用于差分迁移谱仪的射流注射器入口制造技术

本发明专利技术涉及一种用于执行差分迁移谱仪DMS的方法及设备，其包含减少离子在由所述DMS产生的边缘场内部所耗费的时间量。所述设备包含入口电极板，其密封地接合到所述DMS的入口，且与所述DMS的平行板电极电分离，所述入口电极板具有用于允许离子横越到所述DMS中的孔隙；其中所述孔隙的横截面积小于离子路径的横截面积，所述离子路径位于所述DMS的所述两个平行板电极之间。所述入口电极板还可具有施加到所述入口电极板以用于离子的聚焦的聚焦电势。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案本申请案主张2013年12月31日申请的序列号为61/922,275的美国临时申请案及2014年2月4日申请的序列号为61/935,741的美国临时申请案的优先权益，两个申请案的全部内容特此以引用的方式并入本文中。
本文中的教示涉及将离子引入到差分迁移谱仪中的设备及方法。
技术介绍
基于气体中的迁移系数的差异，基于离子迁移的分析方法在高压条件下分离及分析离子(相较于质谱仪)。差分迁移谱仪(DMS)(比如传统飞行时间离子迁移谱仪(IMS))基于离子的迁移特性而分离及分析离子，但提供正交离子特性化。在IMS中，基于离子物种横截面而发生离子分离，在DMS中，基于α参数而发生离子分离，α参数与不同强度的电场中的离子迁移系数的差异相关。离子被脉动到IMS中且传递通过漂移管，同时经受恒定电场。随着离子传递通过漂移区，离子可与漂移气体分子相互作用。这些相互作用对于样本的每一离子物种是特定的，且取决于经分析的离子物种的横截面，从而导致基于不仅仅是质/荷比的离子分离。归因于碰撞横截面的差异，不同离子物种具有朝向检测器板的不同漂移速度，从而产生不同到达(或漂移)时间。与此对比，在飞行时间质谱仪(ToF-MS)的无碰撞真空条件下，离子通过MS飞行管的飞行时间仅由离子的质荷比(m/z)确定。DMS类似于IMS之处在于离子是在环境压力条件下在漂移气体中分离。然而，不同于IMS，DMS使用施加于至少两个平行电极之间的不对称电场波形，离子以连续方式传递通过所述至少两个平行电极，在输送气体流动流中掠过。在垂直于输送气体流动流的方向而定向的强不对称波形RF电场的效应下发生离子分离。电场波形通常在所述波形的高场部分处具有短持续时间且接着在处于相对极性的低场持续时间处具有较长时间。高场及低场部分的持续时间经施加使得施加到DMS过滤器电极的净电压(针对一
个完整周期的平均电压)为零。在这些条件下，具有不同场依赖迁移系数的离子归因于其α参数而具有不同轨迹。在一些情况下，DMS已与质谱仪(MS)进行接口连接以向MS提供正交分离方法。包含两种正交方法的此组合利用DMS的大气压力、气相及连续离子分离能力，以及DMS-MS系统的增强型分析能力。通过将DMS与MS进行接口连接，已增强样本分析的众多区域，其包含蛋白质组学、肽/蛋白质构形、药物动力学及代谢分析。除了医药及生物技术应用之外，基于DMS的分析仪还已用于痕量级爆炸物检测及石油监测。在DMS迁移单元之前添加逆流气体流动的情况下，DMS装置的分辨率会改进。在图1中举例说明此类配置。通过将帘板放置于DMS的入口之前且施加DC电势(通常为500到1500V)来建立帘气体以推进离子跨越帘板孔隙与DMS入口之间的间隙。另外，此方法已被证明为有助于在迁移率分析仪之前提供有效离子解溶剂化。已发现，主要地在将离子引入于DMS分析间隙中期间发生离子损失。此源于边缘电场的存在，所述边缘电场源于DMS的分析间隙中的叠加分离(RF)及补偿(DC)电场的存在。另外，还已发现，将离子引入到DMS单元中的效率可受到所施加的分离及补偿电压的绝对值影响，其导致改变由系数迁移率、极性及电场依赖性(α参数)区分的离子的有效轨迹。在一些装置中，举例来说，在具有窄分析间隙的系统中，此使其自身表现为在以透明模式(其中不施加不对称或补偿电压)使用时所测量的显著缩减的信号，且引入具有高迁移系数的离子与具有低迁移系数的离子之间的离子传输的区别。
技术实现思路
在各种实施例中，在DMS的入口或/及出口上存在边缘电场会不可避免地减少通过分析间隙的离子传输系数。此非想要的效应取决于DMS传感器的许多参数：分析间隙的物理大小、通过间隙的离子的线速度(输送气体流动速率)、用于离子汇集的电极的几何形状，及经分析的离子物种的迁移率。在各种实施例中，我们已发现，可通过缩减离子在DMS的有害区内的停留时间来实现边缘电场区的区域中的离子损失的减少。我们建议两种方式来增强通过分析间隙的离子传输：a)首先是经由使用快速注射，其通过提供迅速地将离子注射到DMS单元的入口中的气体束射流而将离子快速地注射到分析间隙中；及/或b)在入口之前的区域中(在边缘电场为活动的区域中)预聚焦离子，且将其聚焦朝向分析间隙的中心轴。在此实施例中，归因于额外聚焦RF电场的谐波叠加效应而发生离子引入，输送气体流动，且
促进离子到分析间隙中的射流注射。气体束或射流用于克服存在于入口处的有害场，使得离子有效地注射到DMS单元中。离子聚焦将离子束挤压到分析间隙的轴，其中缩减有害边缘电场的效应。在一些实施例中，可通过在迁移率分析仪(其同时用于形成适当(通过调整其孔隙)射流)之前提供屏蔽电极而最小化且甚至从DMS单元的入口移除有害边缘场的效应。可将额外电极密封到DMS组合件中，其同时提供屏蔽及束/射流形成。可将气体束或射流引导到DMS单元的中心轴中以确保大体上从DMS狭槽前部处的绝缘表面移除目标离子物种。在各种实施例中，提供一种差分迁移设备，其包括：外壳，其具有入口及出口；至少两个平行板电极，其安置于所述外壳内且彼此分离达固定距离，所述两个电极之间的容积界定离子路径，离子从所述入口通过所述离子路径流动到所述出口，所述离子路径具有垂直于离子流动方向的横截面区域；电压源，其用于将RF及DC电压提供到所述平行板电极中的至少一者以产生电场，所述电场用于基于迁移特性而传递通过选定离子物种；漂移气体供应器，其用于供应通过所述入口流动到所述出口的气体；及至少一个入口电极板，其密封地接合到所述入口，且与所述平行板电极电分离，所述至少一个入口电极板具有用于允许离子及所述气体横越到所述外壳中的孔隙，其中所述孔隙的横截面区域小于所述离子路径的横截面区域。在各种实施例中，提供一种分析差分迁移装置中的离子的方法，所述装置具有产生电场的两个平行板电极，所述方法包括：将离子引入到漂移气体中且将所述漂移气体引导朝向所述差分迁移装置的入口；随着所述漂移气体进入所述差分迁移装置而将所述漂移气体加速且一旦所述漂移气体已进入所述差分迁移装置就将所述漂移气体减速；使用所述差分迁移装置对所述离子执行差分迁移分离；及检测所述离子。在各种实施例中，提供一种差分迁移过滤器设备系统，其包括：电离源，其用于产生离子；帘室，其由至少一个帘板界定，所述帘板含有帘板孔隙，所述离子流动通过所述帘板孔隙；帘气体供应器，其与所述帘室进行流体连通；外壳，其安置于所述帘室内，所述外壳具有开口及出口，所述开口与出口之间的容积界定离子路径，所述离子路径大体上与所述帘板孔隙成一直线且所述开口与所述帘室进行流体连通；至少两个平行板电极，其安置于所述外壳内且在所述离子路径的任一侧上彼此相对地定向且分离达固定距离；电压源及控制器，其用于向所述平行板电极中的至少一者提供RF及DC电压以产生电场，所述电场用于基于迁移特性而传递通过离子的选定部分；至少一个入口电极板，其密封地接合到所述开口，且与所述平行板电极电分离，所述至少一个入口电极板具有用于允许离子及所述气体横越到所述外壳中的孔隙，其中所述孔隙的横截面区域小于所
述离子路径的横截面区域。在各种实施例中，所述差分迁移设备可以透明模式操作。在各种实施例中，所述一个入口电极板为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分迁移设备，其包括：外壳，其具有入口及出口；至少两个平行板电极，其安置于所述外壳内且彼此分离达固定距离，所述两个电极之间的容积界定离子路径，离子从所述入口通过所述离子路径流动到所述出口，所述离子路径具有垂直于离子流动方向的横截面区域；电压源，其用于将RF及DC电压提供到所述平行板电极中的至少一者以产生电场，所述电场用于基于迁移特性而传递通过选定离子物种；漂移气体供应器，其用于供应通过所述入口流动到所述出口的气体；及至少一个入口电极板，其密封地接合到所述入口，且与所述平行板电极电分离，所述至少一个入口电极板具有用于允许离子及所述气体横越到所述外壳中的孔隙；其中所述孔隙的横截面区域小于所述离子路径的横截面区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.31 US 61/922,275;2014.02.04 US 61/935,7411.