CN1829911B - 用于离子迁移率和离子阱质谱分析的单一装置 - Google Patents

Abstract

一组电极，其中在不同的时段向该组电极施加不同的电势，从而在离子样品上执行基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析(MS)，通过以任意次序执行任意次数的基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析来处理离子，并且作为单独的或重叠的步骤执行，从而捕捉，分离和分析带电粒子和源于原子，分子，粒子，亚原子粒子和离子的带电粒子。

Description

用于离子迁移率和离子阱质谱分析的单一装置

相关申请的交叉参考

本本文件要求2003年6月20日申请的序列号为60/480052的临时专利申请中的优先权，该专利的主题并入此处以供参考。

技术领域

本发明主要涉及到依据在带电粒子和源于原子，分子，粒子，亚原子粒子和离子的带电粒子的同一装置中的离子迁移率和质荷比的离子存储，分离和分析。本发明特别涉及到一种使能离子阱质谱分析(ITMS)和离子迁移率谱分析的单一装置，例如要在单一装置中以任意的次序执行的强电场不对称离子迁移率谱分析或FAIMS，微分迁移，横流离子迁移率谱分析，因而执行两种类型的分离，其中至少可以获得两个有着独特不同之处的化学特异性鉴别器，以提供离子的鉴定。

背景技术

依据离子迁移率和质荷比的离子捕捉，分离，发射和分析，一直是在执行离子迁移率谱分析和质谱分析操作的两个不同的装置中执行的。因此，如果要求使用两个步骤来顺序地分析样品，就有必要提供不同的装置，通过某种方式串联，从而使得离子可以从一个装置移动到另一个装置。

这种串联结构的装置至少有若干个明显的不足之处。第一，可以执行的操作被限制为装置所被布置的特定次序。第二，总是需要两个不同的装置，因此增加了整个系统的复杂性，尺寸和成本。第三，当为了执行不同的操作而使离子从一个装置移动到另一个装置时，通常会有一些离子损失。

为了理解本发明的优势以及这些优势如何在单一装置中被结合起来，需要对质谱分析和离子迁移率谱分析的技术发展水平进行简要分析。

从质谱分析开始，质谱分析是离子分析的通用仪器法。在质谱分析中，根据离子在不同场，例如磁场，电场以及四极场中的质荷比，将离子分离。离子阱是一种类型的四极质谱分析仪。用于离子分析的离子阱质谱分析仪已经形成若干变体。这些装置包含双曲线结构，以及保罗阱，动态阱，以及动态金顿(kingdon)阱。在所有的这些装置中，离子被集中起来，并且通过振荡电场容纳在阱中。根据离子的质荷比，可以利用振荡电场性质的变化，例如振幅，频率，DC场的重叠，以及其它方法来使离子从阱中选择性地喷射到检测器中。

应该注意的是，离子阱质谱分析仪的一个特别的优势是在于这些装置通常不要求像其它类型的质谱分析仪那样在高度真空内运行。事实上，由于存在的背景气体的碰撞阻尼效应，离子阱质谱分析仪的性能可以得到改良。离子阱质谱分析仪通常在处于mTorr范围中的压力下最优化运行。

离子分析的另一个相关方法是离子迁移率谱分析。离子迁移率谱分析用于分离由带电粒子和源于原子，分子，粒子，亚原子粒子和离子的带电粒子所产生的离子，是一种日益重要的仪器分析化学技术。

离子迁移率谱分析的基本原理在于易受电场影响的气体中的离子，以一个速度沿着电场线移动，其中该速度是离子迁移率常数K和电场强度E的函数。

从传统意义上说，高电场不对称离子迁移率谱分析(FAIMS)是离子迁移率谱分析的一种形式，基于离子的低电场和高电场离子迁移率的结合来分离离子。在恒定的气体速度情况下，离子迁移率系数的函数关系是由等式1来定义的：

K(E)＝K0[1+α(E)]

