用于离子迁移谱的设备和方法技术

一种用于离子迁移谱的方法，包括：(i)向一个漂移空间中引入一个离子包；(ii)使这些离子穿过该漂移空间，其中这些离子根据其离子迁移率分离；并且(iii)将已穿过该漂移空间的这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，其中这些离子可以根据其离子迁移率进一步分离，其中该反射或偏转发生在处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中。该漂移空间可以重复使用多次，以延长分离路径长度。可以实现离子分离的高分辨率。该方法可以使得在具有不同分辨率和分离速度的模式之间能够切换。具有低压的这些区域优选允许惯性离子运动，其中离子与气体的碰撞之间的平均自由程比在离子迁移分离阶段中显著更长。该低压反射或偏转区域使得能够提供离子的飞行时间聚焦，而在其中不发生离子迁移分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于离子迁移谱的设备和方法专利
本专利技术涉及用于离子迁移谱(IMS)的设备和方法。这些设备和方法适于与质谱(MS)组合使用，例如，在混合IMS/MS仪中。专利技术背景已知的离子迁移谱仪典型地包括一个漂移管，其中导致离子在一个所施加的恒定电场的影响下漂移通过一个空间。已提出了漂移管的不同构造。漂移管可以例如包括沿着该光谱仪的长度轴向间隔开的一系列环状电极，其中在相邻环状电极之间维持一个恒定电势差，这样使得在轴向方向上产生一个恒定电场。向含有一种缓冲气体的漂移管中引入一个离子脉冲，并且当这些离子在该恒定电场的影响下行进通过该管时，它们获得一个恒定的漂移速度，并且根据其离子迁移率而在轴向方向上分离。该缓冲气体经常被安排成在与离子行进的方向相反的方向上流动。一个离子迁移谱仪可以作为用于离子分离的装置独立操作或者它可以在所谓的混合IMS仪中与其他离子分离装置组合使用。混合IMS仪的实例包括基于液相色谱IMS(LC-IMS)、气相色谱IMS(GC-IMS)以及IMS质谱(IMS-MS)的那些。后一种类型的仪器是一种有力的分析工具，它采用质谱来进一步分离和/或鉴别离子迁移谱图中的峰。可以组合两种以上分离技术，例如，LC-IMS-MS。离子迁移谱仪可以是在大气压下可操作的(参见，例如，US5162649)并且可以提供高达150的分辨率(参见，例如，吴(Wu)等人，分析化学(Anal.Chem.)1998，70，4929-4938)。然而，在较低压力下操作更适合混合IMS-MS仪(参见例如，US5905258和WO01/64320)以提高分离速度并且减少离子损失。离子迁移谱仪在较低压力下的操作时常导致较大的扩散损失和较低的分辨率。为了应对扩散损失的问题，可以在漂移管中安排一个RF伪电势阱(pseudo-potentialwell)，以径向地限制离子，这样使得该RF伪电势阱用作离子导向器并且可以用于有效地运送离子(参见例如US6630662)。在对离子迁移谱仪的一个修改中，US6914241描述了可以如何通过沿着包括多个轴向间隔开的电极的离子迁移谱仪或RF离子导向器的长度逐步施加瞬态DC电压来根据其离子迁移率分离离子。离子迁移谱仪可以包括一个RF离子导向器，如多极杆组(multipolerodset)或叠环组(stackedringset)。该离子导向器在轴向方向上分段，这样使得可以对每个区段施加独立的瞬态DC电势。该瞬态DC电势叠加到一个RF电压的顶部之上，该RF电压用于径向限制离子和/或任何恒定的DC偏移电压。瞬态DC电势从而产生一个所谓的行波，该行波沿着离子导向器的长度在轴向方向上移动并且用于使离子沿着离子迁移谱仪的长度移动。在以上类型的离子迁移谱仪中，离子沿着离子导向器被推进并且离子可以根据其离子迁移率来分离。然而，为了在相对低的压力下实现离子迁移分离的高分辨率或分辨力，必须采用一个相对长的漂移管，以便保持在所谓的低场极限内，如下文更详细地描述。为了在一个RF离子导向器中根据离子迁移率沿轴向方向来分离离子，可以产生正交于用于进行径向限制的径向RF场的一个轴向DC电场。如果施加了一个恒定的轴向电场E，以便移动离子沿着并且通过含有气体的一个离子导向器，则离子将根据下式获得特征速度v：v＝E*K(等式1)其中K是离子迁移率。为了在所谓的低场状态下维持离子迁移分离，在低场状态下离子不从驱动场接受足够动能，E(单位：V/m)与背景气体压力P(单位：毫巴)的比应保持为低于约200V/(m*毫巴)的值。同时，根据离子迁移率(FWHH)的分离的分辨力R受限于扩散并且可以近似估算为：(等式2)其中z是离子的电荷态，L是分离长度(m)，T是背景气体温度(绝对温度)，e是元电荷(1.602*10-19库仑)并且k是玻尔兹曼常数(1.38*10-23J/K)。更精确的计算可以见于例如G.E.