ES1173483U

ES1173483U - Ion deflector modulated by a radio frequency field (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES1173483U
Application number: ES201600711U
Authority: ES
Inventors: Ángel GONZÁLEZ UREÑA; Magnus Richard HERMANN SCHLOSSER; Vitaly RUDNEV
Original assignee: Universidad Complutense de Madrid
Current assignee: Universidad Complutense de Madrid
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: ES1173483Y

Abstract

Ion deflector comprising two cylindrical baffle plates whose relative distance is constant along the radius of gyration about the axis of the cylinder at which a fixed electric field y is coupled. Subsequently, superimposed, an oscillating electric field. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Deflector de iones modulado por un campo de radiofrecuencias.Ion deflector modulated by a radiofrequency field.

Sector de la TécnicaTechnical Sector

La presente invención pertenece al campo de los deflectores electrostáticos que, generalmente, se utilizan como analizadores de energía o también para dirigir, enfocar o almacenar haces de iones.The present invention belongs to the field of electrostatic baffles that are generally used as energy analyzers or also to direct, focus or store ion beams.

Estado de la técnicaState of the art

Los haces de iones se utilizan hoy en día en muchos campos o aplicaciones que incluyen la espectroscopia de alta resolución, astrofísica, astroquímica, tratamientos clínicos, biotecnología y ciencias de la materia. Una estas aplicaciones, para el análisis de iones según su masa, es la espectrometría de masas.Ion beams are used today in many fields or applications that include high resolution spectroscopy, astrophysics, astrochemistry, clinical treatments, biotechnology and subject sciences. One of these applications, for the analysis of ions according to their mass, is mass spectrometry.

La espectrometría de masas requiere una fuente de iones, un separador de iones según su relación masa/carga y un sistema detector y registrador. Después de que los iones se producen, se requieren componentes electro-ópticos adecuados no sólo para su extracción sino también para guiarlos al detector.Mass spectrometry requires an ion source, an ion separator according to its mass / charge ratio and a detector and recorder system. After ions are produced, suitable electro-optical components are required not only for removal but also to guide them to the detector.

Entre los diversos instrumentos desarrollados para transferir los iones generados en una fuente hacia un espectrómetro de masas, cabe citar las guías de iones o también los ampliamente usados deflectores electrostáticos.Among the various instruments developed to transfer the ions generated in a source to a mass spectrometer, it is worth mentioning the ion guides or also the widely used electrostatic baffles.

Dentro de la primera categoría, la patente US5825026 describe una guía de iones basada en un campo multipolar de radiofrecuencia, de diseño bien linear o curvilíneo, que puede rotarse o desplazarse. La principal ventaja de este instrumento consiste en la posibilidad de usar distintas fuentes de iones presentes en un espectrómetro sin necesidad de ventear el sistema de vacío, ya que una rotación o desplazamiento de la guía permite cambiar de una a otra fuente.Within the first category, US5825026 describes an ion guide based on a multipolar radiofrequency field, either linear or curvilinear design, which can be rotated or displaced. The main advantage of this instrument is the possibility of using different sources of ions present in a spectrometer without the need to vent the vacuum system, since a rotation or displacement of the guide allows changing from one source to another.

En cuanto a los deflectores electrostáticos, suelen utilizarse en energía de gama baja (1-50 keV) y se pueden clasificar en las siguientes tres categorías: cuadrupolos, cilindricos y esféricos.As for electrostatic baffles, they are often used in low-end energy (1-50 keV) and can be classified into the following three categories: quadrupoles, cylindrical and spherical.

Los deflectores cuadrupolos son instrumentos que consisten en cuatro electrodos, normalmente utilizados en una configuración rectilínea, aunque también se han patentado sistemas cuadrupolares cuyo diseño consiste en una parte curvilínea acoplada a otra rectilínea, combinación que aumenta la sensibilidad del instrumento (US2373020).Quadrupole baffles are instruments consisting of four electrodes, normally used in a rectilinear configuration, although quadrupole systems have also been patented whose design consists of a curvilinear part coupled to another rectilinear, a combination that increases the sensitivity of the instrument (US2373020).

