maíerial que quiía selecíivameníe humedad en la entrada del sensor antes de que pueda enírar a la región de análisis. Esíe material es calentado períódicameníe para purgar la humedad absorbida. Construcción: Una película absorbente especial 62 cubre una micro placa caliente 64 suspendida a lo largo de la superficie superior de esta sección . La micro placa caliente consiste en un alambre de polisilicio serpenteado deposiíado en una mem brana de niíruro de silicio 66. Los com poneníes son iodos formados en un sustrato de silicio 68. La película absorbente contiene un de filtro molecular compuesto con poros 3A a través o menos. Los poros son lo suficientemeníe grandes para absorber moléculas de agua pero demasiado pequeños para absorber compuesíos analitos. Fabricación : Las deposiciones de nitruro de silicio y polisilicio son realizadas y la litografía es usada para modelar la micro placa caliente. Alternativamente, un proceso comercial CMOS es usado.

Una película absorbente es enfonces deposiíada en la paríe su perior y una descarga de afaque quím ico es usada para la suspensión de la esíructura. Fig ura 7: Capa Preconcentradora: Función: La función de esta capa es co ncentrar el analito para análisis . Esto se lleva acabo usando u n m aterial de filtro m olecu lar 72 como el usado en la capa de deshu midificación , pero la cual es menos selecíiva. Esfa es calenfada para descargar una estela de analito concentrado durante el período de análisis . Consírucción : Una película absorbenfe especial 72 cu bre una micro placa calienfe 74 suspendida a lo largo de la superficie superior de esta sección . La micro placa caliente consisíe en un alam bre de polisilicio serpenfeado o deposiíado en una mem brana de nitruto de silicio 76. La película absorbente contiene un compuesto de filtro molecular con un tamaño de poro grande, el cual es seleccionado para que de este modo todos los analitos deseados sean absorbidos. Fabricación: Las deposiciones de nitruro de silicio y polisilicio son realizadas y la litografía es usada para modelar la micro placa caliente. Alternaíivameníe, un proceso comercial CMOS es usado. Una película absorbenie es eníonces deposifada en la parfe superior y una descarga de ataque químico es usada para suspender la estrucíura. Figura 8: Capa Ionizadora Función: La función de la capa de ionización es ionizar el analiío. Una radioisóíopo es usado inicialmeníe para esíe propósiío, pero un diodo que emiíe luz ulíravioleía (UV-LED) puede ser una alternativa. Los UV-LED son potencialmeníe más selecíivos, pero versiones convenientes no están todavía disponibles. La irradiación es confinada toíalmeníe deníro del monfaje de ionización para que de esíe modo no ocurra la ionización denfro de la región del filíro, la cual degradaría el desempeño del sensor. Consfrucción: Esfa capa es esencialmeníe una cavidad hueca en la cual íoma lugar la ionización. Una hoja radiacíiva o UV-LED 82 son unidas para proporcionar el estímulo de ionización. Los UV-LED son más deseables, ya que son más seguros de procesar, son potencialmeníe más selecíivos, pueden ser eliminadas del ciclo, y aminoran la alarma eníre el público. Las fueníes radiaclivas no consumen energía y pueden ser seguras. Desaforíunadameníe, UV-LED convenienfes no esíán íodavía disponibles, pero significanfes progresos han sido hechos para desarrollo de las mismas. Una fuente de luz ultravioleía acepíable debería emitir longitudes de onda más cortas de 280nm. Fabricación: Una membrana de niíruro de silicio 84 es deposiíada y una capa simienfe de eíal es deposiíada en la paríe superior. Las aberíuras esíán modeladas a íravés de ambas. La fuenfe de radiación 82 es enlonces elecírodeposiíada en la capa simieníe. Finalmeníe, un aíaque químico de masa iníerior es realizado para hacer la cavidad. Figura 9: Capa Filtrante: Función: La función de la capa filíraníe es admiíir especies iónicas seleccionadas hacia el deíecfor y neufralizar íodas las especies no seleccionadas. Esío es logrado iníroduciendo el analiío ionizado en una hilera de micro canales 92 donde dos campos elécfricos orlogonales accionan simulfáneameníe en él. Un campo elecírosíáíico de conducción es aplicado para impeler iones rápidameníe a íravés de la región del filíro aníes de que íengan íiempo para difusión en las paredes del micro canal. Un campo elécírico oscilaníe íransversal es aplicado para seleccionar especies con una relación particular de alto campo de movilidad a bajo campo de movilidad. Construcción: Esfa capa consisfe de un par de elecírodos iníerdigiíados 94a, 94b levemeníe espaciados aparte. Los electrodos son fabricados fuera de la alta resistividad