斯潘格勒(G.E.Spangler)，“线性离子迁移谱仪的分辨力的扩展理论(ExpandedTheoryfortheresolvingpowerofalinearionmobilityspectrometer)”，国际质谱分析杂志(Int.J.MassSpectrom.)220(2002)399-418。由于E的增加受到低场条件的限制，并且T的降低与繁琐的低温技术相关，可见取得更高的R的唯一方法是增加分离长度L。然而，增加分离长度会由于空间典型地受限而成为问题。对现有技术WO2008/104771、GB2447330以及GB2457556中提出的增加分离长度的问题的一个解决方案是卷曲离子迁移漂移管。然而，在那种情况下漂移管的构造变得复杂，并且在不需要迁移分离的情况下妨碍离子快速转移通过光谱仪。在WO2008/028159和US2011/121171中披露了一种紧凑的离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪具有一种多回转或跑道型构型，其中离子遵循一个闭合的圆形路径。仅窄范围的离子迁移率保持在圆形轨迹上，但是分辨力可以达到数百。同样，漂移管的构造变得复杂。鉴于以上背景，进行了本专利技术。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于离子迁移谱的方法，包括：(i)向一个漂移空间中引入一个离子包(packet)；(ii)使这些离子穿过该漂移空间，其中这些离子根据其离子迁移率分离；并且(iii)将已穿过该漂移空间的这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，其中这些离子可以根据其离子迁移率进一步分离。该反射或偏转发生在处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪包括：一个漂移空间，该漂移空间用于根据离子迁移率将来自一个离子源的离子分离；以及一个离子镜或偏转器，该离子镜或偏转器用于接收已穿过该漂移空间的离子并且将这些离子反射或偏转回到该漂移空间以再次穿过该漂移空间。该离子镜或离子偏转器位于处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中。根据本专利技术的又另一个方面，提供了一种离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪包括：一个漂移空间，该漂移空间用于根据离子迁移率分离离子；以及至少一个离子镜或至少一个离子偏转器，该离子镜或偏转器定位成邻近于该漂移空间的一个或两个末端、用于接收来自该漂移空间的离子并且使这些离子返回到该漂移空间中，这个或这些离子镜或这个或这些离子偏转器的区域中的压力使得这些离子根据其离子迁移率的分离不发生在该区域。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于离子迁移谱的方法，其中离子经受多阶段的离子迁移分离以及多阶段的惯性离子运动，其中这些惯性离子运动阶段中的离子与气体的碰撞之间的平均自由程比在这些离子迁移分离阶段中显著更长，其中各个惯性离子运动阶段处于相继的离子迁移分离阶段之间。根据本专利技术的仍然另一个方面，提供了一种离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪包括：一个或多个漂移空间，该一个或多个漂移空间用于根据离子迁移率分离离子；以及一个或多个区域，该一个或多个区域用于允许这些离子进行惯性离子运动，其中它们在与气体的碰撞之间的平均自由程比在该一个或多个漂移空间中显著更长，其中该一个或多个区域中的每一个被配置来接收来自该一个或多个漂移空间中的一个的离子并且包括离子光学部件，以将这些离子引导到该一个或多个漂移空间中的同一个或另一个中，借此该一个或多个漂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于离子迁移谱的方法，包括：(i)向一个漂移空间中引入一个离子包；(ii)使这些离子穿过该漂移空间，其中这些离子根据其离子迁移率分离；并且(iii)将已穿过该漂移空间的这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，其中这些离子可以根据其离子迁移率进一步分离，其中该反射或偏转发生在处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.21 GB 1202895.71.一种用于离子迁移谱的方法，包括：(i)向一个漂移空间中引入一个离子包；(ii)使这些离子穿过该漂移空间，其中这些离子根据其离子迁移率分离；并且(iii)将已穿过该漂移空间的这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，其中这些离子可以根据其离子迁移率进一步分离，其中该反射或偏转通过使用离子镜或偏转器而发生在处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中，其中在离子镜或偏转器中离子与气体的碰撞之间的平均自由程显著长于离子在离子镜或偏转器中的路径长度。2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(iii)之后，该方法包括每次根据需要将步骤(ii)和(iii)轮流重复多次，以获得一个所需的离子分离长度或分辨力。3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(iii)包括将已在一个第一方向上穿过该漂移空间的这些离子在与该第一方向相反的一个第二方向上反射或偏转回到该漂移空间中。4.如权利要求3所述的方法，进一步包括(iv)将已在该第二方向上穿过该漂移空间的这些离子再次在该第一方向上反射或偏转回到该漂移空间中，其中该反射或偏转再次通过使用离子镜或偏转器发生在处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中，其中在离子镜或偏转器中离子与气体的碰撞之间的平均自由程显著长于离子在离子镜或偏转器中的路径长度。5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在步骤(iv)之后，根据需要将步骤(iii)和(iv)轮流重复多次。6.如权利要求3至5中任一项所述的方法，进一步包括沿着该漂移空间提供一个可切换的轴向电场，以轮流在该第一和第二方向上驱动这些离子。7.如权利要求1所述的方法，其中有两个离子镜或两个离子偏转器被包含在处于低于该漂移空间的压力下的区域中，其中这些区域邻近于该漂移空间的相反末端，用于在该漂移空间的每个末端反射或偏转这些离子。8.如权利要求1或7所述的方法，其中该漂移空间填充有一种缓冲气体，并且包含这个或这些离子镜、或这个或这些离子偏转器的这个或这些区域处于高真空。9.如权利要求1或7所述的方法，其中这些离子根据其离子迁移率进行的分离不发生在包括这个或这些离子镜、或这个或这些离子偏转器的这个或这些区域内。10.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过一个非线性电场反射或偏转这些离子。11.如权利要求10所述的方法，其中该非线性电场提供这些离子的飞行时间聚焦。12.如权利要求11所述的方法，其中该非线性电场是一个抛物线场或多项式场。13.如权利要求11或12所述的方法，进一步包括加速这些离子，之后立即在该非线性电场中反射或偏转这些离子。14.如权利要求1-5中任一项所述的方法，进一步包括在将离子通过其离子迁移率分离之后，从该漂移空间中抽取这些离子。15.如权利要求14所述的方法，其中通过一个离子镜或离子偏转器从该漂移空间中抽取这些离子。16.如权利要求14所述的方法，进一步包括在进一步处理之前将所抽取的离子储存在一个离子储存装置中，该进一步处理包括以下中的一项或多项：进一步的离子迁移分离、离子碎裂以及质量分析。17.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中通过一个离子镜或一个离子偏转器将这些离子引入该漂移空间中。18.一种离子迁移谱仪，包括：一个漂移空间，该漂移空间用于根据离子迁移率分离离子；以及一个离子镜或离子偏转器，该离子镜或离子偏转器用于接收已穿过该漂移空间的离子并且将这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，其中该离子镜或离子偏转器位于处于低于该漂移空间的压力下的一个区域中并且在离子镜或离子偏转器中离子与气体的碰撞之间的平均自由程显著长于离子在离子镜或偏转器中的路径长度。19.如权利要求18所述的离子迁移谱仪，其中该离子镜或离子偏转器用于接收已在一个第一方向上穿过该漂移空间的离子，并且将这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，以在与该第一方向相反的一个第二方向上穿过该漂移空间。20.如权利要求19所述的离子迁移谱仪，其中该离子镜或偏转器是一个第一离子镜或偏转器，并且该离子迁移谱仪进一步包括一个第二离子镜或偏转器，该第二离子镜或偏转器用于接收已在该第二方向上穿过该漂移空间的离子，并且将这些离子反射或偏转回到该漂移空间中，以再次在该第一方向上穿过该漂移空间。21.如权利要求20所述的离子迁移谱仪，其中该两个离子镜或偏转器构成定位成邻近于该...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·马卡洛夫，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE