本發(fā)明涉及質(zhì)譜儀技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及離子遷移譜裝置及方法。

背景技術(shù)：

四極桿-飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀由于其快速、高質(zhì)量精度、高穩(wěn)定性和重復(fù)性等特點(diǎn)，已成為商業(yè)質(zhì)譜儀的主流之一。這些質(zhì)譜儀通常前置氣相色譜或者液相色譜，以預(yù)先將復(fù)雜的樣品分離。近年來(lái)，離子遷移譜(ionmobility)技術(shù)與質(zhì)譜的聯(lián)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展，由于離子遷移譜技術(shù)與色譜技術(shù)的正交分離特性，可大大提高色譜-質(zhì)譜分析的分離能力和峰容量。目前離子遷移譜技術(shù)有多個(gè)種類，其中應(yīng)用最廣泛的是較低氣壓下(通常為1torr到4torr)的遷移管(driftcell)遷移譜技術(shù)，其工作方式與現(xiàn)代四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀非常匹配。因此，離子遷移管-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜幾乎成為研究級(jí)儀器的標(biāo)準(zhǔn)配置。

目前的離子遷移管-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜，或者離子遷移管-飛行時(shí)間質(zhì)譜，在比如文獻(xiàn)j.am.soc.massspectrom.(2014)25：563-571中描述，通常有如下的問(wèn)題：(1)由于遷移管的分辨能力與長(zhǎng)度為正比關(guān)系，導(dǎo)致儀器裝置的長(zhǎng)度大大增加，不利于在普通實(shí)驗(yàn)室使用；(2)很多情況下，比如對(duì)于含量很低但組分較簡(jiǎn)單的樣品，分析者不需要離子遷移率分析而只需要單獨(dú)的四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜模式，但現(xiàn)有的裝置和方法中，離子仍然需要通過(guò)離子遷移管，通常離子遷移管的傳輸效率很低，所以造成了顯著的靈敏度損失；(3)遷移管上需要施加較高的遷移電壓，因此其上游或下游裝置需要更高幅值的電壓以推動(dòng)離子，不僅對(duì)電源提出較高要求，而且容易造成電壓擊穿。因此，存在對(duì)新的離子遷移譜裝置和方法的需求，用以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種離子遷移譜裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)法選擇是否經(jīng)過(guò)離子遷移管而造成離子傳輸效率低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種離子遷移譜裝置，包括：離子源，用于提供離子；離子導(dǎo)引裝置，其包括：內(nèi)部連通的至少三端：第一導(dǎo)引端、第二導(dǎo)引端和第三導(dǎo)引端，離子能從其中任意一端進(jìn)入或離開所述離子導(dǎo)引裝置；所述第一導(dǎo)引端供離子源提供的離子進(jìn)入；所述第三導(dǎo)引端連通于后級(jí)裝置；與所述第二導(dǎo)引端一一對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)離子遷移管，用于傳輸離子和/或進(jìn)行離子遷移率分析，每個(gè)離子遷移管包括內(nèi)部連通的第一 遷移管端和第二遷移管端，所述第二遷移管端連通于一第二導(dǎo)引端；離子存儲(chǔ)裝置，與每個(gè)離子遷移管的第一遷移管端相連通，用于存儲(chǔ)離子或逐出離子。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子導(dǎo)引裝置導(dǎo)引離子從第二導(dǎo)引端經(jīng)進(jìn)入離子遷移管，經(jīng)所述離子遷移管后，沿第一遷移管端進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置，一段時(shí)間后離子從所述離子存儲(chǔ)裝置被脈沖式逐出，所述逐出離子經(jīng)過(guò)一離子遷移管進(jìn)行離子遷移率分離，分離后的離子進(jìn)入所述離子導(dǎo)引裝置，從所述第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子導(dǎo)引裝置令其內(nèi)的離子進(jìn)行以下方式傳輸：導(dǎo)引從離子源產(chǎn)生并進(jìn)入離子導(dǎo)引裝置的離子，不經(jīng)過(guò)所述離子遷移管和離子存儲(chǔ)裝置，直接從第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述后級(jí)裝置包括：用于質(zhì)譜分析的質(zhì)量分析器。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述質(zhì)量分析器為飛行時(shí)間質(zhì)量分析器。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述后級(jí)裝置包括：相連的四極桿質(zhì)量分析器、碰撞腔及飛行時(shí)間質(zhì)量分析器。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜裝置，包括：檢測(cè)器，其與所述離子存儲(chǔ)裝置相鄰，檢測(cè)從第二遷移管端傳輸?shù)竭_(dá)第一遷移管端過(guò)程中進(jìn)行離子遷移率分離后的離子。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子導(dǎo)引裝置呈t字形結(jié)構(gòu)，所述t字形結(jié)構(gòu)的三端分別為所述第一導(dǎo)引端、第二導(dǎo)引端和第三導(dǎo)引端。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)引端和第三導(dǎo)引端分別為所述t字形結(jié)構(gòu)兩側(cè)的相對(duì)兩端，所述第二導(dǎo)引端為t字形結(jié)構(gòu)的中部一端。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)引端和第二導(dǎo)引端分別為所述t字形結(jié)構(gòu)兩側(cè)的相對(duì)兩端，所述第三導(dǎo)引端為t字形結(jié)構(gòu)的中部一端。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子遷移譜裝置用于實(shí)現(xiàn)第一功能：所述離子導(dǎo)引裝置導(dǎo)引離子從第二導(dǎo)引端經(jīng)進(jìn)入離子遷移管，經(jīng)所述離子遷移管后，沿第一遷移管端進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置，一段時(shí)間后離子從所述離子存儲(chǔ)裝置被脈沖式逐出，所述逐出離子經(jīng)過(guò)一離子遷移管進(jìn)行離子遷移率分離，分離后的離子進(jìn)入所述離子導(dǎo)引裝置，從所述第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置；所述離子遷移譜裝置用于實(shí)現(xiàn)第二功能：從離子源產(chǎn)生并進(jìn)入所述離子導(dǎo)引裝置的離子直接從第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置；其中，所述第一功能和第二功能是交替進(jìn)行的。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子導(dǎo)引裝置有至少兩個(gè)，所述兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置間直接或間接連通。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)離子遷移管中，其中一個(gè)用于離子傳輸，其中另一個(gè)用于離子遷移率分析。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子遷移譜裝置用于實(shí)現(xiàn)：離子從所述離子源通過(guò)所述其中一個(gè)離子導(dǎo)引裝置，經(jīng)過(guò)與其連通的所述作為離子傳輸裝置的離子遷移管進(jìn)入所述離子存儲(chǔ)裝置；之后，從所述離子存儲(chǔ)裝置被逐出并經(jīng)過(guò)所述作為離子遷移率分析器的離子遷移管，進(jìn)行離子遷移率分離，分離后的離子通過(guò)與所述作為離子遷移率分析器的離子遷移管連通的另一個(gè)離子導(dǎo)引裝置進(jìn)入后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置間通過(guò)四極桿質(zhì)量分析器連通。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置間通過(guò)四極桿質(zhì)量分析器和碰撞腔連通。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子遷移譜裝置用于實(shí)現(xiàn)：離子被所述四極桿質(zhì)量分析器選擇產(chǎn)生母離子，經(jīng)碰撞腔解離產(chǎn)生子離子；子離子進(jìn)入與碰撞腔出口端通過(guò)一離子導(dǎo)引裝置連通的一離子遷移管進(jìn)行離子遷移率分離；在所述離子存儲(chǔ)裝置內(nèi)選擇所需要的遷移率范圍內(nèi)的離子并逐出至另一離子遷移管內(nèi)進(jìn)行第二次離子遷移率分離以供實(shí)現(xiàn)串聯(lián)離子遷移譜分析；其中，所述另一遷移管通過(guò)另一離子引導(dǎo)裝置連通至四極桿分析器入口端。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子遷移譜裝置用于實(shí)現(xiàn)：各所述離子遷移管和離子存儲(chǔ)裝置均作為離子傳輸用，離子被所述四極桿質(zhì)量分析器選擇產(chǎn)生母離子，經(jīng)碰撞腔解離產(chǎn)生子離子，經(jīng)過(guò)一離子導(dǎo)引裝置、一離子遷移管、離子存儲(chǔ)裝置、另一離子導(dǎo)引裝置、及另一離子遷移管而再次進(jìn)入所述四極桿質(zhì)量分析器和碰撞腔，選擇離子并解離產(chǎn)生孫離子，以供實(shí)現(xiàn)多次串聯(lián)質(zhì)譜分析。