其中K0＝电场为零时的K(E)，而α(E)表示在恒定的气体密度情况下，关于E的迁移系数的函数关系。

如果周期性不对称电场E(t)在一定条件下加在气体中的离子混合物上，就会得到不对称波形，其中T＝t1+t2，T为电场变化周期。该电场的效应是离子将在气体中振荡，周期为T。在t1和t2时每个离子的速度分别取决于Emax和Emin的振幅，以及α(E)的数量。因此，当离子的α(E)数值各不相同时，这些离子将会沿着电场线移位。

当讨论FAIMS时，需要分析可以执行该类型离子迁移率谱分析的装置的某些共同结构。假设有两个电极，被定义为两个同心管或同心板。加上强电场并持续较短时间，然后加上弱电场并持续较长时间，所加平均电场就得到平衡。FAIMS系统的非线性通常归因于漂移穿过同心管或在同心板之间漂移的离子的不同横截面积。因此，本方法利用与弱电场相比较在强电场中具有不同离子迁移率率的特点。

上文已经提到，FAIMS的另一种说明方式是要指出离子的分离是基于迁移常数关于电场强度的非线性函数关系。在高电场数值情况下的迁移率的变化似乎反映离子的大小，离子与缓冲气体的相互作用，以及离子的结构刚度。因此，离子的弱电场和强电场离子迁移率的结合被用来表现FAIMS中离子的特征。

本发明所提供的新系统在单一装置中将基于离子迁移率的测量技术与质谱分析相结合，从而因为将执行这两个步骤所需的硬件结合起来，去除了将离子从一个装置传送到另一个装置的步骤，并且允许这些步骤以任何预期的次序，和任意次数执行，因此具有若干好处，优于现有技术。

发明内容

本发明的目的是要提供一种将执行基于离子迁移率的测量的能力和执行质谱分析(MS)的能力在同一装置中结合起来的系统。

在优选的实施例中，本发明是单组电极，其中在不同的时段向该组电极施加不同的电势，从而在离子样品上执行基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析，通过以任意次序执行任意次数的基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析来处理离子，并且作为单独的或重叠的步骤执行，从而捕捉，分离和分析带电粒子和源于原子，分子，粒子，亚原子粒子和离子的带电粒子。

在本发明的第一方面，可以加在不同电极上的电势是可变更的，从而使得系统可以执行基于离子迁移率，MS步骤或这两个步骤的重叠操作。

在本发明的第二方面，可以在任何基于离子迁移率的步骤或MS步骤之间，或者在这些步骤相互重叠的情况下插入离子碎裂步骤。

在本发明的第三方面，通过将同一系统用于基于离子迁移率的测量和MS步骤，可以使系统小型化而且易携带，以利于手携式操作。

在本发明的第四方面，可以修改系统以使能横流离子迁移率分析。

本发明的这些以及其它的目的，特征，优势和可选方案对于本领域技术人员来说，通过考虑下文中与附图相结合的详细说明，将会是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的原理进行操作的第一实施例的侧视图，其中该实施例被设定为以FAIMS模式运行。

图2是通过修改从而以MS模式运行的第一实施例的侧视图。

图3是一种可以执行横流迁移分析并能以FAIMS和离子迁移率模式运行的装置的横截面侧视图。

图4是储存环离子阱(storage ring ion trap)的透视图。

图5是图4中所示的储存环离子阱的侧视图。

图6是图4中的储存环离子阱的横截面视图。

图7是图6中所示的横截面视图的透视图。

图8示出平面开口储存环离子阱。

图9是图8中的平面开口储存环离子阱的横截面视图。

图10是图9中所示的横截面视图的透视图。

图11是典型的FAIMS波形图。

图12是用于基于离子迁移率的光谱分析的典型外加RF电场的曲线图。

图13是常规离子阱的透视图。

图14是图13中所示的常规离子阱的横截面视图。

图15是当RF施加到图8中的平面开口储存环离子阱时，存在的电势场线的示意图。

图16是当施加FAIMS的高电场不对称波形时，存在的电势场线的示意图。

图17是当施加FAIMS的弱电场不对称波形时，存在的电势场线的示意图。

图18是当RF和高电场不对称波形相互叠加时，存在的电势场线的示意图。

图19是当RF和弱电场不对称波形相互叠加时，存在的电势场线的示意图。

图20是可以用作本发明的单一装置的四极的示意图。

具体实施方式

现在将要参照附图，其中本发明的各种元件将会给出数字标号，并且对本发明进行论述，以使本领域技术人员能够制作和利用本发明。应该了解的是，以下仅是对本发明原理进行的示范性说明，不应被认为是限制下文中的权利要求。

为了充分地公开本发明的所有优势，需要说明本发明的多个实施例。因此，应该了解的是，并不是仅有一个优选实施例，相反地，而是有不同优点的多个实施例。不应该假设这些实施例的说明次序对于最优实施例有所暗示。

同样应该了解的是，本发明执行多种粒子的捕捉，分离和分析，包括带电粒子和源于原子，分子，粒子，亚原子粒子和离子的带电粒子。为使说明简洁，所有这些粒子在本文件的全文中都被称作是离子。

简单地说，本发明将用于执行质谱分析(MS)和基于离子迁移率的光谱分析的步骤的硬件和电路在单一装置中结合起来。更具体地，FAIMS被用于基于离子迁移率的光谱分析步骤。可以通过对电路通道的简单修正来执行FAIMS和MS步骤，从而改变加在下文中将要说明的单一装置中的电极上的电势。

图1是根据本发明的原理制作的第一实施例的侧视图。在该实施例中，单一装置10能够执行质谱分析和FAIMS，在图中显示为与外部圆筒电极14同轴布置圆棒电极12。

为了执行FAIMS，圆棒电极12通常保持为一个恒定的电压或接地，并且在外部圆筒电极14上施加不对称FAIMS波形。应该注意的是在任何情况下施加恒定电压或接地时，都可以使用动态或恒定的共模电压。

在FAIMS步骤期间，所有离子都在内部圆棒电极12和外部圆筒电极14之间来回振荡。只有离子的弱电场和强电场离子迁移率的结合所确定的离子被捕捉到单一装置10中。所有其它的离子都散失到圆棒电极12和外部圆筒电极14。

通过开关16和18向电极12和14施加所需电势。在图中，开关16向内部圆棒电极12施加地电位，而开关18施加FAIMS波形。因此，通过施加所需电势，就可根据离子迁移率来选择离子，从而在FAIMS配置下操作单一装置。

有利的是，同一个单一装置10可以像图2中所示的那样进行操作。图2示出开关16和18已被移动到其交替位置。开关在这些新的交替位置时，内部圆棒电极12被施加振荡RF电压，并且外部圆筒电极14保持为一个恒定的电压，其中在该情况下被显示为接地。还要注意的是可以使用动态共模电压。在这种操作模式中，单一装置10中的所有离子都是首先被捕捉，然后依据离子的质荷比从阱中顺序地喷射。喷射是通过改变RF电场来实现的，而RF电场是通过更改叠加DC电压，或通过改变所加电压的幅值，频率或其它方面来改变的。

应该了解的是可以使用任何适当的电离技术在单一装置10内产生离子，或产生用来向单一装置传送的离子。下面列举了一些常用的电离技术：电子碰撞，化学电离，快速离子或原子轰击，场解吸，激光脱附，电浆脱附，热喷射，电喷射，光化电离，感应耦合电浆，以及其它任何电离方法。所列举的电力技术应该仅仅被认为是代表性的，而并不是要排除同样可以和本发明的单一装置10一起使用的其它合适的电离系统。例如，与离子被传送到单一装置10中相反，离子还可以在单一装置10本身的内部产生。

单一装置10首先以FAIMS模式运行，从而依据特定的离子迁移率来选择离子，然后该装置切换为ITMS模式以确定离子的质量。通过以这种方式操作单一装置20，至少可以得到两个有着独特不同之处的化学特异性鉴别器，用于鉴定离子。

目前应该显而易见的是单一装置10具有多种运行模式。例如，单一装置10首先可以以ITMS模式运行，然后以FAIMS模式运行。此外，单一装置10同样可以通过操作以所要求的任意次序执行任意次数的FAIMS和ITMS步骤。因此本发明使ITMS和FAIMS步骤能够以任意次序和任意次数执行。

本发明的另一个优势在于ITMS和FAIMS操作模式并不是利用单一装置10可以执行的唯一步骤。因此，图1和图2所示的单一装置10的结构可以使其它的操作能够得到执行。此外，单一装置10的结构可以修改，在仍然能按照需要执行FAIMS和ITMS步骤的同时，还可执行其它不同的步骤。

离子碎裂是可以添加到FAIMS和ITMS步骤的典型有用步骤。经常需要利用碰撞诱导解离或其它任何方法来碎裂选定离子迁移率的离子或选定质量的离子。例如，碎裂可以通过多种方法来执行，这里仅列举一些：粒子碰撞，表面诱导碎裂，光诱导碎裂(包含可见光，紫外线和红外线方法)，电子束，高能离子束，低能电子附着，以及电子提取(abstraction)。

利用单一装置10或其它配置可以执行的、且本领域技术人员公知的其它任何碎裂方法都应该被认为是包含在本发明范围内的可行碎裂方法。

现在已经了解单一装置的结构可以采用与图1和图2所示不同的形式，因此就应该了解单一装置还可以包含横流离子迁移率操作模式。

能够执行FAIMS，ITMS以及横流离子迁移率分析的单一装置必须修改，以使其具有可以进行横流离子迁移率分析的特征。在横流离子迁移率分析器(CIMA)中，在通道内形成有与电场方向相反的气流成分。离子被运载通过通道，而特定离子迁移率的离子被方向相反的电场和流场捕捉，并且当离子到达通道的末端时，这些离子被检测出来。在通道末端的检测器检测选定离子迁移率的离子的连续流。通过改变电场和/或改变流场的速率来选择不同的离子。

在上文中已经说明，单一装置10只需稍做修改就能实现其它的操作模式。在CIMA的情况中，中心圆柱棒12可以通过沿着其长度穿孔的空心圆筒替代，从而能够按照需要产生气流。

图3是可以执行横流离子迁移率分析的系统的横截面侧视图。图3示出由两个同心金属圆筒22，24之间的间隙或间隔26形成的漂移区(也就是横流区)。单一装置20被容纳在外壳或外罩28中，其中该外壳或外罩28被密封从而保持适当的气压和恒定的气流，这些条件是单一装置20在CIMA操作模式下运行所需要的。

在CIMA模式的操作中，首先排除外罩28中的空气，并充满氮气。内部和外部圆筒22，24都被连接到至少两个电压源(如果地面被看作是电压源)(未示出)，从而使得两个圆筒22，24起到电极的作用。圆筒22，24被设定为不同的电势，从而在第一圆筒22和第二圆筒24之间产生一个电势。本申请以参考方式包含2004年4月9日申请的，序列号为10/821660的美国正式专利申请中的全部主题，用作有关本发明所示教的CIMA的其它信息，。

在图3中所示的结构实例中，电势的预期范围通常会从几百伏到高达几千伏不等。但是，应该想到对于圆筒22，24之间建立的电场，无论电场有多大，都会产生强度必须足够大从而产生平衡效应的反向气流。不过，可以依靠本发明的预期性能来增加或减少电势和反向的流体流量。

除了在圆筒22，24之间的横流区30中形成的电场，CIMA模式还有一个重要的方面，即产生与该电场方向相反的气体横流。因此，气体横流的速率被设定为本领域技术人员所知的任何适当数值。在图3中，气体横流是流入第一圆筒22中的气流产生的，该气流向外穿过孔32进入横流区30，然后穿过第二圆筒24中的孔32进入外罩28中的间隔34内。图中，该气体横流由线36表示。图3示出文丘里(venturi)气体装置38将气体横流引入第一圆筒22。在图中，外罩28还具有排气孔40。图中示出采样入口孔42，检测器44，端盖46，以及从圆筒22，24之间穿过的离子通道48。

图4是储存环离子阱50的透视图。该储存环形离子阱50本质上包含一组同轴排列的四个圆棒，其中第一圆棒52与第二圆棒54的直径共面，并且被布置在第二圆棒54的直径内，而第三圆棒56与第四圆棒58的直径共面，并且被布置在第四圆棒58的直径内。第一圆棒52和第二圆棒54平行于第三圆棒56和第四圆棒58。