de silicio 96 que caracterizan algunos micrones anchos y varios cieníos de micrones profundos , creando muchos (normalmente de diez a cien) canales de alta relación de aspecío 92 en los cuales la acción de filírado toma lugar. La m ayoría del vol umen ocupado por la capa filírante es espacio abierío. La gran abertura combinada de los canales significa que los ¡ones pueden acoplarse eficientemeníe en la región del filtro para que se m ueva el ion , y por lo íanto la sensibi lidad del disposiíivo , puede hacerse m uy alia. La anchura estrecha del canal significa q ue los voltajes necesarios para crear cam pos transversales son muy pequeños , normalmente decenas de volíios, debido a las escalas de volíaje con disíancia en el espacio eníre elecírodos. Alfa resisfívidad de silicio es usada de modo q ue los elecírodos accionan como resisíores. Las corrientes pasan de arriba hacía abajo a través de cada elecírodo que genera el campo electrostáfico de conducción usado para cond ucir iones a íravés de la esíructura. Fabricación: La capa filtraníe es fabricada usando grandes técnicas micro maquinadas convencionales . El silicio en obleas aislantes (SOI) es hecho para uso con una capa del dispositivo de alta resisíividad especialmenfe dopado en am bos lados para formar las superficies de electrodo conductoras delgadas 96 y facilitar los contacfos ohm ícos 98. El afaq ue quím ico al ion reacíivo profundo (DRI E) es usado para realizar las caracíerísíicas de relación de aspecío alio. Los cálculos m uesíran que una relación de aspecío de 20: 1 es suficieníe; oirás relaciones de aspecto pueden por supuesto usarse, por ejem plo 1 0: 1 o mayor q ue 20: 1 U n re ataque q uím ico y entonces una descarga de ataque químico de oxido son realizados para abrir los canales y para proporcionar acceso a superficies cubierías de elecírodo. La estructura del filtro puede fabricarse por una relación de técnicas convencionales de micro fabricación. Un proceso representaíivo involucra las siguieníes eíapas. El susíraío usado es una oblea de silicio de alia resisíividad. El aluminio es depositado en las caras superiores e Inferiores de la oblea, seguido por un recubrimienío foto resistente en cada cara. La cara superior es enmascarada y sometida a fotolitografía, después de la cual el recubrimiento de aluminio de la cara superior es atacada químicamente con humedad para proporcionar una hilera de elecírodos. La foíorresisíencia es agoíada de ambas caras, y el proceso es repeíido para formar los elecfrodos de la cara inferior. Un recubrimiento resistente adicional es aplicado a la cara superior, después de lo cual el silicio es atacado químicamente desde la cara inferior usando el ataque químico de ion reacíivo profundo para formar canales. La foíorresisíencia es agoíada al final, y el filíro esíá listo para un procesamiento adicional. En una variación de esía íécnica, la oblea de silicio puede unirse inicialmente en la cara inferior a un sustraío de crisíal; las varias eíapas de aíaque químico son eníonces llevadas a cabo desde la cara superior para crear los canales y elecírodos, después de que el susíraío de crisfal es atacado químicamente con ácido para exponer la cara inferior de la oblea, dejando una soporte de cristal en contacío con la oblea. Oirás variaciones pueden incluir el uso de sustratos q ue no sean de cristal; y realizar las etapas listadas en un orden diferente . La figura 1 3 muestra una microg rafía de electrones de una porción de una esf rucíura del filíro de la présenle invención . Figura 10: Capa Detectora: Función : Las funciones de la capa deíecíora son generar señales que conducen a la capa filtrante iónica , recoger y medir la corriente de especies filtradas en el ion , y los datos de salida de espectrometría calculados por correlación de la corriente detecíada con las señales de conducción. Construcción: Todo el circuito del sistema 1 02 está incorporado en esta capa, es decir: conductores de elecírodos de filíro, amplificador de transimpedancia detectora, convertidor de datos, y control lógico. El circuito es prolegido por una capa de óxido 1 06 y el electrodo colector de iones 1 04 es expuesto en la parte superior. Para proporcionar una mejor pasivasión , una capa de metal intermedia 1 08 puede agregarse para g uardar el electrodo colecíor de fuga de corrieníes . A íravés del circuifo para soldeo de placas 1 1 0 en la parte inferior del sustrato provista para el montaje de viruta volanfe. Los m úlfiples canales deíectores pueden usarse para disminuir el tiem po de análisis. Este esq uema req u iere que el electrodo del filtro y el circuito asociado sean replicados en paralelo.