Uno de los instrumentos más avanzados dentro de este campo técnico es el descrito en la patente US2013/0284918A1 donde se simultanea una guía de iones curvilínea formada por cuatro electrodos, con un par de deflectores auxiliares formados por dos electrodos cada uno. Los cuatro electrodos en una disposición curvilínea se usan como guía de iones enfocándolos a lo largo del eje curvilíneo gracias a un campo eléctrico de radiofrecuencias. Adicionalmente, mientras uno de los deflectores de dos electrodos emplea un campo eléctrico continuo para desviar los iones a lo largo del eje curvilíneo, el otro deflector orientado perpendicularmente al primero, emplea un campo eléctrico de la misma polaridad que los iones en estudio y sirve para enfocar los mismos en la parteOne of the most advanced instruments within this technical field is that described in US2013 / 0284918A1 patent where a curvilinear ion guide formed by four electrodes is combined, with a pair of auxiliary deflectors formed by two electrodes each. The four electrodes in a curvilinear arrangement are used as an ion guide focusing them along the curvilinear axis thanks to an electric radiofrequency field. Additionally, while one of the two electrode deflectors uses a continuous electric field to deflect the ions along the curvilinear axis, the other deflector oriented perpendicularly to the first, employs an electric field of the same polarity as the ions under study and serves to focus them on the part

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central del instrumento, es decir, para reducir la dispersión espacial de los iones. Este instrumento, a pesar de sus grandes ventajas, adolece de dos inconvenientes básicos: uno es su complejidad y el otro es que el campo eléctrico de radiofrecuencias se usa para guiar los iones y no para seleccionarlos según su masa.central of the instrument, that is, to reduce the spatial dispersion of ions. This instrument, despite its great advantages, suffers from two basic disadvantages: one is its complexity and the other is that the radio frequency electric field is used to guide the ions and not to select them according to their mass.

Los deflectores cilindricos constan de dos placas metálicas curvadas (los electrodos) que, normalmente, están conectadas a tensiones opuestas de tal manera que la fuerza electrostática que actúa sobre el ion al entrar en paralelo a las placas debe ser igual a la fuerza centrífuga a fin de lograr la curvatura deseada del camino de iones. Claras ventajas de este tipo de deflector son su diseño simple, su bajo coste y facilidad de operación. Un inconveniente importante, cuando la calidad del haz transmitido es de gran relevancia para la aplicación deseada, es que el haz entrante sólo tiene lugar en el plano de deflexión.The cylindrical baffles consist of two curved metal plates (the electrodes) that are normally connected to opposite voltages such that the electrostatic force acting on the ion when entering parallel to the plates must equal the centrifugal force in order to achieve the desired curvature of the ion path. Clear advantages of this type of deflector are its simple design, its low cost and ease of operation. An important drawback, when the quality of the transmitted beam is of great relevance for the desired application, is that the incoming beam only takes place in the plane of deflection.

Los deflectores esféricos son similares a los cilíndricos siendo, en este caso, las placas metálicas esféricas lo cual hace que el haz entrante tenga lugar en ambas direcciones. Sin embargo, los deflectores esféricos presentan el inconveniente de ser muy costosos de construir.The spherical baffles are similar to the cylindrical ones being, in this case, the spherical metal plates which causes the incoming beam to take place in both directions. However, spherical baffles have the disadvantage of being very expensive to build.

El documento US8309936 describe un deflector cilíndrico no esférico donde es posible cambiar la sección del haz de iones transmitido en dos dimensiones, la del plano de deflexión y la de la dirección perpendicular al mismo.Document US8309936 describes a non-spherical cylindrical deflector where it is possible to change the section of the ion beam transmitted in two dimensions, that of the deflection plane and that of the direction perpendicular to it.

No obstante, aunque existan guías de iones o deflectores para transferir iones generados en una fuente hacia un espectrómetro de masas, sería deseable un solo instrumento de bajo coste manejo sencillo, capaz de seleccionar los iones de un haz según su energía y su masa sin necesidad de hacerlos llegar a un espectrómetro de masas para su análisis.However, even if there are ion guides or baffles to transfer generated ions in a source to a mass spectrometer, a single, low-cost, simple-to-use instrument would be desirable, capable of selecting the ions of a beam according to its energy and mass without the need of getting them to a mass spectrometer for analysis.

