本公開涉及離子遷移譜分析方法和裝置，以及尤其涉及用于飛行時(shí)間離子遷移譜分析的方法和裝置，并且還尤其針對(duì)在雙模式離子遷移譜單體(cell)中使用的方法和裝置。

背景技術(shù)：

離子遷移譜儀(ims)可以通過使材料離子化并測(cè)量所得到的離子在已知電場(chǎng)下行進(jìn)已知距離所花費(fèi)的時(shí)間來從感興趣樣本中識(shí)別材料。每個(gè)離子的飛行時(shí)間可以通過檢測(cè)器來測(cè)量，并且飛行時(shí)間與離子通過氣體的遷移率相關(guān)聯(lián)。離子的遷移率與其質(zhì)量和碰撞截面有關(guān)。因此，通過測(cè)量檢測(cè)器中離子的飛行時(shí)間，推斷離子的身份是可行的。這些飛行時(shí)間可以圖形地或數(shù)字地被顯示為等離子圖。

不同材料產(chǎn)生不同的帶電離子。離子遷移譜儀可以被用于篩選違禁品諸如爆炸物和麻醉品的痕跡。麻醉品通常可以在以正模式操作的ims中可檢測(cè)，而麻醉品可以在負(fù)模式中可檢測(cè)。一些化學(xué)武器制劑可以在正模式中被檢測(cè)，以及其它違禁品可以在負(fù)模式中被檢測(cè)。因此一些ims設(shè)備包括正模式單體和負(fù)模式單體二者。

在空間資源和電力資源不受限制的情況下，提供正模式ims單體和負(fù)模式ims單體二者是沒有問題的。在手持式設(shè)備中，對(duì)設(shè)備的大小和重量都存在約束。在ims電源單元中使用的材料的介電擊穿問題也對(duì)ims裝置施加電壓相關(guān)的大小約束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的方面和示例在隨附權(quán)利要求中陳述。

附圖說明

現(xiàn)在將通過結(jié)合附圖僅以示例的方式來描述一些實(shí)施方式，其中：

圖1示出ims單體的示意性剖視圖；

圖2是在諸如圖1所示的ims單體中使用的結(jié)合的離子門和檢測(cè)器的圖示；以及

圖3是在諸如圖1所示的ims單體中使用的結(jié)合的排斥極電極和檢測(cè)器的圖示。

具體實(shí)施方式

本公開的實(shí)施方式提供雙模式ims裝置，其中電場(chǎng)被提供以使正離子沿著漂移室向著正離子的檢測(cè)器移動(dòng)。相同的電場(chǎng)還使負(fù)離子在其他方向沿著漂移室向著負(fù)離子的檢測(cè)器移動(dòng)。位于一側(cè)的負(fù)離子的檢測(cè)器和正離子源通過漂移室與另一側(cè)的正離子的檢測(cè)器和負(fù)離子源分離。因此本公開的實(shí)施方式提供單個(gè)雙模式ims單體，其可以使用單個(gè)電壓分布來使不同極性的離子以不同方向移動(dòng)。因此本公開的實(shí)施方式可以使用單個(gè)公共電源來使正離子和負(fù)離子二者移動(dòng)。這種ims裝置的一種示例在圖1中被示出。

本公開的實(shí)施方式還提供適用于用作檢測(cè)器的離子門。這種離子門可以在參考圖1所描述的裝置中使用。本公開的另一實(shí)施方式提供適用于作為檢測(cè)器操作的排斥極電極。這種排斥極電極還可以在諸如參考圖1所描述的裝置中被使用。

圖1示出離子遷移譜儀100，該離子遷移譜儀100包括漂移室104，第一離子源102-1、108-1、第二離子源102-2、108-2，第一離子檢測(cè)器106-1、110-1和第二離子檢測(cè)器106-2、110-2。所述第一離子源102-1、108-1和所述第二檢測(cè)器106-2、110-2被布置在所述漂移室104的一端且所述第二離子源102-2、108-2和所述第一檢測(cè)器106-1、110-1被布置在漂移室104的另一端。