图5是图4中所示的储存环离子阱50的侧视图。

图6是图4中的储存环离子阱50的横截面视图。要注意的是四个圆棒52，54，56，58相对于共同的旋转轴60的横截面显示出这四个圆棒形成虚线62所标明的正方形的四角。应该注意这四个圆棒并不是被限制为正方形四角，而是可以具有本领域技术人员所知的任何合适的形状的四角。例如，假设圆棒的直径不相同，或圆棒是锥形的，或通过横截面的视图来观察时，圆棒发生偏移从而形成菱形形状。

图7是图6中所示的横截面视图的透视图。电势可以以各种方式施加在这些圆棒上，从而使结构能够按照预期的方式运行。例如，两个外部圆棒54，58可以被加上正电势，而两个内部圆棒52，56可以被加上负电势。

与此相反，如果内部圆棒52和外部圆棒54被加上正电势，而内部圆棒56和外部圆棒58被加上负电势，储存环离子阱50将会以不同的方式运行。

图8是平面开口储存环离子阱70的透视图。要注意的是，该结构可以被认为是本发明各用途的最佳模式。特别地，用于执行至少FAIMS和ITMS两种操作模式的单一装置的该特定结构产生的电势场线在图中由不同的示意图示出。

图9是图8中的平面开口储存环离子阱70的横截面视图。

图10是图9中所示的平面开口储存环离子阱70的横截面视图的透视图。

图11是典型的FAIMS波形图。要注意的是波形具有较短时间的强电场和较长时间的弱电场。

图12是用于ITMS的典型外加RF电场的曲线图。要注意的是波形被平衡。

图13是具有环82和端盖84的常规离子阱80的透视图。

图14是图13中所示的常规离子阱80横截面透视图。可以看出该常规离子阱包括环82和端盖84。常规离子阱80也可以用来执行FAIMS和ITMS操作模式。

图15是当RF施加在图8中的平面开口储存环离子阱70上时，存在的电势场线的示意图。为了提供这些电势场线的透视图，图中示出储存环离子阱70的一个横截面，电势场线就由该横截面发射。这很明显这只是一半的横截面视图。

图16是当施加FAIMS的强电场不对称波形时，存在的电势场线的示意图。

图17是当施加FAIMS的弱电场不对称波形时，存在的电势场线的示意图。

图18是当RF和强电场不对称波形相互叠加时，存在的电势场线的示意图。

图19是当RF和弱电场不对称波形相互叠加时，存在的电势场线的示意图。

一个有用的概念可以应用于本发明，即垫补(shimming)的概念。在垫补过程中，附加电极被布置在形成本发明的单一装置的底板，圆筒和其它结构的末端的关键地方。添加附加电极的目的是更改电势场线。通过在这些附加电极上施加电势，可以使电势场线充分地变直或相互之间充分平行。由于离子上的电场线的影响，该作用会改善本发明在FAIMS和ITMS操作模式下的性能。

但是，垫补的作用并不局限于使电场线变直。“理想”电场分布的电场线可能不是直的，或不平行。因此，可以执行垫补从而形成对于任何特殊应用都是“理想的”电场分布，即使该应用要求电场线成弓形。

本发明有其它的方面还没有被逐一提到。例如，应该理解，本发明使单一装置能够执行FAIMS，ITMS以及其它模式的不同操作。为了执行这些步骤，可能有必要变更单一装置的环境。例如，可能需要改变气压以执行一些基于离子迁移率的步骤，碎裂步骤以及质谱分析步骤。可能还有必要改变单一装置内的气体，以执行这些不同的步骤，或者在相同步骤的操作之间也可能需要改变气体。重要的是本发明包括变更单一装置内的气压和/或气体的方面，从而使要执行的特定步骤最优化。

本发明的另一个方面是通过使用布置在典型电路板上的电阻电极都可以形成单一装置。假设有一小块电阻材料被布置在电路板上。形成导电材料环的镀层被布置在该电阻材料块上。然后在导电材料上施加电势从而在不使用分离电极的情况下利用简单的设计产生优选电场分布。

图20是同样可以起到本发明单一装置作用的四极100的透视图。但是，四极100的功能不同于本文件中所述的其它装置。更具体地，从四极内提取出离子会更加困难，因此性能有所不同。尽管如此，端盖102的添加意味着RF电场可以施加到端盖102以及四极100的棒104上。

