本發(fā)明涉及一種捕集離子淌度分離器、一種混合質(zhì)譜系統(tǒng)以及一種分析離子的方法。

背景技術(shù)：

1、離子淌度譜法(ims)是一種分析技術(shù)，用于研究離子在氣體中的淌度，并根據(jù)它們的淌度將它們分離。

2、離子淌度譜法的固有特征是離子在氣體中的淌度取決于離子的分子幾何形狀，從而通?？梢越馕銮乙虼朔蛛x無(wú)法通過(guò)質(zhì)譜法解析的同分異構(gòu)體或構(gòu)象異構(gòu)體。許多應(yīng)用還利用了從分析物離子的測(cè)量淌度確定分析物離子的橫截面的能力。對(duì)淌度或橫截面的認(rèn)識(shí)已被證明在許多領(lǐng)域中是重要的，包括識(shí)別分析物(例如，在蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)中)、分離化合物類別和確定分子結(jié)構(gòu)(例如，在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中)。

3、在捕集離子淌度譜法中，離子通常通過(guò)空間非均勻的dc電場(chǎng)(通常為電場(chǎng)梯度)和抵消氣流捕集，或者沿空間均勻的dc電場(chǎng)、通過(guò)沿軸具有空間非均勻軸向速度分布的抵消氣流捕集。根據(jù)離子淌度在空間中分離捕集的離子，隨后通過(guò)調(diào)節(jié)氣體速度或軸向dc電場(chǎng)的強(qiáng)度，根據(jù)它們的淌度隨時(shí)間洗提捕集的離子(參見(jiàn)例如loboda的美國(guó)專利6630662b1，和park的美國(guó)專利7838826b1)。捕集離子淌度譜法的理論基礎(chǔ)也例如在michelmann等人的文章“fundamentals?oftrapped?ion?mobility?spectrometry(捕集離子淌度譜法的基礎(chǔ))”

4、(j.am.soc.mass?spectrom.，2015，26，14-24)中描述。

5、捕集離子淌度分離器例如，從美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)us2022/0299473a1中是已知的。其中公開(kāi)的捕集離子淌度分離器包括離子通道，離子通過(guò)該離子通道沿軸線從入口移動(dòng)到出口，并且該離子通道垂直于該軸線具有長(zhǎng)形橫截面輪廓。另一種捕集離子淌度分離器例如從美國(guó)專利9683964(park等人)已知。

6、通常，捕集離子淌度分離器在幾百帕斯卡(pa)的壓力下運(yùn)行，并且捕集離子淌度譜法中使用的電場(chǎng)范圍從每厘米幾伏特到每厘米幾百伏特(例如，200v/cm)。在這種低場(chǎng)限制中，離子漂移速度與電場(chǎng)強(qiáng)度成比例，并且淌度k與所施加的場(chǎng)無(wú)關(guān)。然而，在電場(chǎng)強(qiáng)度與氣體粒子密度的比值(e/n)在約20td(其涉及在大氣壓下大約5000v/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度)以上的情況下，離子漂移速度不再與所施加的電場(chǎng)直接成正比，并且淌度k變得與所施加的電場(chǎng)相關(guān)，與電場(chǎng)具有相當(dāng)大的非線性相關(guān)性(e.a.mason和e.w.mcdaniel“transportproperties?of?ions?in?gases(離子在氣體中的傳送特性)”(wiley，紐約，1988))。在高電場(chǎng)強(qiáng)度與粒子密度的比值下，淌度k更好地由低電場(chǎng)恒定淌度k(0)和與場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)αi表示：

7、k(e)＝k(0)[1+α2(e/n)2+α4(e/n)4+…]?(1)

8、其中e＝電場(chǎng)強(qiáng)度([e]＝v/m)并且n＝粒子密度([n]＝m-3)

9、淌度與所施加電場(chǎng)的相關(guān)性的效應(yīng)被用于場(chǎng)非對(duì)稱波形離子淌度譜法(faims)，也稱為差分淌度譜法(dms)。faims通常在大氣壓下進(jìn)行，基于離子種類在高電場(chǎng)強(qiáng)度kh下的淌度相對(duì)于在低電場(chǎng)強(qiáng)度kl下的淌度的差異-即離子的“差分淌度”-來(lái)分離氣相離子。通過(guò)faims測(cè)量的離子的差分淌度dk由下面的等式(2)給出。faims的運(yùn)行原理已經(jīng)例如在guevremont等人的文章“atmospheric?pressure?ion?trapping?in?a?tandem?faims–faims?coupled?to?atofms:studies?with?electrospray?generated?gramicidin?s?ions(在串聯(lián)faims-耦聯(lián)至tofms的faims-中的大氣壓離子捕集：對(duì)電噴霧生成的短桿菌肽s離子的研究)”(j.am.soc.mass?spectrom.，2001，12，1320-1330)中描述。然而，使用faims技術(shù)，離子僅選擇性地傳輸通過(guò)分析器區(qū)域，由此所有未傳輸?shù)碾x子種類被過(guò)濾掉并通過(guò)放電而被丟棄。這是一個(gè)顯著的缺點(diǎn)，尤其是當(dāng)分析復(fù)雜的多組分樣品時(shí)。當(dāng)通過(guò)faims傳輸一個(gè)所選擇的組分時(shí)，所有其他組分都丟失。

10、dk(e)＝k(0)[α2(e/n)2+α4(e/n)4+…]???(2)，

11、其中dk(e)是離子的差分淌度。

12、shvartsburg等人的文章“differential?ion?mobility?separations?in?thelow-pressure?regime(低壓范圍內(nèi)的差分離子淌度分離)”(analytical?chemistry，2018，90,936-943)公開(kāi)了一種在粗真空下、在低至4.7托(6mbar)的壓力下運(yùn)行的faims過(guò)濾器。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)2013/0306858a1公開(kāi)了一種線性離子阱，其中不對(duì)稱電壓波形被施加到形成離子阱的電極，其導(dǎo)致離子根據(jù)它們的差分離子淌度而徑向分離。軸向勢(shì)壘被布置在離子阱的出口處，使得具有第一差分離子淌度和第一徑向位移的離子被軸向地保持在離子阱內(nèi)，但是具有第二差分離子淌度和第二徑向位移的離子從離子阱被軸向地噴射。

13、鑒于上述情況，本發(fā)明基于以下目的，即通過(guò)在捕集離子淌度譜法中提供新的離子捕集和分離維度，來(lái)改進(jìn)和豐富現(xiàn)有技術(shù)，并克服上述缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明的目的可以看作是提供一種捕集離子淌度分離器，其允許根據(jù)引入的離子種類在低和高的電場(chǎng)強(qiáng)度下的淌度的不同行為來(lái)捕集和分離全部引入的離子種類。最后，還需要擴(kuò)展和改進(jìn)混合質(zhì)譜系統(tǒng)的分析能力。在本公開(kāi)的上下文中，捕集離子淌度分離器在下文中稱為“tims”。

14、本發(fā)明通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的捕集離子淌度分離器、根據(jù)權(quán)利要求14的質(zhì)譜系統(tǒng)、以及根據(jù)權(quán)利要求21的分析離子的方法，解決了其所基于的目的。本發(fā)明的有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題，并且在下面的描述中更詳細(xì)地解釋。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在第一方面，本發(fā)明提供了一種捕集離子淌度分離器。該捕集離子淌度分離器包括：

2、離子通道，離子在其中沿軸線在所述離子通道的第一端部和所述離子通道的第二端部之間移動(dòng)，在所述離子通道的第一端部，離子被引入所述離子通道，所述離子通道包含離子穿過(guò)的氣體，其中，向所述離子通道施加徑向限制電壓以防止離子橫向逃逸出所述離子通道，

3、至少一個(gè)第一電極和第二電極，其沿所述離子通道的所述軸線彼此間隔地布置，以在其間限定離子分離區(qū)域，

4、第一發(fā)生器，通過(guò)向所述第一電極和所述第二電極施加分離電壓以產(chǎn)生交變軸向電場(chǎng)，所述第一發(fā)生器引起待沿所述軸線施加在離子上的第一軸向力，通過(guò)其與所述氣體的相互作用，所述第一軸向力對(duì)離子的運(yùn)動(dòng)有影響，所述離子的運(yùn)動(dòng)與差分淌度相關(guān)，其中，所述分離電壓是交變電壓，并且被施加以使得在第一時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生具有第一場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)，并且在所述第一時(shí)間間隔之后的第二時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生具有第二場(chǎng)強(qiáng)的反向電場(chǎng)，所述第二場(chǎng)強(qiáng)的量值低于所述第一場(chǎng)強(qiáng)，所述第一時(shí)間間隔比所述第二時(shí)間間隔持續(xù)更短的時(shí)間跨度，

5、第二發(fā)生器，其引起待沿所述軸線施加在離子上的第二軸向力，所述第二軸向力至少暫時(shí)抵消(counteract)所述第一軸向力，其中，所述第一發(fā)生器和所述第二發(fā)生器被配置為，使所述軸向力中的至少一個(gè)沿所述軸線在強(qiáng)度上變化，以沿所述軸線在與淌度相關(guān)的位置處捕集離子，在這些與淌度相關(guān)的位置處，對(duì)于離子存在所述第一軸向力和所述第二軸向力的力平衡，

6、還包括電控制器，其與所述第一發(fā)生器和所述第二發(fā)生器通信，并隨著時(shí)間改變所述第一軸向力和所述第二軸向力中的至少一個(gè)，使得作為差分淌度相關(guān)的函數(shù)，被捕集的離子以被逐漸地(progressively)驅(qū)動(dòng)到所述離子通道的所述第一端部和所述第二端部中的一個(gè)。

7、本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即離子的差分淌度行為可以被用于在捕集離子淌度分離器中來(lái)捕集和分離離子。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“差分淌度”被定義為高電場(chǎng)強(qiáng)度下離子種類的淌度相對(duì)于低電場(chǎng)強(qiáng)度下淌度的差異(參見(jiàn)上面的等式(2))。

8、在此上下文中，“低電場(chǎng)強(qiáng)度”被定義為在離子的淌度k基本上由低電場(chǎng)恒定淌度k(0)定義的數(shù)量級(jí)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)：

9、k(e)≈k(0)(3)

10、或者，換句話說(shuō)，參照上面的等式(1)，“低電場(chǎng)強(qiáng)度”表示電場(chǎng)強(qiáng)度如此之低，以至于將保持?jǐn)?shù)學(xué)存在的項(xiàng)αi(e/n)i變得如此之小，使得它們?cè)诖_定淌度k時(shí)的貢獻(xiàn)低于分辨率極限，因此可以被忽略。因此，在假設(shè)淌度k由低電場(chǎng)恒定淌度k(0)表示的情況下，可以使用術(shù)語(yǔ)“低電場(chǎng)強(qiáng)度”，而在高電場(chǎng)強(qiáng)度下，淌度k由低電場(chǎng)恒定淌度k(0)和與場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)αi(參見(jiàn)上面的等式(1))表示更好。

11、在本公開(kāi)的上下文中，通過(guò)所述第一軸向力和所述第二軸向力的力平衡在所述分離區(qū)域中沿所述軸線引入、分離和捕集離子可以被理解為積累階段。此外，在本公開(kāi)的上下文中，通過(guò)隨時(shí)間改變第一軸向力和第二軸向力中的至少一個(gè)，來(lái)作為捕集的離子的差分淌度的函數(shù)來(lái)將捕集的離子逐漸驅(qū)動(dòng)到所述離子通道的所述第一端部和所述第二端部中的一個(gè)，可以被理解為隨后的洗提階段。

12、在本公開(kāi)的上下文中，在離子通道的第一端部處將離子引入離子通道必須被理解為，沿著離子通道的所述軸線引入、或插入、或輸入離子，離子沿著所述軸線在離子通道的第一端部和第二端部之間移動(dòng)。特別地，這意味著，沿著軸線引入離子，離子沿著所述軸線被分離。因此，在本公開(kāi)的上下文中，離子向離子通道中的引入、離子在離子通道中的分離區(qū)域內(nèi)的分離、以及離子在離子通道的第一端部和第二端部中之一處的洗提共線地發(fā)生。

13、在本公開(kāi)的上下文中，上述交變電壓被稱為交變分離電壓。如上所述，通過(guò)將上述交變分離電壓施加到第一電極和第二電極而引起的第一軸向力可以被描述為合成的不對(duì)稱波形v(t)，如在現(xiàn)有技術(shù)中所稱的。如從現(xiàn)有技術(shù)中已知的，由不對(duì)稱波形v(t)表示的交變電場(chǎng)可以導(dǎo)致離子的不同淌度行為。離子的不同漂移速度可以如下所述地產(chǎn)生：

14、在表示非對(duì)稱波形的高電壓部分的第一時(shí)間間隔期間，離子在離子通道內(nèi)在第一電極和第二電極之間的分離區(qū)域中以近似為vh＝kheh的縱向速度vh移動(dòng)，其中eh是施加的高電場(chǎng)，并且kh是在運(yùn)行條件(即，電場(chǎng)、壓力、溫度等)下的高場(chǎng)淌度。離子在非對(duì)稱波形的第一時(shí)間間隔期間行進(jìn)的距離可以近似為dh＝vhth，其中th是高場(chǎng)部分的持續(xù)時(shí)間。在表示非對(duì)稱波形的相反極性、低電壓部分的、持續(xù)較長(zhǎng)的第二時(shí)間間隔期間，橫向速度為vl＝klel，其中el是施加的低電場(chǎng)，kl是在運(yùn)行條件下的低場(chǎng)淌度。行進(jìn)的距離是dl＝vltl，其中tl是低場(chǎng)部分的持續(xù)時(shí)間。由于在高電場(chǎng)eh下，淌度kh不等于在低電場(chǎng)el下的淌度kl，所以在單個(gè)周期內(nèi)，離子經(jīng)歷離它們?cè)陔x子通道中的原始位置的凈位移。如果離子種類對(duì)高電場(chǎng)的響應(yīng)不同，則kh與kl的比率對(duì)于每種離子種類可以不同。因此，離子根據(jù)它們的差分淌度而分離。

15、根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)第一電極和第二電極沿捕集離子淌度分離器的離子通道的軸線的布置，由于上述產(chǎn)生的交變軸向電場(chǎng)，離子在離子通道內(nèi)沿軸線經(jīng)歷凈位移。在本公開(kāi)的上下文中，該凈位移被稱為差分淌度漂移。

16、因此，根據(jù)本發(fā)明的捕集離子淌度分離器被稱為差分捕集離子淌度分離器(dtims)。與現(xiàn)有技術(shù)中的tims裝置和方法相比，本發(fā)明的dtims裝置和方法提供了一種用于在捕集離子淌度分離器中進(jìn)行離子研究的附加工具，因?yàn)榭梢员O(jiān)測(cè)離子淌度的變化(差分淌度)，而不是絕對(duì)離子淌度。這代表了以捕集離子淌度譜法對(duì)離子進(jìn)行分離的另一個(gè)維度。與faims相比，dtims裝置和方法允許根據(jù)它們的差分淌度分析全部的引入的離子種類，因此，與faims技術(shù)相比，表現(xiàn)出顯著的優(yōu)點(diǎn)。

17、利用離子種類在高和低電場(chǎng)中的不同行為，dtims允許基本上根據(jù)離子種類的電荷狀態(tài)來(lái)捕集和分離離子種類，因?yàn)椴罘痔识扰c電荷狀態(tài)相關(guān)。尤其針對(duì)其在混合質(zhì)譜系統(tǒng)中的應(yīng)用，這表現(xiàn)出明顯優(yōu)點(diǎn)，特別是如果dtims與常規(guī)的離子淌度分離器、如tims嵌套耦聯(lián)，該常規(guī)的離子淌度分離器構(gòu)建并運(yùn)行用于根據(jù)離子淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)極限內(nèi)分散離子，(串聯(lián)dtims/tims)。這樣，具有定義電荷狀態(tài)的離子種類可以針對(duì)選擇性的后續(xù)分析而被選擇和/或丟棄。例如，具有電荷狀態(tài)z＝1的離子種類可以被捕集并且單獨(dú)地轉(zhuǎn)移到位于下游的分析裝置，例如碎裂單元，或者甚至可以被丟棄，因?yàn)閱坞姾呻x子種類的碎片譜沒(méi)有或具有很少的信息。最后，向質(zhì)譜系統(tǒng)中加入dtims產(chǎn)生了顯著的優(yōu)點(diǎn)，即由于加入了分離的另一維度，可以增加峰值容量。這還導(dǎo)致由作為最終檢測(cè)器的質(zhì)量分析器獲取的質(zhì)譜不會(huì)擠滿、或者減少了質(zhì)量信號(hào)、峰或特征，這可有利于其評(píng)估和解釋。

18、應(yīng)當(dāng)清楚，所產(chǎn)生的交變軸向電場(chǎng)(根據(jù)本公開(kāi)的差分捕集離子淌度分離器將其用作第一軸向力)與所產(chǎn)生的行波場(chǎng)(其可以用于捕集離子淌度分離器)的區(qū)別在于：關(guān)于交變軸向電場(chǎng)，基本上在任何時(shí)間，第一軸向力的方向不沿著所公開(kāi)的捕集離子淌度分離器的分離區(qū)域中的軸線改變。相反，關(guān)于行波場(chǎng)，由此引起的軸向力具有取決于“行波”在分離區(qū)域內(nèi)的位置的方向變化。

19、所述離子通道的所述第一端部可以構(gòu)成用于離子的入口區(qū)域，以進(jìn)入離子通道。所述離子通道的所述第一端部可以成形為漸細(xì)的(tapered)。特別地，所述離子通道的所述第一端部可以包括離子漏斗。這樣做，當(dāng)進(jìn)入離子通道時(shí)，離子可以被聚焦。所述離子通道的所述第二端部可以構(gòu)成用于離子的出口區(qū)域，以離開(kāi)離子通道。所述離子通道的所述第二端部可以成形為漸細(xì)的。特別地，所述離子通道的所述第二端部可以包括離子漏斗。這樣做，離子在離開(kāi)離子通道時(shí)可以被聚焦。另外，將所述第一端部和所述第二端部成形為漸細(xì)的，有利地導(dǎo)致可以使dtims裝置內(nèi)部的電場(chǎng)對(duì)選擇性地位于上游或下游的裝置的影響最小化。還可以想到，所述離子通道的第一端部可以同時(shí)構(gòu)成離子的入口區(qū)域和離子的出口區(qū)域。

20、可以同時(shí)向所述第一電極和所述第二電極施加一個(gè)或多個(gè)變化的電壓。特別地，將交變的分離電壓施加到所述第一電極和所述第二電極以產(chǎn)生交變的軸向電場(chǎng)。此外，補(bǔ)償電壓可以施加到所述第一電極和所述第二電極，以產(chǎn)生補(bǔ)償電場(chǎng)。此外，可以將限制電壓施加到所述第一電極和所述第二電極，以產(chǎn)生限制電場(chǎng)，從而將離子橫向限制在所述氣體填充的離子通道中。限制電壓可以是射頻(rf)電壓或rf電壓和直流(dc)電壓的組合。

21、dtims可以通過(guò)基本上連續(xù)地改變至少一個(gè)抵消軸向力來(lái)運(yùn)行，以相對(duì)于所述第二軸向力增加所述第一軸向力，或者相對(duì)于所述第一軸向力增加所述第二軸向力。替代地，可以通過(guò)逐步地(step-wisely)改變至少一個(gè)抵消力來(lái)運(yùn)行dtims，以相對(duì)于所述第二軸向力增加所述第一軸向力，或相對(duì)于所述第一軸向力增加所述第二軸向力。逐步變化可以以多個(gè)遞增步驟或通過(guò)幾個(gè)步驟來(lái)完成。例如，逐步變化可以通過(guò)3至100步，優(yōu)選3至50步，最優(yōu)選3至10步完成。例如，通過(guò)3至10個(gè)步驟完成的逐步變化產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的餾分(fraction)，每個(gè)餾分包括具有特定范圍的差分淌度的離子種類。

22、所述第一時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于小于所述分離電壓的一個(gè)周期的一半至所述分離電壓的一個(gè)周期的四分之一。所述第二時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于大于所述分離電壓的一個(gè)周期的一半至所述分離電壓的一個(gè)周期的四分之三。優(yōu)選地，所述第一時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于所述分離電壓的一個(gè)周期的三分之一，并且所述第二時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于所述分離電壓的一個(gè)周期的三分之二。選擇這些時(shí)間間隔，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)于分離離子的良好分辨率。特別地，所述第一時(shí)間間隔可持續(xù)約3.33μs，且所述第二時(shí)間間隔可持續(xù)約6.66μs。

23、由所述第一發(fā)生器施加的所述分離電壓可以被施加，使得在所述第一時(shí)間間隔中電勢(shì)為500v至1000v，并且在所述第二時(shí)間間隔中電勢(shì)為-150v至-450v。優(yōu)選地，可以施加由所述第一發(fā)生器施加的所述分離電壓，使得在所述第一時(shí)間間隔中電勢(shì)為700v，而在所述第二時(shí)間間隔中電勢(shì)為-350v。因此，在第一時(shí)間間隔中，可以產(chǎn)生一種電場(chǎng)，其場(chǎng)強(qiáng)足夠高，以使離子速度不再與所施加的場(chǎng)直接成正比，并且淌度k更適合于由低電場(chǎng)恒定淌度k(0)和與場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)αi表示(參見(jiàn)上面的等式(1))。特別地，在所述第一時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加350v的電壓，可以向所述第二電極施加-350v的電壓，并且在所述第二時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加-175v的電壓，可以向所述第二電極施加175v的電壓。通常，優(yōu)選通過(guò)向這些電極施加兩個(gè)相反符號(hào)的電勢(shì)來(lái)產(chǎn)生第一和第二電極之間的電壓。通過(guò)保持任何給定電極上的絕對(duì)電勢(shì)盡可能小，同時(shí)跨分析器產(chǎn)生可能的最大電勢(shì)差，可以使離子分離最大化，同時(shí)使電極或電元件之間放電的風(fēng)險(xiǎn)最小。替代地，可以想到，在所述第一時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加700v的電壓，并且所述第二電極具有0v的電勢(shì)，或者換句話說(shuō)，所述第二電極保持在接地電勢(shì)，并且在所述第二時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加-350v的電壓，并且所述第二電極具有0v的電勢(shì)，或者換句話說(shuō)，所述第二電極保持在接地電勢(shì)。