所述第一檢測(cè)器106-1、110-1可以包括用于收集正離子的第一收集電極106-1和耦合到所述第一收集電極106-1的第一信號(hào)確定器110-1。類似地所述第二檢測(cè)器106-2、110-2可以包括用于收集負(fù)離子的第二收集電極106-2和耦合到所述第二收集電極106-2的第二信號(hào)確定器110-2。

所述第一信號(hào)確定器110-1和所述第二信號(hào)確定器110-2可以被耦合至控制器112。所述控制器112還可以被耦合至所述第一離子源102-1、108-1和所述第二離子源102-2、108-2并且被耦合至電場(chǎng)施加器，該電場(chǎng)施加器被布置成提供電場(chǎng)以使正離子從所述第一離子源102-1、108-1向著所述第一離子檢測(cè)器移動(dòng)，并使負(fù)離子從所述第二離子源102-2、108-2移動(dòng)至所述第二檢測(cè)器。

所述電場(chǎng)施加器可以包括多個(gè)電極和電壓供應(yīng)器114。例如，一系列漂移電極120可以沿著所述漂移室104被布置。所述電壓供應(yīng)器114可以被耦合至所述漂移電極120并被耦合至所述第一收集電極和所述第二收集電極。所述電壓供應(yīng)器114和所述漂移室104中的所述漂移電極120一起提供沿著所述漂移室104的選擇的電壓分布，以使正離子以一個(gè)方向沿著所述漂移室104移動(dòng)并使負(fù)離子以另一方向(例如使它們以相反方向移動(dòng))移動(dòng)。因此，相同的電場(chǎng)使正離子向著所述第一收集電極106-1移動(dòng)，并且使負(fù)離子向著所述第二收集電極106-2移動(dòng)。在一些可行性方式中，所述電場(chǎng)施加器被布置以提供電壓分布，該電壓分布關(guān)于所述漂移室104的中點(diǎn)對(duì)稱，例如所述漂移室104的中點(diǎn)處的電壓分布可以是基于參考電壓的，例如其可以接地(例如，耦合至限定沿著所述漂移室104的電壓分布的最小電源電壓和最大電源電壓之間的分壓器的中點(diǎn))。

所述第一信號(hào)確定器和所述第一收集電極被配置成一起作為檢測(cè)器操作，其中所述第一信號(hào)確定器基于離子到達(dá)所述第一收集電極來提供檢測(cè)信號(hào)，諸如電流或電壓。所述第一信號(hào)確定器被配置成向所述控制器提供檢測(cè)信號(hào)，并還可以被配置成使所述控制器112與所述第一收集電極的電壓隔離(所述第一收集電極可以處于與所述控制器112非常不同的電壓，由于施加的所述電壓使離子沿著所述漂移室104移動(dòng))。例如，所述第一信號(hào)確定器可以包括隔離運(yùn)算放大器。所述第二檢測(cè)器可以是相同的，并且同樣地所述第二收集電極還可以處于與所述控制器112非常不同的電壓并且因此所述第二信號(hào)確定器還可以被配置成向所述控制器112提供檢測(cè)信號(hào)，以及還使所述控制器112與所述第二收集電極的電壓隔離。

所述第一離子源102-1、108-1和所述第二離子源102-2、108-2可以各自包括入口102，諸如孔或膜，用于引入將被離子化的材料樣本。它們還可以包括用于施加離子化能量來使材料離子化的離子發(fā)生器。離子發(fā)生器的示例包括電暈放電源和其它離子化輻射源。所述離子發(fā)生器可以被配置成通過控制器控制以選擇離子發(fā)生器的操作的定時(shí)。每個(gè)入口102可以被布置成從氣態(tài)流體流101獲得氣態(tài)流體樣本，諸如氣體或蒸汽。所述ims可以被布置成提供相同的氣態(tài)流體流通過所述第一離子源102-1、108-1和所述第二離子源102-2、108-2二者的入口。所述第一離子源102-1、108-1和所述第二離子源102-2、108-2還可以各自包括離子門，諸如布拉德伯里-尼爾森(bradbury-nielsen)門，或者廷德爾-鮑威爾(tyndall-powell)門。

