專利名稱：微型機場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及場致非對稱離子遷移(FAIM)過濾器，更具體地涉及微型機FAIM過濾器和分光計。
質譜儀非常靈敏并具有高選擇性，可以提供快速的反應時間。然而，質譜儀體積大并需要極大功率來操作。為了將離子從中性分子中分離來實現(xiàn)對選定離子的檢測，它們還需要功率強大的真空泵來維持高真空度，所以它們還是非常昂貴的。
另一種簡便的質譜儀技術是快速離子遷移質譜儀，它是一種目前使用在大多數(shù)便攜化學武器和爆炸物檢測器中的方法。檢測不僅依賴于質譜，而且也依賴于分子電荷和截面。然而，由于這些不同的特性，對分子種類的識別不象質譜儀一樣確定并精確。當試圖減小快速離子遷移質譜儀的大小時，即漂移管長度小于2英寸，它們一般會有不可接受的分辨及靈敏性限制。在快速離子遷移中，分辨能力與漂移管長度成正比。漂移管長度越長，分辨能力越好，只要漂移管也足夠寬以使所有離子不會由于滲濾而損失到側壁。因此，一般地，最小化快速離子遷移系統(tǒng)會導致系統(tǒng)性能下降。雖然這些裝置相對便宜并可靠，但它們還是有一些限制。首先，通過檢測器的樣品量少，所以要增加分光計的靈敏性，要么檢測器電子元件必須具有非常高的靈敏性，需要昂貴的電子元件，要么需要濃縮器，增加系統(tǒng)的復雜性。此外，要控制將離子注射到漂移管中，通常還需要控制門和門控電子元件。
FAIM分光計是前蘇聯(lián)20世紀80年代發(fā)展出來的。FAIM分光計允許選取的離子通過過濾器，而阻斷不需要離子的通過。傳統(tǒng)的FAIM分光計體積大并且昂貴，如整個裝置大小接近1立方英尺，造價超過25,000美元。這些系統(tǒng)不適于使用在需要小型檢測器的應用中。這些系統(tǒng)也相對慢，產生完整的樣品氣體光譜需要一分鐘，它們制備起來很復雜并且不能批量制備。
本發(fā)明的簡述本發(fā)明的目的是提供FAIM過濾器和檢測系統(tǒng)，其能比傳統(tǒng)FAIM裝置更快更精確地控制選取離子的流動以制備樣品光譜。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其能在不需要掃過偏壓的情況下檢測多種預選取的離子。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其甚至能在沒有偏壓的情況下檢測選取的離子。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其能依據(jù)離子的軌跡空間檢測離子。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其具有高分辨能力。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其能比傳統(tǒng)的檢測裝置要快速地檢測選取的離子。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其具有十億分之幾到萬億分之幾的靈敏度。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其可包裝在單一電路片中。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的過濾器和檢測系統(tǒng)，其具有實施及制備有效的成本。
本發(fā)明產生于這樣的事實，即非常小，精確并快速的FAIM過濾器和檢測系統(tǒng)可通過使用一對隔開的基片在樣品入口和出口之間界定流動通道并在流動通道中安置離子過濾器來獲得，過濾器包括一對隔開的電極(一個電極與一個基片相連)和控制器(控制器用來選擇性地在電極間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過過濾器的離子通道)。
本發(fā)明產生于這樣的事實，即通過提供一組過濾器，每個過濾器與不通的偏壓相連，過濾器可用來在沒有掃過偏壓的情況下檢測多種選取的離子。
本發(fā)明產生于這樣的事實，即通過改變周期電壓的負載循環(huán)，而不需要偏壓。
本發(fā)明產生于這樣的事實，即通過分段檢測器，通過依據(jù)當離子離開過濾器時離子的軌跡空間檢測離子，離子檢測可高精確度和高分辨能力地實施。
本發(fā)明的特點是用于檢測系統(tǒng)的微型機場致非對稱離子遷移過濾器。在樣品入口和出口之間有一對隔開的基片，在它們之間界定了流動通道，離子過濾器安置于通道中，過濾器包括一對隔開的過濾器電極，一個電極與一個基片相連，以及電控制器，電控制器用來選擇性地在電極間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過過濾器的離子通道。
在優(yōu)選的實施方案中，可以有檢測器，在離子過濾器的下游，用來檢測離開過濾器的離子。檢測器可以包括多個段，這些段沿著流動通道分開，根據(jù)離子軌跡空間分開離子。可以有吸持電極，對電控制器反應，用來當離子通過過濾器時濃縮選取的離子。吸持電極可以是硅。硅電極可以用作為間隔物，用來間隔基片?？梢杂屑訜崞饔脕砑訜崃鲃油ǖ馈＜訜崞骺梢园x子過濾器電極。電控制器可以包括選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置?；梢允遣Ａ?。玻璃可以是Pyrex?？梢杂须婋x源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。電離源可以包括放射源。電離源還可以包括紫外線燈。電離源還可以包括電暈放電裝置?？梢杂星鍧嵖諝馊肟?，用來引導提純的空氣進入流動通道?？梢杂信c流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
本發(fā)明的特點是場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)。有包含樣品入口和出口之間的流動通道的外殼，離子過濾器安置于流動通道中，離子過濾器包括一對隔開的過濾器電極，用來在離子過濾器電極間施加偏壓和非對稱周期電壓來控制通過過濾器的離子通道的電控制器，和分段檢測器，在離子過濾器的下游，沿著流動通道分開的各段依據(jù)離子的軌跡空間分開離子。
在優(yōu)選的實施方案中，可以有吸持電極，對電控制器反應，用來當離子通過過濾器時濃縮離子。吸持電極可以是硅。硅電極可以用作為間隔物，用來間隔過濾器電極。可以有加熱器用來加熱流動通道。加熱器可以包括離子過濾器電極。電控制器可以包括選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。可以有電離源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。電離源可以包括放射源。電離源還可以包括紫外線燈。電離源還可以包括電暈放電裝置?？梢杂星鍧嵖諝馊肟冢脕硪龑峒兊目諝膺M入流動通道?？梢杂信c流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
本發(fā)明的特點是場致非對稱離子遷移過濾器組。有在樣品入口和出口之間界定至少一個流動通道的外殼，多個離子過濾器安置在外殼內，每個離子過濾器包括一對隔開的過濾器電極，和用來在每對離子過濾器電極間施加偏壓和非對稱周期電壓來控制通過每個過濾器的離子通道的電控制器。
在優(yōu)選的實施方案中，每個離子過濾器與一個流動通道相連。在每個離子過濾器的下游有檢測器，用來檢測離開每個所述過濾器的離子。每個檢測器可以包括多個段，這些段沿著流動通道分開，根據(jù)離子軌跡空間分開離子?？梢杂卸鄠€吸持電極，對電控制器反應，用來當離子通過每個過濾器時濃縮離子。每個吸持電極可以是硅。硅電極可以用作為間隔物，用來間隔過濾器電極?？梢杂屑訜崞饔脕砑訜嶂辽僖粋€流動通道。加熱器可以包括每對離子過濾器電極。電控制器可以包括選擇性地施加電流通過每對過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。可以有電離源，在每個過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。電離源可以包括放射源。電離源還可以包括紫外線燈。電離源還可以包括電暈放電裝置?？梢杂星鍧嵖諝馊肟?，用來引導提純的空氣進入至少一個流動通道。可以有與每個流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過每個流動通道的流體流動。