La presente invención se refiere a un solo instrumento de bajo coste y manejo sencillo capaz de seleccionar iones de un haz según su masa y energía, evitando el uso de espectrómetros de masa o de tiempo de vuelo que son aparatos costosos y sofisticados.The present invention relates to a single instrument of low cost and simple operation capable of selecting ions of a beam according to its mass and energy, avoiding the use of mass or flight time spectrometers that are expensive and sophisticated devices.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Deflector de iones modulado por un campo de radiofrecuenciasIon deflector modulated by a radiofrequency field

En la presente invención se describe un dispositivo diseñado para seleccionar iones procedentes de un haz, según su energía cinética y su masa (figura 1), situado entre una fuente de iones y un detector.In the present invention a device designed to select ions from a beam is described, according to its kinetic energy and its mass (Figure 1), located between an ion source and a detector.

El dispositivo consta de un deflector de iones cilíndrico compuesto por dos placas cilíndricas con distinto radio de curvatura (figura 2) que se conectan a diferentes voltajes eléctricos.The device consists of a cylindrical ion deflector composed of two cylindrical plates with different radius of curvature (figure 2) that are connected to different electrical voltages.

La fuente de iones, que genera el haz incidente sobre el dispositivo, y el detector de iones, colocado detrás del dispositivo, no forman parte de la invención y puede usarse cualquier instrumento que cumpla dicha función.The ion source, which generates the incident beam on the device, and the ion detector, placed behind the device, are not part of the invention and any instrument that fulfills said function can be used.

Las dos piezas curvadas que componen el deflector (en lo sucesivo, los dos electrodos) presentan una superficie pulimentada cuyos radios se han denominado Rext y Rint para referirse a la superficie exterior e interior, respectivamente, que han sido mecanizadas y,The two curved parts that make up the deflector (hereinafter, the two electrodes) have a polished surface whose radii have been called Rext and Rint to refer to the outer and inner surface, respectively, which have been machined and,

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posteriormente, pulidas para aumentar la homogeneidad del campo eléctrico creado entre dichas superficies cuando se les aplique diferentes voltajes. La diferencia entre los radios (cf) se mantiene constante a lo largo del radio de giro en tomo al eje del cilindro, en todo el intervalo angular, para garantizar que el campo eléctrico entre los electrodos se mantiene constante para cualquier ángulo.subsequently, polished to increase the homogeneity of the electric field created between these surfaces when different voltages are applied. The difference between the radii (cf) remains constant along the turning radius of the cylinder axis, throughout the angular range, to ensure that the electric field between the electrodes remains constant for any angle.

Los dos electrodos deben estar aislados eléctricamente. Ello se consigue acoplándolos a cualquier material aislante, por ejemplo, dos piezas de teflón mediante dos agujeros roscados que cada electrodo tiene en sus extremos (figura 2).The two electrodes must be electrically isolated. This is achieved by attaching them to any insulating material, for example, two pieces of Teflon through two threaded holes that each electrode has at its ends (Figure 2).

Cuando los electrodos del detector están conectados a un campo eléctrico DC (corriente continua), para que la trayectoria del ion que entra en el detector se curve y pueda transmitirse por dicho detector, debe cumplirse que la fuerza electrostática (Fe), dada por la carga del ion (q) y la intensidad del campo eléctrico (Eoc), debe ser igual a la fuerza centrípeta (Fc), que viene dada por el producto de la masa del ion (m) y el cociente entre el cuadrado de la velocidad (v) y el radio de curvatura (R) del deflector cilindrico. Es decir, la condición de transmisión del deflector cilindrico de campo eléctrico estático es:When the electrodes of the detector are connected to a DC electric field (direct current), so that the path of the ion entering the detector is curved and can be transmitted by said detector, it must be fulfilled that the electrostatic force (Fe), given by the The charge of the ion (q) and the intensity of the electric field (Eoc) must be equal to the centripetal force (Fc), which is given by the product of the mass of the ion (m) and the quotient between the square of the velocity (v) and the radius of curvature (R) of the cylindrical deflector. That is, the transmission condition of the static electric field cylindrical deflector is:

En consecuencia, si varios iones de masa diferente entrasen en el dispositivo, éstos seguirían la misma trayectoria dentro del deflector, siempre y cuando tuviesen la misma energía cinética y carga, de modo que estos deflectores cilindricos con campo eléctrico estático actúan, principalmente, como seleccionadores (filtros) de energía. En estos deflectores cilindricos con campo eléctrico estático, la separación de masa se logra en el dominio temporal y, por tanto, las masas pueden ser resueltas usando el método de espectrometría de tiempo de vuelo.Consequently, if several ions of different mass entered the device, they would follow the same path within the deflector, as long as they had the same kinetic energy and charge, so that these cylindrical deflectors with static electric field act primarily as sorters (filters) of energy. In these cylindrical deflectors with static electric field, mass separation is achieved in the temporal domain and, therefore, the masses can be resolved using the flight time spectrometry method.

En el dispositivo objeto de la presente invención, se superpone al campo eléctrico estático de intensidad EDC un campo eléctrico oscilante dependiente del tiempo (por ejemplo, de radiofrecuencias) dado por E(f) = ERF ■ cos{u>t + cp) de forma que la las trayectorias de los iones, a pesar de tener la misma energía cinética, dependen de la masa concreta de cada ion.In the device object of the present invention, a time-dependent oscillating electric field (for example, of radio frequencies) given by E (f) = ERF ■ cos {u> t + cp) is superimposed on the static electric field of EDC intensity so that the trajectories of the ions, despite having the same kinetic energy, depend on the specific mass of each ion.

Considerando un ion de masa m y carga q que entra perpendicularmente en el deflector con una energía cinética EK¡N, las ecuaciones de movimiento en coordenadas cilindricas en el e aso del deflector OC vienen dadas por:Considering an ion of mass m and charge q entering perpendicularly in the deflector with a kinetic energy EK¡N, the equations of movement in cylindrical coordinates in the e of the deflector OC are given by:

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f\F\

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r - — £(r) - rB2r - - £ (r) - rB2

mm

2t .2t.

8 =--------68 = -------- 6

rr

donde E(r) viene dado por la relación entre la amplitud de la onda (A) y la distancia (r)where E (r) is given by the relationship between the amplitude of the wave (A) and the distance (r)

Para el caso del deflector RF (radiofrecuencia), con una frecuencia de oscilación cu, A está definida por:In the case of the RF (radiofrequency) deflector, with an oscillation frequency cu, A is defined by:

donde la fase cp esta compuesta por el tiempo de viaje antes de que entren el deflector y una fase intrínseca del deflector RF.where the cp phase is composed of the travel time before the deflector enters and an intrinsic phase of the RF deflector.

Cuando iones de masas diferentes (pero con la misma energía cinética) llegan al deflector, en general, han viajado una distancia corta y debido a las diferentes velocidades llegan en tiempos individuales. Por tanto, iones de masas diferentes están asociados con una fase individual cp, de forma que, cuando la frecuencia, fase y amplitud se seleccionan apropiadamente, es posible seleccionar las masas deseadas a través de un diafragma de un cierto diámetro porque aunque iones que empiezan en el mismo punto y tienen trayectorias muy similares en la primera sección del deflector, la separación espacial cambia durante su paso, hasta el punto de que pequeñas diferencias de masa pueden ser diferenciadas.When ions of different masses (but with the same kinetic energy) reach the deflector, in general, they have traveled a short distance and due to different speeds they arrive at individual times. Therefore, ions of different masses are associated with an individual phase cp, so that when the frequency, phase and amplitude are properly selected, it is possible to select the desired masses through a diaphragm of a certain diameter because although ions that begin at the same point and have very similar trajectories in the first section of the deflector, the spatial separation changes during its passage, to the point that small mass differences can be differentiated.

Descripción de las figurasDescription of the figures

La figura 1 muestra la configuración del deflector DC o DC+RF (1), con la fuente de iones (2), la óptica de iones opcional (3) y el detector (4).Figure 1 shows the configuration of the DC or DC + RF deflector (1), with the ion source (2), the optional ion optics (3) and the detector (4).