还应该说明，分离电源并不是产生FAIMS波形，共模电势，以及RF电势所必需的。这样的结构会改变对开关的需求。但是，可能有必要添加用于电子地增加(electronically adding)或分离电势的系统。

应该理解的是上述的装置只是本发明的原理应用的例证。在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本领域技术人员可以设计出许多修正和可选装置。附加权利要求包括这些修正和装置。

Claims (42)

1.一种依据带电粒子的离子迁移率和质荷比，使用分离装置内的单组电极来分离离子的方法，所述方法包括下列步骤：

(1)提供在装置中使用单组电极的基于离子迁移率和质谱分析系统，其中所述单组电极包括至少两个电极，这两个电极通过被布置以便在它们之间产生电场，其中所述系统能够在相同的腔室中依据带电粒子的离子迁移率和质荷比分离离子；以及

(2)操作分离装置，以便依据离子的离子迁移率，电荷，大小，质量和横截面积来分离离子。

2.根据权利要求1的方法，其中所述带电粒子源于原子，分子，亚原子粒子和离子。

3.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括在分离装置内使用单组电极捕捉所述离子的步骤。

4.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括将选定离子迁移率或选定质荷比的离子碎裂的步骤。

5.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括对所述离子进行分析的步骤，其中这些离子已经依据离子迁移率，质荷比，或离子迁移率和质荷比的任意结合而被分离。

6.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括下列步骤：

i.在分离装置内使用单组电极执行基于离子迁移率的光谱分析；以及

ii.在分离装置内使用单组电极执行质谱分析。

7.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括下列步骤：

(1)在分离装置内使用单组电极执行质谱分析；以及

(2)在分离装置内使用单组电极执行基于离子迁移率的光谱分析。

8.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括以下步骤：使用单组电极以任意的次序来执行基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析的各个程序，从而对离子进行处理。

9.根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括以下步骤：使用单组电极执行任意次数的基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析的程序，但是一次只能执行一个程序，从而对离子进行处理。

10.根据权利要求9的方法，还包括使用单组电极碎裂离子的步骤，其中这些离子已经根据离子迁移率，质荷比或离子迁移率和质荷比的任意结合而被选择。

11.根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括以下步骤：使用单组电极同时执行基于离子迁移率的光谱分析和质谱分析，而不是单独执行，从而选择出与程序按顺序执行时所选择的离子类型不同类型的离子。

12.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括修正分离装置内的单组电极的步骤，从而使得分离装置内的单组电极还可以在其内部执行横流离子迁移率谱分析的程序。

13.根据权利要求12的方法，其中所述方法还包括以下步骤：使用单组电极以任意次序来执行基于离子迁移率的光谱分析，质谱分析和横流离子迁移率谱分析的单个程序，从而对离子进行处理。

14.根据权利要求13的方法，其中所述方法还包括以下步骤：使用单组电极执行任意次数的基于离子迁移率的光谱分析，质谱分析和横流离子迁移率谱分析的单个程序，从而对离子进行处理。

15.根据权利要求1的方法，其中所述方法还包括下列步骤：

(1)提供第一电极和第二电极，这两个电极被布置以便在它们之间产生电场；

(2)提供用于提供施加在所述第一电极上的电势的第一装置；以及

(3)提供用于提供施加在所述第二电极上的电势的第二装置。

16.一种依据带电粒子的离子迁移率和质荷比在分离装置内使用单组电极分离离子的系统，所述系统包括：

第一电极和第二电极构成的单组电极，这两个电极通过被布置以便在它们之间产生电场；

用于提供施加在所述第一电极上的电势的第一装置；以及

用于提供施加在所述第二电极上的电势的第二装置。

17.根据权利要求16的系统，其中所述带电粒子源于原子，分子，亚原子粒子和离子。

18.根据权利要求16的系统，其中该系统还包括检测器。

19.根据权利要求18的系统，其中所述第一和第二电极从下面的电极构成的组中挑选出来：至少两个同轴圆筒、至少两个同心球体、多个堆积式板、至少两个充分平行的板、至少两个充分不平行的板、多个直棒、多个弓形棒、多个电阻电极、多个弓形电极、以及同轴圆筒内的中心棒。

20.根据权利要求18的系统，其中所述电极包括一组同轴排列的四个圆棒，其中第一圆棒与第二圆棒的直径共面，并且被布置在第二圆棒的直径内，而第三圆棒与第四圆棒的直径共面，并且被布置在第四圆棒的直径内，其中所述第一和第二圆棒平行于所述第三和第四圆棒，并且所述四个圆棒的横截面相对于共同的旋转轴显示出所述四个圆棒形成了四边结构的各个角。

21.根据权利要求19的系统，其中所述至少两个同轴圆筒还包括第一圆筒和第二圆筒。

22.根据权利要求21的系统，其中所述检测器布置在所述第一圆筒和所述第二圆筒的第一末端。

23.根据权利要求18的系统，其中所述检测器从下面一组检测器中挑选出来，该组检测器包括法拉第检测器，电子倍增器，多通道板，质谱分析仪，离子迁移率分析器，阵列检测器，像电流检测器，电极本身，电荷藕合检测器，光子生成检测器，以及离子-光子变换装置。

24.根据权利要求18的系统，其中所述系统还包括离子源，其中所述离子源被布置在进气孔附近，以便将离子传送到单组电极。

25.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括用于分析离子的装置，其中所述用于分析离子的装置包括使系统能只选择至少一种特定离子迁移率的离子的能力。

26.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括用于分析离子的装置，其中所述用于分析离子的装置包括使系统只能选择特定质荷比的至少一种类型的离子的能力。

27.根据权利要求26的系统，其中所述系统还包括用于测量离子的装置，其中所述用于测量的装置包括在离子迁移率的范围内进行扫描的能力。

28.根据权利要求26的系统，其中所述系统还包括用于测量离子的装置，其中所述用于测量的装置包括在离子质荷比的范围内进行扫描的能力。

29.根据权利要求16的系统，其中用于提供电势的所述第一装置还包括用来产生高电场不对称波形的装置，而用于提供电势的所述第二装置包括在作为基于离子迁移率的光谱分析仪操作时用来产生不同电势的装置。

30.根据权利要求29的系统，其中所述波形可以连续或分段变化，从而选择所关注的任何特定离子。

31.根据权利要求29的系统，其中用于提供电势的所述第一装置还包括用来产生恒定电势的装置，而用于提供电势的所述第二装置包括在作为质谱分析仪来进行操作时用来产生对称波形的装置。

32.根据权利要求31的系统，其中所述波形可以连续或分段变化，从而选择所关注的任何特定离子。

33.根据权利要求31的系统，其中所述系统还包括为了同时使用单组电极执行所述基于离子迁移率的程序和所述质谱分析程序而同时产生电势的装置。

34.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括用来交换所述系统内的气体的装置，其中所述系统内的气体对于使用单组电极待执行的程序是最优化的。

35.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括用来将气体从所述系统中去除的装置。

36.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括用来将气体添加到所述系统中的装置。

37.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括用来动态改变所述系统内的气压的装置，从而使用于待执行程序的所述系统内的气压最优化。

38.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括第三电极和第四电极，其中所述第一，第二，第三和第四电极被布置以便形成线形四极。

39.根据权利要求22的系统，其中另一个检测器被布置在所述第一圆筒和所述第二圆筒的第二末端。

40.根据权利要求16的系统，其中所述系统还包括布置在基片上的电阻小块，其中所述第一电极和所述第二电极被布置在所述电阻小块上，从而形成电势场梯度。

41.一种用于在分离装置中使用单组电极同时或顺序地执行基于离子迁移率和质谱分析程序的系统，所述系统包括：

第一电极和第二电极构成的单组电极，这两个电极被布置以便在它们之间产生电场；

第一电源，用于向所述第一电极施加动态共模电势；以及

第二电源，用于在以基于离子迁移率的光谱分析操作模式操作所述系统时，向所述第二电极施加不对称波形。

42.根据权利要求41的系统，其中所述系统还包括：

第三电源，用于向所述第一电极施加振荡RF电势；以及

第四电源，用于施加动态共模电势。

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