Ultrafast differential ion mobility spectrometry at extreme electric fields in multichannel microchips.
Ultrafast differential ion mobility spectrometry at extreme electric fields in multichannel microchips.
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DOI：
10.1021/ac900892u
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发表时间：
2009-08-01
影响因子：
7.4
通讯作者：
Boyle, Billy
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shvartsburg, Alexandre A.;Smith, Richard D.;Wilks, Ashley;Koehl, Andrew;Ruiz-Alonso, David;Boyle, Billy
场不对称波形离子迁移谱 (FAIMS) 分析中的最大电场强度 (E) 加倍至 E > 60 kV/cm。在间隙大于 0.5 毫米的早期设备中，如此强的磁场会导致环境压力下几乎所有气体发生电击穿。由于帕邢曲线是次线性的，更薄的间隙允许更高的 E：在这里，我们使用间隙为 35 μm 的微芯片在 N2 中建立了 61 kV/cm。由于 FAIMS 效率对 E 异常敏感，因此理论上这些值可以将同等分辨率下的分析速度加快一个数量级以上。在这里，我们演示了 FAIMS 过滤的时间约为 20 μs 或之前所需时间的 1%，分辨率约为“宏观”单元的一半，但足以满足许多应用。微小的间隙使得能够在多个（此处为 47 个）通道中同时进行离子处理，这极大地放松了平面 FAIMS 设计的电荷容量限制。这些芯片集成了 β 辐射离子源和电荷检测器。分离性能符合考虑高场和各向异性离子扩散的第一原理建模。通过将 FAIMS 操作扩展到以前无法进入的领域范围，本仪器提高了离子传输研究的能力，并扩展了难以分离物质的分离选择。
The maximum electric field intensity (E) in field asymmetric waveform ion mobility spectrometry (FAIMS) analyses was doubled to E > 60 kV/cm. In earlier devices with >0.5 mm gaps, such strong fields cause electrical breakdown for nearly all gases at ambient pressure. As the Paschen curves are sublinear, thinner gaps permit higher E: here, we established 61 kV/cm in N2 using microchips with 35 μm gaps. As FAIMS efficiency is exceptionally sensitive to E, such values can in theory accelerate analyses at equal resolution by over an order of magnitude. Here we demonstrate FAIMS filtering in ~20 μs or ~1% of the previously needed time, with a resolving power of about half that for “macroscopic” units but sufficing for many applications. Microscopic gaps enable concurrent ion processing in multiple (here, 47) channels, which greatly relaxes the charge capacity constraints of planar FAIMS designs. These chips were integrated with a β-radiation ion source and charge detector. The separation performance is in line with first-principles modeling that accounts for high-field and anisotropic ion diffusion. By extending FAIMS operation into the previously inaccessible field range, the present instrument advances the capabilities for research into ion transport and expands options for separation of hard-to-resolve species.
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