一种差分迁移设备，其包括：外壳，其具有入口及出口；至少两个平行板电极，其安置于所述外壳内且彼此分离达固定距离，所述两个电极之间的容积界定离子路径，离子从所述入口通过所述离子路径流动到所述出口，所述离子路径具有垂直于离子流动方向的横截面区域；电压源，其用于将RF及DC电压提供到所述平行板电极中的至少一者以产生电场，所述电场用于基于迁移特性而传递通过选定离子物种；漂移气体供应器，其用于供应通过所述入口流动到所述出口的气体；及至少一个入口电极板，其密封地接合到所述入口，且与所述平行板电极电分离，所述至少一个入口电极板具有用于允许离子及所述气体横越到所述外壳中的孔隙；其中所述孔隙的横截面区域小于所述离子路径的横截面区域。2.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中所述设备以透明模式操作。3.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中所述至少一个入口电极板为可移除的。4.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中所述孔隙包含于虹膜光圈内且为可调整的以改变通过所述入口的气体流量。5.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中所述至少一个入口电极板与所述平行板电极电分离，且其中控制器及发电机连接到所述至少一个入口电极板以用于施加RF聚焦电势及/或DC电势。6.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其进一步包括真空源，所述真空源定位于所述平行板电极下游。7.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中所述外壳由界定帘室的帘板环绕，且所述帘室与向所述帘室提供帘气体的帘气体供应器进行流体连通，其中所述帘室中的所述帘气体变为所述漂移气体供应器，所述帘室具有至少一个孔隙，其允许离子流
\t动通过所述至少一个孔隙。8.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中所述孔口为圆形或狭缝状。9.根据权利要求1所述的差分迁移设备，其中两个电极板密封地接合到所述入口，且所述两个电极板中的每一者与所述平行板电极电绝缘且所述两个电极板中的每一者彼此电绝缘，所述两个电极板中的每一者连接到RF源及控制器以用于产生RF聚焦场。10.一种分析差分迁移装置中的离子的方法，所述装置具有产生电场的两个平行板电极，所述方法包括：将离子引入到漂移气体中且将所述漂移气体引导朝向所述差分迁移装置的入口；随着所述漂移气体进入所述差分迁移装置而将所述漂移气体加速且一旦所述漂移气体已进入所述差分迁移装置就将所述漂移气体减速；使用所述差分迁移装置对所述离子执行差分迁移分离；及检测所述离子。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述漂移气体的所述加速包括将所述漂移气体传递通过界定于密封地接合到所述平行板的面的一或多个电极板内的孔隙，且通过使所述漂移气体在离开所述孔隙后就膨胀来执行所述漂移气体的所述减速，其中所述孔隙的横截面小于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：布拉德利·B·施耐德，托马斯·R·柯维，尔钦琼·那扎罗夫，
申请(专利权)人：DH科技发展私人贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG