本发明公开了用于在气相中执行离子分离或操纵的方法和装置。该装置包括一个单一的非平面表面。电极阵列耦合至表面。将RF和DC电压的组合施加到电极阵列上以产生约束和驱动场，以此移动离子通过该装置。DC电压是静态DC电压或时间相关DC电势或波形。
a.一个单一的非平面表面，该表面是弯曲的以形成离子分离通道；
c.施加到电极阵列上的RF和DC电压的组合，以产生约束和驱动场，以此移动离子通过装置；
其中接收施加的RF和DC电压的电极遵循表面的形状，其中所述电极阵列包括一个或多个内部RF电极阵列和多个外部DC电极阵列，其中所述RF电极内部阵列和所述DC电极外部阵列基本上沿着表面的长度延伸。
2.如权利要求1的装置，还包括在所述装置外部的一个或多个表面和/或电极，以在装置上产生附加电场。
3.如权利要求2的装置，其中施加到所述装置外部的表面和/或电极上的电压是打开的或关闭的。
4.如权利要求1的装置，其中耦合至所述表面的电极阵列在表面上方延伸并且在表面上方在距离上改变。
5.如权利要求2的装置，其中耦合至所述表面的电极阵列中的一个或多个由所述装置外部的表面和/或电极打开或关闭。
6.如权利要求1的装置，其中所述单一的非平面表面包括在单一的非平面表面的每一侧上的电极阵列。
7.如权利要求1的装置，其中所述装置位于部分或完全透明的盖子或外壳中。
8.如权利要求1的装置，其中所述单一的非平面表面是以下形状之一：圆柱形、螺旋形、漏斗形、半球形或椭圆形。
9.如权利要求1的装置，其中DC电极第一外部阵列位于RF电极内部阵列的一侧上，并且DC电极第二外部阵列位于RF电极内部阵列的另一侧上。
10.如权利要求1的装置，其中DC电压被施加到第一和第二外部电极阵列，并且其中RF电压被施加到内部电极阵列。
11.如权利要求10的装置，其中至少一个内部电极阵列上的RF电压相对于与其相邻的内部电极异相。
12.如权利要求11的装置，其中施加到每个内部电极阵列的RF电压相对于与其相邻的内部电极相移以形成赝电位。
13.如权利要求12的装置，其中施加到内部电极阵列的RF电压和与其相邻的内部电极阵列大约180度异相以形成赝电位。
14.如权利要求9的装置，还包括基本上沿着表面的长度延伸的一个或多个内部DC电极阵列，其中每个DC电极内部阵列位于邻近一对的RF电极内部阵列之间。
15.如权利要求14的装置，其中在至少一个RF电极内部阵列上的RF电压和相邻或邻近的RF电极内部阵列异相。
16.如权利要求15的装置，其中施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是相同的，并且施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
17.如权利要求15的装置，其中施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是在横贯外部阵列上不同的或是DC梯度的，并且施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
18.如权利要求17的装置，其中DC电极内部阵列和电极外部阵列是不对准的或偏移的。
19.如权利要求9的装置，还包括在RF电极内部阵列上的叠加DC场。
20.如权利要求19的装置，其中在至少一个内部RF电极阵列上的RF电压和与其相邻的内部RF电极阵列异相。
21.如权利要求1的装置，其中DC电压是静态DC电压或时间相关DC波形。
a.将电极阵列耦合至一个单一的非平面表面，该表面是弯曲的以形成离子分离通道；
b.将RF和DC电压的组合施加到电极阵列上以产生约束和驱动场，以此移动离子通过单一的非平面表面；
其中接收施加的RF和DC电压的电极遵循表面的形状，其中所述电极阵列包括一个或多个内部RF电极阵列和多个外部电极阵列，其中所述RF电极内部阵列和所述DC电极外部阵列基本上沿着表面的长度延伸。
23.如权利要求22的方法，还包括经由在所述单一的非平面表面外部的一个或多个表面和/或电极在所述单一的非平面表面上产生附加电场。
24.如权利要求23的方法，其中施加到所述单一的非平面表面外部的表面和/或电极上以及所述电极阵列上的电压是打开的或关闭的。
25.如权利要求22的方法，其中耦合至所述表面的电极阵列在表面上方延伸并且在表面上方在距离上改变。
26.如权利要求23的方法，还包括通过所述单一的非平面表面外部的表面和/或电极以及所述电极阵列打开或关闭至少一个耦合至所述表面的电极阵列。
27.如权利要求22的方法，其中所述单一的非平面表面包括在单一的非平面表面的每一侧上的电极阵列。
28.如权利要求22的方法，还包括将所述单一的非平面表面以及所述电极阵列设置在部分或完全透明的盖子或外壳中。
29.如利要求22的方法，其中所述单一的非平面表面是以下形状之一：圆柱形、螺旋形、漏斗形、半球形或椭圆形。
