Камера переноса заряженного материала, способ изготовления такой камеры и узел детектирования ионов, содержащий такую камеру Российский патент 2022 года по МПК G01N27/62 

[0001] Приоритет настоящей заявки испрашивается по дате подачи предварительной заявки на патент США № 61/802928, поданной 18 марта 2013 года, озаглавленной "Спектрометр на Основе Анализа Подвижности Ионов (IMS) с Камерой Переноса Заряженных Материалов", которая включена в настоящий документ в качестве ссылки в полном объеме; и по дате подачи предварительной заявки на патент США № 61/860773, поданной 31 июля 2013 года, озаглавленной "Спектрометр на Основе Анализа Подвижности Ионов (IMS) с Камерой Переноса Заряженных Материалов".

ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Спектрометрия на основе анализа подвижности ионов относится к аналитической методике, которая может быть использована для разделения и идентификации материалов ионизированного материала, таких как молекул и атомов. Ионизированный материал может быть идентифицирован в газовой фазе на основе подвижности в буферном газе-носителе, подверженном воздействию электрического поля. Таким образом, спектрометр на основе анализа подвижности ионов (IMS) может определить материал из представляющего интерес образца путем ионизации материала и измерения времени, которое понадобится образовавшимся ионам, чтобы достичь детектора. Например, IMS-детектор использует камеру для переноса ионов, в которой ионизированные материалы переносятся электрическим полем от входа в камеру до выхода из камеры. Время пролета иона связано с его подвижностью, которая связана с массой и геометрией материала, который был ионизирован. Выход IMS-детектора может быть визуально представлен в виде спектра высоты пика в зависимости от времени дрейфа. В некоторых случаях IMS-детектирование осуществляют при повышенной температуре (например, выше ста градусов по Цельсию (+ 100°С)). В других случаях IMS-детектирование может быть выполнено без нагрева. IMS-детектирование может быть использовано в военных и охранных целях, например, для детектирования наркотиков, взрывчатых веществ, и тому подобное. IMS-детектирование может быть также использовано в лабораторных аналитических приложениях, и вместе с дополняющими способами детектирования, такими как масс-спектрометрия, жидкостная хроматография, и тому подобное. Многосекторные камеры для переноса материала часто страдают от ограничений, в том числе высокой стоимости, сложной сборки, частого и обременительного технического обслуживания и проблем, связанных с надежностью. Другие существующие цельные камеры, основанные на стеклянной или керамической трубке либо с непрерывным проводящим корпусом, либо с внутренним непрерывным проводящим покрытием, имеют неоднородное и/или нестабильное сопротивление, которое может негативно влиять на качество детектирования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Описан узел детектирования ионов, который содержит камеру переноса заряженного материала (например, используемую для областей ионизации/реакции и/или дрейфа), приемный узел и коллекторный узел. Камера переноса заряженного материала выполнена по существу из непроводящего материала и/или полупроводящего материала. Структурированная резистивная дорожка нанесена на одну или несколько внутренних поверхностей или внешних поверхностей камеры переноса заряженного материала. Структурированная резистивная дорожка выполнена соединенной с источником электрической энергии. Приемный узел и коллекторный узел находятся в проточном сообщении с камерой переноса заряженного материала. Приемный узел содержит впускное отверстие для приема образца, область реакции для ионизации образца, и затвор для управления ведением ионизированного образца в камеру переноса заряженного материала. Коллекторный узел содержит коллекторную пластину для сбора ионизированного образца после того, как ионизированный образец прошел через камеру переноса заряженного материала.

[0004] Раздел «Сущность изобретения» представлен ​​для введения выбора концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Сущность изобретения не предназначена для определения ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, и также не предназначена для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0005] Подробное описание дано со ссылкой на прилагаемые чертежи. Использование одного и того же номера позиций в различных случаях в описании и на чертежах может указывать на подобные или идентичные элементы.

[0006] Фиг.1 изображает схематическую иллюстрацию IMS-системы, которая содержит дрейфовую камеру со структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность дрейфовой камеры, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.

[0007] Фиг.2 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий дрейфовую камеру со структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность дрейфовой камеры, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.

[0008] Фиг.3 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий дрейфовую камеру со спиральной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность дрейфовой камеры, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, причем части дрейфовой камеры показаны пунктиром, чтобы проиллюстрировать спиральный характер резистивной дорожки.

[0009] Фиг. изображает схематическое изображение структуры для резистивной дорожки, нанесенной на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, такой как дрейфовая камера, показанная на Фиг.2, причем резистивная дорожка содержит несколько витков на более чем двести семьдесят градусов (270°), ориентированных по меньшей мере по существу перпендикулярно продольной оси камеры переноса заряженного материала, и причем смежные витки резистивной дорожки соединены друг с другом последовательно посредством перемычек, осажденных на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.

[0010] Фиг.5 изображает схематическое изображение структуры для резистивной дорожки, нанесенной на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, такой как дрейфовая камера, показанная на Фиг.2, причем резистивная дорожка содержит несколько витков меньше чем на двести семьдесят градусов (270°), ориентированных по меньшей мере по существу перпендикулярно продольной оси камеры переноса заряженного материала, и причем смежные витки резистивной дорожки соединены друг с другом последовательно посредством перемычек, осажденных на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.

[0011] Фиг.6 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внешнюю поверхность камеры переноса заряженного материала и/или со структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.

[0012] Фиг.7 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ изготовления камеры переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность и/или на внешнюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения.

[0013] Фиг.8 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со спиральной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, при этом подложку продвигают в продольном направлении с первой скоростью, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации спиральной конфигурации резистивной дорожки.

[0014] Фиг.9 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со спиральной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, при этом подложку продвигают в продольном направлении со второй скоростью, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, причем часть подложки удалена для иллюстрации спиральной конфигурации резистивной дорожки.

[0015] Фиг.10 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала с несколькими спиральными резистивными дорожками, осажденными на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации спиральной конфигурации резистивных дорожек.

[0016] Фиг.11А изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала с несколькими структурированными резистивными дорожками, осажденными на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структур резистивных дорожек.

[0017] Фиг.11В изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала с несколькими структурированными резистивными дорожками, осажденными в продольном направлении на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структур резистивных дорожек.

[0018] Фиг.12 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, при этом подложку продвигают в продольном направлении с двумя разными скоростями, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0019] Фиг.13А изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, при этом подложку продвигают в продольном направлении с двумя разными скоростями, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0020] Фиг.13B изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, при этом подложку продвигают в продольном направлении с двумя разными скоростями, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0021] Фиг.14A изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, при этом подложку продвигают в продольном направлении с двумя разными скоростями, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0022] Фиг.14В изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со структурированной резистивной дорожкой, которую наносят на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала при этом подложку продвигают в продольном направлении с двумя разными скоростями, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0023] Фиг.15A изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала со вторичной спиральной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, причем вторичная спиральная резистивная дорожка нанесена на первичное резистивное покрытие, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, при этом часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0024] Фиг.15В изображает вид с торца в разрезе камеры переноса заряженного материала, изображенной на Фиг.15А.

[0025] Фиг.16 изображает частичный вид в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала с структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, причем часть подложки удалена для иллюстрации структуры резистивной дорожки.

[0026] Фиг.17 изображает вид в частичном разрезе в аксонометрии, иллюстрирующий камеру переноса заряженного материала с рядом концентрических резистивных дорожек, нанесенных на внутреннюю поверхность камеры переноса заряженного материала и соединенных продольной резистивной дорожкой, причем продольная резистивная дорожка находится в электрическом контакте с противоположными концами камеры переноса заряженного материала, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, и причем часть подложки удалена для иллюстрации структур резистивных дорожек.

[0027] Фиг.18 изображает вид в аксонометрии камеры переноса заряженного материала, изображенной на Фиг.17.

[0028] Фиг.19 изображает вид сбоку в разрезе камеры переноса заряженного материала, изображенной на Фиг.17.