本發(fā)明的特點是使用在檢測系統(tǒng)中的未補償場致非對稱離子遷移過濾器。有樣品入口和出口之間的流動通道的外殼，離子過濾器安置在通道中，離子過濾器包括一對隔開的過濾器電極，和用來在離子過濾器施加未補償非對稱周期電壓來控制通過離子過濾器的離子通道的電控制器，和用來選擇性地調節(jié)周期電壓的負載循環(huán)以瞄準(target)要進行檢測的選取離子種類或多種離子的選擇性電路。
在優(yōu)選的實施方案中，可以有檢測器，在離子過濾器的下游，用來檢測離開過濾器的離子。檢測器可以包括多個段，這些段沿著流動通道分開，根據(jù)離子軌跡空間分開離子。可以有吸持電極，對電控制器反應，用來當離子通過過濾器時濃縮離子。吸持電極可以是硅。硅電極可以用作為間隔物，用來間隔過濾器電極?？梢杂屑訜崞饔脕砑訜崃鲃油ǖ?。加熱器可以包括離子過濾器電極。電控制器可以包括選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置?？梢杂须婋x源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。電離源可以包括放射源。電離源還可以包括紫外線燈。電離源還可以包括電暈放電裝置?？梢杂星鍧嵖諝馊肟冢脕硪龑峒兊目諝膺M入流動通道?？梢杂信c流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
本發(fā)明的特點是場致非對稱離子遷移過濾器。有包含樣品入口和出口之間的流動通道的外殼，離子過濾器安置于流動通道中，離子過濾器包括一對隔開的過濾器電極，一對橫向于流動通道的吸持電極，和用來在離子過濾器電極間施加第一偏壓和非對稱周期電壓和在吸持電極間施加第二偏壓來控制通過過濾器的離子通道的電控制器。
在優(yōu)選的實施方案中，可以有檢測器，在離子過濾器的下游，用來檢測離開過濾器的離子。檢測器可以包括多個段，這些段沿著流動通道分開，根據(jù)離子軌跡空間分開離子?？梢杂形蛛姌O。硅電極可以用作為間隔物，用來間隔過濾器電極?？梢杂屑訜崞饔脕砑訜崃鲃油ǖ?。加熱器可以包括離子過濾器電極。電控制器可以包括選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。電控制器可以包括選擇性地施加電流通過吸持電極以加熱吸持電極的裝置?？梢杂须婋x源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。電離源可以包括放射源。電離源還可以包括紫外線燈。電離源還可以包括電暈放電裝置?？梢杂星鍧嵖諝馊肟冢脕硪龑峒兊目諝膺M入流動通道?？梢杂信c流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。本發(fā)明的示圖簡述從下列對優(yōu)選實施方案和所附示圖的描述，此領域中的技術人員會想到其他目的，特點和優(yōu)點。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的微型機過濾器和檢測系統(tǒng)的示意方框圖；圖2示意表示當離子流過圖1所示的過濾器電極流向檢測器時的離子；圖3A圖示了檢測丙酮所需的偏壓和可獲得的靈敏度；圖3B，如同圖3A，圖示了檢測二乙基甲基胺所需的偏壓；
圖4是依據(jù)本發(fā)明的隔開的微型機過濾器的剖視圖；圖5是包裝的微型機過濾器和檢測系統(tǒng)的三維視圖，包括流體流動泵，演示了可以實現(xiàn)的最小尺寸；圖6是依據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的分解圖，其中過濾器檢測器組安置在單一流動通道中；圖7如同圖6，是分離圖，其中過濾器組是重疊的，一個過濾器和檢測器與單一流動通道相連。
圖8是圖7所示排列的過濾器和檢測器系統(tǒng)的單一流動通道的剖視圖。
圖9演示了苯和丙酮的同時多樣檢測。
圖10如圖1是示意方框圖，其中過濾器沒有偏壓補償，而周期電壓的負載循環(huán)變化以控制通過過濾器的離子流動；圖11圖示了具有變化的負載循環(huán)的非對稱周期電壓，其在沒有偏壓的情況下施加在圖9的過濾器上以過濾選取的離子；圖12是過濾器和檢測器系統(tǒng)的示意圖，其中檢測器是分段的，以在離子離開過濾器時空間檢測離子。本發(fā)明所優(yōu)選實施方案在圖1中，F(xiàn)AIM分光計10，通過泵14抽氣(由箭頭12表示)通過入口16進入電離區(qū)域18來操作。電離氣體通過平行的電極板20和22之間，其包括離子過濾器24，之后的流動通道26。當氣體離子通過板20和22之間時，氣體離子暴露在由電壓發(fā)生器28對電子控制器30反應而施加在板上的電壓誘導的電極板20和22之間的非對稱振蕩電場中。
當離子通過過濾器24時，一些離子被板20和22中和，而其他離子通過并被檢測器32感應到。檢測器32包括在預定電壓的頂部電極33和一般接地的底部電極35。頂部電極33使離子向下偏斜向電極35。然而，哪個電極能檢測離子取決于離子和施加在電極上的電壓。并且，通過使用頂部電極33作為一個檢測器以及底部電極作為第二檢測器可以檢測多種離子。電子控制器30可以包括，如放大器34和微處理器36。放大器34放大檢測器34的輸出，其是檢測器34收集的電荷的函數(shù)，并將輸出提供給微處理器36進行分析。類似地，可以提供放大器34’(虛線中所示的)，其中電極33也用作為檢測器。
在圖2中，當離子38通過交變非對稱電場40時，其相對氣體流動12是橫向的，電場40使離子沿著42a，42b，和42c通道“擺動”。電場40一般是±(1000-2000)伏范圍的直流電，具有最大場強度為40,000伏/厘米。具體離子占據(jù)的通道是其質量，大小，截面和電荷的函數(shù)。一旦離子達到電極20或22，離子就被中和。通過施加在板20和22上的偏壓，也通過電壓發(fā)生器28(圖1中)對微處理器36反應，在電極20和22之間同時誘導第二偏壓或補償場44，一般在±2000伏/厘米或±100伏范圍的直流電，以使預先選取的離子種類通過過濾器24到檢測器32。補償場44是恒定偏壓，其彌補交變非對稱場40以允許預先選取的離子，如離子38通過檢測器32。這樣，使用適當?shù)钠珘海唧w離子種類將會跟隨通道42c，而不需要的離子將會跟隨通道42a和42b(當它們遇到電極板20和22時就會被中和)。
FAIM分光計10的輸出是對于給定偏壓44檢測器32上電荷量的測量。在給定補償偏壓下設置的過濾器24越長，在檢測器32上聚集的電荷越多。然而，用預先確定的電壓范圍掃過補償電壓44，樣品氣體12的完整光譜就可獲得。對于給定的氣體樣品，依據(jù)本發(fā)明的FAIM分光計一般需要少于30秒及少到1秒就可制備完整的光譜。
通過改變補償偏壓44，可以改變要檢測的種類以提供氣體樣品的完整光譜。例如，使用-3.5伏偏壓，如圖3A中濃度峰值46所示，檢測丙酮濃度低到十億分之八十三。相反，在-6.5伏偏壓時，如圖3B中峰值48所示，檢測二乙基甲基胺濃度低到十億分之二百八十。
在圖4中，過濾器24大小約為1英寸。分光計10包括隔開的基片52和54(如玻璃，從Corning Glass，Corning N.Y獲得的Pyrex)，以及分別安裝在基片52和54上的電極20和22(其可以是如金，鈦，或鉑)。基片52和54被間隔物56a和56b隔開，間隔物可通過蝕刻或切割硅晶片制備。間隔物56a-b的厚度確定了電極20和22之間的距離。并且，在硅間隔物56a-b上施加相同的電壓，一般為±(10-1000伏直流電)，將間隔物56a和56b轉化為電極，電極產生吸持電場58，為了獲得更好的樣品光譜，吸持電場將離子通道導引或吸持到流動通道26的中心，如圖1所示。為了吸持離子，間隔物電極56a-b必須施加相同的電壓，以便將離子“推動”到流動通道26的中心。通過保留更多的離子以致更多的離子撞擊檢測器34，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度。但是，這不是本發(fā)明必需的限制。
為了保持精確并可靠地操作分光計10，聚集在電極板20和22上的中和離子必須清除掉。這可通過加熱流動通道26來實施。例如，在圖1中控制器30可以包括電源29(在虛線中所示)，其對微處理器36反應提供給電極板20和22電流I，以加熱板除去聚集的分子。同樣地，在圖4中電流I可以替換地施加在間隔物電極56a和56b上，以加熱流動通道26并清潔板20和22。