30.如权利要求22的方法，其中DC电极第一外部阵列位于RF电极内部阵列的一侧上，并且电极第二外部阵列位于电极内部阵列的另一侧上。
31.如权利要求22的方法，其中DC电压被施加到第一和第二外部电极阵列，并且其中RF电压被施加到内部电极阵列。
32.如权利要求31的方法，其中至少一个内部电极阵列上的RF电压和与其相邻的内部电极阵列异相。
33.如权利要求32的方法，其中施加到每个内部电极阵列的RF电压相对于与其相邻的内部电极阵列相移以形成赝电位。
34.如权利要求33的方法，其中施加到内部电极阵列的RF电压和与其相邻的内部电极阵列大约180度异相以形成赝电位。
35.如权利要求30的方法，还包括提供基本上沿着表面的长度延伸的一个或多个内部DC电极阵列，其中每个DC电极内部阵列位于邻近一对的RF电极内部阵列之间。
36.如权利要求35的方法，其中至少一个RF电极内部阵列的RF电压和相邻或邻近的RF电极内部阵列异相。
37.如权利要求36的方法，其中施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是相同的，并且施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
38.如权利要求36的方法，其中施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是在横贯外部阵列上不同的或是DC梯度的，并且施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
39.如权利要求38的方法，其中DC电极内部阵列和电极外部阵列是不对准的或偏移的。
40.如权利要求30的方法，还包括在RF电极内部阵列上叠加DC电场。
41.如权利要求22的方法，其中所述离子以与所述表面成一定角度从外部引入。
42.如权利要求22的方法，其中DC电压是静态DC电压或时间相关DC波形。
a.一个单一的非平面表面，该表面是弯曲的以形成离子分离通道；
b.电极阵列，该电极阵列包括耦合至单一表面的一个或多个内部RF电极阵列和多个外部DC电极阵列，其中RF电极内部阵列和DC电极外部阵列基本上沿着单一表面的长度延伸，其中DC电极第一和第二外部阵列位于RF电极内部阵列的任一侧上；
c.基本上沿着表面的长度延伸的一个或多个内部DC电极阵列，其中每个DC电极内部阵列位于邻近一对的RF电极内部阵列之间；和d.施加到电极阵列上的RF和DC电压的组合，以产生约束和驱动场，以此移动离子通过装置；
其中一个或多个内部RF电极阵列、多个外部DC电极阵列、和一个或多个内部DC电极阵列遵循表面的形状。
44.如权利要求43的装置，其中在至少一个RF电极内部阵列上的RF电压和相邻或邻近的RF电极内部阵列异相。
45.如权利要求43的装置，其中施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是相同的，并且施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
46.如权利要求43的装置，其中施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是在横贯外部阵列上不同的或是DC梯度的，并且施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
47.如权利要求44的装置，其中DC电极内部阵列和电极外部阵列是不对准的或偏移的。
a.一个单一的非平面表面，该表面是弯曲的以形成离子分离通道；
b.电极阵列，该电极阵列包括耦合至单一表面的一个或多个内部RF电极阵列和多个外部DC电极阵列，其中RF电极内部阵列和DC电极外部阵列基本上沿着单一表面的长度延伸，其中DC电极第一和第二外部阵列位于RF电极内部阵列的任一侧上；
c.施加到电极阵列上的RF和DC电压的组合，以产生约束和驱动场，以此移动离子通过装置；和d.在RF电极内部阵列上的叠加DC场，以进一步约束和移动离子通过装置；
其中一个或多个内部RF电极阵列、多个外部DC电极阵列、和一个或多个内部DC电极阵列遵循表面的形状。
a.至少两个非平面表面，这些表面是弯曲的以形成在这些表面之间延伸的离子分离通道；
c.施加到每个表面的阵列上的RF和DC电压的组合，以产生约束和驱动场，以此将离子从一个表面移动到另一个表面，从而提供离子移动通过每个表面的“瀑布”效应；
其中接收施加的RF和DC电压的电极遵循它们所耦合的表面的形状，其中所述电极阵列包括一个或多个内部RF电极阵列和多个外部电极阵列，其中所述RF电极内部阵列和所述DC电极外部阵列基本上沿着表面的长度延伸。
50.如权利要求49的设备，其中表面中的一个位于另一个上方并且和另一个偏移一定角度。
