用于进行场非对称波形离子迁移谱的装置

摘要

本发明提供了一种用于进行场非对称波形离子迁移谱的装置。装置包括：包括三个或更多个分段的第一分段平面电极，其分段在第一平面中；第二分段平面电极，其分段在第二平面中；第一和第二分段平面电极彼此分离以提供分析间隙；用于将离子推进通过分析间隙推进部件；以及电源。装置被配置为在FAIMS模式下操作，电源向第一和第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以产生非对称时间相关电场用于对通过分析间隙的离子进行FAIMS分析。电压波形使得非对称时间相关电场具有在与分析轴垂直的平面中看去基本上呈直线的等场强的等值线，以使离子朝向不同的空间域聚焦，在与分析轴垂直的平面中看去各空间域沿各线性的等场强等值线延伸。

说明书

技术领域

本发明涉及用于进行场非对称波形离子迁移谱即“FAIMS”的装置。

背景技术

离子迁移谱(“IMS”)是用于基于处于气相的离子在载体缓冲气体中的迁移率来分离这些离子的分析技术。

在线性IMS中，离子根据其绝对迁移率K来进行分离。

在非线性IMS中，离子根据其对于变化的电场的响应来进行分离。

场非对称波形离子迁移谱(“FAIMS”)(见参考文献[3])也称为差分迁移谱(“DMS”)(见参考文献[4])，它是一种随着离子通过分析间隙(也称为“FAIMS间隙”)而使离子通过作为电场强度的函数的气体中迁移率的差而分离的既定非线性IMS方法。这些差取决于离子和气体分子的几何结构以及物理和化学特性，但是仅与离子质量弱相关。所得到的与质谱(MS)的强正交性使FAIMS/MS系统(其中离子通过FAIMS分离而后得到MS)成为强有力的分析方法。多个FAIMS/MS系统已经商业化。然而，客户接受度迄今为止仍然有限，这在很大程度上是因为除了通过从FAIMS/MS系统物理地移除FAIMS装置之外、不能实现没有FAIMS分离的令人满意的MS性能(即，不能在当FAIMS/MS的FAIMS装置正在FAIMS分离关闭的“透明模式”下工作时获得令人满意的MS性能)。

目前由主要供应商商业化的所有FAIMS级(独立或与MS连接)在环境压力下操作，并采用双正弦波形(两个谐波的叠加)或具有固定频率和HF/LF比的接近分布。该分布相对于理想矩形波形存在显著的偏差，其中理想矩形波形理论上将使分辨力最大化。

参考文献[1]描述了与质谱仪相结合的真空差分离子迁移装置(DMS)的使用。特别地，参考文献[1]描述了包括多极格式和平面格式的各种DMS结构的使用。参考文献[1]还教导，多极格式可以提供两种操作模式，一种提供离子的FAIMS分离(分离模式)，另一种使离子在没有FAIMS分离的情况下透过(透明模式)。还公开了操作压力以及用于提供FAIMS电源单元(PSU)的方法。在参考文献[1]中，通过将同轴多极用作四极来实现透明模式，其中波形被设置为允许传输所有离子的50％的占空比。

参考文献[2]描述了差分离子迁移装置的分段电极。在本发明中提到，可以施加电压以形成“与两个同心圆柱电极之间所形成的场相同”并且“具有可变曲率半径”的场(参见第4栏第59～67行)。因此，参考文献[2]指出，可以使用平面FAIMS来产生同样可在两个同心圆柱电极之间产生的场，尽管没有教导为什么这样做。

本发明是根据以上考虑而设计的。

发明内容

本发明的第一方面提供：

一种用于进行场非对称波形离子迁移谱即“FAIMS”的装置，所述装置包括：

第一分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第一分段平面电极的分段被布置在第一平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第二分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第二分段平面电极的分段被布置在第二平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极彼此分离以在其间提供分析间隙；

推进部件，用于在与所述装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过所述分析间隙；以及

电源；

其中，所述装置被配置为在以下模式下操作：

FAIMS模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；

透明模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第二组电压波形，以在所述分析间隙中产生约束电场用于使离子朝向纵轴聚焦。

本发明人已经发现，一对分段平面电极特别适合以有效的透明模式提供良好的LP-FAIMS分离。

这里注意，参考文献[1]和参考文献[2]都没有公开正在透明模式下使用的分段平面电极。

根据本领域已知的原理，(当装置在FAIMS模式下操作时)在分析间隙中产生的非对称时间相关电场可以在高场(“HF”)状态和低场(“LF”)状态之间反复振荡(来回变化)，其中非对称时间相关电场以预定频率f每时间周期T进行重复。对于非对称时间相关电场的时间周期T的第一部分，可以向分段施加一组高场(“HF”)电压以产生HF状态。对于非对称时间相关电场的时间周期T的第二部分，可以向分段施加一组低场(“LF”)电压以产生LF状态。因此，对于各分段，在FAIMS模式下施加至该分段的(相应)第一电压波形可以包括被配置为产生HF状态的HF电压和被配置为产生LF状态的LF电压。对于各分段，施加至该分段的HF电压和LF电压在振幅和极性上可能是不同的。特别地，HF电压的振幅可能比LF电压的振幅大，但在较短的时间量内施加。然而，在HF状态和LF状态这两者中，在分析间隙中产生的非对称时间相关电场的形状(即，电场等值线)应当是相同的。

在非对称时间相关电场的时间周期T内(通过对分段施加HF电压)产生HF场所花费的时间的分数被称为占空比d。在非对称时间相关电场的时间周期T内(通过对分段施加LF电压)产生LF场所花费的时间与(通过对分段施加HF电压)产生HF场所花费的时间之比被称为f值，其中f值＝(1-d)/d(例如，d＝0.2将得出f值为4)。

如本领域已知的，对于采用非分段平面电极的FAIMS装置，可以定义“分散电压”(dispersion voltage，“DV”)，该“分散电压”是施加到装置的平面电极以获得HF状态的最大振幅电压。

在采用分段平面电极的FAIMS装置的情况下，分散电压可被定义为施加到分段平面电极的分段(通常为中央分段)以获得HF状态的最大振幅电压。

在本发明的任何方面中，电源可被配置为在装置正在FAIMS模式下操作的情况下，与第一组电压波形同时地向所有分段施加一组附加DC电压、称为补偿电压(“(多个)CV”或仅“CV”)。为了避免任何疑问，施加至分段的一组DC电压(CV)可以包括针对不同段的不同DC电压，即施加至各分段的DC电压无需与施加至其它段的DC电压相同(尽管在例如无需聚焦的一些示例中，DC电压可以彼此相同)。如本领域已知的，CV选择哪些离子通过分析间隙，并且可以在时间上固定或扫描(随时间逐渐变化)以获得谱，如例如参考文献[5]中所说明的那样。

如果装置被配置为提供聚焦(参见以下所讨论的本发明的第二方面和第三方面)，则通过将CV施加至所有分段而产生的电场优选地提供具有与通过将第一组电压波形施加至第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段而产生的电场基本上相同形式的电场。技术人员可以例如经由独立控制的电源或分压器直接实现CV以产生具有这种形式的场。

优选地，装置包括用于控制分析间隙中的气体压力的气体控制器。

气体控制器被配置为在分析间隙中提供气体压力，使得分析间隙中的气体压力在透明模式下比在FAIMS模式下低。

优选地，气体控制器被配置为在FAIMS模式下在分析间隙中提供1～200mbar、更优选为5～100mbar、更优选为5～50mbar的气体压力。

如果装置被配置用于分离多电荷蛋白质，则压力控制器可被配置为在FAIMS模式下在分析间隙中提供1～20mbar的气体压力。

优选地，气体控制器被配置为控制向分析间隙的气体供给，使得分析间隙包含气体混合物。气体混合物可以包括N2、H、He中的两种或更多种。气体混合物可以是He和N2、或者H和N2。

优选地，压力控制器被配置为在透明模式下在分析间隙中提供20mbar或更小、更优选为10mbar或更小、更优选为5mbar或更小的气体压力。(气体压力可以是不同的，并且优选地低于用于FAIMS模式的压力)。

优选地，第一组电压波形以第一频率重复，以及第二组电压波形以第二频率重复。优选地，第一频率低于第二频率。

第一频率可以在5kHz～5MHz的范围内，可以在10kHz～1MHz的范围内，可以在25kHz～500kHz的范围内。

第二频率可以是500kHz或更高，可以是1MHz或更高，可以是2MHz或更高，可以是3MHz或更高。

优选地，第一电压波形和第二电压波形基本上是矩形的。

电源可以是数字电源。这是允许第一电压波形和第二电压波形具有不同频率以及基本上呈矩形的波形(参见上文)的特别方便的方式。

装置优选地被配置为在FAIMS模式下以小于或大于0.5的占空比操作。

电源可被配置为通过产生一个或多个RF电压波形并且经由电容分压器的布置向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段施加该RF电压波形，来向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形。

电源可被配置为通过产生一个或多个RF电压波形并且在不适用电容分压器的布置的情况下向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段(例如，直接向分段)施加该RF电压波形，来向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段施加第二组电压波形。

电源优选地被配置为将施加至分段平面电极的分段的电压波形的频率基本上瞬时地从第一频率值改变为第二频率值。在本文中，基本上瞬时可以是指这种改变在频率变化之前的电压波形的一个周期内(即在1/f1内，其中f1是第一频率值)发生。如果对电源进行数字控制，就可以最方便地实现这一点。电源可被配置为根据用户输入(例如，经由软件)将频率从第一频率值改变为第二频率值。

电源优选地被配置为将施加至分段平面电极的分段的电压波形的f值基本上瞬时地从第一f值改变为第二f值。在本文中，基本上瞬时可以是指这种改变在f值变化之前的电压波形的一个周期内发生。如果对电源进行数字控制，就可以最方便地实现这一点。电源可被配置为根据用户输入(例如，经由软件)将f值从第一f值改变为第二f值。

优选地，在透明模式下施加至第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段的第二组电压波形在与装置的分析轴正交的平面中产生分析间隙内的四极场，以将离子朝向分析轴聚焦。对技术人员来说，其它形式的约束场将是明显的。

(当装置在透明模式下操作时施加至分段的)第二电压波形可以具有0.5的占空比(f值＝1)。

优选地，第一分段平面电极和第二分段平面电极被布置在分析间隙的相对侧。第一平面和第二平面优选是平行的。

在本文中，分析间隙优选在间隙高度方向、间隙宽度方向和间隙长度方向中的每个方向上延伸。第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段优选地分布在间隙宽度方向上，并在间隙长度方向上延伸。第一分段平面电极和第二分段平面电极优选地在间隙高度方向上彼此分离。间隙长度方向优选与分析轴平行。

分析间隙在间隙高度方向上的高度(d

分析间隙在间隙宽度方向上的宽度(d

分析间隙在间隙长度方向上的长度(d

在一些实施例中，w≥3g。在一些实施例中，w≥4g。

如果第一平面和第二平面平行，则间隙高度方向优选在与第一平面和第二平面垂直的方向上延伸，间隙宽度方向优选在既与第一平面和第二平面平行、又与分析轴垂直的方向上延伸，并且间隙长度方向优选在既与第一平面和第二平面平行、又与分析轴平行的方向上延伸。因此，间隙高度方向、间隙宽度方向和间隙长度方向优选是相互正交的。

理论上，任何数量的分段都是可以的，但优选地，装置包括100个或更少分段，更优选地包括50个或更少分段，更优选地包括20个或更少分段，更优选地包括5～15个分段。优选为至少5个分段，但更高的数量能够实现更高的聚焦强度值(例如，通过R2/R1比参数化，如下文所讨论的)。

推进部件可以是气体供给，其被配置为提供气流以在与装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过分析间隙。

推进部件可以是电源，其被配置为在第二方向w上向装置的一个或多个电极(其可以例如包括第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段)施加电压波形，以提供电场，用于在与装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过分析间隙。

本发明的第二方面提供：

一种用于进行场非对称波形离子迁移谱即“FAIMS”的装置，所述装置包括：

第一分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第一分段平面电极的分段被布置在第一平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第二分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第二分段平面电极的分段被布置在第二平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极彼此分离以在其间提供分析间隙；

推进部件，用于在与所述装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过所述分析间隙；以及

电源；

其中，所述装置被配置为在FAIMS模式下操作，在FAIMS模式下所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；

其中，该组电压波形被配置为使得在与所述分析轴垂直的平面中看去所述非对称时间相关电场具有等场强的曲线等值线，以使具有不同差分迁移率的离子朝向不同的空间域聚焦，其中，在与所述分析轴垂直的平面中看时各空间域沿着等场强的相应曲线等值线延伸；

其中，所述装置具有聚焦控制器，所述聚焦控制器被配置为允许用户改变等场强的等值线的曲率以改变所述非对称时间相关电场所提供的聚焦强度。

以这种方式，由非对称时间相关电场提供的聚焦的强度(或“聚焦强度”)可以由用户控制，以权衡装置透过的离子与装置所提供的分辨力的比例。如在所有现有技术装置中，装置透过的离子的比例越高，分辨力就越低，并且反之亦然。

技术人员根据本文中的公开内容可以理解，等场强的各等值线将连接等场强的位置，但不同的等值线将表示不同的场强。

在本文中，“聚焦的强度”(或“聚焦强度”)可被理解为表示在FAIMS分离中发生的离子损失可被减少或防止的程度。这些损失可能是由于1)扩散和2)空间电荷排斥。聚焦优选地作用于分析间隙g的方向。在LP-FAIMS中，聚焦特别有用，因为扩散(在恒温下)随着

在本文中，“差分迁移率”可被理解为所施加的两个不同E/N值之间的离子迁移率k的差。在装置的FAIMS模式下，在非对称时间相关波形期间一般存在两个E/N值：(1)在非对称时间相关波形的高场电压部分期间占主导的E/N值(E

为了避免任何疑问，FAIMS模式无需是装置的唯一操作模式。

优选地，等场强的曲线等值线与在两个同轴圆柱形电极之间的空间中产生的电场相对应，其中，内侧圆柱形电极的外半径是R1，以及外侧圆柱形电极的内半径是R2。

这种场在本文中可被称为“圆柱形场”。这种场可以通过向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段施加适当缩放的非对称RF电压和DC电压而产生。在一些实施例中，可以存在如下所述的第三分段平面电极和第四分段平面电极，以例如形成封闭的矩形区域。任何圆柱形场都具有相应的R2/R1值。应当理解，R1和R2是指将产生等同(即，与利用FAIMS装置的分析间隙产生(重新产生)的电场在数学上不可区分)的电场的电极。为了清楚起见，R2/R1的比直接确定了聚焦的强度。对于两个同轴圆柱形电极的上述布置，间隙两侧的电场的变化为E1/E2＝R2/R1，其中E1是内侧圆柱形电极处的电场，以及E2是外侧圆柱形电极处的电场(注意，关于分段平面FAIMS装置，内侧圆柱形电极和外侧圆柱形电极是虚拟的)。R1和R2的绝对值在聚焦强度方面并不重要，并且仅影响装置的规模，本发明适用于任何实际规模。

优选地，聚焦控制器被配置为允许用户例如经由软件来改变FAIMS装置的分析间隙中的圆柱形电场的R2/R1比。

优选地，第一分段平面电极和第二分段平面电极被布置在分析间隙的相对侧。

优选地，装置还包括：

第三分段平面电极，其包括两个或更多个分段，其中，所述第三分段平面电极的分段被布置在第三平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第四分段平面电极，其包括两个或更多个分段，其中，所述第四分段平面电极的分段被布置在第四平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极被布置在所述分析间隙的相对侧，并且在与所述分析轴垂直的间隙宽度方向上彼此分离；

其中，所述第三分段平面电极和所述第四分段平面电极被布置在所述分析间隙的相对侧，并且在与所述分析轴和所述间隙宽度方向垂直的间隙高度方向上彼此分离。

第三分段平面电极和第四分段平面电极的使用是一种用以提供圆柱形场的方便方式(特别是在w<～8g的装置中)，但是圆柱形场也可以仅利用例如足够长的两个分段平面电极来实现(例如在w>8g的装置中)。

第一平面和第二平面可以彼此平行。第三平面和第四平面可以彼此平行。

优选地，装置包括用于控制分析间隙中的气体压力的气体控制器，并且可选地包括FAIMS装置的分段平面电极所在的室。

优选地，气体控制器被配置为将气体压力恒定维持在期望压力处。

优选地，气体控制器被配置为在FAIMS模式下在分析间隙中提供1～200mbar、更优选为5～100mbar、更优选为5～50mbar的气体压力。

装置可以包括具有出口狭缝的阻隔体，其中，阻隔体位于分析轴上，使得推进部件将离子朝向阻隔体推进，其中，阻隔体被配置为阻止离子到达装置的检测器，除非它们通过出口狭缝。为了避免任何疑问，阻隔体和出口狭缝可位于超出分析间隙，即例如在间隙长度方向上超出电极平面的范围，可选地超出任何夹持电极(如果存在的话)。

阻隔体可以是物理阻隔体或电阻隔体(例如，由两个或更多个Bradbury Nielsen门提供，其中Bradbury Nielsen门是本领域众所周知的)。

出口狭缝(在间隙高度方向上)可以具有w

(例如，如果装置要在透明模式下使用/在装置要在透明模式下使用的情况下，例如如果装置根据本发明的第一方面进行配置)阻隔体可被配置成被移除。如果阻隔体是物理阻隔体，则这可以例如通过被配置为允许例如使用马达(例如，线性马达)等物理地移除阻隔体的设备来实现。如果阻隔体是电阻隔体，则这可以例如通过将该电阻隔体配置为关闭来实现。

装置可被配置为允许调整阻隔体所提供的出口狭缝的宽度。如果阻隔体是物理阻隔体，则这可以例如通过设置有可以互换使用的具有不同宽度的出口狭缝的多个阻隔体的设备来实现。如果阻隔体是电阻隔体，则这可以例如通过将该电阻隔体配置成允许调整电阻隔体所提供的出口狭缝的宽度(例如，通过向电阻隔体供给不同的电压)来实现(其中电阻隔体可以例如由两个或更多个Bradbury Nielsen门提供)。