在圖5中包裝的FAIM分光計10可以一英寸地一英寸地減小到一英寸。泵14安裝在基片52上，用來將氣體樣品12抽入到入口16中。在圖1中，在電離氣體樣品前或后，可通過再循環(huán)泵14將清潔干燥的空氣引入到流動通道26中。電子控制器30可以噬刻到硅控制層60中，硅控制層60與基片52和54結合形成分光計10的外殼?；?2和54和控制層60可以結合在一起，如使用陽極鍵合，以提供極其小的FAIM分光計。微型泵14和14a提供大體積吞吐量，其進一步加速了氣體樣品12的分析。泵14和14a可以是裝配有小型離心空氣壓縮機轉子的傳統(tǒng)微型轉盤驅動發(fā)動機或是微型機泵，其產生每分鐘1到4升的流量。泵14的一個實例是從Florida，Clearwater，Sensidyne有限公司獲得的泵。
雖然依據(jù)本發(fā)明的FAIM分光計能快速產生具體氣體樣品的光譜，但使用過濾器組32能進一步減少作這些所需的時間。
在圖6中，F(xiàn)AIM分光計10可以包括過濾器組62和單一流動通道26。樣品氣體28在通過電離源18后，通過吸持電極56a-h引導到過濾器組62中，電離源18可以包括紫外線光源，放射裝置或電暈放電裝置。過濾器組62包括如成對的過濾器電極20a-e和22a-e，可以通過在每對電極施加不同的補償偏壓44(如圖2中)以及用不同電壓范圍掃過每對電極(大大降低掃過時間)同時檢測多種離子種類。然而，根據(jù)分光計的大小，過濾器組62可以包括任何數(shù)量的過濾器。包括檢測器32a-e的檢測器組64同時檢測多種選取的離子種類，從而降低了獲得氣體樣品12的光譜所需的時間。電極對享用相同的非對稱周期交流電電壓40。
在圖5中，通過再循環(huán)泵14a可將清潔干燥的空氣經(jīng)清潔干燥空氣入口66引入到流動通道26中。抽進清潔干燥空氣有助于降低FAIM分光計對濕度的靈敏度。并且，如果分光計在沒有清潔干燥的空氣下操作并將已知的氣體樣品引入到裝置中，那么裝置可能被用作為濕度感應器，由于產生的光譜會隨著濕度濃度的變化而發(fā)生改變，與給定樣品的標準光譜不同。
然而，在圖7中，不是過濾器組62的每個過濾器32a-e享用相同的流動通道26，而是提供了個體流動通道26a-e，這樣每個流動通道與它相連，如入口16，電離源18a，吸持電極56a’，56b’，離子過濾器電極對20a，22a，檢測器電極對33a，35a和出口68a。
在操作中，如圖8所示，樣品氣體12進入入口16a，并由電暈放電裝置18a電離。電離的樣品通過吸持電極56a導引到過濾器24a中。當離子通過離子過濾器電極20a和22a時，不需要的離子被中和，而選取的離子經(jīng)通過過濾器24a由檢測器32a檢測。
如在圖9中所示，由苯(峰值50)和丙酮(峰值51)構成的多種，同時檢測，演示了依據(jù)本發(fā)明的組合過濾器和檢測器的優(yōu)勢。
已發(fā)現(xiàn)，補償偏壓不是檢測選取的離子種類或多種離子種類所必需的。在圖10中，通過改變施加在過濾器24的電極20和22上的非對稱周期電壓的負載循環(huán)，就不需要在板電極20和22上施加恒定偏壓。對控制電子元件30反應，電壓發(fā)生器28改變非對稱交變電壓40的負載循環(huán)。在圖11中，通過改變周期電壓40的負載循環(huán)，可以控制選取離子的通道32c。作為實例，而不是作為限制，電場40的負載循環(huán)可以是四分之一25％高，波峰70和25％低，波谷72，離子38c接近板20被中和。然而，通過將電壓40a改變?yōu)?0％，波峰70a，離子38c通過板20和22，沒有被中和。通常負載循環(huán)在10％-50％高和90％-50％低范圍變化。因此，通過改變電場40的負載循環(huán)，在沒有偏壓情況下可以控制離子通道。
為了更進一步改善FAIM分光計的分辨能力，在圖12中，檢測器32可以分段。這樣，當離子通過過濾器電極20和22之間的過濾器24時，個體離子38c’-38c””可被空間地檢測，離子具有根據(jù)離子的大小、電荷和截面確定的其軌跡42c’-42c””。檢測器段32’將具有一種濃度的一種離子種類的離子，而檢測器段32”會具有不同的離子種類濃度，由于每段可以檢測特殊的離子種類，這樣就增加了光譜的分辨能力。
盡管本發(fā)明的具體特點在一些示圖中顯示，而沒有在另一些示圖中顯示，這僅是為了方便，依據(jù)本發(fā)明每種特點都可以結合任何或所有其他特點。
此領域中的技術人員會想到其他實施方案，這些實施方案包括在下列權利要求書中。
權利要求