所述漂移室104可以包括布置成向著所述漂移室104的中間的漂移氣體入口116，布置在所述漂移氣體入口116和所述第一離子源102-1、108-1之間的第一漂移氣體出口118，以及布置在所述漂移氣體入口116和所述第二離子源102-2、108-2之間的第二漂移氣體出口118。因此，所述ims可以被配置成提供漂移氣體流，其方向通常與負(fù)離子和正離子二者從它們的源到所述第一或第二檢測(cè)器118的行進(jìn)路徑相反。示例漂移氣體包括但不限于，氮?dú)?、氦氣、空氣、再循環(huán)的空氣(例如，被凈化和/或干燥的空氣)，所述漂移氣體可以摻雜有例如氨氣或丙酮或其它材料。

在操作中，氣態(tài)流體流可以被吸引通過所述第一離子源102-1、108-1和所述第二離子源102-2、108-2中每一者的入口102。所述控制器112可以觸發(fā)離子源以從將被離子化的流中獲得氣態(tài)流體樣本。所述控制器112可以操作所述第一離子源102-1、108-1來使所述樣本離子化以提供正離子。所述控制器112還能夠操作所述第二離子源102-2、108-2以提供負(fù)離子。

所述控制器112然后可以操作離子門以允許正離子從所述第一離子源102-1、108-1沿著漂移室104行進(jìn)，沿著由所述電場(chǎng)施加器提供的電壓分布向下，并通過漂移氣體流到達(dá)所述第一檢測(cè)器106-1的收集電極。所述控制器112還可以操作另一離子門以允許負(fù)離子在另一方向行進(jìn)，從所述第二離子源102-2、108-2沿著由所述電場(chǎng)施加器提供的電壓分布向上，并通過所述漂移氣體流到達(dá)所述第二檢測(cè)器的收集電極。

所述控制器112可以被配置成使離子門的打開定時(shí)交錯(cuò)，以使得所述正離子和負(fù)離子不必同時(shí)沿著所述漂移室104行進(jìn)。例如，所述控制器112可以被配置成基于打開所述第二離子門的定時(shí)來選擇打開所述第一離子門的定時(shí)。

所述控制器112還可以被配置成基于鄰近的離子發(fā)生器的操作的定時(shí)來選擇每個(gè)檢測(cè)器的操作的定時(shí)。例如，所述控制器112可以基于所述第一離子發(fā)生器的操作的定時(shí)來選擇所述第二檢測(cè)器的操作的定時(shí)，例如，所述控制器112可以被配置成使得當(dāng)所述第一離子發(fā)生器正施加能量以使樣本離子化時(shí)，所述第二檢測(cè)器關(guān)閉，例如所述收集電極可以與所述信號(hào)確定器隔離。按照相同的方式，所述第一檢測(cè)器的操作的定時(shí)可以基于所述第二離子發(fā)生器的操作的定時(shí)被選擇，以避免檢測(cè)器和離子發(fā)生器一起被操作。

所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器中每一者的收集電極還可以被配置成提供離子門。例如，所述第一離子源102-1、108-1的離子門106可以提供所述第二檢測(cè)器的收集電極。因此，所述第二檢測(cè)器的信號(hào)確定器可以被耦合以檢測(cè)負(fù)離子從第二離子源102-2、108-2至第一離子門106(第二收集電極)的到達(dá)，反之亦然。例如，所述第一離子門106能夠可操作于門控模式以控制正離子從所述第一離子源102-1、108-1通向至至所述第一檢測(cè)器，以及以離子檢測(cè)模式被操作來收集將被所述第二檢測(cè)器檢測(cè)的負(fù)離子。以下參考圖2描述適用于以這種方式使用的結(jié)合的離子門106和檢測(cè)器的一個(gè)示例。

在一些其它示例中，每個(gè)檢測(cè)器的收集電極可以通過用于移動(dòng)離子離開生成所述離子的離子源的排斥極電極來提供。例如，所述第一離子源102-1、108-1可以包括耦合至所述電壓供應(yīng)器114的第一排斥極，用于向著第一檢測(cè)器移動(dòng)正離子。然而該第一排斥極電極還可以被耦合至所述第二檢測(cè)器的信號(hào)確定器，以使得所述排斥極電極可以充當(dāng)收集電極，以便檢測(cè)負(fù)離子的到達(dá)，而且還排斥正離子。在以這種方式使用排斥極電極的情況中，屏蔽電極(screeningelectrode)可以被布置成在離子到達(dá)排斥極電極之前抑制離子在檢測(cè)器中感應(yīng)信號(hào)。參考圖3描述結(jié)合的排斥極電極和檢測(cè)器的一個(gè)示例。然而將理解的是，ims中的其它結(jié)構(gòu)可用于檢測(cè)離子。