在本发明的该方面中，该(/各)出口狭缝优选具有与非对称时间相关电场的、在与分析轴垂直的平面中看去呈曲线的等场强的等值线的曲率相对应的曲率。

装置可被配置为允许调整阻隔体所提供的出口狭缝的曲率。如果阻隔体是物理阻隔体，则这可以例如通过设置有可以互换使用具有不同曲率的出口狭缝的多个阻隔体的设备来实现。如果阻隔体是电阻隔体，则这可以例如通过将该电阻隔体配置成允许调整电阻隔体所提供的出口狭缝的曲率(例如，通过向电阻隔体供给不同的电压)来实现(其中电阻隔体可以例如由两个或更多个Bradbury Nielsen门提供)。

设备可被配置为允许在使用聚焦控制器改变曲率之后，将阻隔体所提供的出口狭缝的曲率调整为与非对称时间相关电场的、在与分析轴垂直的平面中看去呈曲线的等场强的等值线的曲率相对应的曲率。

为了避免任何疑问，聚焦控制器可以在软件或硬件中实现。

本发明的该方面的装置可以具有结合本发明的第一方面所描述的任何特征或特征组合。

优选地，电源被配置为在装置正在FAIMS模式下工作时将一组电压波形中的相应电压波形施加至第一分段平面电极和第二分段平面电极的各分段，以在分析间隙中产生非对称时间相关电场。

优选地，电源包括两个电源单元，该电源单元被配置为在装置正在FAIMS模式下工作时将一组电压波形中的相应电压波形施加至第一分段平面电极和第二分段平面电极的各分段，以在分析间隙中产生非对称时间相关电场。

在本文中，电源单元中的第一电源单元可被配置为供给分散电压(例如，以下被指定为V

电源可被配置为与第一组电压波形和第二组电压波形同时地向所有分段施加一组附加DC电压、称为补偿电压(“(多个)CV”或仅“CV”)。

CV可以具有被配置为使具有预定差分迁移率的离子经由出口狭缝离开(例如，如上所述)的预定值。

装置可被配置为扫描CV，以使具有不同预定差分迁移率的离子在不同时间经由出口狭缝离开，例如以便提供差分离子迁移谱。

如果电源被配置为与向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段施加一组电压波形同时地向所有分段施加CV，则通过将CV施加至所有分段而产生的电场优选地提供具有与通过将一组电压波形施加至第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段而产生的电场基本上相同的形式的电场。

在本发明的任意方面，装置可以包括检测器，该检测器被配置为检测在与装置的分析轴平行的方向上通过分析间隙的离子。

本发明的第三方面提供：

一种用于进行场非对称波形离子迁移谱即“FAIMS”的装置，所述装置包括：

第一分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第一分段平面电极的分段被布置在第一平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第二分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第二分段平面电极的分段被布置在第二平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极彼此分离以在其间提供分析间隙；

推进部件，用于在与所述装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过所述分析间隙；以及

电源；

其中，所述装置被配置为在FAIMS模式下操作，其中在FAIMS模式下，所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；

其中，该第一组电压波形被配置为使得在与所述分析轴垂直的平面中看去所述非对称时间相关电场具有基本上呈直线的等场强的等值线，以使具有不同差分迁移率的离子朝向不同的空间域聚焦，其中，在与所述分析轴垂直的平面中看去各空间域沿着相应线性的等场强的等值线延伸。

以这种方式，发明人发现，在装置包括如下所述的阻隔体的情况下，可以同时地具有高透过率和高分辨力。

优选地，装置具有聚焦控制器，该聚焦控制器被配置为允许用户改变(例如，在分析间隙中的预定位置处计算出的)等场强的等值线的梯度以改变(例如，在预定位置处计算出的)由非对称时间相关电场提供的聚焦强度。注意：一般来说，改变分析间隙中的一个位置处的等场强的等值线的梯度将导致分析间隙中的其它位置处的等场强的等值线的梯度类似地改变。

以这种方式，在装置包括如下所述的阻隔体的情况下，由非对称时间相关电场提供的聚焦的强度(或“聚焦强度”)可以由用户控制，而无需权衡装置透过的离子与装置所提供的分辨力的比例。一般来说，装置透过的离子的比例越高，分辨力就越低，并且反之亦然。

在分析间隙中的给定位置处，等场强的等值线的梯度可被近似为电场相对于间隙高度方向上的距离的差分。这与两个等场强的等值线上的两个最相近点处的电场强度之差除以这些点之间在间隙高度方向上的距离相对应。

装置可以包括具有出口狭缝的阻隔体，其中，阻隔体位于分析轴上，使得推进部件将离子朝向阻隔体推进，其中，阻隔体被配置为阻止离子到达装置的检测器，除非它们通过出口狭缝。为了避免任何疑问，阻隔体和出口狭缝可位于超出分析间隙，即例如在间隙长度方向上超出电极平面的范围，可选地超出任何夹持电极(如果存在的话)。

阻隔体可以是物理阻隔体或电阻隔体(例如，由两个或更多个Bradbury Nielsen门提供，其中Bradbury Nielsen门是本领域众所周知的)。

出口狭缝(在间隙高度方向上)可以具有w

(例如，如果装置要在透明模式下使用/在装置要在透明模式下使用的情况下，例如如果装置根据本发明的第一方面进行配置)阻隔体可被配置成被移除。如果阻隔体是物理阻隔体，则这可以例如通过被配置为允许例如使用马达(例如，线性马达)等物理地移除阻隔体的设备来实现。如果阻隔体是电阻隔体，则这可以例如通过将该电阻隔体配置为关闭来实现。

装置可被配置为允许调整阻隔体所提供的出口狭缝的宽度。如果阻隔体是物理阻隔体，则这可以例如通过设置有可以互换使用的具有不同宽度的出口狭缝的多个阻隔体的设备来实现。如果阻隔体是电阻隔体，则这可以例如通过将该电阻隔体配置成允许调整电阻隔体所提供的出口狭缝的宽度(例如，通过向电阻隔体供给不同的电压)来实现(其中电阻隔体可以例如由两个或更多个Bradbury Nielsen门提供)。

在本发明的该方面中，该(/各)出口狭缝优选为线性的，并在与非对称时间相关电场的在与分析轴垂直的平面中看去线性的等场强的等值线相对应的方向上延伸。

被配置为使得在与分析轴垂直的平面中看去非对称时间相关电场具有基本上呈直线的等场强的等值线的分段平面FAIMS装置与线性出口狭缝相结合地消除了迄今为止所有FAIMS和DMS装置所遭受的分辨力和透过率之间的权衡。因此，较高的分辨力可以与高透过率一起实现。最高的分辨力可以在最高的聚焦强度处实现。

此外，基本上呈直线的等场强的等值线意味着狭缝形状与聚焦强度无关。

基本上呈直线的等场强的等值线在显著的距离上(例如，在w/4或更大的距离上)优选为基本上呈直线的。技术人员应当理解，难以完美地实现基本上呈直线的等场强的等值线。

电源可被配置为与第一组电压波形和第二组电压波形同时地向所有分段施加一组附加DC电压、称为补偿电压(“(多个)CV”或仅“CV”)。

CV可以具有被配置为使具有预定差分迁移率的离子经由出口狭缝离开(例如，如上所述)的预定值。

装置可被配置为扫描CV，以使具有不同预定差分迁移率的离子在不同时间经由出口狭缝离开，例如以便提供差分离子迁移谱。

如果电源被配置为与向第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段施加一组电压波形同时地向所有分段施加CV，则通过将CV施加至所有分段而产生的电场优选地提供具有与通过将一组电压波形施加至第一分段平面电极和第二分段平面电极的分段而产生的电场基本上相同的形式的电场。

分析间隙在间隙高度方向上的高度在本文中可被称为间隙高度或者简称为“g”。

间隙宽度与间隙高度的比(w/g)可以在2至6的范围内，更优选地3至5的范围内，更优选地在3.5至4.5的范围内，并且可以是约为4。如果装置包括(如其它各处所讨论的)第三分段平面电极和第四分段平面电极，则该限制可以是优选的，但是如果装置中不包括第三分段平面电极和第四分段平面电极，则这种优选不适用。

本发明的该方面的装置可以具有结合本发明的第一方面所描述的任何特征或特征组合。

本发明的该方面的装置可以具有结合本发明的第二方面所描述的任何特征或特征组合。

本发明的其它方面提供分析装置，该分析装置包括：

根据本发明的任何前述方面的用于进行FAIMS的装置；

用于进行质谱的装置；

其中，用于进行质谱的装置被配置为分析已通过FAIMS装置的分析间隙的离子(在这种情况下，分析装置可被称为“FAIMS/MS装置”)，或者用于进行FAIMS的装置被配置为分析用于进行质谱的装置已选择的离子(在这种情况下，分析装置可被称为“MS/FAIMS装置”)。

本发明的其它方面可以提供根据本发明的任何前述方面的用于进行FAIMS的装置的操作方法。

本发明包括所描述的方面和优选特征的组合，除非这种组合明显不允许或被明确避免。

附图说明

现将参考附图来讨论示出本发明的原理的实施例和实验，在附图中：

图1示出包含示例性LP-FAIMS装置的FAIMS/MS装置。

图2A～C示出包含分段平面电极的典型FAIMS装置。

图3A～C示出用于使用典型分压以FAIMS模式和透明模式操作图2A～C的FAIMS装置的FAIMS PSU。

图4A～B分别示出透明模式中所使用的谐波和矩形形式的电压波形的施加。

图5A～B示出圆柱形电场的特性。

图6A～B示出另一典型FAIMS装置和典型等势。

图7A～D示出与没有任何电场梯度或聚焦的非分段平面LP-FAIMS相比，具有聚焦(聚焦由电场强度的等值线提供)的在分离模式下操作的图6A～B的FAIMS装置。

图8A～B分别示出具有由圆柱形场提供的聚焦的在分离模式下操作的图6A～B的FAIMS装置以及具有由近线性场提供的聚焦的在分离模式下操作的图6A～B的FAIMS装置。

图9A～9B示出各电极的所有分段承载相等的电势的分段平面FAIMS装置。

图10A～D示出不同FAIMS装置结构的等场等值线。

图11A～D示出在透明模式下操作的分段平面LP-FAIMS装置的模拟。

图12示出在没有场梯度的情况下由FAIMS分离模式的模拟得到的CV(DV)曲线。

图13示出(在具有和没有线性场梯度的情况下)由使用平面LP-FAIMS装置进行的实验得到的分辨率/灵敏度图。

图14A～B示出由使用平面LP-FAIMS装置进行的实验得到的进一步结果。

具体实施方式

现在将参考附图来讨论本发明的方面和实施例。其它方面和实施例对于本领域技术人员将是明显的。本文提到的所有文献通过引用而并入于此。

一般来说，本发明涉及差分离子迁移谱仪的可能结构及其结合质谱仪的可能用途。特定的用途是改进低压DMS装置的操作。

一般来说，以下示例可被视为建立在参考文献[1]的教导之上，并且有助于提供具有分段平面电极以及改进的分离和透明模式的FAIMS装置。

在设计本发明时，本发明人使用本文所公开的多极结构(具有参考文献[1]的图2中的电极26的形式)和(非分段)平面结构(具有参考文献[1]的图2中的电极20的形式)这两者构造了如参考文献[1]中所述的原型低压FAIMS(LP-FAIMS)装置。低压允许大幅地扩宽分析间隙(“FAIMS间隙”)并且减小波形频率和峰值振幅(分散电压，“DV”)。较低频率和较低峰值振幅的DV允许通过数字切换技术来产生DV波形，特别地，它允许产生具有广泛可变的频率和占空比d的近矩形DV波形(根据以上给出的定义，可表示为f值，其中f＝(1-d)/d)。

FAIMS中的DV和补偿电压(“CV”)优选地表示为分散场(E

本领域中建议，将电极设置为不同温度以在分析间隙两侧形成恒定的温度梯度(以及因此N和E/N的梯度)，并将正在进行FAIMS分析的离子聚焦在间隙中，例如见参考文献[12]。如环境压力FAIMS技术中已知的，这种梯度将具有K(E/N)(离子迁移率K被表示为E/N的函数)的适当形式的离子聚焦到间隙中值(间隙中值＝沿间隙高度方向的间隙的一半)。

发明人在本发明(即，平面LP-FAIMS)的上下文中实现了恒定的温度梯度。本文中，发明人发现，施加热梯度允许将最大分辨力提高到超过缺少热梯度的等价平面间隙装置中的最大分辨力。最佳性能要求在LP-FAIMS室中调节气体压力，同时保持下游室中的压力恒定。发明人还发现，施加热梯度还通过减少由于扩散和空间电荷膨胀导致的电极上的离子损失而提供增加的离子透过率。信号增益可能是高的(通常是4倍)，但透过的该增益是在损失FAIMS分离的一些分辨率的情况下获得的。

为此，设计了用以在不影响下游室中的压力的情况下快速改变和稳定LP-FAIMS中的压力的部件。

本发明人不知道在平面FAIMS装置中实现恒定温度梯度的其它技术。

通过市场分析，使FAIMS/MS技术成熟以具有更广泛的接受度取决于在没有分离的情况下(即，在透明模式下“将FAIMS切换为关闭”时)使通过FAIMS级的离子透过率最大化。对FAIMS装置进行重复的物理移除和重新安装不是可接受的解决方案，因为这很耗时，需要经训练的人员，扰乱了工作流程，通常需要在每次重新安装后进行验证，并将使这两个单元的部分产生应力。还期望将FAIMS开启模式和FAIMS关闭模式(以预先编程或数据相关的方式)结合起来的自动获取能力。因此，应将FAIMS设计为仪器化的组成部分。市场分析还将无法同时实现高分辨率和高灵敏度识别为另一问题。例如，虽然FAIMS可以消除化学噪声以提高针对诸如胰蛋白酶肽等的某些化学类的种类的检测极限(LoD)，但总的离子损失限制了LoD增益。

尽管参考文献[1]的平面间隙LP-FAIMS几何结构与上述的多极相比提供了更好的分辨率，但本发明人发现其在FAIMS关闭的情况没有有效地使离子透过。克服这种限制是本发明的一个动机。

换句话说，要解决的一个问题是提供一种模式，其在不通过差分迁移率进行区分或选择的情况下有效地透过所有离子，同时允许在该“透明”模式和FAIMS分离模式之间进行快速切换而无需机械调整(注意，该问题需要以平面格式而不是如参考文献[13]中所教导的方形格式来克服)。

用以将离子聚焦在平面FAIMS间隙中的已知方法是对在另一电极上的一个电极进行加热，以建立间隙两侧的热梯度。热梯度通过抵抗离子扩散和空间电荷来聚焦离子。这种聚焦技术与多个主要问题相关联，包括方法固有的四个问题：(1)聚焦仅与FAIMS分离结合作用，从而阻止了期望的FAIMS关闭(在透明模式下不存在用于聚焦离子的部件)；(2)聚焦强度强烈依赖于特定离子的K(E/N)特性，其中一些种类不良地聚焦或主动地散焦；(3)加热气体使聚焦与迁移率的本征温度依赖性耦合，并产生不可预测的结果；以及(4)加热可能导致离子的离解或异构化。另外两个问题是实际的：(5)电极的加热或冷却对于聚焦或调整其强度的快速切换而言需要太长时间，从而阻止了在数据相关获取模式和许多其它模式下使用，以及(6)热梯度由于间隙两侧的热传递而存在上限，从而限制了最大聚焦强度。虽然这些问题可以通过进一步设计来部分地解决，但成本和复杂性将非常大。这种情况激励本发明人找到一种用以在不操纵电极温度的情况下在FAIMS装置中实现离子聚焦的方法。

在设计本发明时，本发明人正在试图实现FAIMS装置，优选是LP-FAIMS装置，该装置具有：

·两种操作模式：分离模式和“透明”模式

·在透明模式下改进的离子透过率

·在分离模式下更高的分辨力

·在分离模式下易于调节的分辨率/灵敏度平衡

·在分离模式下同时改进的分辨力和灵敏度

关于现有技术，已知具有圆柱形间隙(即，在两个圆柱形电极之间的间隙，参见参考文献[1]的图2中的电极22)或圆顶形间隙(即，两个半球圆顶之间的间隙)的FAIMS装置，以与相比于平面间隙装置(在两个平面电极之间具有间隙，例如参见参考文献[1]的图2中的电极20)而言提供较高的透过率和较低的分辨率。这是因为同轴圆柱形电极之间的环形间隙中的非均匀(圆柱形)电场将具有适当K(E/N)形式的离子聚焦到与K(E/N)值相对应的域。随着由R2/R1比定义的间隙曲率的增大，聚焦强度增长，其中R1是内电极的外径，以及R2是外电极的内半径。

参考文献[2]教导向平面FAIMS电极(具有沿着分析轴、即沿着离子行进通过间隙的方向延伸的分段)的特定元件施加电压以在其间形成基本上呈圆柱形的电场，并改变这些电压以调谐中间等势面的曲率。然而，没有指定调谐的目的，并且没有公开用以实现调谐的部件。此外，参考文献[2]中教导的装置没有提供用以在透明模式下聚焦离子的部件。这些问题通过本发明来解决。

1)本发明的第一方面

在以下讨论的示例中，本发明的该方面可被视为提供具有改进的透过模式的平面FAIMS装置。

本发明涉及特别是在深亚环境气体压力下的平面间隙FAIMS(LP-FAIMS)。虽然我们已经(在实验和/或模拟中)调查了5～100mbar的压力范围，但这受限于目前的仪器和样品的方面。1～200mbar的更宽范围应当是可行的。

本发明的该方面的优选特征：

1.电极分成至少三个沿着离子行进通过间隙的方向伸长的分段。所得装置在下文中可被称为分段平面FAIMS。

2.存在用以推进离子通过间隙的推进部件。

3.FAIMS电源单元(PSU)具有用以在对称波形(对于透明模式为50％的占空比)和非对称波形(对于FAIMS模式为50％以外的占空比(任何需要的值))之间切换的部件。

4.存在用以在两种电场结构之间切换的部件，例如：(a)用于FAIMS分离的基本偶极场和(b)用于离子约束的基本四极场(透明模式)。如本文所述(例如参见本文所讨论的图3B、图3C和图11A～D)，各种透明模式是可能的。

5.FAIMS PSU具有(例如，由于透明模式下的FAIMS分离和离子约束的最佳值基本上不同，因而)在两个基本上不同的RF频率之间进行切换的部件。

6.存在(例如，由于FAIMS分离所用的最佳压力通常超过在透明模式下针对最佳离子透过的最佳压力因而)用于在两个稳定值之间切换压力的部件。

在透明模式下，离子可以透过间隙，而不会基于绝对或差分迁移率而被故意选择或区分，并且由于扩散和库仑膨胀引起的损失最小。在以下讨论的示例中，四极场将离子约束到间隙中值，以提高其通过后续孔传递到下游级的效率。

在实验中，参考文献[1]中的多极装置与平面间隙装置相比提供较低的FAIMS分辨力，并且没有提供用以调谐离子聚焦强度的有效部件。根据参考文献[1]，离子因为各种部件或电场所产生的气流而沿着间隙移动。类似的方法可以适用于本发明。具有不同聚焦强度的FAIMS装置对于许多应用都是有用的。例如，当去除化学干扰以提高MS中的检测极限(灵敏度)或者降低蛋白质离子的电荷状态的多重性时，高灵敏度是非常重要的。当可获得足够的样品时，较高的分辨力对于解开(例如脂质或肽的)结构异构体是至关重要的。

本发明通过在透明模式下将通过FAIMS级的离子透过率增加至100％来消除从质谱仪或其它仪器中物理去除LP-FAIMS装置以恢复其原始性能的需要。本发明可以适用于具有分段平面电极并且优选地在亚环境压力下、更优选地在1～200mbar的范围内以及最优选在5～50mbar的范围内操作的LP-FAIMS装置。气体成分可能是100％的氮，或者氦和氮的混合物。发明人发现，在LP FAIMS的上下文中，与100％的氮相比，氦和氮的混合物可以显著提高分辨力和透过率。其它气体成分也可以使用(例如CO2和氢)，而不限于此。

2)本发明的第二方面

在以下讨论的示例中，本发明的该方面可被视为提供具有可变的聚焦强度、改进的透过率和改进的分辨力的实际平面FAIMS装置。

本领域已知两种类型的FAIMS装置几何结构：(i)使用同轴圆柱形和/或同心球形电极建立的弯曲(特别是圆柱形)间隙；以及(ii)使用平行平面电极建立的平面间隙。已发现平面间隙FAIMS以离子透过率(灵敏度)为代价提供了最高分辨率。控制聚焦强度的圆柱形FAIMS的关键指标是如上定义的间隙曲率。FAIMS Pro(Thermo公司的现有产品)采用R2/R1＝1.2来实现强聚焦，从而实现接近最大的离子透过率。其它商业FAIMS和FAIMS-MS系统、特别是源于(传统Sionex的)独立系统的(Owlstone的)Lonestar FAIMS和(Sciex的)SelexIon FAIMS/MS采用平面间隙装置。

所有这些FAIMS装置在环境压力下操作。SelexIon系统具有短的离子停留时间以限制离子损失，但仍能提供比FAIMS pro更高的分辨率。平面环境压力FAIMS迄今为止所实现的分辨力的上限对于单电荷是约150并且对于多电荷种类是约400(见参考文献[6])，但是具有非常有限的离子透过率/灵敏度。

参考文献[1]教导了用于操作处于低气体压力下的FAIMS(即“LP-FAIMS”)的方法。随后，利用与四极或飞行时间质谱耦合的平面和多极几何单元来说明LP-FAIMS(例如，参考文献[7])。使用平面间隙单元的典型分离包括标称同量异位氨基酸(代表小分子应用)以及来自人的τ蛋白的单磷酸化肽和双磷酸化肽的PTM定位变体(代表前线蛋白组学和表观遗传分析)中的分离。分辨率通常与被配置用于合理的离子透过的商业环境压力FAIMS系统的分辨率相当或超过该分辨率，但未达到高分辨率FAIMS系统的分辨力。然而，与针对高分辨率FAIMS的约100～500ms的离子停留时间相比，这些研究中的离子停留时间约为10ms。短过滤时间是有用的，因为它允许在之前的液相色谱(LC)或毛细管电泳(CE)分离中在合理的峰洗脱时间内嵌套FAIMS扫描。

如以上所说明的，LP-FAIMS中的电场优选以不变的E/N项表示，单位是Townsend(Td)。在LP-FAIMS中测量出的E

低压下进入高度非线性K(E/N)区域的能力提供了附加的分离灵活性和更高的分辨率。

如前所述，可通过操作处于低压的FAIMS装置而实现的数字切换能够产生具有广泛可变的频率和HF/LF比(表示为f值)的近矩形波形，并且能够快速改变频率和振幅。(虽然该技术可以在任何压力下使用，但实际的功耗和耗散约束将其限制到低电压范围，因此缩小了环境压力下的间隙，从而导致分辨率低。)能量回收数字PSU技术对于降低功耗是优选的。

使用热梯度对FAIMS中的离子进行聚焦被建议用于如上所述的环境压力平面FAIMS，并在本发明人的(未公开的)研究中已被证明用于LP-FAIMS。本发明人认识到，由N(经由局部气体温度T)或E的变化而产生的聚焦状况是不同的。前者涉及恒定的E/N梯度，但是叠加在其上的本征K(T)依赖性(依赖于离子种类和气体同一性)产生复杂的情况特定行为。后者(在弯曲间隙中)涉及非恒定的E/N梯度，其中E在圆柱形间隙中随着1/R缩放，或者在球形间隙中随着1/R

本发明的该方面可被视为提供采用分段平面电极的基本线性E/N梯度。虽然原则上这在任何气体压力下都是可能的，但是最适于LP-FAIMS，因为物理上较大的电极便于机械实现，而较低的电压和频率简化了电气工程。此外，透明模式在大气压下不可用。

本发明的该方面的优选特征：

1.工作压力范围为1～200mbar。

2.LP-FAIMS装置具有两个平面电极，各平面电极包括至少3个沿着离子行进通过间隙的方向伸长的分段。这两个电极可以用介电垫片分离开。

3.存在用以推进离子通过间隙的部件。

4.PSU能够输出至少四个非对称波形。

5.存在占空比为d的至少两个非对称波形以及占空比为(1-d)的至少一个非对称波形。

6.供给四个非对称波形和dc电压(以确立CV值)中的至少一些，以产生具有可调聚焦强度的圆柱形电场。

7.存在用以快速调节和稳定LP-FAIMS单元中的压力的部件。

8.存在用以确定FAIMS间隙中的离子过滤时间的部件(这可以通过调整装置长度来实现，或者通过对FAIMS装置之前的气体成形管道进行物理交换而调整喷射驱动流实现)。

本发明不仅建立在参考文献[2]上，而且还建立在除了参考文献[2]的教导之外的一些方面中。具体地，参考文献[2]教导施加电压以产生具有可变有效半径的圆柱形场。然而，参考文献[2]中没有设想或教导目标和实现该目标的方法。本发明人发现，聚焦强度直接与间隙两侧的最大场半径与最小场半径的比(R2/R1)相关，其中绝对场半径对聚焦强度并不重要。

由电极分段上的电压产生的圆柱形电场等同于物理圆柱形间隙中的电场。分段平面LP-FAIMS中的聚焦强度可通过改变电极电压来调谐，以产生具有期望有效R2/R1值的场，该有效R2/R1值可被设置成与间隙宽度(g)无关。然而，在这种情况下，聚焦域(具有给定差分迁移率的离子聚焦朝向的空间域)是对于较强的聚焦强度(即，间隙两侧的较高E

其中，α

对于分段平面FAIMS中的足够精确的圆柱形场，横向电极跨度(w)应超过g(FAIMS间隙的宽度)约一个数量级。然后，电极边缘附近的边缘电场不会对装置轴附近(沿着间隙行进的离子所占据的区域内)的电场产生实质性的影响。

如果需要合理的聚焦强度，则宽间隙可能会给产生所需电压带来困难。

对于向所有电极施加了适当电压的完全封闭的间隙(例如，具有第一分段平面电极、第二分段平面电极、第三分段平面电极和第四分段平面电极)，必要的w/g比可能有所降低。在电极跨度上，分段宽度可以变化，从轴向边缘增加。

3)本发明的第三方面

在以下讨论的示例中，本发明的该方面可被视为提供具有可变聚焦强度以及与改进的透过率相结合的改进的分辨力的平面FAIMS装置。

在这方面，可以调节分段电压以在围绕间隙的中值和间隙的轴的相当大的体积中产生E的近线性梯度，其中E

以这种方式，离子被约束到这些表面周围的平面层，并且可以在这样的层中扩散。然而，聚焦离子群现在将是近平面的，并且只有具有特征CV的单层能通过平面间隙，并通过窄孔(优选是间隙平面中的狭缝)离开单元至下游质谱仪或其它仪器级。该孔应被成形和定位成不扰乱FAIMS分离场，并且优选是可移除或可调整的，以允许“透明”模式。孔可以与夹持边缘场(限制边缘场的范围)的电极结合使用，它也可用于使离子加速通过电池出口附近的显著边缘场的区域。在离子被气流带过间隙的情况下，狭缝不应对流动分布产生实质性的影响。在一些实施例中，阻隔体可以由作为Bradbury Nielsen门进行操作的线电极形成。离子因为向门施加的两相RF而停止，并因为移除了RF而被允许通过。间隙的有效宽度也可以通过控制施加到Bradbury Nielsen门的RF来调节。这种结构具有如下的优点，即：孔无需被物理去除，而是可以以预定的方式快速打开或关闭，并且不会显著地扰乱离开装置的气流。

聚焦强度越高，狭缝就应当越薄。

本发明的该方面的优选特征包括以上结合本发明第二方面所讨论的特征1～5、7和8，加上：

9.供给的四个非对称波形和dc电压(为了确立CV值)中的至少一些具有独立可变的振幅，以产生具有与平面电极平行的基本上为平面等值面的电场。注意：这不是直接的变化，而将需要采用在分段之间进行分压以获得线性场梯度的方式的变化。仅通过改变4个电压就能实现这种改变是值得怀疑的。

10.装置可以包括具有出口狭缝的阻隔体，其中，阻隔体位于分析轴上，使得推进部件将离子朝向阻隔体推进，其中，阻隔体被配置为阻止离子离开分析间隙，除非它们通过出口狭缝。

本发明的该方面涉及在参考文献[1]中所描述的所有这些方法中具有用于推进离子通过间隙的任何机制(包括流动驱动、纵向场驱动或喷射驱动)的FAIMS。FAIMS中的离子聚焦允许与延长(即，通过制作较长的装置而延长)的过滤时间结合使用，而不具有通常伴随的在由于扩散或库仑排斥而引起的束加宽时出现的离子损失，从而能够提高分辨率并且具有更缓和的离子损失。

当结合强聚焦而采用具有狭缝的阻隔体时，本发明产生了结合高分辨力和短过滤时间的良好透过率。

1)关于本发明的第一方面

图1示出包含示例性LP-FAIMS装置14的FAIMS/MS装置1。

参考图1，包括LP-FAIMS装置14的室6位于大气压电离(API)离子源(在本示例中为电喷雾电离(ESI)源2)和MS级8之间。如本领域已知的，在合适溶剂中的样品被递送至2，2产生荷电雾滴的羽流。所述雾滴和从其中放出的离子中的至少一些进入去溶剂化管(毛细管)4，其中这些雾滴蒸发并释放离子。所述离子被夹带在离开4进入室6、保持在1～100mbar的压力下的超音速气体喷射中。室6包含用以减缓喷射的部件(如参考文献[1]中公开)。装置14使所有离子种类或其具有所选择的差分迁移率值的子集透过至分流器(skimmer)16，而其它种类朝向FAIMS电极偏转并在落到FAIMS电极的表面上时通过中和作用而被破坏。

图2A所示的典型分段FAIMS装置包括两个平行平面电极，其中分段18a～18k在上电极中，并且20a～20k在下电极中。图2A还示出间隙高度(d

更详细地描述图3A所示的针对圆柱形(聚焦)场例示的电压，可以仅由两个PSU提供针对两个平面的分段电极(在示例中为电极p1至p11和n1至n11)中的所有电极分段的电压。然后，这两个PSU可以向所述平面的电极中的各电极分段提供所需电压。对于各电极分段，存在用于供给表示为V

在该示例中，透明模式涉及由具有典型的d＝0.5的交流电压VT提供的、用于将离子约束到FAIMS单元轴的四极场。在图3B和图3C中示出用于加载VT的两个典型电子方案(具有承载反相的交流电极)。图3B示出(透过模式中所使用的)能够在无需DC电压的情况下约束离子的基本上呈四极的场。图3C示出(透过模式中所使用的)沿着在分段电极的平面之间延伸的方向配置离子的线性多极场，但需要附加DC电压来将离子约束在横向方向上。

输出V和VT及其负的对应电压的PSU优选采用数字电源，从而容易使d<0.5或者d>0.5。图3A～C中的所有方案优选采用由数字控制器(未示出)操作的隔离开关或继电器。控制器优选地被配置为使装置在平面FAIMS模式(无离子聚焦)、梯度FAIMS模式(具有可调聚焦强度)和透明模式之间切换。透明模式的对称RF可以具有通常的谐波分布(例如如图4A所示)以及矩形分布(例如如图4B所示)。任意RF形式都可以起作用，但矩形分布被认为提供更好的约束。

数字PSU容易允许改变波形的频率和振幅。(对于按图2B的装置尺寸)在分离模式下的典型频率为25～500kHz，主要取决于感兴趣的离子的质量和迁移率——对于诸如大分子(例如，蛋白质)等的重的、迁移较少的种类，典型频率较低，而对于轻的、小的离子，典型频率较高。通常采用的频率是200kHz。

在透明模式下的最佳频率优选更高。为了有效地约束离子，压力高达至少40mbar(参考文献[8])和参考文献[9])。从代表完美约束的1到代表无约束的0变化的相关数字γ取决于气体压力和RF频率(见参考文献[10])。物理地，离子弛豫时间必须接近或超过RF周期。因此，对于给定压力，可以通过提高频率来改进约束。然而，提高频率也降低了Dehmelt赝势的深度。该深度可以通过将RF电压成比例地增加至高达电击穿极限来复原。下表列出了环境气体温度(300K)下的基准罂粟碱1+离子(降低的迁移率K

表1：环境气体温度(300K)下的基准罂粟碱1+离子(降低的迁移率K

从该表可以推断出，在透明模式下良好地透过离子所需的适当压力和频率，例如，可以推断出，30mbar和200kHz导致可忽略的约束(在透明模式下γ＝0.001)。在高达3MHz的相同压力下改变频率(如优选数字电源能做的)使γ大大增加到0.20。然而，如果压力同时降低到5mbar，则这将产生近乎完美的约束(γ＝0.90)。可选地，将压力降低到1mbar在原来的0.2MHz频率下产生合理的离子约束(γ＝0.50)。这些教导有助于推导在LP-FAIMS装置的透明模式下为了良好地透过离子所用的条件。

2)关于本发明的第二方面

针对任意R1和R2的两个同轴圆柱形电极之间的环形间隙中的圆柱形场的等势面和强度是众所周知的，其中R1是内电极的外半径，以及R2是外电极的内半径。

例如，我们可以定义χ＝R2/R1。根据下式用笛卡儿坐标x和y来定义等势面：

并且圆柱形电场的强度由下式定义：

图5A的(i)～(iv)示出针对不同的χ值的圆柱形场502、504、506、508。

图5B示出可以位于圆柱形场内的任意位置处的矩形区域510，其中参考笛卡儿x、y坐标来定义等势等值线。各等势线具有曲率半径R和共通的中心518。矩形区域512被选择为具有与LP分段FAIMS装置相同的大小和形状，并且选定的间隙g和选定的宽度w在矩形区域510内。具有半径R1的等势等值线与下电极平面514的内表面在其中心点处相切。具有半径R2的等势等值线与上电极平面516的内表面在其中心点处相切。跨分段FAIMS装置的E/N比为(E/N

因此，提供了直接的聚焦量度，并且独立于间隙g。换句话说，这表明，通过相应地设置施加到电极的电压，可以在矩形区域内与g和w无关地确立具有选定χ的圆柱形场。

为了例示的目的(但不旨在限于此)，使用图2B(g＝7.5mm)所示的尺寸，在下表中列出了R1、R2的值、屈服χ＝1.1和1.5。因此，证明LP分段FAIMS可以在仅由χ确定的E/N值的范围内透过离子。在间隙中心聚焦的强度也可以根据电场的梯度来定义。对于圆柱形场的情况，通过4/ln(χ)/R2+R1)

表2：作为χ的函数的聚焦强度

图6A～B示出另一典型平面FAIMS装置。

在该示例中，平面FAIMS装置包括布置在平行平面中的第一组分段电极602至614和第二组分段电极616至628以及在与第一组正交的两个平行平面中的第三组分段电极630至634和第四组分段电极636至640。

图6A示出这种平面FAIMS装置正用于产生合适的圆柱形电场。使用式(2)确定各电极上的必要电压。曲率中心650位于与电极622的内表面相距R1处的、较长组的中央电极622和608的平分线上。在FAIMS间隙中示出按式(2)的等势等值线，内电极的电势为0，并且外电极的电势为1。其它电极上的电压由针对内面的中心坐标的式(2)导出，如针对各电极的矢量652、654、656所例示。所得等值线基本上与图5A～B中所示的等值线重复，以获得期望χ值。

例如，如图6B所示，可以使用原点664在间隙的几何中心的四极场660在透明模式下操作同一平面FAIMS装置。如矢量664和666所例示，在电极内面的中心处再次评价所示的等势等值线(假设d＝0.5的对称波形)。

图7A～D示出与没有聚焦的分段平面LP-FAIMS相比具有聚焦(聚焦由圆柱形场提供)的、在分离模式下操作的图6A～B的分段平面FAIMS装置。图6A的装置的圆柱形场(这里标记为702)中的离子形成沿着等势等值线716配置的不同域。这些不同域根据所施加的E

更具体地，如图8A的(i)所示，弯曲离子域804(在与通过装置808的离子束的方向正交的平面中示出)在沿着间隙中值配置的窄出口狭缝810的投影832的上方和下方扩展。在图8A的(ii)所示的垂直投影图中，聚焦在通过FAIMS装置入口802进入的离子羽流朝向出口830前进时垂直地压缩这些离子羽流，从而接近由如上所述的等势等值线控制的稳态形状。接近间隙出口的离子的一小部分通过狭缝810(其形状使808中的气流扰动最小化)到达离子传递级812。狭缝810两侧的压力优选是接近的。随着(在增大或减小的方向上)扫描所施加的E

如图8B的(i)所示，在(如以上所确立的)中心具有近线性场的分段平面LP-FAIMS级820将离子聚焦到沿间隙跨度配置的线性域818。这意味着垂直方向上较短的稳态羽流可以在较窄的E

3)关于本发明的第三方面

图9A～9B示出各电极的所有分段承载相同的电势(一个电极上承载正电势，而另一电极上承载负电势)的分段平面FAIMS装置。在图9A和图9B中分别标绘出了通过使用有限差分法对拉普拉斯方程式进行数值求解而求出的所得等势等值线和场强等值线。在间隙中值附近不存在场等值线表示不存在场梯度，即跨间隙的电场是均匀的。分段边缘附近的等值线在离子密度稀疏的区域显示出微小的梯度，因此对FAIMS分离没有实质性的影响。因此，这种模式模拟了现有技术的标准平面间隙FAIMS装置。

详述了数值求解的场，图10A示出在(例如，如图5B中所描绘的)无终止的完整圆柱形电极之间的环形间隙中的理想圆柱形场的一个分段的等场等值线。以w＝4g终止这些圆柱形电极(两侧有开口间隙)使得间隙中心附近的等值线基本上成平面且平行，如图10B所示。开口间隙具有相同的w/g比并且各电极中的七个分段承载(如上计算出的)合适电压的平面FAIMS级的特征在于在相等R2/R1值的宽范围内(例如，如图10C所示R2/R1＝1.15以及如图10D所示R2/R1＝1.6)在间隙中心附近的类似平面平行场等值线。

存在用于在FAIMS间隙的有限区域内提供基本上呈平面的平行场等值线的其它方法，并且以上示例不旨在限制于此。本发明的该方面可以产生基本上与平面FAIMS装置中的差分电极加热所产生的E/N梯度类似的E/N梯度，但具有上述的多个优点。限制可离开间隙并由MS或其它下游级检测到的离子的路径的出口狭缝使得弯曲、但不平行的场等值远离基本上非实质的间隙中心。

操作压力可降至几mbar，在第8节中给出了6.2mbar的实验数据。即使在高达543Td的极端E

支持/比较数据

图11A～D示出在透明模式下操作的分段平面LP-FAIMS装置的模拟。这些模式是在统计扩散模拟(SDS)模式下使用SIMION软件进行的。模拟了具有实验K(E/N)依赖关系的340Da质量的质子化罂粟碱(1+)离子。在33mbar压力和43℃温度下，缓冲气体为N，其中轴向流速为10m/s而横向速度为零。单元具有g＝7.5mm、w＝30mm(因为w/g＝4)以及100mm的长度(L)，从而导致过滤时间为10ms。对称矩形波形的频率为200kHz。SDS模型假设与高压和低RF频率相对应的稳态迁移状况(即，离子在由瞬时场控制的末速下漂移)。然后γ接近于零，并且离子约束较差，但在该模拟中FAIMS电极的离子损失仍然有限。

图11A所示的示例具有在50V的峰值RF振幅下按图3C施加的电压的31个分段电极。等电场等值线以50V/cm间隔标绘。轨迹被示出为无限持续。因此，平面示出1000个离子在10ms的模拟时间段期间的最大横向范围。离子的离子初始位置接近轴。

在图11B中，RF电压按图3C施加，并附加地由dc电压补充，从而提供使离子朝向装置中心轴推动的梯度：离子在y方向上受RF场约束，并且在x方向上受dc场约束。图11C示出在其它相同条件下具有7分段电极的结果。

具有由在峰值振幅为200V下按图3B施加的电压提供的四极场的实施例在图11D中进行建模。离子轨迹如上所述地记录。模拟时间内的电极的离子损失为7％，即使受如上所述的这些模拟的限制。四极场更好地约束离子，但在相同的质量范围内需要更高的电压。这种朝向中心轴的优秀约束可以可选地通过如上所述降低压力和增加频率来实现(模拟未示出)。

假设非对称波形的频率为200kHz,，d＝0.2并且其它条件按图11A～D，我们按图10C(R2/R1＝1.15)进一步模拟了具有线性场梯度的FAIMS分离模式。所有通过间隙出口面的离子都被计数，即不考虑出射孔(狭缝)。如图12所示的E

典型测量采用平面LP-FAIMS装置，其具有略小的g(5毫米)、w＝20mm(因为w/g＝4)以及L＝100毫米，并且也没有出口狭缝。离子聚焦是通过在电极之间施加热梯度、从而提供线性场梯度而实现的，并且这模拟了本发明的该方面。过滤时间被设置得较长，为50ms。

如图13所示，在三个相等的R2/R1值的完整E

该示例清楚地证明了LP-FAIMS中的灵活离子聚焦的主要优点，其方式实质性地且定性地取代了实验或理论中对现有技术的理解。也就是说，广泛观察(经由物理间隙曲率或物理间隙曲率+温度梯度实现的)聚焦，以根据所报告的第一原理计算和数值模拟、以分辨率为代价增加所有种类通过FAIMS间隙的透过率以及因此测量到的信号(例如，参考文献[11])。换句话说，离子聚焦已经被理解并且预期将FAIMS性能在由无聚焦情况的分辨率/灵敏度曲线描绘的空间内迁移，从而以分辨率换得灵敏度。图13所示的在等分辨率下的灵敏度增益或在等灵敏度下的分辨率增益或这两种增益的当前展示在根本上超出了本领域的水平。添加出口狭缝将为任何现有技术的分辨率/灵敏度平衡提供进一步的增益。

进一步的实验探索了有用FAIMS压力范围的下限，其采用由具有50kHz频率和d＝0.2的波形驱动的g＝7.5mm、w＝30mm以及L＝126mm的平面LP-FAIMS装置。特别地，如图14A～B所示以低的10ms过滤时间在6.2mbar的压力下获得代表性蛋白质的数据。在6+电荷状态下质子化的牛泛素(8.6kDa)的典型2D调色板141(水平轴143为E

这种先前无法实现的状况允许调查和采用许多新的现象和分离。例如，两个不同的E

分段LP-FAIMS电极可能略微弯曲。施加到略微弯曲的电极的电压可用于削弱或加强由根据本发明的电压梯度提供的离子聚焦。

本发明优选在LP-FAIMS中用作透明模式，在透明模式中，用户无需从通常将降低透过率的质谱仪中物理地移除装置。这将提高LP-FAIMS的使用对于用户的吸引力，用户对于由于质谱灵敏度降低而可能引起的问题的担心将减少。

在前述说明书或以下权利要求或附图中公开的、以特定形式或者以用于执行所公开的功能的部件或用于获得所公开结果的方法或处理的方式表达的特征在适当的情况下可以单独地或以这些特征的任何组合用于以各种形式实现本发明。

虽然已经结合上述典型实施例描述了本发明，但是在给出本发明时，许多等同的修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。因此，以上阐述的本发明的典型实施例被认为是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种改变。

为了避免任何疑问，提供本文所提供的任何理论说明以提高读者的理解。发明人不希望受任何这些理论说明的约束。

本文使用的任何章节标题仅仅是为了组织目的，而不应被解释为限制所描述的主题。

在包括以下权利要求书的整个本说明书中，除非上下文要求，否则词语“包括”和“包含”以及诸如“包括有”、“正包括”和“正包含”等的变形将被理解成意味着包括所述的整数或步骤或者整数或步骤的组，但不排除任何其它的整数或步骤或者整数或步骤的组。

必须注意到，如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“其”、“该”和“所述”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。范围在本文中可被表示为从“约”一个特定值和/或至“约”另一特定值。当表示这样的范围时，另一实施例包括从该一个特定值和/或至该另一特定值。类似地，当值通过使用先行词“约”而被表示为近似值时，应当理解，该特定值形成另一实施例。与数值相关的术语“约”是可选的，并且例如为意味着+/-10％。

以上引用了许多出版物，以更全面地描述和公开本发明以及本发明涉及的现有技术。以下提供了这些参考文献的全部引用。这些参考文献中的每一个被全文并入于此。

[1]US8610054B2(Shimadzu)

[2]US7863562B2(Shimadzu)

[3]R.W.Purves,et al.,Rev.Sci.Instrum.1998,69,4094

[4]I.A.Buryakov,et al.,Int.J.Mass Spectrom.Ion Processes 1993,128,143

[5]http://www.faims.com/howpart1.htm

[6]A.A.Shvartsburg et al.,J.Am.Soc.Mass Spectrom.2013,24,109

[7]A.A.Shvartsburg et al.,Anal.Chem.2018,90,936

[8]US 6,107,628

[9]Y.Ibrahim et al.,J.Am.Soc.Mass Spectrom.2006,17,1299

[10]A.V.Tolmachev,Nucl.Instrum.Methods Phys.Res.B 1997,124,112；Y.Ibrahim et al.,ibid

[11]A.A.Shvartsburg et al.,Anal.Chem.2006,78,3706

[12]US7045778B2

[13]US7550717B2

形成说明书的一部分的以下声明提供本文中的公开内容的一般表述：

A1.一种用于进行场非对称波形离子迁移谱即“FAIMS”的装置，所述装置包括：

第一分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第一分段平面电极的分段被布置在第一平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第二分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第二分段平面电极的分段被布置在第二平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极彼此分离以在其间提供分析间隙；

推进部件，用于在与所述装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过所述分析间隙；以及

电源，

其中，所述装置被配置为在以下模式下操作：

FAIMS模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；以及

透明模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第二组电压波形，以在所述分析间隙中产生约束电场用于使离子朝向纵轴聚焦。

A2.根据声明A1所述的装置，其中，气体控制器被配置为在所述分析间隙中提供气体压力，使得所述分析间隙中的气体压力在所述透明模式下比在所述FAIMS模式下低。

A3.根据声明A1或A2所述的装置，其中，所述气体控制器被配置为在所述FAIMS模式下在所述分析间隙中提供1～200mbar的气体压力。

A4.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述气体控制器被配置为控制向所述分析间隙的气体供给，使得所述分析间隙包含气体混合物，其中，所述气体混合物包括N2、H、He中的两种或更多种。

A5.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，压力控制器被配置为在所述透明模式下在所述分析间隙中提供20mbar或更小的气体压力。

A6.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述第一组电压波形以第一频率重复，以及所述第二组电压波形以第二频率重复，其中，所述第一频率低于所述第二频率。

A7.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述第一频率在5kHz～5MHz的范围内，以及所述第二频率为500kHz或更高。

A8.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，第一组电压波形和第二组电压波形基本上是矩形的。

A9.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述电源是数字电源。

A10.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为在所述FAIMS模式下以小于或大于0.5的占空比操作。

A11.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述电源被配置为通过产生一个或多个RF电压波形并且经由电容分压器的布置向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加所述RF电压波形，来向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加所述第一组电压波形。

A12.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述电源被配置为将施加至所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段的电压波形的频率基本上瞬时地从第一频率值改变为第二频率值。

A13.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述电源被配置为将施加至所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段的电压波形的f值基本上瞬时地从第一f值改变为第二f值。

A14.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述第二组电压波形具有0.5的占空比。

A15.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，w≥3g，其中w是所述分析间隙在间隙宽度方向上的宽度，以及g是所述分析间隙在间隙高度方向上的高度。

A16.根据前述声明中任一项所述的装置，还包括声明B1至B16和/或声明C1至11中任一项的特征。

B1.一种用于进行场非对称波形离子迁移谱即“FAIMS”的装置，所述装置包括：

第一分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第一分段平面电极的分段被布置在第一平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第二分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第二分段平面电极的分段被布置在第二平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极彼此分离以在其间提供分析间隙；

推进部件，用于在与所述装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过所述分析间隙；以及

电源，

其中，所述装置被配置为在FAIMS模式下操作，其中在所述FAIMS模式下所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；

其中，该组电压波形被配置为使得在与所述分析轴垂直的平面中看去所述非对称时间相关电场具有曲线的等场强的等值线，以使具有不同差分迁移率的离子朝向不同的空间域聚焦，其中，与所述分析轴垂直的平面中看去各空间域沿着相应的曲线的等场强的等值线延伸；以及

其中，所述装置具有聚焦控制器，所述聚焦控制器被配置为允许用户改变等场强的等值线的曲率以改变所述非对称时间相关电场所提供的聚焦强度。

B2.根据声明B1所述的装置，其中，曲线的等场强的等值线与在两个同轴圆柱形电极之间的空间中产生的电场相对应，其中，内侧圆柱形电极的外半径是R1，以及外侧圆柱形电极的内半径是R2。

B3.根据声明B1或B2所述的装置，其中，所述聚焦控制器被配置为允许用户改变所述FAIMS装置的分析间隙中的圆柱形电场的R2/R1比。

B4.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极被布置在所述分析间隙的相对侧。

B5.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括：

第三分段平面电极，其包括两个或更多个分段，其中，所述第三分段平面电极的分段被布置在第三平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；以及

第四分段平面电极，其包括两个或更多个分段，其中，所述第四分段平面电极的分段被布置在第四平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸,

其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极被布置在所述分析间隙的相对侧，并且在与所述分析轴垂直的间隙宽度方向上彼此分离；以及

其中，所述第三分段平面电极和所述第四分段平面电极被布置在所述分析间隙的相对侧，并且在与所述分析轴和所述间隙宽度方向垂直的间隙高度方向上彼此分离。

B6.根据声明B5所述的装置，其中，w<约8g。

B7.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，气体控制器被配置为在所述FAIMS模式下在所述分析间隙中提供1～200mbar的气体压力。

B8.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述装置包括具有出口狭缝的阻隔体，其中，所述阻隔体位于所述分析轴上，使得所述推进部件将离子朝向所述阻隔体推进，其中，所述阻隔体被配置为阻止离子到达所述装置的检测器，除非所述离子通过所述出口狭缝。

B9.根据声明B8所述的装置，其中，所述阻隔体被配置成被移除。

B10.根据声明B8或B9所述的装置，其中，所述装置被配置为允许调整所述阻隔体所提供的出口狭缝的宽度。

B11.根据声明B8至B10中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为允许调整所述阻隔体所提供的出口狭缝的曲率。

B12.根据声明B8至B11中任一项所述的装置，其中，所述出口狭缝具有与所述非对称时间相关电场的、在与所述分析轴垂直的平面中看去呈曲线的等场强的等值线的曲率相对应的曲率。

B13.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为在以下模式下操作：

FAIMS模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；以及

透明模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第二组电压波形，以在所述分析间隙中产生约束电场用于使离子朝向纵轴聚焦。

B14.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述电源被配置为与第一组电压波形和第二组电压波形同时地向所有分段施加一组附加DC电压、称为补偿电压即“CV”。

B15.根据声明B14所述的装置，其中，所述CV具有被配置为使具有预定差分迁移率的离子经由出口狭缝离开的预定值。

B16.根据声明B14或B15所述的装置，其中，所述装置被配置为扫描所述CV以使具有不同预定差分迁移率的离子在不同时间经由出口狭缝离开。

B17.根据前述声明中任一项所述的装置，还包括声明A1至A15和/或声明C1至11中任一项的特征。

C1.一种用于进行场非对称波形离子迁移谱即FAIMS的装置，所述装置包括：

第一分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第一分段平面电极的分段被布置在第一平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸；

第二分段平面电极，其包括三个或更多个分段，其中，所述第二分段平面电极的分段被布置在第二平面中并且在与所述装置的分析轴平行的方向上延伸，其中，所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极彼此分离以在其间提供分析间隙；

推进部件，用于在与所述装置的分析轴平行的方向上将离子推进通过所述分析间隙；以及

电源，

其中，所述装置被配置为在FAIMS模式下操作，其中在所述FAIMS模式下所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；以及

其中，该第一组电压波形被配置为使得在与所述分析轴垂直的平面中看去所述非对称时间相关电场具有基本上呈直线的等场强的等值线，以使具有不同差分迁移率的离子朝向不同的空间域聚焦，其中，在与所述分析轴垂直的平面中看去各空间域沿着相应的线性等场强的等值线延伸。

C2.根据声明C1所述的装置，其中，所述装置具有聚焦控制器，所述聚焦控制器被配置为允许用户改变等场强的等值线的梯度以改变所述非对称时间相关电场所提供的聚焦强度。

C3.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述装置包括具有出口狭缝的阻隔体，其中，所述阻隔体位于所述分析轴上，使得所述推进部件将离子朝向所述阻隔体推进，其中，所述阻隔体被配置为阻止离子离开所述分析间隙，除非所述离子通过所述出口狭缝。

C4.根据声明C3所述的装置，其中，所述阻隔体被配置成被移除。

C5.根据声明C3或C4所述的装置，其中，所述装置被配置为允许调整所述阻隔体所提供的出口狭缝的宽度。

C6.根据声明C3至C5中任一项所述的装置，其中，所述出口狭缝是线性的，并且在与所述非对称时间相关电场的在与所述分析轴垂直的平面中看去线性的等场强的等值线相对应的方向上延伸。

C7.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，基本上呈直线的等场强的等值线在w/4或更大的距离上基本上呈直线，其中，w是所述分析间隙在间隙宽度方向上的宽度。

C8.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述电源被配置为与所述第一组电压波形和第二组电压波形同时地向所有分段施加一组附加DC电压、称为补偿电压即CV。

C9.根据声明C8所述的装置，其中，所述CV具有被配置为使具有预定差分迁移率的离子经由出口狭缝离开的预定值。

C10.根据声明C8或C9所述的装置，其中，所述装置被配置为扫描所述CV以使具有不同预定差分迁移率的离子在不同时间经由出口狭缝离开

C11.根据前述声明中任一项所述的装置，其中，所述装置被配置为在以下模式下操作：FAIMS模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第一组电压波形，以在所述分析间隙中产生非对称时间相关电场用于对由所述推进部件推进通过所述分析间隙的离子进行FAIMS分析；以及透明模式，其中所述电源向所述第一分段平面电极和所述第二分段平面电极的分段施加第二组电压波形，以在所述分析间隙中产生约束电场用于使离子朝向纵轴聚焦。

C12.根据前述声明中任一项所述的装置，包括声明A1至A15和声明B1至B16中任一项的特征。