Fabricación : Todos los circuitos y elecírodos son fabricados usando un proceso comercial de señal m ixía Bicmos con la capacidad de volíajes req ueridos. La oblea liberada es procesada posteriormente usando etapas de metalización y DRI E para formar vías entre el circuiío y la parle posíerior es entonces soldada con puntos de de soldadura. En ciertas m odalidades el electrodo deíecíor puede íníegrarse en la capa filtrante; por ejem plo , por unión o fabricación de la capa filtraníe en un susírafo q ue acíúa como un electrodo detecíor. Control y Análisis de Algoritmos Debido a q ue los elecfrodos de la capa filíraníe son controlados usando bajos voltajes y circuito integrado convencional , la fuerza del campo eléctrico deníro de la región del filíro puede controlarse con mayor precisión y en formas m ás com plicadas que las posibles con diseños convencionales. La movilidad diferencial puede así ser determinada más precisamente y, por lo tanío, la resolución se espera mejore debido a esía precisión . Más coníroles complicados y alg oritmos de análisis pueden permitir una relación de falsas alarmas más baja analizando la movilidad iónica de analito a varias fuerzas de campo, en vez de solo dos pu ntos, como es el caso con diseños FAI MS existeníes . El espectrómetro m ontado puede conectarse a un medio de procesador, íal como una compuíadora o sim ilar, q ue pueden usarse para controlar el espectrómetro y m onitoreo de datos. Un disposiíivo m uesíra fue consírúido como se describe, y usado para m onitorear una prueba de m uestra de acetona. La figura 1 1 es un gráfico que ind ica las varianíes de respuesía del d isposiíívo mientras que el flujo de acetona en el dispositivo es incrementado. La figura 12 muestra el cambio en respuesta del dispositivo mientras la acetona es introducida en el dispositivo, indicando que una respuesta sensitiva puede ser obtenida. Las modalidades de espectrómeíros de acuerdo con la presente invención pueden tener un número de beneficios de diseño comparado con especfrómeíros convencionales. Éstas incluyen: a) Integración estrecha y tamaño pequeño del sensor. El producto final es un sensor monolítico completameníe iníegrado que puede producirse con una zona de haz por debajo de un centímetro cuadrado y un volumen menor que un centímetro cúbico. Su tamaño miniatura se puede esperar que haga muchas nuevas aplicaciones y posibles escenarios de desarrollo, y su construcción monolítica hará este resistenfe contra altas fuerzas. b) Diseño de sistema simplificado, modificación, fabricación, y verificación. El presente método divide el sensor tridimensional en dos capas dimensionales separadas. Esías capas son diseñadas independientemente y en paralelo. Pueden ser fabricadas usando procesos micro maquinadas existeníes y probadas fácilmeníe usando el equipo de prueba de oblea convencional. c) Reducen o eliminan la necesidad de empaqueíamiento adicional y montaje. Debido a que las subdivisiones son conecfadas en una forma apreíada de gas por la unión de la oblea, poco o ningún empaque exíerno es requerido. El diseño sin bomba elimina la necesidad del moníaje posí-fabricación con una bomba exíerna. El empaquetamienlo MEMS puede ser un componeníe significaíivo del costo toíal del dispositivo. Los diseños con requerimientos de empaquetamiento simplificados son por lo tanto favorables. d) Implementación de viruía volaníe (flip-chip). Los iones son aíraídos a íravés de la paríe superior y direccionados hacia el deíecíor en el inferior. Debido a que la capa deíecíora incluye iodo el circuiío y es la capa más baja, a íravés de la vía de viruía puede conectar el circuito con el soldeo de placas en la parte posterior para formar un disposiíivo de viruía volaníe. Un esquema de conexión de viruía volaníe requiere de un íablero más pequeño de menor espacio para montaje, ofrece el peso más bajo posible, y tiene las interconexiones más confiables. e) Fabricado usando tecnología de micro fabricación convencional. Únicamente técnicas de micro maquinado esíándar, íales como DRIE de SOI, son requeridas. Por lo íanfo, el desarrollo de proceso mínimo es requerido, los maíeriales base esíán ya disponibles en volumen a precios económicos, y las fabricas capaces de producción comercial ya exisíeníe. En cierías modalidades de la invención, el especírómeíro puede además comprender una membrana, y en parficular una membrana semipermeable. Por ejemplo, la membrana puede hacerse de PTFE expandido (como el vendida bajo el nombre de GORE-TEX (RTM)), o de dimeíilsilicona. Tales membranas semipermeables pueden enconírar muchos usos en la invención. La enírada del especfrómeíro puede ser cubierta por una membrana. Esfo fiene un número de funciones; uno es para prevenir que el polvo y partículas entren al dispositivo, mientras la membrana semipermeable todavía permite que los analitos gaseosos entren. La membrana puede excluir moléculas polares de la región activa del espectrómetro; las moléculas polares en exceso pueden conducir a incrustaciones