24、選擇上述分別與所述第一時(shí)間間隔(短時(shí)間間隔th)和所述第二時(shí)間間隔(長(zhǎng)時(shí)間間隔tl)的持續(xù)時(shí)間相關(guān)的、以及與電壓水平或電勢(shì)高度(高電壓vh和低電壓vl)相關(guān)的優(yōu)選參數(shù)，確保了在每個(gè)完整周期期間的積分電壓-時(shí)間乘積(∫t·v(t)dt)、并且因此場(chǎng)-時(shí)間乘積基本上為零。特別地，假設(shè)時(shí)間間隔中的電場(chǎng)強(qiáng)度是恒定的，上述優(yōu)選參數(shù)基本上確保(vh?th)+(vl?tl)＝0。

25、然而，在這一點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)注意，電壓和壓力的組合構(gòu)成離子的漂移速度/淌度的非線性行為。因此，如果存在相應(yīng)調(diào)整的壓力設(shè)置，則即使在量方面低于上述電壓的電壓也可能足以引起淌度的這種非線性行為。

26、在優(yōu)選實(shí)施例中，所述分離電壓基本上是矩形電壓?；旧暇匦蔚碾妷禾峁┝诉@樣的優(yōu)點(diǎn)，即在電場(chǎng)改變的情況下，立即出現(xiàn)全場(chǎng)強(qiáng)。在一個(gè)替代實(shí)施例中，所述分離電壓可以是基本上雙正弦的電壓。還可以想到的是，所述分離電壓可以是三角電壓。

27、在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述施加的分離電壓具有50khz至2mhz的頻率。優(yōu)選地，所述施加的分離電壓具有80khz至120khz的頻率。最優(yōu)選地，所述施加的分離電壓具有100khz的頻率。

28、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，由所述第一發(fā)生器產(chǎn)生的交變軸向電場(chǎng)具有20td至500td的最大強(qiáng)度。在本公開(kāi)的上下文中，該交變軸向電場(chǎng)也被稱為“分散電場(chǎng)”。td(townsend)是電場(chǎng)強(qiáng)度與氣體粒子密度之比的單位。在電場(chǎng)強(qiáng)度與粒子密度的比值(e/n)為約20td(1td＝10-17vcm2)以上時(shí)，離子淌度與電場(chǎng)具有相當(dāng)大的非線性相關(guān)性。約20td的電場(chǎng)強(qiáng)度與粒子密度之比(e/n)涉及大氣壓下約5000v/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度。優(yōu)選地，由所述第一發(fā)生器產(chǎn)生的交變軸向電場(chǎng)具有150td至250td的強(qiáng)度。最優(yōu)選地，由所述第一發(fā)生器產(chǎn)生的交變軸向電場(chǎng)具有200td的強(qiáng)度。

29、所述第二軸向力可以以不同的方式引發(fā)。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，所述第二軸向力由所述第二發(fā)生器引起，所述第二發(fā)生器向所述第一電極和所述第二電極施加補(bǔ)償電壓以產(chǎn)生補(bǔ)償電場(chǎng)。所產(chǎn)生的補(bǔ)償電場(chǎng)可以向下游定向，即，朝向出口端部。替代地，所產(chǎn)生的補(bǔ)償電場(chǎng)可以向上游定向，即，朝向入口端部。最后，所產(chǎn)生的補(bǔ)償電場(chǎng)必須被定向成使得由補(bǔ)償電場(chǎng)表示的第二軸向力抵消第一軸向力。根據(jù)補(bǔ)償電場(chǎng)的方向，離子的運(yùn)動(dòng)定向?yàn)槌蛩鲭x子通道的所述第一端部或所述第二端部。優(yōu)選地，所述第二軸向力通過(guò)所述第二發(fā)生器將dc電壓施加到所述第一電極和所述第二電極以產(chǎn)生軸向直流場(chǎng)(dc場(chǎng))而由所述第二發(fā)生器引起。這給出了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)tims的優(yōu)點(diǎn)，即dtims可以在氣體靜止時(shí)運(yùn)行。這提供了額外的優(yōu)點(diǎn)，即，也可以使用昂貴的氣體，例如氦氣。在現(xiàn)有技術(shù)的tims分析器中，離子上的力通常是使用移動(dòng)氣體產(chǎn)生的。然而，通過(guò)分析器的氣體層流形成拋物線型流動(dòng)輪廓。因此，在分析器的橫向邊界附近的流動(dòng)、以及在離子上產(chǎn)生的力將低于在裝置軸線附近的。使用dc電場(chǎng)代替氣流作為第二軸向力的優(yōu)點(diǎn)在于，dc場(chǎng)可以被設(shè)計(jì)為，使得其沿著橫向方向是恒定的，從而導(dǎo)致離子上的橫向均勻的力，并且因此導(dǎo)致跨離子通道的整個(gè)內(nèi)部寬度的均勻漂移。此外，tims的橫截面和長(zhǎng)度必然決定其氣體傳導(dǎo)率。因此，使用軸向氣流作為第二軸向力的tims分析器的橫向尺寸和長(zhǎng)度將受到商業(yè)上合理的泵的泵送速度的限制。在靜止氣體的條件下運(yùn)行的dtims的優(yōu)點(diǎn)是，裝置的橫向延伸不影響或限制其分辨率。

30、在一個(gè)替代實(shí)施例中，所述第二軸向力通過(guò)所述第二發(fā)生器將瞬態(tài)dc電壓施加到所述第一電極和所述第二電極，以產(chǎn)生軸向瞬態(tài)dc電場(chǎng)(也稱為“行波場(chǎng)”)而由所述第二發(fā)生器引起。

31、然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在本發(fā)明的上下文中，在兩個(gè)電場(chǎng)被生成為第一和第二軸向力的情況下，上述第一發(fā)生器和第二發(fā)生器也可被理解為具有分別生成第一和第二軸向力的兩個(gè)不同電氣單元(表示第一和第二發(fā)生器)的共同電氣部件。

32、在又一實(shí)施例中，所述第二軸向力由產(chǎn)生軸向氣流的所述第二發(fā)生器引起。

33、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一電極和所述第二電極被成形和排列為，使得所述第一電極和所述第二電極在所述離子通道內(nèi)垂直于所述軸線將所述分離區(qū)域包圍。這樣，通過(guò)向這些電極提供電壓而產(chǎn)生的電場(chǎng)影響離子通道的整個(gè)體積。這還有利地導(dǎo)致將離子限制在氣體填充的離子通道中，或防止離子橫向逸出離子通道。所述第一電極可以被分配給所述離子通道的所述第一端部。所述第二電極可以被分配給所述離子通道的所述第二端部。因此，通過(guò)向電極供應(yīng)電壓而產(chǎn)生的電場(chǎng)平行于離子通道的縱向定向，使得離子沿著期望方向移動(dòng)，即沿著縱向在離子通道的第一端部與第二端部之間移動(dòng)。

34、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述離子通道包括多個(gè)附加電極，所述附加電極具有與所述第一電極和所述第二電極相同的形狀和排列。所述附加電極沿著所述軸線在所述離子通道內(nèi)位于所述第一電極和所述第二電極之間。這樣，可以確保獲得穩(wěn)定、均勻的電場(chǎng)。所述附加電極可以被布置為分別彼此相距大約1mm。同時(shí)或在一個(gè)替代實(shí)施例中，所述附加電極可以通過(guò)電阻鏈連接。特別地，所有電阻器可以具有相同的電阻。這樣，確保了電壓的均勻分配。同時(shí)或在一個(gè)替代實(shí)施例中，所述附加電極可以使用單獨(dú)的電壓發(fā)生器來(lái)供應(yīng)電壓。這樣，可以為各個(gè)附加電極供應(yīng)不同的電壓。所述附加電極可以堆疊布置(堆疊電極)?？梢詫⒂糜诋a(chǎn)生交變軸向電場(chǎng)的交變分離電壓施加到所述附加電極上。此外，可以將用于產(chǎn)生補(bǔ)償電場(chǎng)的補(bǔ)償電壓施加到所述附加電極?？梢詫⒘硗獾膔f電壓、或rf電壓和dc電壓的組合施加到所述附加電極上。后者允許將離子限制在氣體填充的離子通道中。

35、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述離子通道垂直于所述軸線具有長(zhǎng)形橫截面輪廓，其具有第一延伸方向和第二延伸方向。因此，第一延伸方向優(yōu)選地比第二延伸方向長(zhǎng)。在沿著所述軸線的縱向(z)上，所述離子通道可以具有10mm至30mm的尺寸。優(yōu)選地，所述離子通道在沿所述軸線的所述縱向上可具有15mm的尺寸。在垂直于所述縱向延伸并且表示所述第一延伸方向的第一橫向(x)上，所述離子通道可以具有10mm至300mm的尺寸。優(yōu)選地，在所述第一橫向上，所述離子通道可以具有60mm的尺寸。在垂直于所述縱向延伸并且表示所述第二延伸方向的第二橫向(y)上，所述離子通道可以具有5mm至10mm的尺寸。優(yōu)選地，在所述第二橫向上，所述離子通道可以具有8mm的尺寸。這種橫向延伸的形狀以有利的方式使得離子不必沿著一條線被捕集，而是在一個(gè)沿橫向基本上為長(zhǎng)形的延伸體積中被捕集。以這種方式，與沒(méi)有橫向延伸形狀的裝置相比，電荷容量顯著增加，而不限制淌度分辨率。此外，這允許通過(guò)向電極施加合理的電壓而在縱向上獲得高場(chǎng)強(qiáng)。所述離子通道可以沿著延伸的橫向維度筆直地成形或彎曲地成形。

36、在一個(gè)替代的優(yōu)選實(shí)施例中，所述離子通道垂直于縱軸線具有圓形橫截面輪廓。所述圓形橫截面輪廓可具有30mm至70mm的直徑。優(yōu)選地，所述圓形橫截面輪廓可具有50mm的直徑。在該實(shí)施例中，離子通道可具有外壁。外壁可以表示離子通道的外半徑。此外，離子通道可具有內(nèi)壁。內(nèi)壁可以代表離子通道的內(nèi)半徑。在外半徑和內(nèi)半徑之間可以設(shè)置間隙。該間隙可以構(gòu)成環(huán)，即外半徑與內(nèi)半徑之間的差(環(huán)形空間)。該環(huán)可以具有8mm的尺寸，其表示環(huán)的厚度。離子可以被徑向地限制在環(huán)內(nèi)。將離子限制在環(huán)內(nèi)提供了增加的電荷容量。這種成形方式可進(jìn)一步增加電荷容量。在該實(shí)施方案中，在沿著所述軸線的縱向(z)上，所述離子通道可以具有10mm至30mm的尺寸。優(yōu)選地，所述離子通道在沿所述軸線的所述縱向上可具有15mm的尺寸。

37、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將捕集離子淌度分離器耦聯(lián)到真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)被設(shè)計(jì)和配置成在0.5mbar到20mbar范圍內(nèi)的氣壓下運(yùn)行dtims。優(yōu)選地，真空系統(tǒng)被設(shè)計(jì)和配置成在2mbar至10mbar范圍內(nèi)的氣壓下運(yùn)行dtims。為此目的，真空系統(tǒng)可以包括泵。該壓力范圍允許通過(guò)使用rf電場(chǎng)進(jìn)行橫向離子約束。

38、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，捕集離子淌度分離器還包括離子阱。所述離子阱在所述離子通道內(nèi)位于所述分離區(qū)域的上游。所述離子阱可以相鄰于所述分離區(qū)域。所述離子阱被設(shè)置用于存儲(chǔ)離子。附加的離子阱以有益的方式允許dtims可以以并行積累模式運(yùn)行。這意味著，離子阱可以以有利的方式積累離子，同時(shí)離子可以在分離區(qū)域中在下游被分離。特別地，離子阱允許具有接近百分之百的占空比的并行積累模式。優(yōu)選地，所述離子阱可以具有與所述分離區(qū)域基本上相同的寬度。優(yōu)選地，所述離子阱可以具有與所述分離區(qū)域基本上相同的高度。

39、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一發(fā)生器和所述第二發(fā)生器被配置成，使得由所述第一軸向力和所述第二軸向力產(chǎn)生的所述有效軸向力形成具有基本上恒定的平臺(tái)的勢(shì)壘(barrier)，在所述勢(shì)壘處，被捕集的離子離開(kāi)所述分離區(qū)域和/或所述離子通道。

40、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，施加由所述第一發(fā)生器施加的所述分離電壓，使得施加到所述第一電極的電勢(shì)具有與施加到所述第二電極的電勢(shì)相反的極性。

41、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一發(fā)生器和所述第二發(fā)生器被配置成，使得所述第一軸向力和所述第二軸向力中的至少一個(gè)隨時(shí)間的變化是逐步的，從而導(dǎo)致釋放多個(gè)餾分，每個(gè)餾分包括多個(gè)離子種類，或者是基本上連續(xù)的。

42、根據(jù)本發(fā)明的捕集離子淌度分離器可以作為用于測(cè)量離子的差分淌度的單獨(dú)裝置(或獨(dú)立裝置)運(yùn)行。替代地，可以想象，dtims與其它裝置、如質(zhì)譜儀(質(zhì)量分析器)耦聯(lián)。當(dāng)將dtims和質(zhì)譜儀耦聯(lián)時(shí)，離子的差分淌度和質(zhì)量都可以從測(cè)量的數(shù)據(jù)確定。

43、在第二方面，本發(fā)明提供了一種質(zhì)譜系統(tǒng)。該質(zhì)譜系統(tǒng)包括離子源和具有離子檢測(cè)器的質(zhì)量分析器。此外，質(zhì)譜系統(tǒng)包括位于所述離子源下游的至少第一捕集離子淌度分離器。同時(shí)或在一個(gè)替代實(shí)施例中，所述第一捕集離子淌度分離器位于所述質(zhì)量分析器的上游。所述第一捕集離子淌度分離器包括：

44、離子通道，離子在所述離子通道中沿軸線在所述離子通道的第一端部和所述離子通道的第二端部之間移動(dòng)，在所述離子通道的第一端部處，離子被引入所述離子通道，所述離子通道包含離子穿過(guò)的氣體，其中，向所述離子通道供應(yīng)徑向限制電壓，以防止離子橫向逸出所述離子通道，

45、沿所述離子通道的所述軸線彼此間隔地布置的至少第一電極和第二電極，以在其之間限定離子分離區(qū)域，

46、第一發(fā)生器，通過(guò)向所述第一電極和所述第二電極施加分離電壓以產(chǎn)生交變軸向電場(chǎng)，所述第一發(fā)生器引起待沿所述軸線施加在離子上的第一軸向力，通過(guò)其與所述氣體相互作用，所述第一軸向力對(duì)離子的運(yùn)動(dòng)有影響，所述離子的運(yùn)動(dòng)與差分淌度相關(guān)，其中所述分離電壓是交變電壓，并且被施加以使得在第一時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生具有第一場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)、并且在所述第一時(shí)間間隔之后的第二時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生具有第二場(chǎng)強(qiáng)的反向電場(chǎng)，所述第二場(chǎng)強(qiáng)在量值上低于所述第一場(chǎng)強(qiáng)，所述第一時(shí)間間隔比所述第二時(shí)間間隔持續(xù)更短的時(shí)間跨度，

47、第二發(fā)生器，其引起待沿所述軸線施加在離子上的第二軸向力，所述第二軸向力至少暫時(shí)抵消所述第一軸向力，其中所述第一發(fā)生器和所述第二發(fā)生器被配置為，使得所述軸向力中的至少一個(gè)沿所述軸線在強(qiáng)度上變化，以沿所述軸線在與淌度相關(guān)的位置處捕集離子，在這些與淌度相關(guān)的位置處，對(duì)于離子存在所述第一軸向力和所述第二軸向力的力平衡，

48、還包括電控制器，其與所述第一發(fā)生器和所述第二發(fā)生器通信，并隨著時(shí)間改變所述第一軸向力和所述第二軸向力中的至少一個(gè)，使得被捕集的離子作為它們的差分淌度的函數(shù)被逐漸地驅(qū)動(dòng)到所述離子通道的所述第一端部和所述第二端部中的一個(gè)。

49、因此，上述捕集離子淌度分離器可以是混合質(zhì)譜系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)另外包括至少一個(gè)位于所述捕集離子淌度分離器上游的離子源，和質(zhì)量分析器，該質(zhì)量分析器具有位于所述捕集離子淌度分離器下游的離子檢測(cè)器。根據(jù)本發(fā)明的上述捕集離子淌度分離器被稱為差分捕集離子淌度分離器(dtims)。

50、質(zhì)譜系統(tǒng)的離子源設(shè)置用于產(chǎn)生離子。例如，質(zhì)譜系統(tǒng)的所述離子源可以使用噴霧電離(例如，電噴霧(esi)或熱噴霧)產(chǎn)生離子。替代地，質(zhì)譜系統(tǒng)的所述離子源可以使用解吸電離(例如，基質(zhì)輔助激光/解吸電離(maldi)或二次電離(sims))產(chǎn)生離子。在另一個(gè)替代方案中，質(zhì)譜系統(tǒng)的所述離子源可以使用化學(xué)電離(ci)產(chǎn)生離子。在另一個(gè)替代方案中，質(zhì)譜系統(tǒng)的所述離子源可以使用光致電離(pi)產(chǎn)生離子。在另一個(gè)替代方案中，質(zhì)譜系統(tǒng)的所述離子源可以使用電子碰撞電離(ei)產(chǎn)生離子。在另一替代方案中，質(zhì)譜系統(tǒng)的所述離子源可以使用氣體放電電離產(chǎn)生離子。

51、質(zhì)譜系統(tǒng)的質(zhì)量分析器被設(shè)置用于根據(jù)離子的質(zhì)量或更精確地根據(jù)質(zhì)荷比來(lái)分析離子。例如，所述質(zhì)量分析器可以是飛行時(shí)間分析器。優(yōu)選地，所述質(zhì)量分析器可以是具有離子的正交注入的飛行時(shí)間分析器。替代地，所述質(zhì)量分析器可以是kingdon型靜電離子阱，如來(lái)自thermo的在另一個(gè)替代方案中，所述質(zhì)量分析器可以是rf離子阱。在另一個(gè)替代方案中，所述質(zhì)量分析器可以是離子回旋共振(icr)離子阱或四極質(zhì)量過(guò)濾器。

52、在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，質(zhì)譜系統(tǒng)還包括碎裂單元。碎裂單元被設(shè)置用于將離子解離成碎片離子。優(yōu)選地，所述碎裂單元位于所述第一捕集離子淌度分離器和所述質(zhì)量分析器之間。例如，離子可以通過(guò)碰撞誘導(dǎo)解離(cid)在所述碎裂單元中解離。替代地，離子可以在所述碎裂單元中通過(guò)表面誘導(dǎo)解離(sid)來(lái)解離。在另一個(gè)替代方案中，離子可以通過(guò)光解離(pd)在所述碎裂單元中解離。在另一個(gè)替代方案中，離子可以在所述碎裂單元中通過(guò)電子誘導(dǎo)解離、例如電子捕獲解離(ecd)、電子轉(zhuǎn)移解離(etd)、電子轉(zhuǎn)移解離后的碰撞激活(etcd)、或與電子轉(zhuǎn)移解離同時(shí)發(fā)生的激活(ai-etd)來(lái)解離。在另一替代方案中，離子可通過(guò)與高度激發(fā)或自由基中性粒子的反應(yīng)而在所述碎裂單元中解離。還可以想到的是具有位于碎裂單元下游的、另外的dtims的實(shí)施方案。這對(duì)于選擇具有定義電荷狀態(tài)的碎片離子是有益的，因?yàn)橛捎诓罘痔识扰c電荷狀態(tài)相關(guān)，dtims允許基本上根據(jù)離子種類的電荷狀態(tài)來(lái)捕集和分離離子種類。

53、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，質(zhì)譜系統(tǒng)還包括質(zhì)量過(guò)濾器。優(yōu)選地，所述質(zhì)量過(guò)濾器位于所述第一捕集離子淌度分離器和所述碎裂單元之間。

54、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述質(zhì)譜系統(tǒng)還包括第二離子淌度分離器，優(yōu)選地是捕集離子淌度分離器。優(yōu)選地，所述第二離子淌度分離器位于所述第一捕集離子淌度分離器的下游。優(yōu)選地，所述第二離子淌度分離器是被構(gòu)造和運(yùn)行以根據(jù)離子淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)極限下來(lái)分散離子的捕集離子淌度分離器。替代地，所述第二離子淌度分離器可以是另一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的離子淌度分離器。優(yōu)選地，所述第一捕集離子淌度分離器和所述第二離子淌度分離器嵌套(nested)耦聯(lián)，即，第一捕集離子淌度分離器在比第二離子淌度分離器大得多的時(shí)間尺度上運(yùn)行，使得第二離子淌度分離器可分析通過(guò)第一捕集離子淌度分離器分離的單個(gè)離子種類、或由第一捕集離子淌度分離器提供的每個(gè)餾分。這樣，兩個(gè)裝置的信息內(nèi)容(由與場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)αi給出的差分淌度，和恒定淌度k(0))可以加在一起。包括與tims嵌套耦聯(lián)的第一差分tims的系統(tǒng)可被稱為串聯(lián)dtims/tims，其被構(gòu)造和運(yùn)行以根據(jù)離子淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)極限內(nèi)分散離子。

55、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述質(zhì)譜系統(tǒng)還包括分配給第一捕集離子淌度分離器的第一殼體。特別地，第一殼體可以包圍第一捕集離子淌度分離器。另外，所述質(zhì)譜系統(tǒng)包括分配給所述第二離子淌度分離器的第二殼體。特別地，第二殼體可以包圍第二離子淌度分離器。第一殼體和第二殼體可以各自構(gòu)成真空室。第一殼體和第二殼體可以各自包含氣體(漂移氣體)。分配給第一殼體(并因此分配給第一離子淌度分離器)的氣體可不同于分配給第二殼體(并因此分配給第二離子淌度分離器)的氣體。特別地，分配給第一殼體和第一離子淌度分離器的氣體可以是與分配給第二殼體和第二離子淌度分離器的氣體不同的氣體。例如，所用的氣體可以是h2、he、ar、n2、co2或這些氣體的混合物中的一種?？梢韵氲绞褂贸鲜鰵怏w之外的其它氣體或任何其它氣體的混合物或與任何其它氣體的混合物?？蛇x地，可以將改性劑引入氣體中。改性劑可以包括乙腈、甲醇、小分子烴類、sf6或任何其它蒸氣。在第一和第二殼體內(nèi)使用不同的氣體能夠以有利的方式使得，在第一離子淌度分離器內(nèi)可能未被充分分離的離子可在第二離子淌度分離器內(nèi)被分離，因?yàn)闅怏w的類型對(duì)離子的漂移速度有影響。應(yīng)當(dāng)注意，即使離子淌度分離器在氣體靜止的情況下運(yùn)行(這是第一和第二軸向力都由電場(chǎng)產(chǎn)生的情況)，也存在低氣流。然而，這種低氣流僅用于分離殼體內(nèi)的氣體環(huán)境。