[0029] Фиг.20 изображает схематический вид нескольких резистивных дорожек, соединенных продольной резистивной дорожкой, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения изобретения, дополнительно иллюстрирующий сопротивления нескольких резистивных дорожек и продольной резистивной дорожки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0030] Фиг.1 изображает спектрометрическую систему, такую как Спектрометр на Основе Анализа Подвижности Ионов (IMS) 100. Несмотря на то, что в настоящем документе описаны методики IMS-детектирования, следует отметить, что большое количество различных спектрометров могут использовать преимущества конструкций, методик и подходов настоящего изобретения. Настоящее изобретения предназначено охватывать и включать все такие модификации. IMS-системы 100 могут содержать спектрометрическое оборудование, которое использует способы детектирования без нагрева (например, при температуре окружающей среды (или комнатной температуре)). Например, IMS-система 100 может быть выполнена в виде легкого детектора наличия взрывчатых веществ. Тем не менее, следует отметить, что детектор наличия взрывчатых веществ приведен исключительно в виде примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, методики, приведенные в настоящем изобретении, могут быть использованы с другими спектрометрическими конфигурациями. Например, IMS-система 100 может быть выполнена в виде химического детектора. Кроме того, в других вариантах выполнения IMS-система 100 может использовать методы детектирования с нагревом. Например, IMS-система 100 может быть выполнена в виде слегка нагреваемого детектора, полностью нагреваемого детектора, и так далее. IMS-система 100 может содержать детекторное устройство, например, детектор 102 проб, имеющий порт для приема проб для введения материала (например, частиц) представляющей интерес пробы в реакционную область/камеру. Например, детектор 102 проб может иметь впускное отверстие 104, где предназначенный для отбора воздух поступает в детектор 102 проб.

[0031] В некоторых реализациях детектор 102 проб может иметь другое устройство, например газовый хроматограф (не показан), подсоединенный последовательно к впускному отверстию 104. Например, IMS-система 100 может быть выполнена для газовой хроматографии-спектрометрии подвижности ионов (GC-IMS), причем детектор 102 проб соединен с газовым хроматографом (GC) для общего введения пробы (например, когда капиллярная колонна GC соединена с детектором 102 проб, причем молекулы ионизируются, когда они поступают из GC). Тем не менее, газовый хроматограф приведен здесь исключительно в виде примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, детектор 102 проб может быть использован с другими устройствами детектирования, включая, но не обязательно ограничиваясь следующими: жидкостная хроматография высокого давления (ЖХВД), спектрометрия на основе анализа подвижности ионов - масс-спектрометрия (IMS-MS) (например, с квадрупольными, времяпролетными и/или на основе преобразования Фурье методиками циклотронного резонанса), жидкостная хроматография - спектрометрия на основе анализа подвижности ионов - масс-спектрометрия (LC-MS-IMS), и так далее.

[0032 Как показано на Фиг.2, впускное отверстие 104 ограничено узлом 106 детектирования ионов. Узел 106 детектирования ионов содержит приемный узел 108, реакционную/ионизационную камеру (например, реакционную камеру 132), затвор 134, дрейфовую камеру (например, дрейфовую трубку 110), и коллекторный узел 112. Дрейфовая трубка 110 и/или реакционная камера 132 содержит камеру (например, трубку 114), имеющую одну или несколько стенок, выполненных по существу из непроводящего (например, изолирующего) материала, включающего, но не обязательно ограниченного этим: керамический материал (например, каолинит, оксид алюминия, кристаллический оксид, нитрид, карбид, карбид кремния, карбид вольфрама и так далее), стекло, фарфор, полимерный и/или композитный материал. Тем не менее, эти материалы приведены исключительно в виде примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других вариантах выполнения трубка 114 может быть выполнена из других материалов. Например, трубка 114 изготовлена из полупроводникового материала, который может обеспечивать более однородное электрическое поле внутри трубки 114 при использовании вместе со структурированной резистивной дорожкой, нанесенной на внутреннюю сторону трубки 114 (например, по отношению к трубке, изготовленной ​​из изолирующего материала). В вариантах выполнения изобретения как дрейфовая камера, так и реакционная/ионизационная камера выполнены в виде камеры переноса заряженного материала, содержащей трубку 114, как описано в настоящем документе. Например, в некоторых вариантах выполнения дрейфовая трубка 110 содержит трубку 114. В других вариантах выполнения реакционная камера 132 содержит трубку 114. В других вариантах выполнения как дрейфовая трубка 110, так и реакционная камера 132 содержат трубку 114 (например, каждая из них содержит отдельную трубку 114, обе используют одну и ту же трубку 114, каждая из них использует часть одной и той же трубки 114, и так далее). Тем не менее, следует отметить, что дрейфовые камеры и реакционные/ионизационные камеры приведены исключительно в виде примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. В других вариантах выполнения камера переноса заряженного материала, содержащая трубку 114, выполнена по-другому.

[0033] Трубка 114 имеет внутреннюю поверхность 161 и внешнюю поверхность 181. Любой или оба конца трубки 114 и/или один или несколько дрейфовых сегментов трубки 114 открыты и обеспечивают возможность прохождения материала (например, пара, частиц и т.п.) через трубку 114. Структурированная резистивная дорожка 120 нанесена на внутреннюю поверхность 116 и/или внешнюю поверхность 118 трубки 114. Например, резистивная дорожка 120 отпечатана на внутреннюю поверхность 116 трубки 114 и/или внешнюю поверхность 118 трубки 114 с помощью проводящих чернил, проводящей пасты, вакуумным осаждением, электролитическим осаждением, химической обработкой, и тому подобным. В некоторых случаях дрейфовая трубка 110 содержит более одной структурированной резистивной дорожки, например, первую резистивную дорожку 120, отпечатанную на внутренней поверхности 116 трубки 114, и вторую резистивную дорожку 120, отпечатанную на внешней поверхности 118 трубки 114. Структурированная резистивная дорожка обеспечивает электропроводность вдоль трубки 114, в том числе электропроводность на поверхности трубки 114 (например, структурированная резистивная дорожка, нанесенная вдоль внутренней поверхности 161 и/или внешней поверхности 118 трубки 114). Структурированная резистивная дорожка может быть отпечатана в различных областях узла 106 детектирования ионов, включая, но не обязательно ограничиваясь этим: в области впускного отверстия, в реакционной области и тому подобное.

[0034] Как описано в настоящем документе, резистивные дорожки 120 обеспечивают небольшие активные внутренние площади поверхности (например, по отношению к типичной составной дрейфовой трубке). Кроме того, поверхность трубки 114, на которой расположена одна или несколько резистивных дорожек 120, по меньшей мере по существу свободна от зазоров и/или полостей, в которых могут накапливаться загрязнения, которые, в противном случае, могут выступать и/или усложнять техническое обслуживание трубки 114, такое как циклы очистки и тому подобное. Резистивные дорожки 120 могут обеспечивать непрерывную, последовательную и/или по существу однородную температуру и/или электрическое поле вдоль длины трубки 114. В вариантах выполнения изобретения геометрия резистивной дорожки 120 обеспечивает более высокое полное сопротивление (например, как применяется с высоковольтными источниками питания) с проводящим материалом дорожки, который имеет сравнительно меньшее удельное сопротивление и может обеспечить лучшую стабильность поверхностного сопротивления в течение долгого времени. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, конфигурации, описанные в настоящем документе, могут уменьшить и/или свести к минимуму электрические поля в направлении, обычно перпендикулярном продольной оси трубки 114, одновременно уменьшая и/или сводя к минимуму проникновение внешних электрических полей внутрь трубки 114.

[0035] Как показано, дрейфовая трубка 110 может представлять собой цельную конструкцию, которая может обеспечивать более высокую надежность, чем, например, типичная конфигурация составной дрейфовой трубки. Кроме того, дрейфовая трубка 110 не обязательно нуждается во внешнем корпусе, потенциально снижая, тем самым, затраты, связанные с производством и/или техническим обслуживанием, например, системы 100. В иллюстративной реализации дрейфовая трубка 110 не обязательно нуждается во внешнем нагревательном элементе. Например, нагревательный элемент (например, одна или несколько резистивных дорожек 120) может быть нанесен на трубку 114 (например, осажден на внешней поверхности 118 трубки 114) и устанавливать управляемую (например, с подогревом) температуру трубки. Такие конфигурации могут дополнительно снизить стоимость и/или сложность изготовления системы 100, как описано в настоящем документе. В некоторых вариантах выполнения резистивная дорожка 120, нанесенная на наружную поверхность 118 трубки 114, выполнена с возможностью создания аналогичного электрического потенциала, что и резистивная дорожка 120, осажденная на внутреннюю поверхность 116 трубки 114 (например, чтобы обеспечивать улучшенную однородность электрического поля внутри трубки 114).

[0036] Как показано на Фиг.3, резистивная дорожка 120 может быть выполнена в виде спиральной резистивной дорожки с несколькими витками, нанесенными рядом друг с другом на внутренней поверхности 116 трубки 114. Как используется в настоящем документе, термин «виток» связан с частичным или полным движением по окружности сегмента структурированной резистивной дорожки, относительно внутренней поверхности 116 трубки 114 и/или внешней поверхности 118 трубки 114. В некоторых реализациях виток может быть ориентирован под углом от перпендикулярного направления, определенного относительно продольной оси 126 трубки 114 (например, в случае спиральных резистивных дорожек 120, показанных на Фиг.3 и 6). Кроме того, виток может быть ориентирован в целом (например, по меньшей мере по существу) перпендикулярно продольной оси 126 трубки 114. Например, как показано на Фиг.4 и 5, резистивные дорожки 120 могут быть выполнены с несколькими витками, нанесенными рядом друг с другом на внутренней поверхности 116 трубки 114, причем один или несколько витков ориентированы по меньшей мере по существу перпендикулярно продольной оси 126 трубки 114. Виток может быть связан с полным движением по окружности сегмента структурированной резистивной дорожки относительно внутренней поверхности 116 трубки 114 (например, как показано на Фиг.3) и/или наружной поверхности 118 трубки 114 (например, как показано на Фиг.6). Виток также может быть связан с частичным движением по окружности сегмента структурированной резистивной дорожки относительно внутренней поверхности 116 трубки 114 (например, как показано на Фиг.4 с витками, проходящими более чем на двести семьдесят градусов (270°), но меньше чем на триста шестьдесят градусов (360°), а на Фиг.5 с витками, проходящими менее чем на двести семьдесят градусов (270°)).

[0037] В вариантах выполнения изобретения число витков может меняться (например, в зависимости от геометрии конкретной камеры, требований рабочего напряжения, требуемой равномерности генерируемого электрического поля, и т.п.). Например, зазор между смежными витками резистивной дорожки 120 может быть ограничен напряжением пробоя. Кроме того, ширина резистивной дорожки 120 может быть определена на основании угла между резистивной дорожкой 120 и продольной осью 126 трубки 114. Например, резистивная дорожка 120 с большей шириной может иметь больший угол между резистивной дорожкой 120 и продольной осью 126, и может создавать большее отклонение траекторий материала. Таким образом, зазоры между витками / кольцами или их перекрывающимися группами могут быть выбраны на основе минимального расстояния, чтобы уверенно выдерживать рабочее напряжение, а ширины витков / колец или их перекрывающихся групп могут быть выбраны на основании максимальной ширины, способной поддерживать по существу перпендикулярность витков / колец или их перекрывающихся групп относительно оси камеры. В одной конфигурации резистивная дорожка 120 может содержать восемнадцать (18) витков. В другой конфигурации резистивная дорожка 120 может содержать тридцать шесть (36) витков. В еще одной конфигурации резистивная дорожка 120 может содержать семьдесят два (72) витка. Тем не менее, эти конфигурации проиллюстрированы исключительно в виде примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других конфигурациях резистивная дорожка 120 может содержать меньше, чем восемнадцать (18) витков, от восемнадцати (18) до тридцати шести (36) витков, от тридцати шести (36) витков до семидесяти двух (72) витков, больше семидесяти двух (72) витков, и так далее.

[0038] В некоторых реализациях каждый виток структурированной резистивной дорожки электрически последовательно соединен с соседним витком. Например, как показано на Фиг.3, смежные витки спиральной резистивной дорожки 120 соединены друг с другом на внутренней поверхности 116 трубки 114. Со ссылкой на Фиг.4 и 5, соседние витки резистивной дорожки 120 также могут быть соединены вместе с помощью одной или нескольких перемычек 128. Как показано на Фиг.4 и 5, соседние витки резистивной дорожки 120 могут быть соединены вместе с помощью перемычек 128, осажденных на внутреннюю поверхность 116 трубки 114.

[0039] Со ссылкой в целом на Фиг.8 - 15В, чтобы нанести различные структуры резистивной дорожки на внутренние и/или внешние поверхности непроводящей или полупроводящей трубки, может быть использован инструмент для нанесения. В вариантах выполнения изобретения относительное перемещение трубки и инструмента для нанесения может изменяться для создания различных резистивных структур. Например, как показано на Фиг.8, резистивная дорожка 120 из проводящих чернил или пленки нанесена на внутреннюю поверхность 116 и/или внешнюю поверхность 118 трубки 114 путем вращения трубки 114 с контролируемой (например, по меньшей мере по существу постоянной) скоростью, одновременно продвигая трубку 114 в продольном направлении (например, по горизонтали) относительно неподвижного, или по меньшей мере по существу неподвижного инструмента для нанесения, такого как перо 122 для нанесения чернил. Перемещение трубки 114 относительно пера 122 для нанесения чернил создает структуру на внутренней поверхности 116 и/или на внешней поверхности 118 трубки 114.

[0040] Как описано в настоящем документе, термины, которые относятся к перемещению трубки 114 и/или пера 122 для нанесения чернил, такие как «вращающаяся», «продвигающаяся» и тому подобные, используются для описания относительного перемещения трубки 114 относительно пера 122 для нанесения чернил. Таким образом, в некоторых вариантах выполнения трубка 114 вращается с одновременным продвижением пера 122 для нанесения чернил. В других вариантах выполнения перо 122 для нанесения чернил вращается с одновременным продвижением трубки 114. В других вариантах выполнения как трубка 114, так и перо 122 для нанесения чернил вращается при одновременном продвижении одного или обоих из них. В других вариантах выполнения как трубка 114, так и перо 122 для нанесения чернил продвигаются при одновременном вращении одного или обоих из них. В других вариантах выполнения перо 122 для нанесения чернил вращается и продвигается, тогда как трубка 114 остается неподвижной, или по меньшей мере по существу неподвижной, и так далее.

[0041] Различные скорости и/или последовательности перемещений трубки 114 и/или пера 122 для нанесения чернил используются для создания различных структур на трубке 114. Со ссылкой на Фиг.9, структурированная резистивная дорожка, содержащая непрерывное проводящее покрытие 124, формируется между противоположными концами трубки 114 при вращении трубки 114 с контролируемой скоростью, а продольное перемещение трубки 114 происходит очень медленно, по сравнению с вращательным движением трубки 114. Эта разница в относительных скоростях вращения и продольного перемещения создает плотно намотанную проводящую спираль. В некоторых вариантах выполнения смежные сегменты резистивной дорожки 120 перекрываются, в результате чего на внутренней поверхности 116 и/или на внешней поверхности 118 трубки 114 образуется непрерывное проводящее покрытие 124. Проводящие чернила и/или пленки с достаточно высоким сопротивлением могут быть нанесены в этой конфигурации для достижения заданного полного сопротивления дрейфовой трубки.

[0042] Как показано на Фиг.10, несколько спиральных резистивных дорожек 120 могут быть сформированы на трубке 114 путем переустановки инструмента для нанесения на конце трубки 114 на девяносто градусов (90°), или на другой кратный триста шестидесяти градусам (360°) угол относительно начала координат предшествующей резистивной дорожки 120 на конце трубки 114. Это методика может быть использована, чтобы создавать несколько резистивных дорожек 120 по существу параллельных друг другу. В вариантах выполнения изобретения по существу параллельные резистивные дорожки 120 используются для обеспечения большей симметрии на концах трубки 114 (например, относительно одной единственной резистивной дорожки 120).

[0043] Со ссылкой на Фиг.11А и 11B, между концами трубки 114 может быть выполнено несколько резистивных дорожек 120. Как показано на Фиг.11A, вращение трубки 114 с контролируемой (например, по меньшей мере по существу постоянной) скоростью, с продольным перемещением с относительно более высокой скоростью в первом направлении, создает между противоположными концами трубки 114 слегка изогнутую резистивную дорожку 120. Затем продольное перемещение трубки 114 во втором, противоположном, направлении используется для формирования другой последовательной и слегка параллельной резистивной дорожки 120 между противоположными концами трубки 114. Таким образом между концами трубки 114 наносят ряд в целом параллельных резистивных дорожек 120. В других вариантах выполнения параллельные резистивные дорожки 120 формируются между противоположными концами трубки 114 (например, как показано на Фиг.11В). В вариантах выполнения изобретения эти методики могут быть использованы для получения более надежного электрического соединения между концами трубки 114 (например, по сравнению с одной единственной резистивной дорожкой 120).

[0044] Как показано на Фиг.12, вместе могут быть реализованы различные структуры конфигураций дорожек, такие как структуры дорожек, показанные на Фиг.8 - 11. В этих конфигурациях вращение трубки 114 с контролируемой (например, по меньшей мере по существу постоянной) скоростью с относительно более медленным продольным перемещением в течение первого периода времени дает в результате один виток резистивной дорожки 120. Продольное перемещение трубки 114 также может быть остановлено в течение первого периода времени. За этим перемещением следует продолженное вращение трубки 114 с контролируемой скоростью с относительно более быстрым продольным перемещением для второго (например, меньшего) периода времени, в результате чего формируется одна слегка изогнутая перемычка 128. Вращение трубки 114 также может быть остановлено в течение второго периода времени, в результате чего формируется по существу линейная перемычка 128. Затем вращение трубки 114 с контролируемой скоростью, с продольным перемещением с относительно более медленной скоростью приводит к формированию другого витка резистивной дорожки 120. Опять же, это перемещение сопровождается созданием другой перемычки 128, другим витком резистивной дорожки 120, и так далее. Таким образом, чередование последовательности медленного и/или остановленного и относительно быстрого продольного перемещения трубки 114 приводит к формированию ряда витков резистивной дорожки 120, соединенных друг с другом вдоль продольной оси 126 трубки 114 с помощью перемычек 128. В некоторых вариантах выполнения коаксиальные части резистивных витков резистивной дорожки 120 наносят с помощью других способов, включая, но не обязательно ограничиваясь вакуумным осаждением, перед использованием пера 122 для нанесения чернил для нанесения одного или нескольких перемычек 128 вдоль длины трубки 114 для соединения коаксиальных частей витков и увеличения однородности полного сопротивления поперек трубки 114.

[0045] Как показано на Фиг.13А и 13В, дополнительные комбинации вышеуказанных подходов могут быть реализованы в виде плотно намотанной структурированной резистивной дорожки, содержащей непрерывное проводящее покрытие 124, нанесенной при сравнительно более медленной продольной скорости, чередующейся с соединительными перемычками 128, нанесенными при сравнительно более высокой продольной скорости. На Фиг.13А изображены две непрерывно покрытые части, соединенные одной проводящей перемычкой 128. На Фиг.13В изображено несколько коротких непрерывно покрытых частей, соединенных несколькими перемычками 128. В некоторых вариантах выполнения, например, для достижения по меньшей мере по существу однородного поля, ширина непрерывно покрытой части и/или ширины зазора между непрерывно покрытой частью выполнены такими, чтобы приблизительно соответствовать конкретной структуре, например структуре, описанной со ссылкой на Фиг.12. В вариантах выполнения изобретения структурированные резистивные дорожки, изображенные на Фиг.13А и 13В, могут быть использованы для создания ступенчатого электрического поля для перемещения ионов, причем каждая перемычка 128 создает перепад в сопротивлении между соседними участками непрерывного проводящего покрытия 124. Например, за счет более высокого сопротивления перемычки 128 между соседними участками непрерывного покрытия относительно непрерывного проводящего покрытия 124 может быть создан перепад напряжения (например, из-за уменьшенной площади поперечного сечения перемычки 128 относительно непрерывного проводящего покрытия 124). Кроме того, структурированные резистивные дорожки могут быть нанесены с помощью резистивных чернил путем доставки под высоким давлением инструментом для нанесения, таким как игла из нержавеющей стали. Перемещением трубки 114 и/или инструмента для нанесения можно управлять с помощью, например, одного или несколько шаговых двигателей.

[0046] Со ссылкой теперь на Фиг.14А и 14B, дополнительные комбинации описанных выше подходов могут быть реализованы в виде структурированной резистивной дорожки, содержащей широко намотанные спиральные резистивные дорожки 120, которые могут быть нанесены с умеренной продольной скоростью, чередующиеся с перемычками 128. На Фиг.14А изображены две большие спиральные резистивные дорожки, соединенные с помощью перемычек 128. На Фиг.14В изображены несколько коротких спиральных резистивных дорожек, соединенных с помощью перемычек 128.

[0047] Как показано на Фиг.15А и 15В, трубка 114 может также иметь первичное непрерывное проводящее покрытие 140, нанесенное на ее внутреннюю поверхность 116 и/или внешнюю поверхность 118, на которое может быть нанесена вторичная резистивная дорожка 120. Вторичная резистивная дорожка 120 может представлять собой спираль или любую комбинацию структур, показанных, например, на предыдущих чертежах. В этой конфигурации одна или несколько резистивных дорожек 120 могут уменьшить и/или свести к минимуму искажения электрического поля, вызванные резистивными и/или физическими дефектами однородности первичного непрерывного проводящего покрытия 140. Кроме того, первичное непрерывное проводящее покрытие 140 может уменьшить и/или минимизировать влияние внешних электрических полей на внутреннюю часть трубки 114, которая действует в качестве дрейфовой области 136. В некоторых вариантах выполнения общее сопротивление первичного непрерывного проводящего покрытия 140 по всей трубке 114 больше, чем сопротивление вторичной резистивной дорожки 120. Например, сопротивление первичного непрерывного проводящего покрытия 140 может иметь значение приблизительно пятьсот Мегом (500 МОм), а сопротивление резистивной дорожки 120 может составлять приблизительно от двадцати Мегом (20 МОм) до двухсот Мегом (200 МОм).

[0048] Со ссылкой теперь на Фиг.16, в некоторых вариантах выполнения трубка 114 содержит структурированный резистивный слой 142, содержащий одно или несколько отверстий (например, пазов 144), ориентированных в направлении, как правило (например, по меньшей мере по существу) перпендикулярно продольной оси 126 трубки 114. В вариантах выполнения изобретения отверстия выполнены так, чтобы уменьшить или свести к минимуму радиальное электрическое поле, вызванное потенциальной электрической асимметрией, например, непрерывного слоя. В конфигурации, показанной на Фиг.16, пазы 144 чередуются в осевом направлении. Тем не менее, эта конфигурация представлена исключительно в виде примера и не предназначена ограничивать настоящее изобретение. В других вариантах выполнения пазы 144 могут иметь другую форму и/или быть направлены по-другому.

[0049] В некоторых вариантах выполнения трубка 114 имеет несколько резистивных дорожек 120 (например, проводящих колец), нанесенных на ее внутреннюю поверхность 116 и/или внешнюю поверхность 118, причем резистивные дорожки 120 связаны (например, соединены) с помощью одной или нескольких продольных резистивных дорожек 146. Например, как показано на Фиг.17 - 20, резистивные дорожки 120 выполнены в виде ряда концентрических колец из резистивных чернил, нанесенных на внутреннюю поверхность 116 трубки 114. Резистивные дорожки 120 затем соединяют продольной резистивной дорожкой 146, выполненной в виде, как правило, прямой продольной дорожки из резистивных чернил, соединяющей, например, два соединителя 130, расположенных на трубке 114. Например, продольная резистивная дорожка 146 находится в электрическом контакте с металлизированными концами трубки 114. Однако, следует отметить, что концентрические кольца из резистивных чернил и в целом прямая продольная дорожка из резистивных чернил приведены исключительно в виде примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. В других вариантах выполнения используются иначе выполненные резистивные дорожки 120 и/или продольные резистивные дорожки 146. Например, продольная резистивная дорожка 146 может быть слегка искривлена, быть синусоидальной, и тому подобное. Кроме того, одна или несколько резистивных дорожек 120 могут быть спиральными, или представлять собой любую комбинацию изображенных структур, как показано, например, на предшествующих чертежах.

[0050] В некоторых вариантах выполнения, удельное сопротивление чернил, составляющих концентрические кольца, больше чем (например, значительно больше чем) удельное сопротивление чернил, составляющих прямую непрерывную дорожку. Например, само по себе полное сопротивление в целом прямой продольной дорожки из резистивных чернил составляет около ста Мегом (100 МОм). Эта конфигурация может быть использована для уменьшения (например, сведения к минимуму) воздействия дополнительного параллельного сопротивления, нанесенного поперек в целом прямой продольной дорожки из резистивных чернил (например, как показано на Фиг.20). Тем не менее, это значение сопротивления приведено исключительно в виде примера и не предназначено ограничивать настоящее изобретение. В других вариантах выполнения полное сопротивление как правило прямой продольной дорожки из резистивных чернил может быть больше или меньше, чем приблизительно сто Мегом.

[0051] В некоторых конфигурациях одна или несколько структурированных резистивных дорожек, нанесенных на внешнюю поверхность 118 трубки 114, электрически соединены с одной или несколькими структурированными резистивными дорожками, нанесенными на внутреннюю поверхность 116 трубки 114. Например, перемычки 128 могут быть использованы для соединения резистивной дорожки 120, нанесенной на внутреннюю поверхность 116 трубки 114, с одной или несколькими резистивными дорожками 120, нанесенными на наружную поверхность 118 трубки 114 (например, соединены последовательно). Тем не менее, эта конфигурация приведена исключительно в виде примера и не предназначена ограничивать настоящее изобретение. В других реализациях одна или несколько резистивных дорожек 120, нанесенных на наружную поверхность 118 трубки 114, и одна или несколько резистивных дорожек 120, нанесенных на внутреннюю поверхность 116 трубки 114, соединены по-отдельности (например, соединены параллельно).

[0052] В некоторых конфигурациях длина трубки 114 имеет значение между по меньшей мере приблизительно двумя сантиметрами (2 см) и пятнадцатью сантиметрами (15 см). Диаметр внутренней поверхности 116 трубки 114 может иметь значение по меньшей мере приблизительно между двумя с половиной миллиметрами (2,5 мм) и двадцатью пяти миллиметрами (25 мм). Кроме того, диаметр внешней поверхности 118 трубки 114 может иметь значение по меньшей мере приблизительно между тремя миллиметрами (3 мм) и тридцатью миллиметрами (30 мм). Тем не менее, эти размеры приведены исключительно в виде примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других конфигурациях длина трубки 114 может быть меньше чем по меньшей мере приблизительно два сантиметра (2 см) или больше чем по меньшей мере приблизительно пятнадцать сантиметров (15 см). Диаметр внутренней поверхности 161 трубки 114 может быть меньше чем по меньшей мере приблизительно два с половиной миллиметра (2,5 мм) или больше чем по меньшей мере приблизительно двадцать пять миллиметров (25 мм). Кроме того, диаметр внешней поверхности 118 трубки 114 может быть меньше чем по меньшей мере приблизительно три миллиметра (3 мм) или больше чем по меньшей мере приблизительно тридцать миллиметров (30 мм).

[0053] Ширина структурированной резистивной дорожки (например, как измерено в целом в продольном направлении, параллельном продольной оси 126 трубки 114) может иметь значение по меньшей мере приблизительно между одной десятой миллиметра (0,1 мм) и одним миллиметром (1 мм). Например, ширина резистивной дорожки 120 может иметь значение по меньшей мере приблизительно двадцать одна тысячная дюйма (0,020''(0,508 мм)). В некоторых конфигурациях резистивная дорожка 120 имеет по меньшей мере приблизительно два витка на сантиметр. Например, шаг структурированной резистивной дорожки, который может быть определен как расстояние между осями осажденного материала, образующего соседние витки структурированной резистивной дорожки, может иметь значение по меньшей мере между приблизительно одной десятой миллиметра (0,1 мм) и одним миллиметром (1 мм). Например, шаг резистивной дорожки 120 может иметь значение по меньшей мере приблизительно двадцать восемь тысячных дюйма (0,028" (0,71 мм)). Тем не менее, эти размеры приведены исключительно в виде примера и не предназначены ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других конфигурациях ширина структурированной резистивной дорожки может быть меньше, чем по меньшей мере приблизительно одна десятая миллиметра (0,1 мм), или больше, чем один миллиметр (1 мм). Резистивная дорожка 120 может иметь больше или меньше, чем по меньшей мере приблизительно два витка на сантиметр. Кроме того, шаг структурированной резистивной дорожки может быть меньше, чем по меньшей мере приблизительно одна десятая миллиметра (0,1 мм), или больше, чем по меньшей мере приблизительно один миллиметр (1 мм).

[0054] В некоторых случаях одна или несколько характеристик резистивной дорожки 120 могут в целом быть постоянными по всей длине трубки 114. Например, шаг резистивной дорожки 120 может в целом быть постоянным по всей длине трубки 114. В других случаях одна или несколько характеристик резистивной дорожки 120 могут изменяться по всей длине трубки 114. Например, шаг между соседними витками структурированной резистивной дорожки может изменяться вдоль трубки 114 (например, увеличиваться и/или уменьшаться). Ширина и/или толщина структурированной резистивной дорожки также может изменяться по всей длине трубки 114.

[0055] Одна или несколько резистивных дорожек 120 выполнены с возможностью соединения с источником электрической энергии для подачи питания к резистивной дорожке и создания электрического поля. Например, одну или несколько резистивных дорожек 120 формируют с нанесением толстой пленки, образующей электрически резистивный проводник. В некоторых реализациях, при подаче напряжения внутри трубки 114 устанавливается по существу однородное электрическое поле. В реализациях электрическое поле представляет собой электрическое поле высокого напряжения (ВН), которое может быть использовано для управления перемещением ионизированных материалов через трубку 114 (например, как в дрейфовой области / камере). Тем не менее, по существу однородное электрическое поле приведено исключительно в виде примера и не предназначено ограничивать настоящее изобретение. Например, внутри трубки 114 может быть установлено профилированное электрическое поле​​. В иллюстративной реализации изменяется интенсивность (например, изменяется от низкой интенсивности до высокой интенсивности) профилированного электрического поля по длине трубки 114. В некоторых реализациях одна или несколько резистивных дорожек 120 могут представлять собой модификатор ионов, который может быть использован для разделения ионов, которые в ином случае имеют аналогичную подвижность. Например, одна или несколько резистивных дорожек 120, выполненных в виде модификатора ионов, могут быть использованы для фрагментации ионов и изменения подвижности ионов, соотношения массы и заряда ионов, и тому подобное.

[0056] Один или оба конца дрейфовой трубки 110 могут содержать соединитель 130. Например, конец дрейфовой трубки 110 может быть закрыт фланцем, имеющим покрытие из проводящего материала (например, металлизированным проводящим фланцем). Одна или несколько резистивных дорожек 120 могут быть электрически соединены с соединителем 130, который может быть подсоединен к источнику электрической энергии (например, источнику питания), чтобы подводить энергию к резистивной дорожке и создавать электрическое поле. Тем не менее, проводящий фланец приведен исключительно в виде примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. В других реализациях одна или несколько резистивных дорожек 120 могут быть соединены с источником электрической энергии с использованием других соединителей, включая, но не обязательно ограничиваясь, проводящей крышкой, проводящим покрытием, и тому подобное. При подаче питания на дрейфовую трубку 110 последняя может быть использована для обеспечения управляемого переноса заряженных материалов (например, ионов) с одного конца дрейфовой трубки 110 к другому концу дрейфовой трубки 110.

[0057] Впускное отверстие 104 может использовать различные подходы по введению проб. В некоторых может быть использован случаях поток воздуха. В других случаях IMS-системы 100 для доставки материала во впускное отверстие 104 могут использовать различные жидкости и/или газы. Различные подходы по доставке материала во впускное отверстие 104 включают использование вентиляторов, сжатых газов, вакуума, создаваемого дрейфовым газом, протекающим через дрейфовую область / камеру, и тому подобное. Например, детектор 102 проб может быть подсоединен к пробоотборной линии, где воздух из окружающей среды (например, воздух в помещении) доставляется в пробоотборную линию с использованием вентилятора. IMS-системы 100 могут работать по существу при давлении окружающей среды, хотя для введения материала пробы в реакционную область может быть использован поток воздуха или другой текучей среды. В других случаях IMS-системы 100 могут работать при более низких давлениях (т.е. давления, которые меньше, чем давление окружающей среды). Кроме того, IMS-системы 100 могут содержать другие элементы, способствующие введению материала из источника проб. Например, чтобы вызвать испарение по меньшей мере части пробы (например, перевода ее в газовую фазу), так чтобы часть пробы могла войти во впускное отверстие 104, в IMS-системы 100 может быть включен десорбер, такой как нагреватель. Например, для получения представляющей интерес пробы с поверхности могут быть использованы пробоотборник, тампон, протирка, или тому подобное. Пробоотборник может затем быть использован для доставки пробы к впускному отверстию 104 IMS-системы 100. IMS-система 100 может также содержать предварительный концентратор для концентрации или обеспечения ввода болюса материала в реакционную область.

[0058] Часть образца может быть доставлена через впускное отверстие 104, выполненное как впускное отверстие с малой апертурой (например, точечное отверстие) в детекторе 102 проб с использованием, например, диафрагмы, находящейся в проточном сообщении с внутренним объемом детектора 102 проб. Например, когда внутреннее давление во внутреннем объеме уменьшается за счет перемещения диафрагмы, часть образца переносится из впускного отверстия 104 в детектор 102 проб через точечное отверстие. После прохождения через точечное отверстие, часть пробы поступает в приемный узел 108. Приемный узел 108 может содержать реакционную камеру 132, где образец ионизируют с использованием источника ионизации, например, ионизатора коронного разряда (например, имеющего острие коронного разряда) и, возможно, модифицированного (например, с использованием одного или нескольких реагентов). Тем не менее, ионизатор коронного разряда приведен исключительно в виде примера и не предназначен ограничивать настоящее изобретение. Другие иллюстративные источники ионизации включают, но не обязательно ограничиваются этим: радиоактивные и электрические источники ионизации, такие как источник фотоионизации, электрораспылительный источник, источник матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (MALDI), источник никель-63 (⁶³Ni), источник америций-241 (²⁴¹Am), и тому подобное. В некоторых случаях источник ионизации может ионизировать материал из представляющей интерес пробы в несколько стадий. Например, источник ионизации может генерировать коронный разряд, который ионизирует газы в реакционной камере 132, которые впоследствии используют для ионизации представляющего интерес материала. Иллюстративные газы включают, но не обязательно ограничиваются этим: азот, водяной пар, газы, содержащиеся в воздухе, и тому подобное.

[0059] При реализации приемный узел 108 может работать в положительном режиме, отрицательном режиме, переключаться между положительным и отрицательным режимами, и так далее. Например, в положительном режиме источник ионизации может генерировать положительные ионы из представляющей интерес пробы, тогда как в отрицательном режиме источник ионизации может генерировать отрицательные ионы. Работа впускного узла 108 в положительном режиме, отрицательном режиме или переключаясь между положительным и отрицательным режимами может зависеть от предпочтений реализации, предсказанного типа пробы (например, взрывчатое вещество, наркотическое вещество, токсический промышленный химикат), и тому подобное. Кроме того, источник ионизации может работать в периодическом импульсном режиме (в зависимости от, например, введения пробы, открытия затвора, наступления события, и так далее).

[0060] Ионы пробы могут быть направлены ​​в узел затвора с помощью электрического поля (например, генерируемого точно таким же или подобным образом, как и в дрейфовой камере, см. как описано выше). Узел затвора содержит одну или несколько (например, две) сетки и может быть на мгновение открыт, чтобы ввести в дрейфовую область небольшие кластеры ионов пробы. Например, на впускном конце в дрейфовую область 136 приемный узел 108 может содержать электронный вентиль или затвор 134. При реализации затвор 134 управляет поступлением ионов в дрейфовую область 136. Например, затвор 134 может содержать сетку из проволок, к которым прикладывают или снимают электрическую разность потенциалов. Дрейфовая область 136 имеет электроды (например, фокусирующие кольца, образованные одной или несколькими резистивными дорожками 120), расположенные вдоль ее длины для получения электрического поля, необходимого для протягивания ионов вдоль дрейфовой области 136 и/или для направления ионов к детектору, расположенному, как правило, напротив затвора 134 в дрейфовой области 136. Например, дрейфовая область 136, включая электроды, может создавать в дрейфовой области 136 по существу однородное поле. Ионы пробы могут быть собраны на коллекторе электрода, который может быть подсоединен к анализатору для анализа времен пролета различных ионов пробы. Например, коллекторная пластина 138 в дальнем конце дрейфовой области 136 может собирать ионы, которые проходят вдоль дрейфовой области 136.

[0061] Дрейфовая трубка 110 может быть использована для разделения ионов, достигших дрейфовую область 136, на основании подвижности отдельных ионов. Подвижность ионов определяется зарядом иона, массой иона, геометрией иона, и так далее. Таким образом, IMS-системы 100 могут разделять ионы, основываясь на их времени пролета. Дрейфовая область 136 может иметь по существу однородное электрическое поле, которое проходит от затвора 134 до коллектора. Коллектор может представлять собой коллекторную пластину 138 (например, пластину Фарадея), которая обнаруживает ионы в зависимости от их заряда, когда они контактируют с коллекторной пластиной 138. В реализациях дрейфовый газ можно подавать через дрейфовую область 136 в направлении, в целом противоположном траектории движения ионов к коллекторной пластине 138. Например, дрейфовый газ может течь из места, смежного с коллекторной пластиной 138, к затвору 134. Иллюстративные дрейфовые газы включают, но не обязательно ограничены ими: азот, гелий, воздух, рециркулированный воздух (например, воздух, который очищен и/или осушен) и тому подобное. Например, для циркуляции воздуха вдоль дрейфовой области 136 против направления потока ионов, может быть использован насос. Воздух может быть высушен и очищен с использованием, например, стопки молекулярных сит.

[0062] В реализациях детектор 102 проб может содержать различные элементы, чтобы способствовать идентификации представляющего интерес материала. Например, детектор 102 проб может иметь одну или несколько ячеек, содержащих калибрующее вещество и/или компонент легирующей примеси. Калибрующее вещество может быть использовано для калибровки измерения подвижности ионов. Легирующая примесь может быть использована для селективной ионизации молекул. Легирующая примесь также может быть объединена с материалом пробы и ионизирована с образованием иона, который может быть более эффективно детектирован, чем ион, который соответствует одному только материалу пробы. Легирующая примесь может быть направлена в ​​одно или несколько из: впускного отверстия 104, реакционной камеры 132 и/или дрейфовой области 136. Детектор 102 проб может быть выполнен с возможностью направления легирующей примеси в различные места, возможно, в разное время во время работы детектора 102 проб. Детектор 102 проб может быть выполнен с возможностью координации доставки легирующей примеси с работой других элементов IMS-системы 100.

[0063] Контроллер может детектировать изменение заряда на коллекторной пластине 138, когда ионы достигают ее. Таким образом, контроллер может идентифицировать материалы из их соответствующих ионов. В реализациях контроллер также может быть использован для управления открытием затвора 134 для получения спектра времени пролета различных ионов вдоль дрейфовой области 136. Например, контроллер может быть использован для управления напряжениями, приложенными к затвору 134. Работой затвора 134 можно управлять периодически, при наступлении события, и так далее. Например, контроллер может периодически регулировать, как долго затвор 134 открыт и/или закрыт, основываясь на наступлении события (например, коронного разряда), и так далее. Кроме того, контроллер может переключать электрический потенциал, приложенный к затвору 134, основываясь на режиме источника ионизации (например, находится ли приемный узел 108 в положительном или отрицательном режиме). В некоторых случаях контроллер может быть выполнен с возможностью детектирования наличия взрывчатых веществ и/или химических агентов и обеспечения предупреждения или указания таких агентов на индикаторе.

[0064] В реализациях IMS-система 100, содержащая все или некоторые из своих элементов, может работать под управлением компьютера. Например, процессор может быть включен в IMS-системе 100 или содержаться в этой системе для управления элементами и функциями IMS-системы 100, описанными в настоящем документе, с использованием программного обеспечения, программно-аппаратных средств, аппаратных средств (например, схемы с фиксированными логическими функциями), ручного управления или их комбинации. Термины «контроллер», «функциональность», «сервис» и «логический», используемые в настоящем документе, как правило, представляют собой программное обеспечение, программно-аппаратные средства, аппаратные средства, или комбинации программного обеспечения, программно-аппаратных средств и аппаратных средств, в сочетании с управлением IMS-системой 100. В случае программной реализации, модуль, функциональность или логика представляют собой программный код, который выполняет поставленные задачи при выполнении процессором (например, ЦПУ или несколькими ЦПУ). Программный код может храниться в одном или нескольких машиночитаемых устройствах памяти (например, встроенной памяти и/или в одном или нескольких материальных носителях), и так далее. Конструкции, функции, подходы и способы, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы на разнообразных коммерческих вычислительных платформах, имеющих разнообразные процессоры.

[0065] Например, детектор 102 проб может быть соединен с контроллером для управления энергией, подаваемой к резистивным дорожкам 120. Контроллер может содержать модуль обработки данных, модуль обмена данными и модуль памяти. Модуль обработки данных обеспечивает функции обработки для контроллера и может содержать любое количество процессоров, микроконтроллеров или других систем обработки данных, а также резидентную или внешнюю память для хранения данных и другой информации, к которой имеется доступ контроллером или которые генерируются контроллером. Модуль обработки данных может выполнять одну или несколько компьютерных программ, которые реализуют способы, описанные в настоящем документе. Модуль обработки данных не ограничивается материалами, из которых он выполнен, или используемыми в нем механизмами обработки, и, таким образом, может быть реализован с помощью полупроводников и/или транзисторов (например, с помощью элементов электронных интегральных схем (ИС), и тому подобного. Модуль обмена данными функционально выполнен с возможностью обмена данными с элементами детектора 102 проб. Модуль обмена данными также с возможностью обмена данными соединен с модулем обработки данных (например, для обмена входными сигналами детектора 102 проб с модулем обработки данных). Модуль обмена данными и/или модуль обработки данных также может быть выполнен с возможностью обмена данными с большим количеством различных сетей, в том числе, но не обязательно ограничиваясь следующими: интернетом, сотовой телефонной сетью, локальной сетью (LAN), глобальной сетью (WAN), беспроводной сетью, телефонной сетью общего пользования, интранетом, и тому подобное.

[0066] Модуль памяти является примером материальных машиночитаемых носителей, которые обеспечивает функциональность хранения для хранения различных данных, связанных с работой контроллера, такие как компьютерные программы и/или сегменты кода или другие данных для указания модулю обработки данных и, возможно, другим элементам контроллера, выполнять операции, описанные в настоящем документе. Таким образом, память может хранить данные, такие как программы или инструкции по работе IMS-системы 100 (включая его элементы), спектральные данные, и тому подобное. Несмотря на то, что показан один модуль памяти, может быть использовано широкое разнообразие типов и комбинаций памяти (например, материальная энергонезависимая память). Модуль памяти может быть объединен с процессорным модулем, может содержать автономную память, или может быть комбинацией того и другого.

[0067] Модуль памяти может содержать, но не обязательно ограничивается этим: съемные и несъемные компоненты памяти, такие как оперативная память (RAM), постоянная память (ROM), флэш-память (например, карты памяти с защищенным доступом (SD-карты), мини-SD карты памяти и/или микро-SD карты памяти), магнитная память, оптическая память, устройства памяти USB-устройств, память жесткого диска, внешняя память и другие типы читаемых компьютерами носителей информации. В реализациях детектор 102 проб и/или модуль памяти может содержать съемную смарт-карту памяти (ICC), например, память, предоставляемую модулем идентификации абонента (SIM-картой), универсальным модулем идентификации абонента (USIM-картой), универсальной картой на интегральной схеме (UICC), и тому подобное.

[0068] В реализациях различные аналитические устройства могут использовать конструкции, способы, подходы и т.д., описанные в настоящем документе. Таким образом, несмотря на то, что в настоящем документе описаны IMS-системы 100, различные аналитические устройства могут использовать описанные способы, подходы, конструкции и тому подобное. Эти устройства могут быть выполнены с ограниченной функциональностью (например, тонкие устройства) или с полноценной функциональностью {например, толстые устройства). Таким образом, функциональность устройства может относиться к программным или аппаратным ресурсам устройства, например, производительности, памяти (например, возможности хранения данных), аналитической способности, и так далее.

ИЛЛЮСТРАТИВНЫЙ ПРОЦЕСС

[0069] Ниже описаны иллюстративные методики для изготовления камеры переноса заряженного материала путем нанесения одной или нескольких структурированных резистивных дорожек на одну или несколько из внутренней поверхности или внешней поверхности непроводящей или полупроводящей трубки. На Фиг.7 изображен способ 700, в иллюстративной реализации, изготовления камеры переноса заряженного материала, такой как иллюстративная дрейфовая трубка 10, изображенная на Фиг.1 - 6 и описанная выше.

[0070] В способе, обозначенным номером позиции 700, структурированную резистивную дорожку наносят на одну или несколько из внутренней поверхности или внешней поверхности трубки, выполненной по существу из непроводящего материала и/или полупроводящего материала (блок 710). Например, со ссылкой на Фиг.1 - 6, резистивную дорожку 120 наносят на внутреннюю поверхность 116 трубки 114 и/или наружную поверхность 118 трубки 114. Резистивная дорожка 120 может быть нанесена (например, напечатана) на внутренней поверхности 116 трубки 114 и/или внешней поверхности 118 трубки 114, как описано в публикации заявки на патент США №2008/0278278, поданной 21 июля 2008 года, озаглавленной «Контурные Толстопленочные Резисторы посредством Фотолитографии»; в патенте США №7224258, выданном 29 мая 2007 года, озаглавленном «Контурные Толстопленочные Резисторы посредством Фотолитографии»; в публикации заявки на патент США №2007/0262846, поданной 4 мая 2007, озаглавленной «Контурные Толстопленочные Резисторы посредством Фотолитографии»; в публикации заявки на патент США №2010/0209318, поданной 28 апреля 2010 года, озаглавленной «Микрожидкостные Устройства, Изготовленные Прямой Записью Толстой Пленки и Способы их Изготовления»; в патенте США №7736592, выданном 15 июня 2010, озаглавленном «Микрожидкостные Устройства, Изготовленные Прямой Записью Толстой Пленки и Способы их Изготовления»; в публикации заявки на патент США №2011/0277803, поданной 18 марта 2011 года, озаглавленной «Термопары» и/или в патенте США №4485387, выданном 27 ноября 1984 года, озаглавленном «Система Прокладки для Получения Рисунков Схем», которые включены в настоящее описание во всей полноте посредством ссылки.

[0071] В некоторых реализациях перемычку наносят на одну или несколько из внутренней поверхности или внешней поверхности трубки для соединения вместе смежных витков структурированных резистивных дорожек (блок 712). Например, все также со ссылкой на Фиг.1 - 6, перемычки 128 могут быть использованы для соединения вместе смежных витков резистивной дорожки 120. В некоторых реализациях другую структурированную резистивную дорожку наносят на одну или несколько из внутренней поверхности или внешней поверхности трубки (этап 720). Например, все также со ссылкой на Фиг.1 - 6, вторую резистивную дорожку 120 наносят на наружную поверхность 118 трубки 114. Как описано выше, резистивные дорожки 120 выполнены с возможностью соединения с источником электрической энергии, чтобы установить электрическое поле (например, по существу однородное электрическое поле, электрическое поле определенной формы, и так далее) в трубке 114 при подаче напряжения. В некоторых реализациях структурированная резистивная дорожка соединена с соединителем трубки, который выполнен с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с источником электрической энергии (блок 730). Например, все также со ссылкой на Фиг.1 - 6, соединитель 130 может быть выполнен с возможностью соединения с резистивной дорожкой 120. Как описано выше, соединитель 130 может быть выполнен в виде проводящего фланца, проводящей крышки, проводящего покрытия, и так далее. Соединитель 130 может быть соединен с источником электрической энергии (например, источником питания), чтобы активизировать структурированную резистивную дорожку и создать электрическое поле.

[0072] Несмотря на то, что изобретение было описано с использованием языка, характерного для конструктивных признаков и/или действий способа, должно быть понятно, что предмет изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничен конкретными описанными признаками или действиями. Несмотря на то, что были раскрыты различные конфигурации, устройства, системы, подсистемы, компоненты и т.д. могут быть выполнены различными способами без отступления от этого раскрытия. Напротив, конкретные признаки и действия раскрыты в виде примеров реализации формулы изобретения.

[0073] Раскрытая в настоящем описании камера переноса заряженного материала содержит камеру, выполненную из по существу непроводящего материала, или из полупроводящего материала, или из обоих указанных материалов и имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, и структурированную резистивную дорожку, нанесенную на внутреннюю или внешнюю поверхность камеры или на обе указанные поверхности и выполненную с возможностью соединения с источником электрической энергии.

Структурированная резистивная дорожка может быть выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии для установления, при включении питания, электрического поля внутри камеры.

Структурированная резистивная дорожка может быть выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии для нагревания камеры при включении питания.

Структурированная резистивная дорожка может содержать виток, нанесенный на внутреннюю или внешнюю поверхность камеры или на обе указанные поверхности, причем виток ориентирован по меньшей мере по существу перпендикулярно продольной оси камеры.

Виток может проходить по меньшей мере на двести семьдесят градусов (270°).

Структурированная резистивная дорожка может быть выполнена в виде модификатора ионов.

Камера может дополнительно содержать соединитель, соединенный со структурированной резистивной дорожкой и выполненный с возможностью ее соединения с источником электрической энергии.

Камера может дополнительно содержать продольную резистивную дорожку, выполненную с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с по меньшей мере второй структурированной резистивной дорожкой и соединителем.

[0074] Раскрытый в настоящем описании способ изготовления камеры переноса заряженного материала включает нанесение структурированной резистивной дорожки на внутреннюю или внешнюю поверхность камеры или на обе указанные поверхности, причем камера выполнена из по существу непроводящего материала, или из полупроводящего материала, или из обоих указанных материалов, при этом структурированную резистивную дорожку выполняют с возможностью соединения с источником электрической энергии, и соединение структурированной резистивной дорожки с соединителем камеры, который выполнен с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с источником электрической энергии.

При выполнении способа структурированную резистивную дорожку могут выполнять с возможностью соединения с источником электрической энергии для установления, при включении питания, электрического поля внутри камеры.

При выполнении способа структурированную резистивную дорожку могут выполнять с возможностью соединения с источником электрической энергии для нагревания камеры при включении питания.

При выполнении способа структурированная резистивная дорожка может содержать виток, нанесенный на внутреннюю или внешнюю поверхность камеры или на обе указанные поверхности, причем виток ориентируют по меньшей мере по существу перпендикулярно продольной оси камеры.

При выполнении способа виток может проходить по меньшей мере на двести семьдесят градусов (270°).

При выполнении способа структурированную резистивную дорожку могут выполнять в виде модификатора ионов.

При выполнении способа при соединении структурированной резистивной дорожки с соединителем камеры также могут соединять структурированную резистивную дорожку с по меньшей мере второй структурированной резистивной дорожкой и соединителем с использованием продольной резистивной дорожки.

[0075] Раскрытый в настоящем описании узел детектирования ионов содержит камеру переноса заряженного материала, содержащую камеру, выполненную из по существу непроводящего материала, или из полупроводящего материала, или из обоих указанных материалов, причем камера имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, при этом на внутреннюю или внешнюю поверхность камеры, или на обе указанные поверхности нанесена структурированная резистивная дорожка, выполненная с возможностью соединения с источником электрической энергии, приемный узел, проточно сообщающийся с камерой переноса заряженного материала и содержащий порт для приема пробы, реакционную область для ионизации пробы и затвор для управления введением ионизированной пробы в камеру переноса заряженного материала, и коллекторный узел, проточно сообщающийся с камерой переноса заряженного материала и содержащий коллекторную пластину для сбора ионизированной пробы после ее прохождения через камеру переноса заряженного материала.

В узле структурированная резистивная дорожка может быть выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии для установления, при включении питания, электрического поля внутри камеры.

В узле структурированная резистивная дорожка может быть выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии для нагревания камеры при включении питания.

В узле структурированная резистивная дорожка может содержать виток, нанесенный на внутреннюю или внешнюю поверхность камеры или на обе указанные поверхности, причем виток ориентирован по меньшей мере по существу перпендикулярно продольной оси камеры.

В узле виток может проходить по меньшей мере на двести семьдесят градусов (270°).

В узле структурированная резистивная дорожка может быть выполнена в виде модификатора ионов.

В узле камера может дополнительно содержать соединитель, соединенный со структурированной резистивной дорожкой и выполненный с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с источником электрической энергии.

В узле камера переноса заряженного материала может дополнительно содержать продольную резистивную дорожку, выполненную с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с по меньшей мере второй структурированной резистивной дорожкой и соединителем.

Группа изобретений относится к области спектрометрии. Способ изготовления камеры переноса заряженного материала включает нанесение резистивных чернил для формирования структурированной резистивной дорожки на внутреннюю или внешнюю поверхность трубки, представляющей собой цельную конструкцию, или на обе указанные поверхности, причем трубка выполнена из по существу непроводящего материала или из полупроводящего материала, или из обоих указанных материалов, при этом структурированную резистивную дорожку выполняют с возможностью соединения с источником электрической энергии, причем при нанесении резистивных чернил трубку вращают с контролируемой скоростью, одновременно продвигая трубку относительно пера для нанесения чернил, и соединение структурированной резистивной дорожки с соединителем камеры, который выполнен с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с источником электрической энергии. Технический результат – обеспечение возможности однородного и стабильного сопротивления, повышающего качество детектирования. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Способ изготовления камеры переноса заряженного материала, включающий:

нанесение резистивных чернил для формирования структурированной резистивной дорожки на внутреннюю или внешнюю поверхность трубки, представляющей собой цельную конструкцию, или на обе указанные поверхности, причем трубка выполнена из по существу непроводящего материала или из полупроводящего материала, или из обоих указанных материалов, при этом структурированную резистивную дорожку выполняют с возможностью соединения с источником электрической энергии, причем при нанесении резистивных чернил трубку вращают с контролируемой скоростью, одновременно продвигая трубку относительно пера для нанесения чернил, и

соединение структурированной резистивной дорожки с соединителем камеры, который выполнен с возможностью соединения структурированной резистивной дорожки с источником электрической энергии.

2. Способ по п.1, в котором структурированную резистивную дорожку выполняют с возможностью соединения с источником электрической энергии для установления, при включении питания, электрического поля внутри камеры.

3. Способ по п.1, в котором структурированную резистивную дорожку выполняют с возможностью соединения с источником электрической энергии для нагревания камеры при включении питания.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором структурированную резистивную дорожку выполняют из нескольких витков, проходящих вокруг продольной оси камеры, нанесенных рядом друг с другом на внутреннюю поверхность трубки, причем указанные несколько витков имеют шаг по меньшей мере два витка на сантиметр.

5. Способ по п.4, в котором указанные несколько витков имеют шаг меньше чем 1 мм.

6. Камера переноса заряженного материала, содержащая:

трубку, представляющую собой цельную конструкцию, выполненную из по существу непроводящего материала или из полупроводящего материала или из обоих указанных материалов, и имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, и

структурированную резистивную дорожку, содержащую резистивные чернила, нанесенные на внутреннюю поверхность трубки путем вращения трубки с контролируемой скоростью с одновременным продвижением трубки относительно пера для нанесения чернил,

при этом структурированная резистивная дорожка выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии.

7. Камера по п.6, в которой структурированная резистивная дорожка выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии для установления, при включении питания, электрического поля внутри камеры.

8. Камера по п.6, в которой структурированная резистивная дорожка выполнена с возможностью соединения с источником электрической энергии для нагревания камеры при включении питания.

9. Камера по любому из пп.6-8, в которой структурированная резистивная дорожка содержит несколько витков, проходящих вокруг продольной оси камеры, нанесенных рядом друг с другом на внутреннюю поверхность трубки, причем указанные несколько витков имеют шаг по меньшей мере два витка на сантиметр.

10. Камера по п.9, в которой указанные несколько витков имеют шаг меньше чем 1 мм.

11. Узел детектирования ионов, содержащий:

камеру переноса заряженного материала по любому из пп.6-10,

приемный узел, проточно сообщающийся с камерой переноса заряженного материала и содержащий порт для приема пробы, реакционную область для ионизации пробы и затвор для управления введением ионизированной пробы в камеру переноса заряженного материала, и

коллекторный узел, проточно сообщающийся с камерой переноса заряженного материала и содержащий коллекторную пластину для сбора ионизированной пробы после ее прохождения через камеру переноса заряженного материала.