51.如权利要求49的设备，其中至少两个表面是彼此正交的。
用于离子迁移分离的方法和装置
[0001] 交叉引用关联申请
[0002] 本申请要求美国申请号14/851,935的优先权，该美国申请于2015年9月11日提交，标题为“用于离子迁移分离的方法和装置”，其全部内容在此通过引用结合入本申请以提供教导。
[0003] 关于联邦资助研究或开发的声明
[0004] 本发明是在政府支持下完成的，合同号DE-AC0576RL01830，由美国能源部授予。政府对本发明享有一定的权利。
技术领域
[0005] 本发明涉及在气相中的离子迁移分离和其它离子操纵。更具体地，本发明涉及一种离子迁移分离方法，和在具有一个单一的、含电极的非平面表面的装置中的离子操纵。
背景技术
[0006] 质谱仪的应用扩展了进行更复杂的离子操纵的能力。当前的离子迁移技术和离子操纵依赖于用于限定电场的周围表面。但是，例如在试图将这些装置小型化以进行现场部署时，这些方法可能是无效的。另外，通过在合理的和实际的物理长度上延长由离子移动而成的漂移长度来实现高的离子迁移谱(IMS)分辨率是非常困难的。因此，IMS的实用性受到传统离子光学设计的阻碍。
[0007] 所需的是一种具有开放结构的离子迁移分离或操纵装置，包括离子分离通道，并且还可防止离子损失。
发明内容
[0008] 本发明涉及一种包括一个单一表面的离子迁移分离或操纵装置。单一表面是非平面的或不平的。该装置还包括耦合至表面的电极阵列。该装置进一步包括施加到电极阵列的RF和DC电压的组合，以产生约束和驱动场，以此移动离子通过该装置。在一个实施方案中，在表面的每一侧上都可以具有电极阵列。
[0009] 在一个实施方案中，在装置外部的一个或多个电极或其它表面可以帮助部分或完全地限定或影响由表面上的电极产生的电场。这些施加有电压的外部电极或表面允许建立或产生不同的或更复杂的场。这允许例如在表面上的一个电极阵列是关闭的而另一个阵列是打开的。相对于其它，这可用于峰值压缩或离子聚集。在一个实施方案中，耦合至表面的电极阵列在表面上方延伸，并且可以在表面上方在距离上改变。此外，耦合至表面的一个或多个电极阵列可以被外表面和/或电极打开或关闭。
[0010] 单一的非平面表面可以具有许多不同的形状。表面可以具有曲面形、圆柱形、螺旋形、漏斗形、半球形，椭圆形或非对称的形状。
[0011] 在一个实施方案中，在装置上设置透明外壳或盖子。电压可以施加到盖子上以防止来自例如地面或附近电子器件的干扰电势。在一个实施方案中，装置位于部分或完全透明的外壳或盖子中。
[0012] 在一个实施方案中，电极阵列包括一个或多个内部RF电极阵列和多个外部DC电极阵列，RF电极内部阵列和DC电极外部阵列基本上沿着表面的长度延伸。在一个实施方案中，DC电极第一外部阵列位于RF电极内部阵列的一侧上，并且DC电极第二外部阵列位于电极内部阵列的另一侧上。
[0013] 在一个实施方案中，DC电压被施加到第一和第二外部电极阵列，并且RF电压被施加到内部电极阵列。
[0014] 在一个实施方案中，至少一个内部电极阵列上的RF波形和相邻的内部RF电极阵列的RF波形异相。施加到每个内部RF电极阵列的RF电压可以和与其相邻的内部电极阵列相移以形成赝电位。在一个实施方案中，施加到内部电极阵列的RF电压和与其相邻的内部电极阵列大约180度异相以形成赝电位。
[0015] 该装置可以进一步包括一个或多个内部DC电极阵列，该内部DC电极阵列基本上沿着表面的长度以线性或非线性的路径延伸。每个DC电极内部阵列位于邻近一对的RF电极阵列之间。在至少一个RF电极内部阵列上的RF波形和相邻或邻近的RF电极内部阵列的RF波形异相。
[0016] 在一个实施方案中，施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是相同的，施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
[0017] 在一个实施方案中，施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是在横贯外部阵列上不同的或是DC梯度的，施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
[0018] 第一DC电压可以具有比第二DC场更高或更低的幅度。
[0019] 在一个实施方案中，DC电极内部阵列和电极外部阵列是不对准的或偏移的。
[0020] 在一个实施方案中，DC电压叠加在RF电极内部阵列中的至少一个上。
[0021] 该装置可以耦合至以下中的至少一个：电荷检测器、离子图像检测器、光学检测器和质谱仪。
[0022] 在一个实施方案中，离子以与装置成一定角度从装置外引入。