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種離子遷移譜方法，包括：通過(guò)離子源產(chǎn)生離子；通過(guò)離子導(dǎo)引裝置來(lái)導(dǎo)引離子，其中，所述離子導(dǎo)引裝置包括：內(nèi)部連通的至少三端：第一導(dǎo)引端、第二導(dǎo)引端和第三導(dǎo)引端，離子能從其中任意一端進(jìn)入或離開所述離子導(dǎo)引裝置；所述第一導(dǎo)引端供離子源提供的離子進(jìn)入；所述第三導(dǎo)引端連通于后級(jí)裝置；通過(guò)與所述第二導(dǎo)引端一一對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)離子遷移管來(lái)傳輸離子和/或進(jìn)行離子遷移率分析，其中，每個(gè)離子遷移管包括內(nèi)部連通的第一遷移管端和第二遷移管端，所述第二遷移管端連通于一第二導(dǎo)引端；通過(guò)離子存儲(chǔ)裝置來(lái)存儲(chǔ)離子或逐出離子，其中，所述離子存儲(chǔ)裝置與每個(gè)離子遷移管的第一遷移管端相連通。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜方法，包括：通過(guò)所述離子導(dǎo)引裝置導(dǎo)引離子從第二導(dǎo)引端經(jīng)進(jìn)入連通的離子遷移管；經(jīng)所述離子遷移管后，沿所述離子遷移管的第一 遷移管端進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置；一段時(shí)間后，通過(guò)所述離子存儲(chǔ)裝置脈沖式逐出逐出離子；所述逐出離子經(jīng)一所述離子遷移管進(jìn)行離子遷移率分離，分離后的離子進(jìn)入所述離子導(dǎo)引裝置，從所述第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜方法，包括：通過(guò)所述離子導(dǎo)引裝置導(dǎo)引從離子源產(chǎn)生并進(jìn)入離子導(dǎo)引裝置的離子，不經(jīng)過(guò)所述離子遷移管和離子存儲(chǔ)裝置，直接從第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜方法，包括：通過(guò)所述離子遷移譜裝置交替進(jìn)行第一功能及第二功能；其中，所述第一功能包括：導(dǎo)引離子從第二導(dǎo)引端經(jīng)進(jìn)入連通的離子遷移管，經(jīng)所述離子遷移管后，沿所述離子遷移管的第一遷移管端進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置，一段時(shí)間后離子從所述離子存儲(chǔ)裝置被脈沖式逐出，所述離子經(jīng)過(guò)一所述離子遷移管進(jìn)行離子遷移率分離，分離后的離子進(jìn)入所述離子導(dǎo)引裝置，從所述第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置；所述第二功能包括：從離子源產(chǎn)生并進(jìn)入所述離子導(dǎo)引裝置的離子直接從第三導(dǎo)引端輸出至所述后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述離子導(dǎo)引裝置有至少兩個(gè)，所述兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置間直接或間接連通。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)離子遷移管中，其中一個(gè)用于離子傳輸，其中另一個(gè)用于離子遷移率分析。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜方法，包括：令離子從所述離子源通過(guò)所述其中一個(gè)離子導(dǎo)引裝置，經(jīng)過(guò)與其連通的所述作為離子傳輸裝置的離子遷移管進(jìn)入所述離子存儲(chǔ)裝置；從所述離子存儲(chǔ)裝置被逐出并經(jīng)過(guò)所述作為離子遷移率分析器的離子遷移管，進(jìn)行離子遷移率分離，分離后的離子通過(guò)與所述作為離子遷移率分析器的離子遷移管連通的另一個(gè)離子導(dǎo)引裝置進(jìn)入后級(jí)裝置。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述至少兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置間通過(guò)四極桿質(zhì)量分析器和碰撞腔連通。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜方法，包括：通過(guò)所述四極桿質(zhì)量分析器對(duì)離子進(jìn)行選擇以產(chǎn)生母離子；令所述母離子經(jīng)所述碰撞腔解離產(chǎn)生子離子；令所述子離子進(jìn)入與碰撞腔出口端通過(guò)一離子導(dǎo)引裝置連通的一離子遷移管進(jìn)行離子遷移率分離；在所述離子存儲(chǔ)裝置內(nèi)選擇所需要的遷移率范圍內(nèi)的離子并逐出至另一離子遷移管內(nèi)進(jìn)行第二次離子遷移率分離以供實(shí)現(xiàn)串聯(lián)離子遷移譜分析；其中，所述另一遷移管通過(guò)另一離子引導(dǎo)裝置連通至四極桿分析器入口端。