1.一種用于檢測系統(tǒng)的微型機場致非對稱離子遷移過濾器，包括一對隔開的基片，在它們之間和樣品入口和出口之間界定流動通道；安置于通道中的離子過濾器，包括一對隔開的過濾器電極，一個電極與一個基片相連；以及電控制器，用于在離子過濾器電極間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過過濾器的離子的通道。
2.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，進一步包括檢測器，在離子過濾器的下游，用來檢測離開過濾器的離子。
3.根據(jù)權利要求2的微型機過濾器，其中檢測器包括多個段，這些段沿著流動通道分開以依據(jù)離子的軌跡空間分開離子。
4.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，進一步包括吸持電極，其對電控制器反應，用來當離子通過過濾器時濃縮選取的離子。
5.根據(jù)權利要求4的微型機過濾器，其中吸持電極是硅。
6.根據(jù)權利要求5的微型機過濾器，其中硅電極用作為隔開所述基片的間隔物。
7.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，進一步包括加熱器，用來加熱流動通道。
8.根據(jù)權利要求7的微型機過濾器，其中加熱器包括離子過濾器電極。
9.根據(jù)權利要求8的微型機過濾器，其中電控制器進一步包括用來選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。
10.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，其中基片是玻璃。
11.根據(jù)權利要求10的微型機過濾器，其中玻璃是Pyrex。
12.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，進一步包括電離源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。
13.根據(jù)權利要求12的微型機過濾器，其中，電離源包括放射源。
14.根據(jù)權利要求12的微型機過濾器，其中電離源包括紫外線燈。
15.根據(jù)權利要求12的微型機過濾器，其中電離源包括電暈放電裝置。
16.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，進一步包括清潔空氣入口，用來將提純的空氣引入到流動通道中。
17.根據(jù)權利要求1的微型機過濾器，進一步包括與流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
18.一種場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，包括包含樣品入口和出口之間的流動通道的外殼；安置于通道中的離子過濾器，包括一對隔開的過濾器電極；電控制器，用于在離子過濾器電極間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過過濾器的離子的通道；以及分段的檢測器，在離子過濾器的下游，它的段沿著流動通道分開以依據(jù)離子的軌跡空間分開離子。
19.根據(jù)權利要求18的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，進一步包括吸持電極，其對電控制器反應，用來當離子通過過濾器時濃縮選取的離子。
20.根據(jù)權利要求19的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中吸持電極是硅。
21.根據(jù)權利要求20的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中硅電極用作為隔開所述基片的間隔物。
22.根據(jù)權利要求18的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，進一步包括加熱器，用來加熱流動通道。
23.根據(jù)權利要求22的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中加熱器包括離子過濾器電極。
24.根據(jù)權利要求23的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中電控制器進一步包括用來選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。
25.根據(jù)權利要求18的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，進一步包括電離源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。
26.根據(jù)權利要求25的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中，電離源包括放射源。
27.根據(jù)權利要求25的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中電離源包括紫外線燈。
28.根據(jù)權利要求25的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，其中電離源包括電暈放電裝置。
29.根據(jù)權利要求18的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，進一步包括清潔空氣入口，用來將提純的空氣引入到流動通道中。
30.根據(jù)權利要求18的場致非對稱離子遷移過濾器和檢測系統(tǒng)，進一步包括與流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
31.一種場致非對稱離子遷移過濾器組，包括在樣品入口和出口之間界定至少一個流動通道的外殼；安置于外殼內的多個離子過濾器，每個過濾器包括一對隔開的過濾器電極；電控制器，用于在每個所述的離子過濾器電極對間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過每個所述的過濾器的離子的通道。
32.根據(jù)權利要求3 1的過濾器組，其中每個所述的過濾器是與一個流動通道相連的。
33.根據(jù)權利要求31的過濾器組，進一步包括檢測器，在每個所述過濾器的下游，用來檢測離開每個所述過濾器的離子。
34.根據(jù)權利要求33的過濾器組，其中每個所述的檢測器包括多個段，這些段沿著流動通道分開以依據(jù)離子的軌跡空間分開離子。
35.根據(jù)權利要求33的過濾器組，進一步包括多個吸持電極，其對電控制器反應，用來當離子通過每個所述的過濾器時濃縮選取的離子。
36.根據(jù)權利要求35的過濾器組，其中每個所述的吸持電極是硅。
37.根據(jù)權利要求36的過濾器組，其中硅電極用作為隔開過濾器電極的間隔物。
38.根據(jù)權利要求31的過濾器組，進一步包括加熱器，用來加熱所述的至少一個流動通道。
39.根據(jù)權利要求38的過濾器組，其中加熱器包括每個所述的離子過濾器電極對。
40.根據(jù)權利要求38的過濾器組，其中電控制器進一步包括用來選擇性地施加電流通過每個所述的過濾器電極對以加熱過濾器電極的裝置。
41.根據(jù)權利要求31的過濾器組，進一步包括電離源，在每個所述的過濾器上游，用來電離來自樣品入口的流體。
42.根據(jù)權利要求41的過濾器組，其中，電離源包括放射源。
43.根據(jù)權利要求41的過濾器組，其中電離源包括紫外線燈。
44.根據(jù)權利要求41的過濾器組，其中電離源包括電暈放電裝置。
45.根據(jù)權利要求31的過濾器組，進一步包括清潔空氣入口，用來將提純的空氣引入到至少一個流動通道中。
46.根據(jù)權利要求31的過濾器組，進一步包括與每個所述的流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過每個所述的流動通道的流體流動。
47.一種用于檢測系統(tǒng)的未補償場致非對稱離子遷移過濾器，包括包含樣品入口和出口之間的流動通道的外殼；安置于通道中的離子過濾器，包括一對隔開的過濾器電極；電控制器，用于在離子過濾器電極間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過過濾器的離子的通道；以及選擇性電路，用來在離子過濾器間施加未補償非對稱周期電壓以瞄準要檢測的選取的離子種類或多種離子種類。