56、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，質(zhì)譜系統(tǒng)還包括離子選擇器。離子選擇器被設(shè)置用于選擇離子。優(yōu)選地，所述離子選擇器位于所述第一捕集離子淌度分離器和所述第二離子淌度分離器之間。

57、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述質(zhì)譜系統(tǒng)還包括至少一個(gè)離子阱。離子阱被設(shè)置用于存儲(chǔ)離子。優(yōu)選地，第一離子阱位于所述第一捕集離子淌度分離器的上游。附加地或替代地，第二離子阱位于所述第一捕集離子淌度分離器與所述第二離子淌度分離器之間。

58、此外，質(zhì)譜系統(tǒng)可以包括分離裝置。所述分離裝置可以是氣相色譜裝置。替代地，所述分離裝置可以是液相色譜裝置。還可以想到的是，質(zhì)譜系統(tǒng)還包括電泳裝置。替代地，可以將電泳裝置與混合質(zhì)譜系統(tǒng)耦聯(lián)。

59、針對(duì)上述捕集離子淌度分離器所描述的優(yōu)選實(shí)施例也是質(zhì)譜系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。質(zhì)譜系統(tǒng)的涉及捕集離子淌度分離器的優(yōu)選實(shí)施方案也是上述捕集離子淌度分離器的優(yōu)選實(shí)施方案。

60、在第三方面，本發(fā)明提供了一種用于使用第一捕集離子淌度分離器分析離子的方法。優(yōu)選地，該方法在質(zhì)譜系統(tǒng)中進(jìn)行。該方法包括以下步驟：

61、提供離子通道，在所述離子通道中，離子沿著軸線在所述離子通道的第一端部與所述離子通道的第二端部之間移動(dòng)，在所述離子通道的第一端部處，離子被引入到所述離子通道中，所述離子通道包含所述離子所穿過(guò)的氣體，其中，所述離子通道被供應(yīng)有徑向限制電壓，用于防止離子橫向地逸出所述離子通道，

62、提供被布置成沿著所述離子通道的所述軸線彼此間隔開(kāi)的至少第一電極和第二電極，以在其之間限定離子分離區(qū)域，

63、通過(guò)向所述第一電極和所述第二電極施加交變分離電壓以產(chǎn)生交變軸向電場(chǎng)，產(chǎn)生沿所述軸線施加到所述離子的第一軸向力，通過(guò)其與所述氣體的相互作用，所述第一軸向力對(duì)離子的運(yùn)動(dòng)有影響，所述離子的運(yùn)動(dòng)與差分淌度相關(guān)，

64、施加所述交變分離電壓，使得對(duì)于第一時(shí)間間隔，產(chǎn)生具有第一場(chǎng)強(qiáng)的電場(chǎng)，并且對(duì)于在所述第一時(shí)間間隔之后的第二時(shí)間間隔，產(chǎn)生具有第二場(chǎng)強(qiáng)的相反電場(chǎng)，所述第二場(chǎng)強(qiáng)在量值上低于所述第一場(chǎng)強(qiáng)，所述第一時(shí)間間隔比所述第二時(shí)間間隔持續(xù)更短的時(shí)間跨度，

65、產(chǎn)生第二軸向力，所述第二軸向力沿著所述軸線被施加到離子并且至少暫時(shí)地抵消所述第一軸向力，

66、沿所述軸線在強(qiáng)度上改變這些軸向力中的至少一個(gè)，以沿所述軸向在與淌度相關(guān)的位置處捕集離子，在所述與淌度相關(guān)的位置處，對(duì)于離子存在所述第一軸向力和所述第二軸向力的力平衡，

67、隨著時(shí)間改變所述第一軸向力和所述第二軸向力中的至少一個(gè)，使得作為所捕集離子的差分淌度的函數(shù)，將所捕集離子逐漸驅(qū)動(dòng)到所述離子通道的所述第一端部和所述第二端部中的一個(gè)。

68、根據(jù)本發(fā)明的上述捕集離子淌度分離器被稱為差分捕集離子淌度分離器(dtims)。

69、用于分析離子的方法包括步驟：在離子通道的第一端部處將離子引入離子通道。在離子通道的第一端部處將離子引入離子通道應(yīng)被理解為，沿著離子通道的所述軸線引入離子，離子沿著所述軸線在離子通道的第一端部和第二端部之間移動(dòng)。特別地，這意味著，離子沿著軸線被引入，它們沿著該軸線被分離。將離子引入離子通道可以理解為，將離子注入或插入或輸入到離子通道中。

70、所述第一時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于小于所述分離電壓的一個(gè)周期的一半至所述分離電壓的一個(gè)周期的四分之一，并且所述第二時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于大于所述分離電壓的一個(gè)周期的一半至所述分離電壓的一個(gè)周期的四分之三。優(yōu)選地，所述第一時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于所述分離電壓的一個(gè)周期的三分之一，并且所述第二時(shí)間間隔可以對(duì)應(yīng)于所述分離電壓的一個(gè)周期的三分之二。選擇這些時(shí)間間隔，在分離離子方面可以達(dá)到良好分辨率。特別地，所述第一時(shí)間間隔可持續(xù)約3.33μs，且所述第二時(shí)間間隔可持續(xù)約6.66μs。

71、在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：產(chǎn)生最大強(qiáng)度為20td到500td、優(yōu)選150td到250td、最優(yōu)選200td的交變軸向電場(chǎng)。優(yōu)選地，產(chǎn)生強(qiáng)度為150td至250td的交變軸向電場(chǎng)。最優(yōu)選地，產(chǎn)生強(qiáng)度為200td的交變軸向電場(chǎng)。優(yōu)選地，第一發(fā)生器可以用于產(chǎn)生交變軸向電場(chǎng)。

72、第一發(fā)生器可以施加所述分離電壓，使得在所述第一時(shí)間間隔中電勢(shì)為500v至1000v，并且在所述第二時(shí)間間隔中電勢(shì)為-150v至-450v。優(yōu)選地，第一發(fā)生器可以施加所述分離電壓，使得在所述第一時(shí)間間隔中電勢(shì)為700v，并且在所述第二時(shí)間間隔中電勢(shì)為-350v。因此，在第一時(shí)間間隔中，可以產(chǎn)生一種電場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度足夠高，以使得離子速度不再與所施加的電場(chǎng)直接成正比，并且淌度k更適合于由低電場(chǎng)恒定淌度k(0)和與場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)αi(參見(jiàn)上面的等式(1))表示。特別地，在所述第一時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加350v的電壓，并且可以向所述第二電極施加-350v的電壓。特別地，在所述第二時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加-175v的電壓，并且可以向所述第二電極施加175v的電壓。通常，優(yōu)選通過(guò)向這些電極施加兩個(gè)相反符號(hào)的電勢(shì)來(lái)產(chǎn)生第一和第二電極之間的電壓。通過(guò)將任意給定電極上的絕對(duì)電勢(shì)保持為盡可能小的，同時(shí)跨分析器產(chǎn)生可能的最大電勢(shì)差，可以最大化離子分離，同時(shí)最小化電極或電元件之間放電的風(fēng)險(xiǎn)。替代地，可以想到，在所述第一時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加700v的電壓，并且所述第二電極具有0v的電勢(shì)，或者換句話說(shuō)，所述第二電極保持在接地電勢(shì)，并且在所述第二時(shí)間間隔中，可以向所述第一電極施加-350v的電壓，并且所述第二電極具有0v的電勢(shì)，或者換句話說(shuō)，所述第二電極保持在地電勢(shì)。

73、然而，在這一點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)注意，電壓和壓力的組合構(gòu)成離子的漂移速度/淌度的非線性行為。因此，如果存在相應(yīng)調(diào)整的壓力設(shè)置，則即使在量方面低于上述電壓的電壓也可能足以引起該非線性行為。

74、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：在第二離子淌度分離器中，作為淌度的函數(shù)分析經(jīng)分離的離子。優(yōu)選地，所述第二離子淌度分離器是被構(gòu)造和運(yùn)行以根據(jù)淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)極限中分散離子的捕集離子淌度分離器。優(yōu)選地，所述第二捕集離子淌度分離器位于所述第一捕集離子淌度分離器的下游。

75、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：在質(zhì)量分析器中，作為質(zhì)量的函數(shù)分析經(jīng)分離的離子。所述質(zhì)量分析器位于所述第二離子淌度分離器的下游，所述第二離子淌度分離器被構(gòu)造和運(yùn)行以根據(jù)離子淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)極限內(nèi)分散離子。

76、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：將分離的離子解離成碎片離子，并在質(zhì)量分析器中分析所述碎片離子。優(yōu)選地，離子在碎裂單元中解離。優(yōu)選地，所述碎裂單元和所述質(zhì)量分析器位于所述第一捕集離子淌度分離器的下游。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了第二離子淌度分離器，其被構(gòu)造和運(yùn)行以根據(jù)離子淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)限制中分散離子，其位于所述第一捕集離子淌度分離器的下游，所述碎裂單元和所述質(zhì)量分析器優(yōu)選地位于所述第二離子淌度分離器的下游。

77、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：在碎裂之前根據(jù)質(zhì)量選擇和/或過(guò)濾經(jīng)分離的離子。附加地，或在一個(gè)替代實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：在碎裂之前根據(jù)經(jīng)分離的離子的電荷狀態(tài)選擇和/或過(guò)濾經(jīng)分離的離子。

78、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：在所述第一捕集離子淌度分離器中分析離子的同時(shí)，在位于所述第一捕集離子淌度分離器上游的離子阱中積累來(lái)自離子源的離子。

79、在另一優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：隨時(shí)間逐步改變所述第一軸向力和所述第二軸向力中的至少一個(gè)，使得捕集的離子作為其差分淌度的函數(shù)以多個(gè)分離的離子餾分被驅(qū)動(dòng)到所述離子通道的所述第一端部和所述第二端部中的一個(gè)。

80、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：在第二離子淌度分離器中，作為淌度相關(guān)的函數(shù)分析所述經(jīng)分離的離子部分。優(yōu)選地，所述第二離子淌度分離器是被構(gòu)造和運(yùn)行以根據(jù)離子淌度、優(yōu)選在低場(chǎng)極限下分散離子的捕集離子淌度分離器。所述第二離子淌度分離器位于所述第一捕集離子淌度分離器的下游，其中優(yōu)選地所述第一捕集離子淌度分離器和所述第二離子淌度分離器嵌套耦聯(lián)，即，第一捕集離子淌度分離器在比第二離子淌度分離器大得多的時(shí)間尺度上運(yùn)行，使得第二離子淌度分離器可分析通過(guò)第一捕集離子淌度分離器分離的單個(gè)離子種類、或由第一捕集離子淌度分離器提供的每個(gè)餾分。

81、在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于分析離子的方法還包括步驟：取消選擇基本上包括單電荷離子種類的離子部分。

82、針對(duì)上述根據(jù)本發(fā)明的捕集離子淌度分離器所描述的優(yōu)選實(shí)施方式、或針對(duì)上述質(zhì)譜系統(tǒng)所描述的優(yōu)選實(shí)施方式也是離子分析方法的優(yōu)選實(shí)施方式。

83、先前公開(kāi)的原理可以與以下方面中的一個(gè)或多個(gè)組合、情境化或?qū)嵤?，尤其以提供用于分析?fù)雜樣本的方法：

84、(a)提供一種儀器，所述儀器包括離子源、根據(jù)本公開(kāi)的dtims、離子淌度分離器(ims)和質(zhì)量分析器。

85、優(yōu)選地，ims是捕集離子淌度分離器(tims)。質(zhì)量分析器可以是以下之一：四極(q)質(zhì)量分析器或飛行時(shí)間(tof)質(zhì)量分析器。例如，離子源可以使用噴霧電離(例如，電噴霧(esi)或熱噴霧)產(chǎn)生離子。替代地，離子源可使用解吸電離(例如，基質(zhì)輔助激光/解吸電離(maldi)或二次電離(sims))產(chǎn)生離子。在另一替代方案中，離子源可以使用化學(xué)電離(ci)、光致電離(pi)、電子碰撞電離(ei)或大氣壓化學(xué)電離(apci)產(chǎn)生離子。在另一替代方案中，離子源可使用氣體放電電離產(chǎn)生離子。優(yōu)選地，在離子源的上游提供另外的分離機(jī)構(gòu)。在離子源上游提供的分離機(jī)構(gòu)可以是適于執(zhí)行以下方法之一的分離機(jī)構(gòu)：液相色譜法(lc)、氣相色譜法(gc)、毛細(xì)管電泳法(ce)。優(yōu)選地，該儀器包括真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)可占據(jù)位于離子源下游的所有部件。

86、(b)對(duì)樣品執(zhí)行液相色譜法(lc)。

87、(c)使用離子源(例如esi)電離從lc(或位于離子源上游的另一分離機(jī)構(gòu))洗提的樣品材料，并將經(jīng)電離的樣品材料(離子)引入儀器的真空系統(tǒng)。

88、(d)在離子阱中積累離子，該離子阱位于dtims的上游。

89、(e)將離子從離子阱注入到位于離子阱下游的dtims中。

90、(f)根據(jù)離子的差分淌度從所述dtims釋放離子。

91、優(yōu)選地，離子以部分的形式從dtims釋放。離子可以作為單個(gè)餾分或作為多個(gè)餾分從dtims釋放，每個(gè)餾分具有選定的差分淌度范圍?？梢韵幢会尫诺氖Ｓ嚯x子。

92、(g)使用位于dtims下游的下列儀器之一，對(duì)從dtims釋放的離子進(jìn)行平行積累連續(xù)碎裂(pasef，參見(jiàn)florian?meier等，j.proteome?res.2015，14，12,5378-5387)：離子淌度分離器(ims)、四極(q)質(zhì)量分析器、碎裂單元、飛行時(shí)間(tof)質(zhì)量分析器，特別是使用正交加速的tof分析器。

93、優(yōu)選地，pasef是dda?pasef(dda＝data?dependent?analysi?s，數(shù)據(jù)相關(guān)的分析)、dia?pasef(dia＝data?independent?analysis，與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的分析)、midia?pasef(midia＝maximiz?ing?informationcontent?in?dia，最大化dia中的信息內(nèi)容)、同步pasef或pasef的任何其它變體中的一種。