CN108139359A - 使用离子快门进行离子分离的装置及方法，尤其是ims - Google Patents

使用离子快门进行离子分离的装置及方法，尤其是ims Download PDF

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Abstract

本公开涉及例如使用飞行时间和离子迁移性谱测定的用于离子分离的方法和装置。还公开了在IMS单元中使用的离子快门及其操作方法。快门包括第一快门电极和第二快门电极。这两个电极之间的势垒电压被控制以打开和关闭快门从而允许感兴趣离子在漂移方向通过快门。控制涉及改变以下两者：(a)第一快门电极的电压；和(b)第二快门电极的电压。

Description

使用离子快门进行离子分离的装置及方法，尤其是IMS
技术领域
本公开涉及装置和方法，更特别地涉及例如使用飞行时间谱测量的用于离子分离的方法和装置，以及更特别地涉及在IMS单元(cell)中使用的离子快门以及操作快门的方法。
背景技术
离子迁移谱仪(IMS)可以通过对材料(例如分子、原子等)进行离子化并测量得到的离子在已知电场下行进已知距离所花的时间来从感兴趣样本中识别材料。每个离子的飞行时间与离子的迁移性相关联。离子迁移性与其质量和几何形状有关。因此，通过测量离子的飞行时间能够推出其身份。这些飞行时间可以以图形或数字被显示为等离子体色谱图。
一些IMS单元包括检测器，其收集离子以测量其飞行时间由此它们可以被识别，这可以在存在漂移气体时被执行由此迁移效应可以分离离子。一些IMS单元可以根据离子的飞行时间来分离离子由此具有所选飞行时间(即所选范围的离子迁移性)的离子可以被提供给其他检测器仪器，例如质谱仪，以用于进一步分析。这种技术的一个示例称为IMS-MS，其中IMS单元用作离子过滤器以从样本中选择离子。所选的离子然后被提供给质谱仪。在这样的离子识别或过滤方法中，可以通过打开离子快门从反应区释放离子组和/或将其传递至质谱仪的入口。
IMS单元的反应区具有有限长度，且在快门保持打开的时间间隔中，分布在反应区的离子必须(至少部分)经过反应区到达快门。本案的发明人意识到这意味着仅在短时间间隔保持快门打开可以减少在该时间间隔能够经过反应区的低速运动的离子的数量。本案发明人意识到这可以降低检测器对低速运动离子的敏感度。在离子经过快门之后，其沿着漂移室的运动取决于漂移室中的电压分布。发明人进一步意识到关闭快门的动作可以修改快门附近的分布电压(profile voltage)。如果是这样，漂移室中的离子组的后部在相同位置时可能经历与组前部不同的分布电压。发明人从中认为这可能相对于离子组其余部分拖慢或加速离子组后部的离子。
这使得发明人相信这些因素可能不利地影响IMS单元的分辨率和敏感度。
发明内容
本发明的方面和实施方式在权利要求书中提出且目的是至少部分解决例如上述的问题。本发明的这些和其他方面以及实施方式也在本申请中描述。
附图说明
下面参考附图仅通过示例的方式描述实施方式，在附图中：
图1是通过IMS单元的部分截面的图示；
图2示出了例如图1中示出的IMS单元的示意图；
图3示出了操作IMS单元的方法并包括一组IMS单元的示意图，每一个图示出了沿着IMS单元的电压分布，其中：图3a示出了在离子释放到漂移区之前的状态，图3b示出了离子释放到漂移区，图3c示出了离子快门被关闭，图3d示出了重置离子快门的第一步骤，以及图3e示出了重置离子快门的第二步骤；
图4示出了使用两个根据时间的电压变化图的快门的电压控制方案，其中一个用于第一快门电极(图4a)，一个用于第二快门电极(图4b)；以及
图5示出了使用两个根据时间的电压变化图的快门的另一电压控制方案，其中一个用于第一快门电极(图5a)，一个用于第二快门电极(图5b)；以及
图6示出了离子快门结构的示意图，包括沿着漂移方向面向快门的视图(图6A)，与漂移方向垂直的三个不同可能快门结构的截面图(图6B、图6C以及图6D)。
在附图中相同的附图标记用于指示相同的元件。
具体实施方式
图1是IMS单元100的部分截面图。IMS单元包括离子快门105，其包括第一快门电极106和第二快门电极107。第一快门电压提供器206被配置成改变第一快门电极电压，以及第二快门电压提供器204被配置成改变第二快门电极电压。这使得第一快门电极106与第二快门电极107之间的势垒电压通过改变第一快门电极电压和第二快门电极电压而被控制。这可以用于打开和关闭快门105来提供选通功能，其控制离子准许通过快门。
在一些实施方式中，快门电极105可以在离子行进方向上间隔开，在这些实施方式中，最接近感兴趣离子(例如在快门打开之前在反应区102中的离子，以及在关闭快门之后在漂移区104中的离子)的快门的电压可以被控制以匹配IMS单元100中的分布电压。这可以使得反应区中的离子能够在快门105打开之前更近地接近快门105，并可以降低漂移室104中由于快门关闭导致的分布电压的扰动。
其他电压控制方案可以被应用到快门电极105。在一些方案中，第一快门电极106和第二快门电极107的电压的相反变化可用于改变势垒电压。这样的实施方式可以至少部分避免由于快门105的开和关动作导致的快门的平均电压变化。例如由于快门105在距离快门的距离比快门的导体之间的间隔更远的点导致的电场的变化可以比势垒电压的变化更小，这样会导致这样的情形，即在使用一个固定电压电极和一个移动电压电极的常规情况中的情形，例如快门的平均电压可以仍然恒定，例如足够恒定以避免分布电压的扰动。快门电极可以是共平面的或非共平面的。
快门电极106、107每一个可以包括长导体，且第一快门电极106的长导体可以在漂移方向与第二快门电极107的长导体对齐。每个快门电极106、107的长导体可以被布置为网，例如网格，例如三角形、矩形、六边形或其他规则或不规则网格。如之后会解释的，快门电极106、107在漂移方向中不需要分开。例如它们可以是共平面的，在这种情况中长导体可以被相互交叉，例如它们被交织。
图1的IMS单元包括反应区102，用于向IMS单元提供离子。如图所示，IMS单元100包括入口108，用于使得材料能够从感兴趣样本被引入到反应区102。反应区102通过离子快门105而与漂移区104分开。在图1示出的示例中，漂移区104位于反应区102与检测器118之间，检测器118例如是收集器，例如用于检测离子到达的法拉第杯、或另一类型的检测器118，例如质谱仪。
如图所示，电压分布提供器202被配置成提供沿着IMS单元100的空间变化的电压分布。可以通过使用沿着漂移区104间隔的一串漂移电极120a、120b、120c和120d来应用漂移区104中的电压分布。虽然图1中未示出，反射极板或其他电极可以耦合到分布提供器202并被配置用于将该电压分布延伸到反应区102。在反应区102和检测器118之间，分布电压在空间上变化(例如根据在漂移方向沿着单元的位移)以提供将离子沿着单元100向检测器118移动的电场。
快门105具有两个关闭状态。在第一个关闭状态中，第一快门电极106的电压被控制以匹配在第一快门电极的位置的分布电压。在第二关闭状态中，第二快门电极107的电压被控制以匹配在第二快门电极的位置的分布电压。这可以以被选择的方式控制感兴趣离子经过快门105，该方式被选择以降低(a)在第一关闭状态中反应区中的离子快门105周围的分布电压的扰动以及(b)在第二关闭状态中漂移室中的离子快门105周围的分布电压的扰动。如下面解释的，快门还可以具有重置状态，其中快门电极的电压都不匹配分布电压。
在操作中，感兴趣物质被引入到反应区，其中其可以被离子化。离子在反应区中，快门105被保持在第一关闭状态。为了打开快门105将离子从反应区102释放，第二快门电压提供器204然后将第二快门电极107的电压匹配到分布电压。为了在感兴趣离子进入漂移室之后关闭快门，快门105被切换到其第二关闭状态。下面将参考图2和图3更详细描述这种操作的示例。
虽然没有提及，但是应当理解在本公开的上下文中IMS单元100可以被配置成提供在大体与离子行进到检测器118的路径相反的方向流动的漂移气体流。例如，漂移气体可以从检测器118附近向快门106流动。如图所示，漂移气体入口122和漂移气体出口124可以用于将漂移气体经过漂移区。示例的漂移气体包括但不限于氮气、氦气、空气、再循环空气(例如被净化和/或干燥的空气)等。漂移电极120a、120b、120c以及120d可以被配置成将离子引导到检测器118，例如漂移电极120a、120b、120c以及120d可以包括围绕漂移区104布置的环，用于将离子移动到检测器118。虽然图1的示例包括仅四个漂移电极120a、120b、120c以及120d，但是在一些示例中可以使用更多或更少数量的漂移电极，例如单个漂移电极可以与检测器118结合使用以施加电场以将离子引导向检测器118。图2示出了电压分布提供器的示例，其耦合到第一漂移电极120a、第二漂移电极120b、第三漂移电极120c以及第四漂移电极120d。在一个示例中，漂移电极120a、120b、120c以及120d上的电压使得分布电压沿着IMS单元随着距离呈线性变化，例如在漂移区中从离子快门到检测器118随着距离具有恒定的电压梯度。可以使用电压分布的其他示例。在图2示出的示例中，分布提供器包括分压器。在图2示出的示例中，分布提供器的分压器包括功率提供器140和第一电阻134，其耦合漂移电极120a和第二漂移电极120b；第二电阻136，其耦合第二漂移电极120b和第三漂移电极120c；以及第三电阻138，其耦合第三漂移电极120c和第四漂移电极120d。第一电阻134、第二电阻136和第三电阻138串联耦合到功率提供器140以形成分压器。电压提供器的其他示例可以被使用，例如无源、电阻以外的有源器件可以被配置成控制漂移电极上的电压。
图2还示出了IMS单元的示例，该IMS单元具有非共平面的第一快门电极106和第二快门电极107。例如，它们在IMS单元的漂移方向上相间隔，例如，在离子从反应区向检测器118行进的方向上间隔开。
如图所示，第一快门电极106耦合到第一快门电压提供器206，以及第二快门电极107耦合到第二快门电压提供器204。在图2示出的示例中，离子快门105关闭且感兴趣离子134位于反应区102。为了保持快门关闭，第二快门电压提供器204被配置成控制第二快门电极与分布电压不同由此第一快门电极与第二快门电极之间的势垒电压阻止离子通过快门105。但是第一快门电压提供器206被配置成将第一快门电极电压匹配到在第一快门电极106位置的分布电压。这是很重要的，因为在打开快门之前，第一快门电极107可以屏蔽感兴趣离子134避免第二快门电极107影响。这可以避免当关闭快门时快门附近的区域出现离子损耗的情形。这可以降低快门必须保持打开以允许离子通过快门的时间间隔。
图3a、图3b、图3c、图3d以及图3e示出了在将离子134从IMS单元100(例如图1和图2示出的)的反应区102释放到漂移区104的方法中的连续步骤。
图3a示出了在离子被释放到漂移区104之间的IMS单元100，这是图2中示出的情形的示例。在图3a中，离子134被快门105保持在反应区中。如以上参考图2所示的，在第一关闭状态中，第一快门电极106匹配分布电压并屏蔽感兴趣离子避免第二快门电极107影响。同时，第二快门电极提供势垒电压。
在图3a示出的示例中，第二快门电极107电压不同于电压分布在第二快门电极107位置的电压以产生势垒电压从而阻止离子通过快门105。在该配置中的势垒电压还阻止感兴趣离子134进入第一快门电极和第二快门电极之间的区域。
在图3a示出的状态中，第一快门电极106对反应区进行屏蔽，以避免受到第二快门电极107的电压的影响。向第一快门电极106施加匹配分布电压的电压，因此可以使得分布电压保持在反应区中，而不管施加到第二快门电极107的电压如何。这降低反应区中电场扰动并降低反应区102中离子快门105附近的离子损耗。
图3b示出了IMS单元100，其中离子快门105打开以允许离子从反应区102移动到漂移区104。通过施加在每个各自快门电极的位置匹配分布电压的电压到第一快门电极106和第二快门电极107来打开离子快门。
离子快门维持在图3b所示的打开状态一个短时间段以释放一组离子。离子快门维持打开的时间段确定离子组的开始时间的延展(例如，离子组中每个离子实际经过快门的时间)。例如，如果离子快门维持打开一时间段，一些离子会在其打开之后很快经过快门，一些离子会在快门马上要关闭之前经过快门，这样得到的离子组可以在开始时间具有分布且因此IMS单元解析飞行时间的差异的能力降低。发明人意识到如果势垒电压侵蚀反应区(例如，如果势垒电压的存在使得反应区中的电压不同于分布电压)，这可以造成快门附近的空间损耗离子。该损耗区可以需要快门在比其他情况所需的时间段甚至更长的时间段打开，因为反应区中的离子也必须经过损耗区。
但是，在图3a示出了第一关闭状态中，第一快门电极匹配分布电压，并屏蔽反应区避免受第二快门电极影响。在图3b示出的打开状态中，第一快门电极106电压与其在图3a示出的第一关闭状态中的电压相同。因此，在反应区102中的电场中几乎很少或没有与离子快门的打开相关联的扰动。反应区102可以被屏蔽不受第二快门电极的影响。这是很重要的，因为其可以减少势垒电压闯入反应区的程度。实施方式可以避免在反应区中快门附近的空间中损耗一定数量的离子。这可以使得快门被打开的时间间隔比离子在进入漂移区之前必须首先穿过快门附近的损耗区的情况的时间间隔短。
如图3c所示，一旦离子组进入漂移区104，则可以关闭离子快门。这可以通过以下步骤来完成：改变第一快门电极106电压由此其不同于分布电压同时第二快门电极匹配到分布电压。这提供势垒电压以阻止另外的离子从反应区102移动到漂移区104。在该第二关闭状态中，第二快门电极107屏蔽漂移室中的离子组避免受到第一快门电极106的影响并匹配在其自己位置处的分布电压。漂移区104中的电压分布因此受到关闭快门106、107的动作的干扰更小，这可以降低不同离子在漂移区104的相同部分经历不同电场的可能性。
在该第二关闭状态中所选时间间隔之后，重置离子快门。该时间间隔可以被选择以为低迁移性离子行进到漂移室部分(在该漂移室部分的电场匹配分布电压，例如由于第二快门导致的与分布电压的差比分布电压小得多(例如由此该差异对离子的飞行时间的影响在IMS单元的工作分辨率不可测量)的漂移室部分)提供足够的时间量。该时间可以基于到最接近第二快门的漂移电极120a的飞行时间来选择。还可以使用其他更长的时间，例如足够长以允许感兴趣离子行进漂移室的长度。例如可以基于IMS单元的循环时间和/或基于感兴趣离子到达检测器118所花的最长预期时间来选择时间间隔。
如图3d所示，然后可以通过相对于在图3c示出的第二关闭配置中施加的电压增加第二快门电极上的电压来重置快门105。由此，第二快门电极107上的电压大于在第二快门电极的位置的分布电压。在重置操作的第一步骤中，第一快门电极106上的电压仍然保持在其在图3c示出的第二关闭状态的电压，例如在从在第一快门电极的位置的分布电压偏离(例如比其低)的电压。
图3e示出了离子快门的重置的第二步骤，在该重置操作的第二步骤中，第一快门电极106上的电压被匹配到在第一快门电极106的位置的分布电压。第二快门电极107上的电压仍然维持在图3d示出的电压，即大于分布电压中在第二快门电极的位置的电压的电压。这将快门返回到第一关闭状态，无需降低势垒电压(例如在将快门返回到第一关闭状态的过程期间，势垒电压被增大)。实施方式可以在将快门返回到其第一关闭状态时避免无意打开快门。在重置的第二步骤之后，IMS单元中的最终电压分布与图3a示出的相同，以及IMS单元准备将另一组离子释放到漂移区。
图4a和图4b示出了提供控制离子快门的方法的示例的电压图4000、4002。该方法包括通过改变第一快门电极的电压和第二快门电极的电压来控制第一快门电极与第二快门电极之间的势垒电压。
图4a示出了诸如图1、图2或图3示出的快门的第一快门电极的电压相对时间的图4000。图4b示出了第二这种快门电极的电压相对时间的图4002。图4a和图4b将指示分布电压的虚线显示为虚线4005、4006。该虚线4005、4006指示分别在第一快门电极4005和第二快门电极4006(在4a中的第一，在4b的第二)的位置的空间变化分布电压。在每一种情况中，快门电极电压(在4a中第一106，4b中第二107)被示出为加粗实线4003、4004。
图4a和图4b示出的示例是一个方法示例，其中第一快门电极和第二快门电极在漂移方向被间隔开，以及离感兴趣离子最近的快门电极的电压被控制以匹配分布电压。匹配可以包括被设置为相同电压，例如匹配可以包括被偏移低于所选电压容限，例如匹配可以包括充分等于分布电压由此不想要的离子扰动不可测量。
图4a和图4b示出的方法包括控制离感兴趣离子最远的快门电极的电压不同于分布电压以提供势垒电压。例如，如果感兴趣离子在反应区中(周期t0到t1)，则第一快门电极电压匹配分布电压。在该周期中，通过控制第二快门电极电压不同于分布电压来提供势垒电压。这是快门的第一关闭状态。如图4b所示，在时间t1，第二快门电极匹配到分布电压。这可使得快门被打开以允许离子通过，因为两个快门电极均匹配分布电压，从而移除势垒电压。
感兴趣离子群组因此被释放以从反应区行进，通过打开的快门。为了在该群组之后再次关闭快门，在时间t2，第一快门电极从分布电压被改变，同时第二快门仍然保留在分布电压。快门可以保持在该第二关闭状态一个间隔t2至t3，该间隔被选为足够长以允许感兴趣离子行进到漂移室部分(在该漂移室部分的电场匹配分布电压)，例如满足以下条件的漂移室部分：由于第二快门导致与分布电压的差比分布电压小得多，例如由此该偏差对离子的飞行时间的效果不可测量。该时间可以基于到最接近第二快门的漂移电极120a的飞行时间来选择。还可以使用其他更长的时间，例如足够长以允许感兴趣离子行进漂移室的长度。
在时间t3，通过增加势垒电压，快门然后可以从第二关闭状态被重置。例如，第二快门电极电压可以被改变以增加势垒电压。在这样做时，第一快门电极电压可以被改变得少于第二电极电压，例如其可以被保持恒定，如在图4a示出的周期t3至t4期间示出的。
可以理解，图4示出了可以提供图3示出的事件序列的一种可能的电压控制方案。例如图3a中的配置可以对应于时间间隔t0到t1。图3b示出的配置可以对应于时间间隔t1到t2。图3c示出的配置可以对应于时间间隔t2到t3。图3d示出的配置可以对应于时间间隔t3至t4。以及图3e示出的配置可以对应于时间t4和以后，但是可以理解的是，虽然图4中示出了方形边缘脉冲(更像篷车波形)，但是可以使用更逐步变化的电压。例如电压变化可以是逐渐的，例如爬升，例如转降。还可以理解的是，由于方波脉冲用于该示例，似乎是快门电极的电压可以在转变之间保持恒定，但是这不是必须的情况。由此电极上的电压波形可以包括梯形脉冲、方形脉冲、三角脉冲以及准正弦波的至少一者的至少部分混合。电压脉冲不需要是对称的，例如第一快门电极的电压偏移可以大于或小于第二快门电极的电压偏移。
图5示出了可以与多种快门结构使用的可替换电压控制方案，例如第一快门电极在IMS单元的漂移方向与第二快门电极间隔开，或第一快门电极与第二快门电极共平面。在图5示出的示例中，通过提供第一快门电极和第二快门电极的电压的相反变化来控制势垒电压。也就是说，当第一快门电极的电压增加时，第二快门电极的电压降低，且反之亦然。这两个快门的电压偏移的相对大小可以被选择由此它们至少部分彼此抵消，这可以降低(例如避免)在快门打开和/或关闭时作为整体的快门的平均电压的变化。这些相反的变化可以以在快门的位置的分布电压为中心。
图5a和图5b中的图使用与图4相同的惯例，即在每个快门电极的位置的分布电压被示出为虚线5005、5006，以及相关的快门电极电压被示出为加粗实线。
如图5a和图5b所示，当快门在时间t0和t1之间关闭时，第一快门电极电压高于本地分布电压，且第二快门电极电压低于本地分布电压。这提供这两个电极之间的势垒电压，但是整体来看的两个电极的平均电压不同于分布电压，差异低于势垒电压。例如，如果与分布电压的差异相等且相反，则快门的平均电压可以等于分布电压。为了打开快门，这两个电极的电压可以被改变以降低势垒电压，例如这两个快门电极电压都可以被移向本地分布电压。之后，为了再次关闭快门，第一快门电压可以增加且第二快门电极电压降低。
通过以这种方式使得变化相反，当打开和关闭快门时快门的平均电压的变化可以小于势垒电压的变化。例如，个体快门电极上的变化可以至少部分彼此抵消。
这些不同的电压控制方案可以与各种不同的快门配置使用。图6示出了IMS单元的离子快门。图6A示出的快门包括第一快门电极106和第二快门电极107。如图所示，第一和第二快门电极106、107的每一个包括长导电元件。为了简要，在该示意性附图中快门电极的导体被示出为被相互交叉，由此当看着快门的正面(例如沿着漂移方向看)时可以清楚看到这两导体。但是可以理解的是，其他快门电极的结构是可能的。实际上，不仅导体元件，快门电极本身也是可以以各种不同的方式来布置。
图6b、图6c和图6d示出了不同的可能的结构。这些图的每一个图代表快门的截面图，例如图6A中示出的快门的导体截面图。在这些图的第一个中，即图6B中，可以看到第一快门电极可以在IMS单元的漂移方向与第二快门电极间隔开(例如，快门的主要尺寸的截面)。组成第一快门电极的长导电元件可以沿着漂移方向与第二快门电极的导体元件对齐(也就是说，漂移方向截面没有偏移)。在该配置中，沿着IMS单元的轴观察，第一和第二快门电极的导体可以对齐，由此相互被隐藏。
如图6所示，快门电极106、107的长导体是直的，但是可以理解这样的导体可以以其他配置来设置。例如，每个快门电极106、107的长导体可以被设置成网，例如网格，例如三角形、矩形、六边形或其他规则或不规则网格。
但是没有必要本公开的所有快门都具有这种结构。例如，也可以使用快门电极偏移但是长导体没有对齐(例如如图6c所示)的快门来实施以上参考图1、图2、图3和图4描述的方法和装置。例如它们可以被相互交叉且至少部分是非共平面的，例如在漂移方向间隔开。
如图6d所示，第一快门电极和第二快门电极也可以是共平面的，且这可以在某些控制方案(例如图5a和5b所示的)被使用时尤其有用，但是这不是必须的。
总的来说，参考附图，可以理解示意性功能框图用于指示本申请描述的***和装置的功能。但是可以理解的是，这些功能不需要以这种方式划分，且不应当视为暗示下面描述和要求的以外的任何特殊的硬件结构。图中示出的元素的一个或多个的功能可以进一步被细分，和/或在本公开的装置被分配。在一些实施方式中，在附图中示出的一个或多个元素的功能可以集成到单个功能单元。例如电压提供器可以由具有多个输出通道的单个驱动电路提供，或可以为每一个电压提供器提供单独的驱动电路。电压提供器可以包括用于提供可切换电压的放大器，该可切换电压可以被固定的或被设置为相对于特定参考电压而变化。例如，IMS单元的分布电压可以被用作驱动快门电极的电压提供器的参考电压。本申请描述的电压提供器可以包括AC电源，其可以包括一个或多个升压或降压变压器，电压提供器还可以包括DC电源，例如电池、燃料电池或电容电源存储器。可以使用AC和DC电源的结合且电压提供器可以包括逆变器，该逆变器用于基于DC电源提供AC电压。在一些实施方式中，电压提供器可以包括整流器，该整流器用于基于AC电源提供DC电压。可以使用AC和DC电源和电压提供组件的任意组合。在一些实施方式中，电压提供器还可以操作为电流源。
虽然离子快门在上述示例中被示为在反应区和漂移室之间，但是快门也可以被设置为代替或耦合IMS单元至检测器。这可以允许快门的操作选择特定迁移性的离子(例如具有沿着单元的特定飞行时间的离子)。这可以使得离子在被提供到诸如质谱仪的检测器之前被过滤。
当提及电极时，可以理解的是，可以使用任何导体结构，例如电极可以包括金属或其他导体且可以至少部分被暴露和/或部分绝缘。
上述实施方式被理解为说明性示例。可以设想进一步的实施方式。可以理解的是，关于任意一个实施方式描述的任意特征可以被单独使用，或与描述的其他特征结合，且也可以与任意其他实施方式的一个或多个特征结合使用，或与任意其他实施方式任意组合。此外，在不背离本发明的范围的情况下，以上没有描述的等同和修改也可以被使用，该范围在权利要求书中限定。
在一些示例中，一个或多个存储器元件可以存储用于实施本申请描述的操作的数据和/或程序指令。本公开的实施方式提供有形非暂态存储介质，该有形非暂态存储介质包括程序指令，该程序指令可操作用于对处理器编程以执行本申请描述和/或要求保护的方法的任意一种或多种和/或提供本申请描述和/或要求包含的数据处理装置。
本申请概述的活动和装置可以使用固定逻辑(例如逻辑门的组合)或可编程逻辑(例如处理器执行的软件和/或计算机程序指令)来实施。其他种类的可编程逻辑包括可编程处理器、可编程数字逻辑(例如场可编程门阵列(FPGA)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、专用集成电路ASIC或任意其他种类的数字逻辑、软件、代码、电子指令、闪存、光盘、CD-ROM、DVD ROM、磁卡或光卡、适用于存储电子执行的其他类型的机器可读介质或这些的任意合适组合。

Claims (33)

1.一种控制IMS单元的离子快门的方法，该方法包括通过改变以下两者，控制第一快门电极和第二快门电极之间的势垒电压以打开和关闭所述快门从而允许感兴趣离子在漂移方向通过所述快门：
(a)所述第一快门电极的电压；以及
(b)所述第二快门电极的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一快门电极的所述电压和所述第二快门电极的所述电压关于所述IMS单元的空间变化分布电压而变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一快门电极和所述第二快门电极在所述漂移方向间隔，所述方法包括控制所述第一快门电极和所述第二快门电极中距离所述感兴趣离子最近的一者的电压匹配所述分布电压。
4.根据权利要求3所述的方法，包括控制所述第一快门电极和所述第二快门电极中距离所述感兴趣离子最远的另一者的电压不同于所述分布电压以提供所述势垒电压。
5.根据权利要求2至4中任意所述的方法，包括：
提供匹配所述分布电压的所述第一快门电极的电压并提供不同于所述分布电压的所述第二快门电极的电压以关闭所述快门；
提供匹配所述分布电压的电压给所述第一快门电极和所述第二快门电极以打开所述快门；以及然后
提供不同于所述分布电压的所述第一快门电极的电压，同时所述第二快门电极的电压匹配所述分布电压，以关闭所述快门。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括通过在所述第一快门电极返回到所述分布电压之前改变所述第二快门电极的电压以增加所述势垒电压来在所述快门已经被关闭之后重置所述快门。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中控制所述势垒电压包括在所述第一快门电极和所述第二快门电极的电压中提供相反变化以打开和关闭所述快门。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述相反变化被选择为至少部分避免所述快门的平均电压变化。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述相反变化以所述分布电压为中心。
10.根据权利要求1、2或7至9中任意所述的方法，其中所述第一快门电极和所述第二快门电极是共平面的。
11.根据权利要求1、2或7至9中任意所述的方法，其中所述第一快门电极在所述IMS单元的所述漂移方向与所述第二快门电极间隔开。
12.一种IMS单元，包括：
离子快门，包括第一快门电极和第二快门电极；
第一快门电压提供器，被配置成改变所述第一快门电极电压；以及
第二快门电压提供器，被配置成改变所述第二快门电极电压，
其中所述第一快门电压提供器和所述第二快门电压提供器被配置成通过改变所述第一快门电极电压和所述第二快门电极电压来控制所述第一快门电极和所述第二快门电极之间的势垒电压由此控制感兴趣离子在漂移方向通过所述快门。
13.根据权利要求12所述的IMS单元，其中所述第一快门电极位于所述IMS单元的反应区和所述第二快门电极之间，以及所述第一快门电压提供器被配置成在打开所述快门之前将所述第一快门电极电压匹配到所述IMS单元的空间变化分布电压。
14.根据权利要求13所述的IMS单元，其中所述第二快门电压提供器被配置成通过将所述第二快门电极电压匹配到所述分布电压来打开所述快门。
15.根据权利要求13或14所述的IMS单元，其中所述第一快门电压提供器被配置成通过控制所述第一快门电压不同于所述分布电压以提供所述势垒电压来关闭所述快门。
16.根据权利要求15所述的IMS单元，其中所述第二快门电压提供器被配置成在关闭所述快门之后将所述第二快门电极电压匹配到所述分布电压。
17.根据权利要求16所述的IMS单元，其中所述第一快门电压提供器和所述第二快门电压提供器被配置成通过在所述第一快门电极电压返回到所述分布电压之前改变所述第二快门电极电压以增加所述势垒电压来重置所述快门。
18.根据权利要求12所述的IMS单元，其中所述第一快门电压提供器和所述第二快门电压提供器被配置成在所述第一快门电极电压和所述第二快门电极电压中提供相反变化以打开和关闭所述快门。
19.根据权利要求18所述的IMS单元，其中所述相反变化被选为至少部分避免所述快门的平均电压变化。
20.根据权利要求19所述的IMS单元，其中所述相反变化以所述IMS单元的分布电压为中心。
21.根据权利要求12或18至20所述的IMS单元，其中所述第一快门电极在所述漂移方向与所述第二快门电极间隔开。
22.根据权利要求21所述的IMS单元，其中所述第一和第二快门电极的每一者包括长导体，其中所述第一和第二快门电极的所述长导体在所述漂移方向对齐。
23.根据权利要求12或18至20所述的IMS单元，其中所述第一快门电极和所述第二快门电极是共平面的。
24.根据权利要求23所述的IMS单元，其中所述第一快门电极和所述第二快门电极中的每一者包括被相互交叉的多个长导体。
25.根据权利要求12至24中任意所述的IMS单元，其中所述IMS单元的离子漂移区被配置成将所述感兴趣离子提供给质谱仪。
26.一种用于IMS单元的离子快门，包括第一快门电极和第二快门电极，所述第一和第二快门电极中的每一者包括长导体元件，其中所述第一快门电极在所述IMS单元的漂移方向与所述第二快门电极间隔开，以及所述第一快门电极的所述长导体元件在所述漂移方向与所述第二快门电极的所述长导体元件对齐。
27.根据权利要求12至20中的任意所述的IMS单元，其中所述离子快门由权利要求26所述的离子快门提供。
28.一种用于IMS单元的控制装置，该控制装置包括：
第一快门电压提供器，用于改变所述IMS单元的离子快门的第一快门电极的电压；以及
第二快门电压提供器，用于改变所述离子快门的第二快门电极的电压，
其中所述第一快门电压提供器和所述第二快门电压提供器被配置成在所述第一快门电极和所述第二快门电极的电压中提供相反变化以改变势垒电压从而打开和关闭所述快门。
29.根据权利要求28所述的控制装置，其中所述相反变化被选为至少部分避免所述快门的平均电压变化。
30.根据权利要求29所述的控制装置，其中所述相反变化以所述IMS单元的分布电压为中心。
31.一种用于IMS单元的控制装置，包括：
第一快门电压提供器，用于改变离子快门的第一快门电极的电压；以及
第二快门电压提供器，用于改变所述离子快门的第二快门电极的电压，其中
所述第一快门电压提供器被配置成在所述快门打开之前将所述第一快门电极电压匹配到所述IMS单元的分布电压；
所述第二快门电压提供器被配置成通过将所述第二快门电极电压匹配到所述分布电压来打开所述快门；以及
所述第一快门电压提供器被配置成通过控制所述第一快门电压不同于所述分布电压以提供势垒电压以关闭所述快门。
32.根据权利要求31所述的控制装置，其中所述第一快门电压提供器和所述第二快门电压提供器被配置成通过在将所述第一快门电极电压返回到所述分布电压之前改变所述第二快门电极电压以增加所述势垒电压来重置所述快门。
33.一种装置，包括IMS单元和质谱仪，该IMS单元具有根据权利要求1至25中任意项的特征，其中所述IMS单元被布置为向所述质谱仪提供感兴趣离子。
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