圖2包括圖2-a和圖2-b。圖2-a示出結(jié)合的離子門和檢測(cè)器的圖示。圖2-b示出包括圖2-a中示出的結(jié)合的離子門和檢測(cè)器的ims裝置100'的局部剖面的平面圖。

圖2-a示出被布置成提供用于離子遷移譜儀的離子檢測(cè)器的離子門106。圖2-a中示出的離子門106包括多個(gè)導(dǎo)體，該多個(gè)導(dǎo)體被布置成提供布拉德伯里-尼爾森門。還可以使用廷德爾-鮑威爾離子門布置和其它布置。

離子門106包括兩個(gè)電極，每個(gè)電極包括多個(gè)伸延的導(dǎo)體，其可以彼此對(duì)齊，例如并行地，以提供導(dǎo)體網(wǎng)格。所述導(dǎo)體中的另一些可以被電耦合至一起以提供獨(dú)立的可控電極。如圖2-a中所示(以及在圖2-b的截面圖中所示)，所述離子門106的第一電極的導(dǎo)體可以在所述第一電極的導(dǎo)體之間交錯(cuò)。在一些實(shí)例中，第一和第二電極可以是共面的，例如所述導(dǎo)體可以相間錯(cuò)雜。然而在一些示例中，兩個(gè)電極可以彼此偏移，例如，在沿著ims單體的離子的行進(jìn)方向上偏移。

門控電壓供應(yīng)器114被耦合至所述離子門106，用于控制所述第一電極和所述第二電極的電壓。所述第一電極可以被耦合至所述電壓供應(yīng)器114的第一輸出。所述第二離子門106電極可以被耦合至所述電壓供應(yīng)器114的第二輸出。

信號(hào)確定器110被耦合至所述第一和第二電極中的一者，用于檢測(cè)離子在該電極處的到達(dá)。所述信號(hào)確定器110可以被耦合以向ims裝置的控制器(諸如圖1所示的ims100的控制器112)提供檢測(cè)信號(hào)，例如用于從樣本中鑒定材料，例如通過提供等離子譜圖。

所述信號(hào)確定器110可以包括隔離放大器，例如適用于存在高共模電壓(例如，儀器接地和信號(hào)接地之間的電位差)的情況中小信號(hào)的測(cè)量的差分放大器。所述信號(hào)確定器可以被配置成提供在微微安級(jí)(picoamp)范圍內(nèi)的分辨率，并且可以被配置成將其提供在存在至少100伏特，例如至少500伏特的共模電壓的情況中。在一些實(shí)施方式中，所述共模電壓可以與施加在門電極之間的電壓相關(guān)聯(lián)，以關(guān)閉門，以及可以例如是大約100伏特。在一些配置中，作為整體的門可以具有至少500伏特的平均電壓，并且所述隔離放大器可以被配置為在這些情況下提供微微安分辨率。這些僅僅是示例性的并且一些實(shí)施方式可以要求更大或更小的分辨率并且可以在存在更大或更小共模電壓的情況中使用。合適的隔離放大器的一個(gè)示例是由德克薩斯儀器公司(texasinstrumentsinc.)生產(chǎn)的iso124或由xppower，horseshoepark,pangbourne,reading,berkshire,uk,rg87jw生產(chǎn)的ifs系列的放大器?？梢允褂闷渌愋偷母綦x放大器。

所述電壓供應(yīng)器114被配置成通過控制所述第一電極和所述第二電極的相對(duì)電壓來控制門106。這可以控制離子通過所述離子門106。例如，所述電壓供應(yīng)器114可以被配置成保持一個(gè)電極的電壓固定(例如耦合到參考電壓)并且改變另一個(gè)電極的電壓以打開和關(guān)閉門。例如，在所述第一和第二電極的電勢(shì)相似時(shí)，例如，當(dāng)電極處于等電位時(shí)，所述門可以被“打開”。所述電壓供應(yīng)器114可以被配置成通過在所述第一電極和所述第二電極之間施加電壓來使行進(jìn)通過所述門的離子偏轉(zhuǎn)。將理解的是，以這種方式“關(guān)閉”所述門106可以使離子通過門的行進(jìn)路徑偏轉(zhuǎn)，例如離子可以被向著一個(gè)電極或其它電極吸引(例如被迫使至一個(gè)電極或其它電極上)。

在所述離子門106的第一電極被保持在選擇的(例如，固定的)電壓且所述信號(hào)確定器可以被耦合以檢測(cè)在所述第一電極處的離子的到達(dá)的示例中，例如所述信號(hào)確定器的輸入可以被耦合至所述固定電極。例如，所述檢測(cè)器可以包括隔離放大器，該隔離放大器具有耦合至所述固定電極的輸入，所述放大器的另一輸入可以被耦合至其輸出，例如經(jīng)由某種電容，例如所述放大器可以被配置為積分器。在一些實(shí)施方式中，所述控制器可以被配置成保護(hù)所述信號(hào)確定器免受與打開和關(guān)閉所述離子門相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)信號(hào)的影響，例如所述控制器可以被配置成在打開或關(guān)閉所述門之前將所述信號(hào)確定器的輸入(例如，放大器輸入)與所述離子門隔離，以及配置成在所述門已經(jīng)被關(guān)閉之后將輸入重新連接至離子門一選擇時(shí)間。可以提供電可操作的開關(guān)，例如晶體管或繼電器或隔離所述放大器的輸入的其它裝置，并且該電可操作開關(guān)可以被耦合到所述控制器和用于該目的的信號(hào)確定器的輸入。

圖2-b示出包括漂移室104、第一離子源102-1、108-1和第一離子檢測(cè)器的雙模式ims單體的圖示，第一離子檢測(cè)器包括布置成提供檢測(cè)器的電極的離子門106-1，例如，圖2-b的離子門106-1可以包括諸如參考圖2-a描述的裝置。

圖2-b中示出的ims單體還包括第二離子源102-2、108-2和第二離子檢測(cè)器106-2，第二離子檢測(cè)器106-2也可以由離子門提供。所述第一離子源102-1、108-1和所述第二檢測(cè)器106-2被布置在所述漂移室的一端并且所述第二離子源102-2、108-2和所述第一檢測(cè)器106-1被布置在所述漂移室104的另一端。

圖2-b中示出的裝置包括用于引入將被離子化的材料的入口102-2、以及布置用于使所述材料離子化的離子發(fā)生器108-2。所述入口102-2和離子發(fā)生器108-2一起可以提供所述第二離子源102-2、108-2，例如諸如以上參考圖1描述的離子源。還可以使用其它種類的離子源。

如圖2-b中所示，所述ims100'包括每一端處的入口102-1、102-2，其中一個(gè)用于所述第一離子源102-1、108-1以及一個(gè)用于所述第二離子源102-2、108-2。從圖2-b可以看出這些入口可以不彼此對(duì)齊并且可以例如偏移漂移室104的中心軸。這還可以是諸如參考圖1和圖3-b描述的其它實(shí)施方式以及另外的實(shí)施方式中的情況。

所述離子門106-1(其可以提供所述第一檢測(cè)器的收集電極)被布置跨越ims單體以包圍所述第二離子源102-2、108-2并且可以被耦合至如圖2-a所示的電壓供應(yīng)器114和離子門106。在圖2-b所示的示例中，所述ims單體還包括屏蔽電極122和彼此間隔開的漂移電極120以及沿著所述ims單體的離子門106。所述屏蔽電極122可以在所述ims單體中被布置在所述漂移電極120和所述門106-1之間。所述漂移電極120、所述屏蔽電極122和所述離子門106可以被耦合至所述電壓供應(yīng)器114。

所述漂移電極120可以被配置成沿著所述漂移室104提供電壓分布以按照一個(gè)方向移動(dòng)正離子并按照另一方向移動(dòng)負(fù)離子。所述屏蔽電極122可以被配置成使鄰近的檢測(cè)器至少部分地從電場(chǎng)屏蔽，以便在離子到達(dá)所述第一檢測(cè)器的離子門106-1之前抑制對(duì)離子從所述第二離子源102-2、108-2行進(jìn)的檢測(cè)。

圖2-b中所示的ims單體的操作可以如以上參考圖1描述的進(jìn)行。所述電壓供應(yīng)器114可以打開所述離子門106-1以允許離子從所述第二離子源102-2、108-2沿著漂移室104向所述第二檢測(cè)器106-2行進(jìn)。然后所述電壓供應(yīng)器114通過在該門的第一電極和第二電極之間施加電壓差來關(guān)閉所述離子門106-1。在該門106-1關(guān)閉的情況下，其可以操作以監(jiān)測(cè)離子，例如施加以關(guān)閉所述門的電壓可以被選擇以促使正離子在所述檢測(cè)器耦合至的門電極上被收集。信號(hào)確定器可以被配置成在所述離子門106-1被關(guān)閉的時(shí)間間隔期間檢測(cè)離子的到達(dá)并且被配置成在所述離子門106-1是打開的時(shí)間間隔期間斷開離子門106-1或從離子門106-1解耦合。

圖3示出適用于在雙模式單體中使用的ims裝置100"中的離子源的可替代的布置。圖3中所示的離子源包括用于引入將被離子化的材料的入口，和布置成使材料離子化的離子發(fā)生器。圖3中所示的裝置包括排斥極電極119。該排斥極電極119可以被耦合至電壓供應(yīng)器114并且與漂移電極120一起使用以提供電壓分配，該電壓分配用于沿著所述漂移室104向所述漂移室104的另一端的檢測(cè)器(以及另一離子源)移動(dòng)離子離開離子發(fā)生器(圖3中未示出)。圖3的裝置可以包括離子門，諸如布拉德伯里-尼爾森門或者廷德爾-鮑威爾門。

所述排斥極電極119還可以被耦合至適用于響應(yīng)于離子到達(dá)排斥極電極119來提供檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)確定器。例如，所述電壓供應(yīng)器114可以被配置成移動(dòng)正離子離開所述排斥極電極119并且所述信號(hào)確定器可以被配置成檢測(cè)負(fù)離子至排斥極電極119的到達(dá)(反之亦然)。

圖3中示出的信號(hào)確定器110可以包括隔離放大器，例如適用于在存在高共模電壓(例如，儀器接地和信號(hào)接地之間的電位差)的情況中測(cè)量小信號(hào)的差分放大器。如以上參考圖1所示實(shí)施方式所闡釋的，所述信號(hào)確定器可以被配置成在存在與排斥極電極處的電壓相關(guān)聯(lián)的共模電壓的情況下提供微微安級(jí)范圍的電流的分辨率，例如，至少100伏特的電壓，例如至少600伏特。

圖3示出的裝置可以包括控制器(圖3中未示出)，該控制器被配置成控制所述離子發(fā)生器108'的操作的定時(shí)。該控制器可以被配置成基于所述離子發(fā)生器108的操作的定時(shí)來選擇所述信號(hào)確定器110的操作的定時(shí)。例如，該控制器可以被配置成操作所述信號(hào)確定器以檢測(cè)離子在所述離子發(fā)生器108被關(guān)閉時(shí)的間隔期間的到達(dá)。所述控制器可以被配置成保護(hù)信號(hào)確定器免受與操作所述離子發(fā)生器相關(guān)聯(lián)的瞬態(tài)信號(hào)的影響，例如，所述控制器可以被配置成在操作所述離子發(fā)生器之前將所述信號(hào)確定器的輸入(例如，放大器輸入)與所述排斥極電極隔離，以及被配置成在所述離子發(fā)生器已經(jīng)停止操作之后重新連接輸入一選擇時(shí)間。電可操作的開關(guān)例如晶體管或繼電器，或者其它隔離所述放大器的輸入的裝置可以被提供并被耦合至所述控制器和用于該目的的信號(hào)確定器的輸入。

如所示，圖3中的裝置還可以包括屏蔽電極122，該屏蔽電極122被布置成在離子到達(dá)所述電極之前抑制離子被所述檢測(cè)器檢測(cè)到。例如，所述屏蔽電極可以包括網(wǎng)格，例如絲網(wǎng)，例如蜂窩式網(wǎng)格，并且可以被布置成至少部分地將所述排斥極電極119從電場(chǎng)中屏蔽，該電場(chǎng)由從所述漂移室104向所述排斥極電極119行進(jìn)的離子提供。

在操作中，待離子化的材料樣本可以被吸引通過所述入口102，并且所述控制器112可以操作所述離子發(fā)生器以使材料樣本離子化。所述控制器112然后可以打開所述離子門106'以允許來自所述樣本的離子沿著所述漂移室104向所述漂移室104的另一端的檢測(cè)器行進(jìn)。所述離子發(fā)生器然后可以被關(guān)閉，并且由所述漂移室104的另一端處的離子源產(chǎn)生的離子然后可以被允許沿著所述漂移室104向所述排斥極電極119行進(jìn)。在所述離子發(fā)生器被關(guān)閉的時(shí)間間隔期間，所述控制器112可以操作所述信號(hào)確定器以檢測(cè)離子在所述排斥極電極119處的到達(dá)，以獲得用于指示所述離子沿著所述漂移室104的飛行時(shí)間的檢測(cè)信號(hào)。所述屏蔽電極可以在離子到達(dá)所述排斥極電極119之前或至少直至離子已經(jīng)通過所述屏蔽電極122后抑制來自這些離子的電場(chǎng)引入來自所述排斥極電極的信號(hào)到所述信號(hào)確定器。

將理解的是，在一些實(shí)施方式中，所述離子門或者所述排斥極電極119或者二者可以被用于檢測(cè)離子，并且在一些實(shí)施方式中所述ims中的其它結(jié)構(gòu)可以被用于檢測(cè)離子。例如，在一些實(shí)施方式中，電極被放置在沿著漂移室104的離子的路徑中，并且可以被用于檢測(cè)離子。這些電極可以被獨(dú)自用于檢測(cè)離子的目的或者還可以用于其它目的-例如ims設(shè)備的一些實(shí)施方式包括離子改性器電極，適用于向離子施加rf電場(chǎng)，例如分裂(fragment)離子。在一些實(shí)施方式中，這些結(jié)構(gòu)和其它結(jié)構(gòu)可以被耦合至信號(hào)確定器以提供檢測(cè)器。

其它示例和變型對(duì)于訪問本公開的上下文的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。例如，本公開的實(shí)施方式涉及時(shí)間或飛行ims和其它類型的ims。一些實(shí)施方式使用非連續(xù)的離子化源，諸如電暈放電源。一些實(shí)施方式使用連續(xù)的離子化源，諸如ni-63或am-241。

本公開的實(shí)施方式包括具有一系列電分離場(chǎng)限定電極的tof-ims單體并且其具有位于兩端的離子門。在每個(gè)離子門后面，可以具有離子源和進(jìn)一步的場(chǎng)限定電極以形成兩個(gè)分離的離子化區(qū)域。這些離子化區(qū)域可以分別生成正電離子和負(fù)電離子。在每個(gè)離子化區(qū)域的遠(yuǎn)端處，可以存在進(jìn)一步的場(chǎng)限定電極布置，其可以是單個(gè)平板或格柵、具有允許樣本通過的洞的平板或格柵或者具有進(jìn)一步的電分離格柵(其可以相對(duì)于其他網(wǎng)格或平板被保持在離散電壓)的平板或格柵。該板或格柵可以被配置成向離子門排斥離子，該離子門將離子區(qū)域和所提出的ims單體的漂移區(qū)域分離。

為了避免惰性氣體分子注入至所述ims的漂移區(qū)域中，在一些實(shí)施方式中，漂移氣體流至大約在所述漂移區(qū)域的長度的中心處的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)中?？赡苄枰獓@所述漂移區(qū)域的周邊將漂移氣體均勻地引入，例如通過圍繞所述漂移室的周邊分布的多個(gè)通風(fēng)口。所述漂移氣體可以在漂移氣體流方向上，在離子化源之前或之后的每個(gè)離子化源內(nèi)的點(diǎn)處被從ims單體提取。

樣本材料可以使用針孔接口/毛細(xì)管接口中的一者或多者而被引入至所述ims單體，也可以使用多針孔/毛細(xì)管接口或膜接口(例如“胡椒瓶式”配置)。在基于膜的接口的情況中，提供附加的氣動(dòng)系統(tǒng)以從所述膜的內(nèi)表面抽吸樣本并將其運(yùn)載至所述離子發(fā)生器則可以是有用的。

在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)離子改性網(wǎng)格可以被提供在所述漂移區(qū)域內(nèi)以使得離子改性(例如使用rf能量的分裂)可以在分子離子束上執(zhí)行以獲得進(jìn)一步的譜信息。

假設(shè)針孔式采樣入口，操作本發(fā)明的一種可行方式將是將樣本吸引至所述離子化區(qū)域，樣本將在該離子化區(qū)域中被離子化。離子然后可以被門控至設(shè)備的漂移區(qū)域并且在電場(chǎng)力的作用下沿著漂移區(qū)域被吸引。離子將接觸網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(例如，在所述ims單體的生成離子的端的相對(duì)端處)以給出離子電流來產(chǎn)生正離子譜和負(fù)離子譜二者。可替代的布置將設(shè)置網(wǎng)格以在來自所述源的初始離子脈沖已經(jīng)衰減之后被打開并且允許生成的離子在生成離子的所述ims單體的端的相對(duì)端處接觸所述排斥極電極，再次生成離子電流并產(chǎn)生ims譜。

上述操作方案假設(shè)不同的帶電離子物質(zhì)在它們通過漂移區(qū)域的行程中彼此通過時(shí)將不會(huì)發(fā)生相互作用。如果這種相互作用是受關(guān)注的，則所述離子門可以以交替方式(例如，交錯(cuò)打開時(shí)間)來操作以從一個(gè)離子電荷收集頻譜然后從第二離子電荷收集頻譜。

上述實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)被理解為說明性的示例?？梢栽O(shè)想進(jìn)一步的實(shí)施方式。將理解的是，關(guān)于任何一種實(shí)施方式描述的任何特征可以被單獨(dú)使用，或者結(jié)合所描述的其它特征來使用，并且還可以結(jié)合任何其它實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)特征被使用，或者利用與任何其它實(shí)施方式的任何結(jié)合而被使用。此外，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，以上未描述的等效物和修改也可以被采用，所述范圍在隨附權(quán)利要求中限定。

總之參考附圖，將理解的是示意性功能框圖被用于指示于此描述的系統(tǒng)和裝置的功能。然而，將理解的是，所述功能不必按照該方式來劃分，并且不應(yīng)該被視為暗示除了以下所描述和要求的硬件的任何特殊結(jié)構(gòu)。附圖所示的一個(gè)或多個(gè)元件的功能可以被進(jìn)一步細(xì)分，和/或分布在本公開的整個(gè)裝置。在一些實(shí)施方式中，附圖所示的一個(gè)或多個(gè)元件的功能可以被集成在單個(gè)功能單元中。

在一些示例中，一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器元件可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和/或程序指令，以用于實(shí)施于此描述的操作。本公開的實(shí)施方式提供包括程序指令的有形的、永久性存儲(chǔ)媒介，所述程序指令可操作以對(duì)處理器進(jìn)行編程來執(zhí)行于此描述的和/或于此要求的方法中的任何一者或多者和/或提供如于此描述的和/或于此要求的數(shù)據(jù)處理裝置。

于此描述的電壓供應(yīng)器可以包括電源和一個(gè)或多個(gè)變壓器級(jí)、逆變器和/或整流器，用于施加交流或直流電流。所述電壓供應(yīng)器可以被耦合至外部或內(nèi)部電源，諸如電池、或燃料電池、或外部交流或直流的電源。

于此概述的行為和裝置可以使用可以由固定邏輯提供的控制器和/或處理器來實(shí)施，諸如邏輯門或可編程邏輯的集合，例如由處理器執(zhí)行的軟件和/或計(jì)算機(jī)程序指令。其它類型的可編程邏輯包括可編程處理器、可編程數(shù)字邏輯(例如，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(eeprom)、專用集成電路、asic、或任何其它類型的數(shù)字邏輯、軟件、代碼、電子指令、閃存、光盤、cd-rom、dvdrom、磁卡或光卡、適用于存儲(chǔ)電子指令的其它類型的機(jī)器可讀媒介、或它們的任何合適的組合。