于本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的離子遷移譜方法，包括：將各所述離子遷移管和離子存儲(chǔ)裝置均作為離子傳輸用，通過(guò)所述四極桿質(zhì)量分析器選擇離子以產(chǎn)生母離子；令所述母離子經(jīng)碰撞腔解離產(chǎn)生子離子；令所述自離子經(jīng)過(guò)一離子導(dǎo)引裝置、一離子遷移管、離子存儲(chǔ)裝置、另一離子導(dǎo)引裝置、及另一離子遷移管而再次進(jìn)入所述四極桿質(zhì)量分析器和碰撞腔，選擇離子并解離產(chǎn)生孫離子，以供實(shí)現(xiàn)多次串聯(lián)質(zhì)譜分析。

如上所述，本發(fā)明的離子遷移譜裝置及方法，所述離子遷移譜裝置包括：離子源，用于提供離子；離子導(dǎo)引裝置，其包括：內(nèi)部連通的至少三端：第一導(dǎo)引端、第二導(dǎo)引端和第三導(dǎo)引端，離子能從其中任意一端進(jìn)入或離開所述離子導(dǎo)引裝置；所述第一導(dǎo)引端供離子源提供的離子進(jìn)入；所述第三導(dǎo)引端連通于后級(jí)裝置；與所述第二導(dǎo)引端一一對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)離子遷移管，用于傳輸離子和/或進(jìn)行離子遷移率分析，每個(gè)離子遷移管包括內(nèi)部連通的第一遷移管端和第二遷移管端，所述第二遷移管端連通于一第二導(dǎo)引端；離子存儲(chǔ)裝置，與每個(gè)離子遷移管的第一遷移管端相連通，用于存儲(chǔ)離子或逐出離子；通過(guò)選擇不同的離子路徑，可進(jìn)行離子遷移譜分析或進(jìn)行直接離子傳輸。

此外相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在實(shí)際使用中還有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、該裝置與四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用時(shí)，離子遷移管的延伸方向與儀器主軸方向垂直，與飛行管的延伸方向平行，因此儀器的長(zhǎng)度仍然保持與普通的四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜相同，而高度只取決于飛行管的高度；儀器的尺寸不會(huì)增加。

2、切換到四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜單獨(dú)使用的模式時(shí)，離子不經(jīng)過(guò)遷移管，避免了靈敏度損失；這種方式也減少了離子在通路上的駐留時(shí)間，可提高某些模式下的分析速度。

3、高幅值的電壓僅僅需要在離子遷移管和存儲(chǔ)裝置上，而遷移管上、下游的其它裝置可保持原來(lái)的電壓，不僅電源裝置簡(jiǎn)單，而且可有效避免電壓擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例中的離子遷移譜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例中的離子遷移譜裝置在一個(gè)典型的分析周期內(nèi)的電壓-時(shí)序圖；

圖3a及圖3b為本發(fā)明第一實(shí)施方式中離子導(dǎo)引裝置實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3c為圖3b中部分電極的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a及圖4b為對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式中離子導(dǎo)引裝置進(jìn)行遷移率分析工作模式下的計(jì)算機(jī)仿真所得到的離子軌跡圖；

圖4c為對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式中離子導(dǎo)引裝置進(jìn)行離子直接傳輸模式下的計(jì)算機(jī)仿真所得到的離子軌跡圖；

圖5a至5c為本發(fā)明第一實(shí)施方式中離子存儲(chǔ)裝置的三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5d為圖5c實(shí)施例中環(huán)形電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施方式中離子遷移譜裝置與四極桿-正交飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用的一個(gè)實(shí)施例；

圖7為本發(fā)明第一實(shí)施方式中離子遷移譜裝置與四極桿-正交飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用的又一實(shí)施例；

圖8為本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例中離子遷移譜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明的第三實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例中離子遷移譜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明的第三實(shí)施方式的另一實(shí)施例中離子遷移譜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

請(qǐng)參閱圖1至圖10。須知，本說(shuō)明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說(shuō)明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說(shuō)明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

如圖1所示，顯示本發(fā)明的離子遷移譜裝置在第一實(shí)施例方式中的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1為離子導(dǎo)引裝置，優(yōu)選為分段的多級(jí)桿，其具有三端(如圖示分別為第一導(dǎo)引端11、第二導(dǎo)引端12、第三導(dǎo)引端13)做為離子入口或出口，所述離子導(dǎo)引裝置優(yōu)選為呈t字形結(jié)構(gòu)；第一導(dǎo)引端11與離子源2相接，離子源2可以直接產(chǎn)生離子，如大氣壓電噴霧離子源(esi)、電子轟擊離子源(ei)等。第三導(dǎo)引端13與下級(jí)裝置5相接，下級(jí)裝置5可以是質(zhì)量分析器或者后級(jí)離子導(dǎo)引裝置等，優(yōu)選為四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜裝置。第二導(dǎo)引端12接離子遷移管3。離子遷移管3具有兩端，定義為與第二導(dǎo)引端12相接的第二遷移管端32和與之相對(duì)的第一遷移管端31，所述第一遷移管端31與離子存儲(chǔ)裝置4相接。

本實(shí)施方式中的設(shè)備具有至少兩種工作模式，且可以在兩種模式間快速切換。第一種為遷移率分析模式，第二種為非遷移率分析模式，或者稱為直接傳輸模式。

在第一種模式中，從離子源2產(chǎn)生的離子(通常為連續(xù)離子流)，經(jīng)過(guò)第一導(dǎo)引端11進(jìn)入離子導(dǎo)引裝置1，在離子導(dǎo)引裝置1的中部位置處發(fā)生向上偏轉(zhuǎn)，從第二導(dǎo)引端12離開該離子導(dǎo)引裝置1，并從第二遷移管端32進(jìn)入離子遷移管3，此時(shí)離子遷移管3僅作為離子傳輸用；連續(xù)的離子流經(jīng)過(guò)離子遷移管3從第一遷移管端31進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4，離子在該離子存儲(chǔ)裝置4內(nèi)被囚禁、存儲(chǔ)；一段時(shí)間后，將離子存儲(chǔ)裝置4靠近第一遷移管端31處的離子門關(guān)閉(離子門的實(shí)現(xiàn)形式后文將作說(shuō)明)，優(yōu)選的，同時(shí)清空離子遷移管3中殘余的離子；然后將靠近第一遷移管端31的離子門打開，脈沖式將離子從存儲(chǔ)裝置4逐出到離子遷移管3，離子將按遷移率產(chǎn)生分離，被分離的離子通過(guò)第二遷移管端32、第二導(dǎo)引端12重新進(jìn)入離子導(dǎo)引裝置1，在中心位置被90度偏轉(zhuǎn)，沿第三導(dǎo)引端13進(jìn)入后級(jí)裝置5，以進(jìn)行質(zhì)量分析。

在第二種模式中，從離子源2產(chǎn)生的離子，經(jīng)過(guò)第一導(dǎo)引端11進(jìn)入離子導(dǎo)引裝置1，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直接從第三導(dǎo)引端13進(jìn)入后級(jí)裝置5，進(jìn)行質(zhì)量分析或再進(jìn)行離子導(dǎo)引。該模式不經(jīng)過(guò)離子遷移管3和離子存儲(chǔ)裝置4，一是避免了離子在遷移管內(nèi)的損失，因此可得到很高的靈敏度；二是減少了離子的駐留時(shí)間，在一些分析模式，比如快速極性切換模式下，可得到很高的分析速度。

在第一種模式中，為了提高離子的利用效率，可以不進(jìn)行清空離子的步驟，而通過(guò)離子門的操作將暫時(shí)沒(méi)用到的離子先存儲(chǔ)起來(lái)。即：連續(xù)離子流通過(guò)遷移管進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4，一段時(shí)間后將第一導(dǎo)引端11電位抬高，離子源處的離子被阻擋在第一導(dǎo)引端11前面，暫時(shí)存儲(chǔ)下來(lái)；再過(guò)一段時(shí)間，等離子導(dǎo)引裝置1和離子遷移管3內(nèi)的離子全部進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4，將離子存儲(chǔ)裝置4的離子門關(guān)閉；然后再將離子存儲(chǔ)裝置4的離子脈沖逐出進(jìn)行遷移率分析；等離子全部通過(guò)第三導(dǎo)引端13，或等整個(gè)分析周期完成，將第一導(dǎo)引端11的電位恢復(fù)，離子正常傳輸，開始下個(gè)分析周期。這樣，離子的利用效率將接近100％。為了提高離子在離子遷移管3中的傳輸效率，可以施加射頻電場(chǎng)，需注意到射頻電場(chǎng)通常對(duì)離子有加熱作用，從而會(huì)限制分辨率?？梢詢?yōu)選的使用類似美國(guó)專利us6639213中的周期性聚焦的直流電場(chǎng)，具有接近100％的離子傳輸效率，同時(shí)保證較高的遷移譜分辨率。

上述實(shí)施方式還可以包含一個(gè)檢測(cè)器6，其位于離子存儲(chǔ)裝置4的一側(cè)，和離子存儲(chǔ)裝置4間是可選擇地連通于所述離子遷移管3的；如果是中間有開孔的檢測(cè)器，也可以位于離子遷移管3的第一遷移管端31。在另一種模式中，離子源2處產(chǎn)生的離子從離子導(dǎo)引裝置1 的第二導(dǎo)引端12，以脈沖方式進(jìn)入離子遷移管3，到達(dá)檢測(cè)器6進(jìn)行檢測(cè)，這樣可直接進(jìn)行離子遷移率分析。

上述實(shí)施方式的第一種模式中，一個(gè)典型的電壓時(shí)間序列如圖2所示。圖中的離子門即位于上述各端，其結(jié)構(gòu)可為業(yè)內(nèi)熟知的圓孔透鏡，或者柵網(wǎng)電極等；圖中推斥電極為離子存儲(chǔ)裝置4中的電極，可位于圖1中的6處附近，其結(jié)構(gòu)可為圓孔電極，或者板狀電極等。0～t1為離子從離子源2進(jìn)入離子導(dǎo)引裝置1，再通過(guò)離子遷移管3進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4的過(guò)程，t1時(shí)刻將第一導(dǎo)引端11離子門關(guān)閉，t1～t2為裝置1和3內(nèi)殘留的離子進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4的過(guò)程，t2時(shí)刻將第一遷移管端31離子門打開，進(jìn)行遷移率分析。

離子遷移管需要施加幾千伏甚至更高的遷移電壓以達(dá)到較高的分辨，通常的離子遷移管-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜中，需要隨之上浮遷移管上游或下游裝置的電壓，比如，上游電噴霧離子源的電壓可能達(dá)到1萬(wàn)伏以上，因此很容易發(fā)生電壓擊穿而損壞儀器。而在本發(fā)明上述第一種模式中，需要施加高電壓的部分，僅僅包括離子遷移管3的第一遷移管端，以及離子存儲(chǔ)裝置4。這部分的高電壓需要快速的切換以完成所述的電壓時(shí)間序列。而在離子源2、離子導(dǎo)引裝置1和后級(jí)裝置5中，不需要高電壓，因此前、后級(jí)其它的裝置不需要上浮高電壓。在第二種模式中，由于不需使用離子遷移管3和離子存儲(chǔ)裝置4，所以高電壓也不需要施加。

以上描述的第一種模式(即遷移率分析模式)和第二種模式(即直接傳輸模式)，可相互交替進(jìn)行。比如，在同一個(gè)色譜流出峰內(nèi)，進(jìn)行完一次遷移率分析模式，再進(jìn)行一次直接傳輸模式，然后一直循環(huán)下去。或者兩種方式彼此有一定的重合時(shí)間，比如，遷移率分析模式下，離子從離子導(dǎo)引裝置1進(jìn)入離子遷移管3，在等待離子完全通過(guò)離子遷移管3進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4的時(shí)間內(nèi)，t型離子導(dǎo)引裝置1切換到直接傳輸模式，被直接傳輸?shù)碾x子可以到后級(jí)裝置5進(jìn)行質(zhì)譜分析，等到在離子存儲(chǔ)裝置4里的離子被完全冷卻好，并準(zhǔn)備進(jìn)行遷移率分析前，離子導(dǎo)引裝置1切換回遷移率分析模式，以等待進(jìn)行遷移率分析。以此再一直循環(huán)進(jìn)行。

圖3a及圖3b為本發(fā)明第一實(shí)施方式中，離子導(dǎo)引裝置的兩個(gè)實(shí)施例。其中圖3a顯示為分段四極桿離子導(dǎo)引，實(shí)際中也可使用六極桿、八極桿等其它多極場(chǎng)形式；圖3b顯示為矩形的電極陣列，實(shí)際中也可使用圓形等電極形狀，圖3c中顯示圖3b中虛框部分電極的左或右視圖，具有向上的開口，而其他電極的側(cè)視可以為方形。另外，t字形狀的離子導(dǎo)引裝置僅為一種示例方式，實(shí)際也可使用l型，或者y型等具有三端的導(dǎo)引裝置；該離子導(dǎo)引裝置的典型工作氣壓為0.01torr～10torr，優(yōu)選為與離子遷移管3相同的氣壓，即為1torr～4torr。

圖4a至4c為對(duì)離子導(dǎo)引裝置在第一工作模式下進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真得到的離子軌跡圖；其 中圖4a為離子從離子源2經(jīng)過(guò)該離子導(dǎo)引裝置1的第一導(dǎo)引端11到第二導(dǎo)引端12至離子遷移管3的離子軌跡，圖4b為離子從離子遷移管3經(jīng)過(guò)該第二導(dǎo)引端12再回到離子導(dǎo)引裝置1中然后從第三導(dǎo)引端13進(jìn)入后級(jí)裝置5的離子軌跡，圖4c為離子從離子源2經(jīng)過(guò)離子導(dǎo)引裝置1的第一導(dǎo)引端11直接從第三導(dǎo)引端13進(jìn)入后級(jí)裝置5的離子軌跡。仿真中的氣壓為1torr，離子的質(zhì)量數(shù)為500。三種情況下，離子的傳輸效率均達(dá)到了100％。

圖5a至5c為本發(fā)明第一實(shí)施方式中，離子存儲(chǔ)裝置的三個(gè)實(shí)施例；對(duì)該離子存儲(chǔ)裝置的要求是，較高的離子存儲(chǔ)容量，以及較高的離子出射效率。這三個(gè)實(shí)施例中，都采用了雙層的網(wǎng)狀電極7作為離子門，雙層網(wǎng)狀電極的好處是可以有效減少離子存儲(chǔ)裝置內(nèi)的電場(chǎng)和遷移管內(nèi)電場(chǎng)的相互影響，而且可以使得離子在存儲(chǔ)時(shí)盡量靠近網(wǎng)狀電極7，減少出射離子束的軸向展寬。這三個(gè)實(shí)施例都采用了環(huán)形電極陣列的形式，該形式具有較高的離子存儲(chǔ)容量，電極上都施加射頻電場(chǎng)以高效的束縛、存儲(chǔ)離子。但是在離子逐出時(shí)采用的聚焦方式不同。其中，圖5a是離子存儲(chǔ)裝置4a的電極沿軸向的截面示意圖，圖中“+”“-”表示幅值相等、相位相反的射頻電壓，該實(shí)施例中，通過(guò)改變交替射頻電場(chǎng)的電極數(shù)目，使得射頻勢(shì)壘在出口處非常靠近離子存儲(chǔ)裝置4a的軸線，以聚焦離子；圖5b的離子存儲(chǔ)裝置4b采用類似專利us6107628中的方式，使用逐漸縮小的環(huán)形電極來(lái)聚焦離子；圖5c的離子存儲(chǔ)裝置4c采用類似專利us20150206731的方式，離子存儲(chǔ)裝置具有多個(gè)環(huán)形電極41c，圖5d顯示其中一個(gè)環(huán)形電極41c的形狀的例子，通過(guò)絕緣物或斷開部分而將每個(gè)環(huán)形電極分成兩段并沿軸線逐漸變化，每個(gè)環(huán)形電極41c兩段間施加偏置電壓，以達(dá)到聚焦離子的效果。除去這些形式，還可以采用各種業(yè)內(nèi)已知的三維離子阱、直線離子阱或離子阱陣列等。

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施方式中的離子導(dǎo)引裝置與四極桿-正交飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用的一個(gè)實(shí)施例；其中8為電噴霧離子源，9為大氣壓接口，2為前級(jí)離子導(dǎo)引，1為所述離子導(dǎo)引裝置，3為離子遷移管，4為離子存儲(chǔ)裝置，5為質(zhì)量分析器(可為四極桿)，用于選出母離子，10為碰撞腔，用于產(chǎn)生子離子，11為飛行時(shí)間質(zhì)譜，用于子離子的高分辨率質(zhì)量分析。離子導(dǎo)引裝置1的長(zhǎng)度可以很短，比如100mm，所以整個(gè)裝置長(zhǎng)度與不加遷移管時(shí)的長(zhǎng)度基本一致；而飛行質(zhì)譜的高度主要取決于飛行管的高度，比如在飛行管為1m的情況下，遷移管3的長(zhǎng)度也可以接近1m，該長(zhǎng)度下可以取得非常高的遷移譜分辨率。

圖7為本發(fā)明第一實(shí)施方式中的離子導(dǎo)引裝置與四極桿-正交飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用的另一個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)施例中，離子導(dǎo)引裝置1與相關(guān)的離子遷移管3、離子存儲(chǔ)裝置4都位于碰撞腔10的下游，以及飛行時(shí)間質(zhì)譜11的上游。這樣可以對(duì)碰撞產(chǎn)生的子離子進(jìn)行遷移率分析。

圖8顯示為本發(fā)明的第二實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例；相比于第一實(shí)施方式，該方式中將離子源2和離子遷移管3(以及附屬的離子存儲(chǔ)裝置4)相對(duì)離子導(dǎo)引裝置1a的位置互換。該方式在遷移率分析模式中，被遷移管分離而出射的離子，不需要經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)就可以進(jìn)入后級(jí)裝置5。避免了離子因偏轉(zhuǎn)而可能產(chǎn)生的分辨率損失。因此相比第一實(shí)施方式，該方式可取得更高的遷移譜分辨率，但是該方式中儀器的長(zhǎng)度要相應(yīng)增加，但仍然比傳統(tǒng)的方式要短一些。

圖9為本發(fā)明的第三實(shí)施方式的一個(gè)實(shí)施例。該方式中有兩個(gè)離子遷移管12和13，一一分別連接于兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置14及15的兩個(gè)第二遷移管端，當(dāng)然數(shù)量并非以此為限；其中，離子遷移管12用于離子傳輸?shù)诫x子存儲(chǔ)裝置4，因此實(shí)際上是用于離子導(dǎo)引，可施加射頻電場(chǎng)以提高離子傳輸效率；13為傳統(tǒng)用途的離子遷移管，用于離子遷移率分析。該實(shí)施例中，離子存儲(chǔ)裝置4的入口和出口需要分開布置，以連接于兩個(gè)離子遷移管12和13。同時(shí)，需要連接的兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置14和15(可為t型、或者l型)直接相連，兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置14和15間可以有一個(gè)真空接口16，這樣兩者可處于不同的氣壓?？拷x子源的離子導(dǎo)引裝置14的氣壓與兩個(gè)離子遷移管12和13的氣壓基本一致，而另外一個(gè)離子導(dǎo)引裝置15處于更低的氣壓，這種情況下，離子從離子遷移管出射后的遷移率損失可以有效的避免。

圖10為本發(fā)明的第三實(shí)施方式的另一個(gè)實(shí)施例。本實(shí)施例仍然是離子遷移譜跟四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用的一個(gè)例子。本例包含兩個(gè)離子導(dǎo)引裝置14和15，分別與兩個(gè)遷移管12和13相連，遷移管12和13可以都是彎曲的，并通過(guò)離子存儲(chǔ)裝置4相接。t型離子導(dǎo)引14的出口一端接例如四極桿形式的質(zhì)量分析器5，而離子導(dǎo)引裝置15的入口一端接碰撞腔10的出口。在一種遷移率分析模式下，離子從導(dǎo)引裝置14進(jìn)入離子遷移管12進(jìn)行傳輸，在存儲(chǔ)裝置4進(jìn)行存儲(chǔ)，然后返回離子遷移管12進(jìn)行遷移率分析，再通過(guò)離子導(dǎo)引裝置14依次進(jìn)入質(zhì)量分析器5、碰撞腔10、離子導(dǎo)引裝置15、飛行時(shí)間質(zhì)譜10，進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜分析，這種模式中離子遷移管13不被使用。另一種工作模式下，遷移管12不被使用，離子先經(jīng)過(guò)碰撞腔10進(jìn)行解離，子離子通過(guò)離子導(dǎo)引裝置15、離子遷移管13進(jìn)入離子存儲(chǔ)裝置4，再返回離子遷移管13進(jìn)行遷移率分析，以及后面的飛行時(shí)間質(zhì)譜分析。

除去這兩種模式，還有多種組合模式，比如，離子遷移管12和13以及離子存儲(chǔ)裝置4均作為離子傳輸用，此時(shí)離子經(jīng)過(guò)離子導(dǎo)引14，經(jīng)四極桿質(zhì)量分析器5選出母離子，進(jìn)入碰撞腔10解離產(chǎn)生子離子，然后依次經(jīng)過(guò)離子導(dǎo)引裝置15、離子遷移管13、離子存儲(chǔ)裝置4、離子遷移管12、離子導(dǎo)引裝置14，重新進(jìn)入質(zhì)量分析器5來(lái)選擇子離子，然后進(jìn)入碰撞腔10產(chǎn)生孫離子，這種方式為ms3串聯(lián)質(zhì)譜分析，甚至可循環(huán)進(jìn)行msn串聯(lián)質(zhì)譜分析；再比如，離子遷移管12和13均作為離子遷移率分析用，此時(shí)離子可從離子導(dǎo)引裝置15脈沖式進(jìn) 入離子遷移管13進(jìn)行遷移率分離，離子存儲(chǔ)裝置4選出所需離子遷移率范圍的離子，存儲(chǔ)后脈沖逐入離子遷移管12進(jìn)行遷移率分離，這種方式為ims-ims串聯(lián)遷移率分析；以上方式均可以自由組合，或者交替、穿插使用，以達(dá)到不同的分析目的。

結(jié)合上述各實(shí)施例的原理，本發(fā)明還可提供應(yīng)用于上述設(shè)備中的離子遷移譜方法，以實(shí)現(xiàn)離子遷移率分析及/或其它所需分析。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。