que reducen la resolución del dispositivo y afecta los datos. La membrana sirve para concenírar los analifos en la región inmediaíameníe adyaceníe al sensor, y así mejorar la sensibilidad. Además, los líquidos pueden ser pasados en la membrana, de modo que el analiío puede difundirse desde el líquido deníro del disposiíivo en fase de gas, de íal modo que permiíe el análisis de muesíras líquidas. La membrana puede incorporar un elemenío de caleníamienío; variar la íemperaíura de la membrana puede afecíar procesos de difusión a íravés de la membrana que permiten selectividad adicional. La selección del material de membrana apropiada puede íambién usarse para excluir especies moleculares particulares del dispositivo. Una membrana puede también usarse como un pre-concentrador; particularmente si la membrana también incorpora un elemento de calentamiento. Los analitos pueden difundirse en la membrana donde serán sostenidos hasta que la temperafura sea alcanzada; esío libera una conceníración relaíivamente alta del analito dentro del dispositivo. La membrana puede cubrir simplemenfe la enírada de flujo del especfrómeíro, pero en modalidades preferidas puede íomar la forma de un íubo de enírada de flujo que conduce al disposiíivo; la muesíra puede pasarse coníinuamenfe a lo largo del íubo dando algunos daíos muesíra con el tiempo, mientras que un tapón concentrado de analltos puede liberarse cuando se desea desde el íubo de enírada. Para muesíreo de líquidos, un tubo de entrada puede sumergirse en la muestra, permifiendo al analito difundir el líquido en la membrana. El calentamienío de la membrana libera analito en el espectrómetro. Ejemplos de éstos son mostrados en las figuras 14 y 15. Una membrana separada puede también usarse como muestra del dispositivo de introducción. Una membrana (polidimetilsilicona) PDMS (u otro material conveniente) que contiene una oblea de silicio incrustrado puede iníroducirse en una muesíra líquida o gaseosa. El analiío de la muesfra es adsorbido en la membrana. El disposiíivo de iníroducción de la muesíra es eníonces localizado adyacente al espectrómetro, y una corriente pasa a fravés de la oblea de silicio, que sirve para caleníar la oblea y por lo íanío la membrana. El analiío adsorbido es eníonces desorbido adyaceníe al especírómeíro. Esíe arreglo permite que el muestreo tome lugar en una localizacíón remota del espectrómetro. El dispositivo de muestreo puede ser conectable a la electrónica del espectrómetro para permitir que la corriente pase a través de la oblea de silicio. Varios dispositivos relacionados a la membrana pueden usarse para incorporar estándares en el espectrómetro. El uso de estándares puede permitir la calibración de la respuesta del especírómeíro, y en alg unas circunsíancias puede fam bién corregir las variaciones de temperatura o de humedad . Un estándar de la mem brana liberará analito en una relación constaníe generalmeníe dependiendo en gran paríe en las propiedades físicas de la membrana elegida, más que en la concentración del estándar m ismo. Tales estándares son por lo tanío relaíivameníe sim ples para fabricar, robusíos, y pueden recargarse sin requerir recalibración exacía. La carga de los esíándares de la mem brana puede lograrse en n umerosas formas. Para sólidos, los esíándares pueden iníroducirse durante el proceso de cura de la mem brana . Para l íq uidos o gases la mem brana puede usarse para adjuntar u na m uestra del estándar; y para gases, la m em brana puede impreg narse y almacenarse en un hueco controlado . El esíándar de la membrana puede ser un componeníe separado del espectrómetro, o puede incorporarse internamente en el espectrómetro para permitir la calibración lista; por ejemplo, un estándar puede conectarse con un tu bo de entrada que cond uce al espectrómeíro; esto es i lustrado en la figura 1 6. U n estándar interno puede tam bién usarse para monitoreo coníin uo y validación de daíos de m uesíreo. Los esíándares usados dependerán de la aplicación paríicu lar, pero estándares preferidos tendrán una alta afinidad protón/elecírón o puede donar proíones/elecírones; puede separarse de compuesíos objeíivos ; y no serán enmascarados por ser iníerfereníes que ocurren naíuralmeníe. Los m úlíiples filíros y/o deíectores pueden combinarse en una hilera deíecíora para mejorar la sensibilidad en una relación de analiíos. Con un solo filíro, es necesario barrer el volíaje de compensación para afinar el filtro para íransm iíir ciertas especies de iones; para una larga proporción del tiempo de voltaje de compensación no se afinará el analito de interés , y hay un retraso en tiempo ya que el voltaje es barrido. La com binación de varios filtros y/o detecíores perm iíe q ue cada filíro permanezca afinado a un solo voltaje para detecíar un analiío específico de inferes, mieníras que el formaío de h ileras permife la detección de una relación de diversos analitos. La salida de la hilera del sensor sería un espectro discreto con un número de canales , que corresponde al