[0023] 可以使用以下中的至少一种在装置内部或外部形成离子：光电离、电晕放电、激光电离、电子碰撞、场电离、化学电离和电喷雾。
[0024] DC电压可以是静态DC电压或时间相关DC电势或波形。
[0025] 在一个实施方案中，通过弯曲柔性印刷电路板材料、三维打印或使导电材料沉积在非导电表面上的其它手段形成表面。
[0026] 在本发明的另一个实施方案中，公开了一种在气相中移动和分离离子的方法。该方法包括将电极阵列耦合至一个单一的非平面表面。该方法还包括将RF和DC电压的组合施加到电极阵列上以产生约束和驱动场，以此移动离子通过单一的弯曲或非平面表面。
[0027] 在本发明的另一个实施方案中，公开了一种离子迁移分离装置。该装置包括一个单一的非平面表面。该装置还包括电极阵列，该电极阵列包括一个或多个内部RF电极阵列和多个外部DC电极阵列。RF电极内部阵列和DC电极外部阵列基本上沿着表面的长度延伸。DC电极第一和第二外部阵列位于RF电极内部阵列的任一侧上。该装置进一步包括基本上沿着表面的长度延伸的一个或多个内部DC电极阵列。每个DC电极内部阵列位于邻近一对的内部RF电极阵列之间。RF和DC电压的组合被施加到电极阵列上，以产生约束和驱动场，以此移动离子通过装置。
[0028] 在一个实施方案中，至少一个RF电极内部阵列上的RF波形和相邻或邻近的RF电极内部阵列的RF波形异相。
[0029] 施加到DC电极外部阵列的第一DC电压是相同的或不同的，和施加到DC电极内部阵列的第二DC电压是DC梯度的或在横贯内部DC阵列上不同的。
[0030] 在本发明的另一个实施方案中，公开了一种离子迁移装置。该装置包括一个单一的非平面表面。该装置还包括电极阵列，该电极阵列包括耦合至单一表面的内部RF电极阵列和多个外部DC电极阵列，其中RF电极内部阵列和DC电极外部阵列基本上沿着单一表面的长度延伸。DC电极第一和第二外部阵列位于RF电极内部阵列的任一侧上。RF和DC电压的组合被施加到电极阵列上，以产生约束和驱动场，以此移动离子通过装置，和在RF电极内部阵列上叠加DC场，以进一步约束和移动离子通过装置。
[0031] 在另一个实施方案中，该装置可以包括两个或更多个的非平面表面，这些表面彼此具有不同的取向，从而提供离子移动通过每个表面的“瀑布”效应。
附图说明
[0032] 图1A是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的俯视图，所述装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列、和相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0033] 图1B是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的透视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列、和相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0034] 图1C是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的正视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列、和相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0035] 图1D是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的侧视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列、和相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0036] 图2A是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的俯视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部DC电极和内部RF电极阵列，在RF电极内部阵列上具有叠加的DC场。
[0037] 图2B是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的透视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部DC电极和内部RF电极阵列，在RF电极内部阵列上具有叠加的DC场。
[0038] 图2C是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的正视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部DC电极和内部RF电极阵列，在RF电极内部阵列上具有叠加的DC场。
[0039] 图2D是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的侧视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部DC电极和内部RF电极阵列，在RF电极内部阵列上具有叠加的DC场。
[0040] 图3A是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的俯视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0041] 图3B是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的透视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0042] 图3C是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的正视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0043] 图3D是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的侧视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有外部和内部DC电极阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0044] 图4A是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的俯视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有不对准的或偏移的外部和内部DC电极的阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0045] 图4B是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的透视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有不对准的或偏移的外部和内部DC电极的阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0046] 图4C是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的正视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有不对准的或偏移的外部和内部DC电极的阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0047] 图4D是根据本发明的一个实施方案的离子迁移装置的侧视图，该装置具有一个单一的弯曲或非平面表面，在表面上具有不对准的或偏移的外部和内部DC电极的阵列，不同的DC场或DC梯度被横贯电极施加，和在表面上具有相反相位的RF电极阵列，所述RF电极阵列位于内部DC电极的任一侧上。
[0048] 图5展示了根据本发明的一个实施方案的图1的离子迁移装置的截面图，离子在距表面一定距离处移动通过装置。
[0049] 图6是使用图1的实施方案得到的离子计数与到达时间的曲线图，展示了依据它们的迁移性质具有不同质荷比的两种离子的分离。
[0050] 图7A是根据本发明的一个实施方案的图1的装置的三维示意图，离子在距表面一定距离处移动通过装置。
[0051] 图7B是曲线图，展示了在图7A的装置中，在时间相关电场的高部分处的离子约束。
[0052] 图7C是曲线图，展示了在图7A的装置中，在时间相关电场的低部分处的离子约束。
[0053] 图8是离子计数与到达时间的曲线图，针对的是具有不同质荷比的两种离子，依据迁移性质的分离，使用了两种不同的配置-图4的实施方案或单板离子迁移分离装置，和现有的双板离子迁移分离装置。
[0054] 图9A和9B分别展示了根据本发明的一个实施方案的图2的离子迁移装置的截面图和立体图，离子在距表面一定距离处移动通过装置，DC行波场被施加到外部电极上，和相反相位的RF被施加到内部电极上。
[0055] 图10A是两个装置的透视图，每个装置都与图1A-D所示的实施方案类似，其中一个装置在上方，并与另一个偏移一定角度，以提供离子从一个装置移动到另一个的“瀑布”效应。
[0056] 图10B是两个装置的透视图，每个装置都与图1A-D所示的实施方案类似，其中装置彼此正交放置，以提供离子从一个装置移动到另一个的“瀑布”效应。
具体实施方式
[0057] 以下描述包括本发明的实施方案的优选最佳模式。从本发明的描述中可以清楚了解，本发明不限于所示的这些实施方案，而是本发明还包括了各种修改和这些修改的实施方案。因此，本说明书应被视为说明性的而不是限制性的。尽管本发明可以具有各种修改和替代结构，但应该理解，本发明并不限于所公开的具体形式，相反地，本发明涵盖了如权利要求所限定的落入本发明精神和范围内的所有修改、替代结构和等效方案。
[0058] 本发明公开了用于离子迁移分离的方法和装置。该装置具有开放结构，并且可以包括由一个单一的、不平坦的或不平面的表面形成的漂移单元。该单一表面是开放的，并且可以是曲线的或具有一定角度的，以形成离子分离通道并且有助于防止离子损失，这与现有的两个平面的电极表面形成通道的漂移单元相反。
[0059] 可以通过弯曲柔性印刷电路板材料，三维打印或使导电材料沉积在非导电表面上的其它手段形成单一的非平面表面。
[0060] RF和DC场的组合被施加到耦合至表面的电极阵列上，以与弯曲表面的形状一起产生约束和驱动场，以此移动离子通过装置。通过施加到外部电极上的电场组合以及表面的曲率，可实现侧向约束。
[0061] 在一个实施方案中，两个分开的电极阵列更靠近装置中部放置，以约束并驱动离子通过装置。
[0062] 可以使用静态DC场或时间相关DC场来驱动离子。
[0063] 装置允许与离子运动平面成一定角度的离子注入，并且在一个实施例中构造了螺旋形的分离装置。
[0064] 可以弯曲的开放、非平面装置还允许以下方面：在装置的任何位置处引入离子；在装置的任何位置处的离子电流/迁移/质量测量、以及光学测量；和非平面的横截面允许非平直的离子路径(例如螺旋的)，这对于平面装置而言由于两个顶部和底部板而不可能。
[0065] 该装置还可以包括放置或设置在装置上的盖子。在盖子上可以施加电压以防止来自例如地面或附近电子器件的干扰电压或电势。
[0066] 两个或更多的装置可以组合或耦合在一起，其中一个装置在另一个上方并且与另一个偏移一定角度，以提供离子从一个装置移动到另一个的“瀑布”效应。
[0067] 图1A-1D展示了离子迁移装置100的不同视图，离子迁移装置100具有一个单一的弯曲或非平面表面105，表面105包括外部DC电极阵列110和内部DC电极阵列130。根据本发明的一个实施方案，装置100还包括在内部DC电极阵列130的任一侧上的具有相反相位RF+和RF-的RF电极阵列120和125。阵列耦合至表面并且基本上沿着表面105的长度延伸。
[0068] 在一个实施方案中，施加到外部DC电极阵列110的DC电压是相同的。施加到内部DC电极阵列130的DC电压可以是不同的，或者可以是在横贯内部阵列130上施加的DC梯度。DC电压或场可以是静态DC场或时间相关DC场或波形。
[0069] 如图1所示，每个DC电极内部阵列130都位于相邻一对的RF电极内部阵列之间，例如相邻的RF阵列120和125或相邻的RF阵列125和120之间。而且，在RF电极内部阵列120和125的至少一个上的RF波形和相邻或邻近的RF电极阵列120或125异相。在一个实施方案中，内部RF电极阵列120或125和相邻的内部电极阵列120或125大约180度异相或相移以形成赝电位。
[0070] 弯曲的或非平面的表面105是一个单一的表面。在一个实施方案中，表面105是不平的，并且可以是，但不限于，由柔性印刷板材料制成。
[0071] 图2A-2D展示了离子迁移装置200的不同视图，根据本发明的一个实施方案，离子迁移装置200具有一个单一的弯曲或非平面表面205，表面205包括外部DC电极阵列210和内部RF电极阵列220和230，在内部RF电极阵列220和230上叠加有DC场。在至少一个内部电极阵列220上的RF场和相邻的内部电极230异相。例如，施加到电极阵列220的RF波形相位是正的(+)，施加到电极阵列230的RF波形相位是负的(-)。DC梯度或不同的电压被施加到电极210上。
[0072] 图3A-3D展示了离子迁移装置300的不同视图，离子迁移装置300具有一个单一的弯曲或非平面表面305，表面305包括外部DC电极阵列310和内部DC电极阵列330，不同的DC场或DC梯度在横贯电极阵列310和330上被施加。根据本发明的一个实施方案，装置300还包括位于内部DC电极330任一侧上的相反相位RF+和RF-的RF电极阵列320和325。如此，每个DC电极内部阵列330位于相邻一对的RF电极内部阵列320和325之间。
[0073] 施加到DC电极外部阵列310的DC场在横贯外部阵列310上是不同的，或是DC梯度的。施加到DC电极内部阵列330的DC场是DC梯度的或不同的。