48.根據(jù)權利要求47的離子遷移過濾器，進一步包括檢測器，在離子過濾器的下游，用來檢測離開過濾器的離子。
49.根據(jù)權利要求48的離子遷移過濾器，其中檢測器包括多個段，這些段沿著流動通道分開以依據(jù)離子的軌跡空間分開離子。
50.根據(jù)權利要求48的離子遷移過濾器，進一步包括吸持電極，其對電控制器反應，用來當離子通過過濾器時濃縮選取的離子。
51.根據(jù)權利要求50的離子遷移過濾器，其中吸持電極是硅。
52.根據(jù)權利要求51的離子遷移過濾器，其中硅電極用作為隔開過濾器電極的間隔物。
53.根據(jù)權利要求47的離子遷移過濾器，進一步包括加熱器，用來加熱流動通道。
54.根據(jù)權利要求51的離子遷移過濾器，其中加熱器包括離子過濾器電極。
55.根據(jù)權利要求54的離子遷移過濾器，其中電控制器進一步包括用來選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。
56.根據(jù)權利要求47的離子遷移過濾器，進一步包括電離源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。
57.根據(jù)權利要求56的離子遷移過濾器，其中，電離源包括放射源。
58.根據(jù)權利要求56的離子遷移過濾器，其中電離源包括紫外線燈。
59.根據(jù)權利要求56的離子遷移過濾器，其中電離源包括電暈放電裝置。
60.根據(jù)權利要求47的離子遷移過濾器，進一步包括清潔空氣入口，用來將提純的空氣引入到流動通道中。
61.根據(jù)權利要求47的離子遷移過濾器，進一步包括與流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
62.一種場致非對稱離子遷移過濾器，包括包括包含樣品入口和出口之間的流動通道的外殼；安置于通道中的離子過濾器，包括一對隔開的過濾器電極；一對相對于流動通道橫向的吸持電極；電控制器，用于在離子過濾器電極間施加第一偏壓和非對稱周期電壓以及在吸持電極間施加第二偏壓以控制通過過濾器的離子的通道。
63.根據(jù)權利要求62的過濾器，進一步包括檢測器，在離子過濾器的下游，用來檢測離開過濾器的離子。
64.根據(jù)權利要求63的過濾器，其中檢測器包括多個段，這些段沿著流動通道分開以依據(jù)離子的軌跡空間分開離子。
65.根據(jù)權利要求62的過濾器，其中吸持電極是硅。
66.根據(jù)權利要求65的過濾器，其中硅電極用作為隔開過濾器電極的間隔物。
67.根據(jù)權利要求62的過濾器，進一步包括加熱器，用來加熱流動通道。
68.根據(jù)權利要求67的過濾器，其中加熱器包括離子過濾器電極。
69.根據(jù)權利要求67的過濾器，其中加熱器包括吸持電極。
70.根據(jù)權利要求68的過濾器，其中電控制器進一步包括用來選擇性地施加電流通過過濾器電極以加熱過濾器電極的裝置。
71.根據(jù)權利要求68的過濾器，其中電控制器進一步包括用來選擇性地施加電流通過吸持電極以加熱吸持電極的裝置。
72.根據(jù)權利要求62的過濾器，進一步包括電離源，在過濾器的上游，用來電離來自樣品入口的流體。
73.根據(jù)權利要求71的過濾器，其中，電離源包括放射源。
74.根據(jù)權利要求71的過濾器，其中電離源包括紫外線燈。
75.根據(jù)權利要求71的過濾器，其中電離源包括電暈放電裝置。
76.根據(jù)權利要求62的過濾器，進一步包括清潔空氣入口，用來將提純的空氣引入到流動通道中。
77.根據(jù)權利要求62的過濾器，進一步包括與流動通道連通的泵，用來調節(jié)通過流動通道的流體流動。
全文摘要
一種用于檢測系統(tǒng)的微型機場致非對稱離子遷移過濾器(24)包括一對隔開基片,在基片之間和樣品入口(16)和出口之間界定了流動通道;安置于通道中的離子過濾器,包括一對隔開的過濾器電極(20,22),一個電極與一個基片相連;電控制器(30),用于在離子過濾器電極間施加偏壓和非對稱周期電壓以控制通過過濾器的離子的通道。
文檔編號H01J49/42GK1361922SQ00810645
公開日2002年7月31日 申請日期2000年6月29日 優(yōu)先權日1999年7月21日
發(fā)明者拉安安·A·米勒, 歐金瓊·G·納澤羅 申請人:查爾斯斯塔克布料實驗室公司