número de analifos de inferes. Es íambién posible íener varios filfros afinados al m ismo volíaje pero con difereníes q uím icos dopaníes en cada disposiíivo para mejorar la inspección y reducir efectos de interferencia; o igualar varios filtros idénticos por red undancia. Mej oras adicionales en sensibilidad pueden alcanzarse usando m últiples electrodos detecíores con un solo filfro. Cuando un solo elecfrodo deíecíor es usado, es decir una sola placa q ue m ide el total de corriente iónica la cual puede contener varios tipos de ¡ones, mientras que únicamente un solo tipo puede ser de interés. Una serie de electrodos detectores discretos puede usarse, ortogonal a la trayectoria de salida tomada por los ¡ones com o salen del filíro; esío crea un campo oríogonal que aírae iones hacia los defecíores. La velocidad a la cual los iones se m ueven hacia los elecírodos es dependienfe de la movilidad iónica; y como íodavía hay un componente linear al campo eléctrico, iones de movilidades diferidas chocarán con electrodos deíecíores dífereníes. Esío permiíe m ayor sensibilidad en la defección de difereníes especies de ¡ones q ue pasan al filtro . Un ejem plo de la hilera de electrodo detecfor es m osírado en la fig ura 1 7. Oíro medio por el q ue la sensibilidad del defecíor puede mejorarse es acoplando el elecírodo deíector a un condensador que gradualmente construye carga mientras q ue iones individ uales chocan a la placa detectora. La descarga periódica del condensador permite que las contribuciones iónicas sean sumadas con el íiempo, por lo íanío incremeníando la sensibilidad y señal a la relación de ruido del disposiíivo. Un infegrador conm uíado puede íam bién o en l ugar de usarse para mejorar la sensibilidad en cierfas circunsíancias . El defecíor iónico es conecfado por un iníerrupíor con un integrador; este es conectado para medir el voltaje de salida , y un seg undo conector es ciclado para reajustar el dispositivo. U n ejem plo de un integrador conm utado es mostrado en la figura 1 8. En ciertas modalidades, el espectrómeíro de la preseníe invención puede operarse en un modo de conecíor para defección ; es decir, el deíecíor es accionado periódicameníe para íom ar una m uesíra en iníervalos reg ulares. Esíe modo de operación puede usarse para m oderar el consumo de energía y para prolongar la vida de operación del disposiíivo. Esto es particularmente benéfico cuando un dispositivo es deseado para usarse por mon itoreo prolongado de una muesíra; por ejemplo, en aplicaciones de seguridad o similar. La operación del especírómeíro podría fambién incluir variar la femperaíura y/o presión a la cual el dispositivo es operado, para variar el desempeño del disposiíivo. Aunque la ¡nvención hasía el momenío ha sido descrita en términos de usar únicamente un campo eléctrico para conducir iones a íravés del filtro, será aparente que es posible usar el filíro en combinación con un flujo de gas, ya sea una coníracorrieníe como se describe previamente, o como un flujo en la misma dirección que el flujo iónico es conducido por el campo eléctrico. Un flujo de gas puede usarse en modalidades solamente para introducción de ¡ones en del espectrómefro, mieníras que el campo elécírico opera una vez que los iones han enírado al disposiíivo. Alíernativamente, el filíro puede operarse con solameníe un campo elécírico fransversal para selecfivamenfe admifir iones; el movimiento longitudinal de los iones es controlado puramente por un flujo de gas longitudinal. En algunas modalidades de la invención, la estrucíura del filtro puede fabricarse como elementos de metal sólido completameníe, para operar un modo de flujo de gas, o como silicio recubierío de meíal u oíra esírucíura de oblea. El recubrimiento de metal puede formarse, por ejemplo, por pulverización iónica, evaporación, electrodeposición, electrodeposición sin corriente eléctrica, deposición de capa atómica, o deposición de vapor químico. Un dispositivo de metal sólido puede producirse por corte de agua, corte por láser, maquinado, molienda, o LIGA. Aunque este arreglo no tiene las ventajas de un dispositivo de campo eléctrico de conducción puro, la habilidad para hacer uso de un filtro miniaturizado con una propulsión de flujo de gas tiene ventajas tales como reducir el voltaje de operación. El uso de una hilera interdigiíada de canales iónicos compensa hasía cierío grado el volíaje más bajo usado. Como se mencionó arriba, el flujo de gas puede usarse para acoplar ¡ones en el especfrómeíro. Un méíodo de iníroducción alíernativo es para el uso de ionización por electrospray. Un analito disuelto en solvente es forzado a través de un punto de aguja delgada capilarmente la cual es cargada. Esío induce una carga en las goíiías expelidas las cuales son aceleradas hacia un orificio poro cargado opuesío. Esío permiíe el uso de un ionizador no radiacíivo, así como permifir la ionización de fase líquida sin calenfamienío, el cual podría degradar algunos analifos, y también permite la ionización de algunas macromoléculas tales como péptldos. Mieníras que la esfrucíura del filfro de la présenle invención ha sido descrifa principalmente en términos de tener una estructura de oblea, será aparente que las estructuras del filtro convenientes pueden hacerse de capas planas múltiples apiladas, para proporcionar un filtro que tiene canales iónicos mucho más largos que aquellos de una estrucíura de oblea. Las capas alíernas de la pila pueden conecíarse elécíricameníe en paralelo. Mieníras que una estructura de oblea es particularmente conveniente para manufactura m icro escala, un arreglo plano apilado puede log rarse usando componentes a macro escala, tales como capas de cerám ica recubiertas, así como m icro escala para usar el proceso EFAB . Debido al incremento en la longitud de los canales ión icos en esta m odalidad, es preferible q ue esta modalidad de la invención opere con una combinación de flujo de gas y campo eléctrico para cond ucir ¡ones a través de los canales . Una ilustración esquemática de esta estrucíura del filfro es m ostrada en la figura 1 9. La estructura del filtro de la presente invención puede cond ucirse diferencialmente; es decir, el com poneníe de CA del campo íransversal puede aplicarse a los lados opuesíos del canal iónico fuera de la fase. El canal iónico puede además com prender parf ículas conducforas ineríes localizadas en las paredes del mismo; éstos pueden ser nano paríículas, por ejem plo nano paríículas de oro. Donde el canal iónico comprende silicio , con el tiempo alguna oxidación de la superficie ocurrirá, alterando las propiedades eléctricas del dispositivo. Las partículas inertes no estarán sometidas a oxidación , y así proporcionarán una superficie conductora para el contacto iónico a pesar de la oxidación de la superficie del canal. El espectrómeíro de la preseníe invención puede acoplarse a uno u otros d ispositivos de análisis o detección; o el espectrómetro puede operarse en com binación con una u otras más técn icas de análisis . El espectrómetro puede recibir analitos de ese dispositivo, o puede transferir analitos a ese disposiíivo . Las íécn icas adicionales represeníafivas de defección o de análisis incluyen especíroscopia de masa, cromaíografía de gas, espectroscopia de m ovilidad ión ica , cromatografía l íq uida, electroforesis capilar, detección de ionización de llama, defección de cond ucíividad íérm ica, y micro exíracción de la fase sólida . Cualq uiera o íodas esías pueden com binarse con la preseníe invención , y los espectrómetros de la presente invención pueden también com binarse con otros espectrómeíros de acuerdo a la invención . Dos usos representativos de espectrómeíros de la preseníe invención incluyen análisis de aspiración de droga, y control de calidad de vino. Para el análisis de aspiración de droga, el disposiíivo puede usarse para deíecíar meíaboliíos voláíiles q ue se originan del uso de una susíancia conírolada en las exhalaciones de un sujefo. Esío sería m ucho más rápido y más simple que íécnicas de análisis existentes que generalmente se basan en el pelo, sangre, o análisis de orina. Los metaboliíos q ue son deíeclados dependen en la susíancia q ue se esíá invesílgando . El vino es suscepíible a corrom perse o encorcharse, lo cual perjudica la prueba y calidad de la bebida. El vino encorchado incluye un número de coníam inaníes íales como íri y íeíra cloroan isoles, y íri y íeíra-clorofenoles . Los espectrómetros de la presente ¡nvención pueden usarse para detecfar esíos compuesíos. En alg u nas modalidades, un especírómeíro puede iníegrarse en un aloj amiento en form a de corcho deseado para sentarse dentro del cuello de una botella estándar de vino, q ue perm iíe la prueba de m uesíras de vino. Una simple luz de alería roja o verde puede incorporarse en el dislos positivo para perm itir la lectura rápida de resultados . Alternaíivamente, el dispositivo puede incorporarse en una línea de prod ucción de vino em botellado para aseg urar el control de calidad del em botellamienfo . El disposiíivo puede también usarse para muestrear el aire atraído en los corchos antes de que el embotellado ocurra, para verificar contaminaníes en los mismos corchos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Espectrómetro de movilidad iónica que comprende un ionizador, un filtro iónico, y un detector iónico; en donde el filtro ¡ónico define por lo menos un canal iónico a lo largo del cual los iones pueden pasar del ionizador hacia el detecíor iónico; y en donde el filíro iónico comprende una pluralidad de electrodos colocados próximo al canal iónico; el espectrómeíro además comprende un medio de conírol de elecírodo para conírol los elecírodos de manera que un primer campo de eléctrico conducción es generado a lo largo de la longitud del canal iónico, y un segundo campo eléctrico transversal es generado ortogonal al primero, y en donde cada pluralidad de esíos elecírodos esfá involucrada en generar un componeníe de ambos, campos eléctricos transversal y de conducción.

2. Espectrómeíro de la reivindicación 1, en donde el campo elécírico de conducción es un campo elécírico esíáíico.

3. Especírómeíro de la reivindicación 1 o 2, en donde el campo eléctrico transversal varía con el tiempo.

4. Espectrómeíro de la reivindicación 3, en donde el campo elécfrico fransversal comprende un componenfe de CA y un componeníe de CD.

5. Espectrómetro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los electrodos están colocados adyacentes a la entrada y salida del canal iónico.

6. Especírómetro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde por lo menos dos pares de electrodo son proporcionados.

7. Espectrómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el filtro comprende una pluralidad de canales iónicos.

8. Espectrómeíro de la reivindicación 7, en donde los canales iónicos son definidos por una pluralidad de dedos de elecírodo que forman un arreglo íípo comba.

9. Especírómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes, en donde el filtro comprende dos o más hileras de electrodos ¡nterdigiíadas, cada hilera fiene una pluralidad de dedos de elecírodo.

10. Especfrómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes, en donde el filíro tiene una forma generalmente tipo oblea.

11. Espectrómetro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el especírómeíro comprende una pluralidad de capas funcionales, cada capa fiene una forma íipo oblea.

12. Especírómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende una o más capa de entrada, una capa de deshumidificación, y una capa preconcentradora.

13. Espectrómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedenfes que además comprende una membrana semipermeable.

14. Especfrómeíro de la reivindicación 13, en donde la membrana comprende un elemento de caleníamienfo.

15. Especírómetro de la reivindicación 13 ó 14, en donde la membrana esíá en forma de un fubo de entrada,

16. Espectrómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende un estándar.

17. Espectrómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes que comprende filfros iónicos múlíiples.

18. Especírómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes que comprende deíecíores iónicos múlfiples.

19. Especírómefro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes que además comprende un medio para generar un flujo de gas a través del espectrómetro.

20. Espectrómeíro de la reivindicación 19, en donde el flujo de gas es una coníracorrieníe conlra la dirección del movimienío de iones.

21. Especírómefro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes que además comprende medio para caleníar el filíro.

22. Especírómeíro de la reivindicación 21, en donde el medio de caleníamiento comprende un sustraío el cual es calentado por el efecto de calentamiento Joule.

23. Espectrómetro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el canal iónico incluye partículas conductoras inertes localizadas en las paredes del canal a lo largo de su longitud.

24. Espectrómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes, en donde el filíro iónico comprende una forma íipo oblea.

25. Especírómeíro de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en donde el filíro iónico comprende una pluralidad de capas planas apiladas.

26. Especírómeíro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes, en donde el canal ¡ónico es curvo o serpentino.

27. Espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, cuando esíá unido a uno o más de oíros disposiíivos de defección o análisis.

28. Especírómefro de cualquiera de las reivindicaciones precedeníes, que además comprende un medio de conírol para operar el espectrómetro para muestrear periódicamente a intervalos.

29. Espectrómefro de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el detecíor iónico comprende un elecfrodo acoplado a un condensador el cual es períódicameníe descargado.

30. Méíodo para analizar una muesíra, que comprende las eíapas de: proporcionar un primer campo elécírico de conducción a lo largo de la longilud de un canal iónico; proporcionar un segundo campo elécírico íransversal oríogonal al primero; ionizar una muestra para generar ¡ones adyacentes a una enírada al canal iónico; y delectar iones generados que han pasado a través del canal iónico .