[0074] 图4A-4D展示了离子迁移装置400的不同视图，离子迁移装置400具有一个单一的弯曲或非平面表面405，表面405包括内部DC电极阵列430，电极阵列430与外部DC电极阵列410偏移或不对准。RF电极阵列420或425相位相反(+或-)，并位于内部DC电极430的任一侧上。
[0075] 施加到DC电极外部阵列410和DC电极内部阵列430的DC场在横贯外部和内部DC阵列410和430上是不同的。在一个实施方案中，在横贯外部和内部DC阵列410和430上施加DC梯度。每个DC电极内部阵列430都位于相邻一对的RF电极内部阵列420和425之间。
[0076] 图5展示了根据本发明的一个实施方案的图1的离子迁移装置500的截面图，离子550在距表面一定距离处移动通过装置500。装置500包括DC电极外部阵列510、RF电极内部阵列520和525、和位于相反相位(+或-)的RF电极阵列520和525之间的DC电极内部阵列530。
[0077] 在图5的实施例中，离子550距装置500的表面约0.3mm。被施加到电极阵列510，520，525和530上的RF和DC场的组合与弯曲表面的形状一起产生了约束和驱动场，以此移动离子550通过装置500。通过表面的弯曲性质和将电场施加到外部电极510上，可以实现侧向约束。内部RF和DC电极阵列520，525和530约束并驱动离子550通过装置。离子550可以由静态DC场或时间相关DC波形或场来驱动。
[0078] 图6是使用图1的实施方案得到的离子计数与到达时间的曲线图，展示了具有不同质荷比的两种离子m/z 622和m/z 922的迁移分离。
[0079] 图7A是根据本发明的一个实施方案的图1的装置的三维示意图，离子在距表面一定距离处移动通过装置。
[0080] 图7B是曲线图，展示了在图7A的装置中，在时间相关电场的高部分处的离子约束，该时间相关电场是动态电场。
[0081] 图7C是曲线图，展示了在图7A的装置中，在时间相关电场的低部分处的离子约束，该时间相关电场是动态电场。
[0082] 图8是离子计数与到达时间的曲线图，针对的是具有不同质荷比(m/z 622和m/z 922)的两种离子，使用了两种不同的配置-图4的实施方案或单板离子迁移分离装置，和现有的双板离子迁移分离装置。现有的双板是直的或平面的，而单板配置是弯曲的。每个装置的长度约76mm。
[0083] 图9A和9B分别展示了根据本发明的一个实施方案的图2A至2D的离子迁移装置200的截面图和立体图，离子950在距表面205一定距离处移动通过装置200，DC行波场(TW)被施加到外部DC电极210上，和相反相位的RF(RF+/RF-)被施加到内部RF电极220、230上。
[0084] 图10A是两个装置1005和1055的透视图，它们组合使用作为离子迁移分离装置或设备1000。每个装置1005和1055都与图1A-D所示的实施方案类似，其中一个装置1005在另一个1055上方，并与另一个1055偏移一定角度，以提供离子从一个装置移动到另一个的“瀑布”效应。
[0085] 装置1005包括DC电极外部阵列1010、DC电极内部阵列1030、和RF电极阵列1020和1025。每个DC电极内部阵列1030都位于具有相反相位(RF+或RF-)的RF电极阵列1020和1025之间。
[0086] 装置1055包括DC电极外部阵列1060、DC电极内部阵列1080、和RF电极阵列1070和1075。每个DC电极内部阵列1080都位于具有相反相位(RF+或RF-)的RF电极阵列1070和1075之间。
[0087] 图10B是两个装置1105和1155的透视图，它们组合使用作为离子迁移分离装置或设备1100。每个装置1105和1155都与图1A-D所示的实施方案类似，其中装置1105和1155彼此正交放置，以提供离子从一个装置移动到另一个的“瀑布”效应。
[0088] 装置1105包括DC电极外部阵列1110、DC电极内部阵列1130、和RF电极阵列1120和1125。每个DC电极内部阵列1130都位于具有相反相位(RF+或RF-)的RF电极阵列1120和1125之间。
[0089] 装置1155包括DC电极外部阵列1160、DC电极内部阵列1180、和RF电极阵列1170和1175。每个DC电极内部阵列1180都位于具有相反相位(RF+或RF-)的RF电极阵列1170和1175之间。
[0090] 尽管已经展示和描述了本发明的多个实施方案，但是对于本领域技术人员而言，在广泛方面上不脱离本发明的情况下，可以做出许多改变和修改，这是很明显的。因此，所附的权利要求的目的在于涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有改变和修改。