31 . Método de la reivindicación 30 , en donde los campos eléctricos de conducción y transversal son generados por una pluralidad de electrodos, cada electrodo contribuye a un com ponente de am bos cam pos eléctricos de conducción y transversal .

32. Método de la reivindicación 30 ó 31 , en donde el cam po eléctrico de conducción es un campo eléctrico estático.

33. Método de la reivindicación 30, 31 , ó 32, en donde el campo eléctrico transversal varía con el tiem po .

34. Método de cualquiera de las reivindicaciones 30 a 33, que además com prende repetir periódicamente las etapas para muestrear a intervalos.

35. Filtro iónico para uso en un espectró metro tal como un espectrómetro de movilidad iónica, el filtro define por lo menos un canal iónico a lo largo del cual los iones pueden pasar, y una pluralidad de electrodos colocados próximo al canal ión ico , los electrodos son configurados para permitir la generación de un primer campo eléctrico de conducción lo largo de la longitud del canal iónico , y la generación de un segundo campo eléctrico transversal ortogonal al primero, en donde cada pluralidad de electrodos está involucrada en generar un componente de am bos campos eléctricos de conducción y transversal.

36. Espectrómetro de movilidad iónica , que comprende un ionizador, un filtro iónico, y un detector iónico; en donde el filtro iónico define una pl uralidad de canales ión ico a lo largo del cual los iones puedan pasar del ionizador hacia el detector ¡ónico; y en donde el filtro iónico comprende una pluralidad de electrodos colocados próximo al canal iónico; el especírómetro comprende además un medio de control de electrodo para controlar los electrodos de manera que un primer campo eléctrico de conducción es generado a lo largo de la longitud del canal iónico, y un segundo campo eléctrico transversal es generado ortogonal generado al primero.

37. Filtro iónico para uso en un espectrómefro tal como un espectrómeíro de movilidad iónica, el filíro define una pluralidad de canales iónicos a lo largo de los cuales los iones puedan pasar, y una pluralidad de electrodos colocados próximos al canal iónico, los electrodos son configurados para permitir la generación de un primer campo eléctrico de conducción a lo largo de la longitud del canal iónico, y la generación de un segundo campo eléctrico transversal ortogonal al primero.

38. Método para manufacíurar un especfrómeíro de movilidad iónica, que comprende las eíapas de: proporcionar un susfrato resisteníe generalmeníe plano que íiene una capa conducíora proporcionada en dos caras de la misma; modelar el sustrato para proporcionar un filtro que comprende dos o más hileras de electrodos interdigiíadas que definen una pluralidad de canales ¡ónicos que tienen electrodos colocados próximos a los canales; unir el filtro en unk cara a una cara de capa detectora iónica generalmente plana que comprende un electrodo detecíor; y adjuntar el filtro en la cara opuesta a una capa de ionización generalmente plana que comprende un medio para ionizar un analito.

39. Espectrómeíro de movilidad iónica que comprende un ionizador, una pluralidad de filíros ¡ónicos, y un deíecíor ¡ónico; en donde cada filíro iónico define por lo menos un canal iónico a lo largo del cual los iones puedan pasar del ionizador al deíecíor iónico; y en donde cada filíro iónico comprende una pluralidad de electrodos colocados próximo al canal iónico; el espectrómeíro comprende además un medio de control de electrodo para controlar los electrodos de manera que un primer campo eléctrico de conducción es generado a lo largo de la longitud del canal iónico, y un segundo campo eléctrico transversal es generado ortogonal al primero.

40. Espectrómetro de movilidad iónica que comprende un ionizador, un filtro iónico, y un detecfor iónico; en donde el filtro iónico define por lo menos un canal iónico a lo largo de el cual los ¡ones puedan pasar del ionizador hacía el detector ¡ónico; y en donde el filtro iónico comprende una pluralidad de electrodos colocados próximo al canal iónico; el espectrómeíro comprende además un medio de conírol de elecírodo para conírolar los elecírodos de manera que un primer campo eléctrico de conducción es generado a lo largo de la longitud del canal iónico, y un segundo campo elécírico fransversal es generado oríogonal al primero; y un medio de conírol adicional para operar el especírómeíro periódicamenle para muesírear a intervalos.

41. Filtro iónico para usar en un espectrómefro tal como un espectrómeíro de movilidad iónica, el filíro comprende un par de elecírodos interdigitados que definen una pluralidad de canales iónicos a lo largo de los cuales los ¡ones pueden pasar.