La figura 2 muestra es un esquema del deflector donde Rmt y Rmt son leí radio del electrodo exterior y del electrodo interior, respectivamente, e es su espesor y a su altura; d representa la distancia entre los electros electrodo; cint y cexf son conexiones a cables de voltaje (interior y exterior, respectivamente) y p son puntos de conexión mecánica.Figure 2 shows a diagram of the deflector where Rmt and Rmt are read radius of the outer electrode and the inner electrode, respectively, e is its thickness and its height; d represents the distance between the electrode electros; cint and cexf are connections to voltage cables (indoor and outdoor, respectively) and p are mechanical connection points.

imagen3image3

rr

yY

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A — Woc + Urf CO${(úRFt + <py)A - Woc + Urf CO $ {(úRFt + <py)

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En la figura 3 se esquematizan las trayectorias simuladas con el programa SIMON en el detector electrostático en modo DC (a) y en modo DC + RF (b) con la rejilla (5) y el diafragma (6) utilizando como parámetros: diámetro inicial del haz = 4 mm, energía cinética del haz = 230 ± 3 eV, 100 iones por masa, Udc = 71 V, frecuencia de radio URF = U0 ■ sen (2n(f t - cp360°), U0 = 29 V, v = 80 kHz, <¡p = 25°. (2) Entrada de iones. (4) Salida de iones. En ambos casos las trayectorias corresponden a las masas m = 1, 5, 10, 15 y 20 u.Figure 3 shows the simulated trajectories with the SIMON program in the electrostatic detector in DC mode (a) and in DC + RF mode (b) with the grid (5) and the diaphragm (6) using as parameters: initial diameter of the beam = 4 mm, kinetic energy of the beam = 230 ± 3 eV, 100 ions per mass, Udc = 71 V, radio frequency URF = U0 ■ sin (2n (ft - cp360 °), U0 = 29 V, v = 80 kHz, <¡p = 25 °. (2) Ion input. (4) Ion output. In both cases the trajectories correspond to the masses m = 1, 5, 10, 15 and 20 u.

La figura 4 muestra la trayectoria para iones de masas 12 y 14 u en un deflector en modo DC y en modo RF. Los parámetros calculados son Ekin = 150 eV, EDC = 4000 V/m, Erf = 2500 V/m, f= üjrf/2tt = 440 kHz, <p (m = 12 u) = 178.5°, (p (m = 14 u) = 189.0°. La diferencia de fase ñcp = 10.5° corresponde a la energía cinética dada por una diferencia en tiempo de llegada de sólo 67 ns. (7) Limite del def lector. (8) Modo DC; m= 12 u & 14 u. (9) Modo DC + RF; m= 12 u. (10) Modo DC + RF; m = 14 u. (11) Entrada de iones. (12) Salida de iones.Figure 4 shows the path for mass ions 12 and 14 u in a baffle in DC mode and in RF mode. The calculated parameters are Ekin = 150 eV, EDC = 4000 V / m, Erf = 2500 V / m, f = üjrf / 2tt = 440 kHz, <p (m = 12 u) = 178.5 °, (p (m = 14 u) = 189.0 ° The phase difference ñcp = 10.5 ° corresponds to the kinetic energy given by a difference in arrival time of only 67 ns. (7) Limit of the reader def. (8) DC mode; m = 12 u & 14 u. (9) DC + RF mode; m = 12 u. (10) DC + RF mode; m = 14 u. (11) Ion input. (12) Ion output.

La figura 5 a) muestra espectros de tiempo de vuelo de los iones en modo DC (panel superior) y DC + RF (panel inferior). La amplitud de RF se ajusta a URF = 225 Vpp y la frecuencia fue f = 505 kHz. Cada espectro es un promedio de 64 espectros individuales, b) Vista detallada. Panel superior: espectro de aniones tomado con el detector de 1 m de ToF. Panel inferior: espectro correspondiente al caso de DC (arriba) y el caso de DC + RF (abajo, compensado por -5 mV) medidos con la actual configuración. Téngase en cuenta que el espectro de DC se multiplicó por un factor de 3 en a) y b).Figure 5 a) shows the flight time spectra of the ions in DC (upper panel) and DC + RF (lower panel) mode. The RF amplitude is set to URF = 225 Vpp and the frequency was f = 505 kHz. Each spectrum is an average of 64 individual spectra, b) Detailed view. Top panel: anion spectrum taken with the 1 m ToF detector. Lower panel: spectrum corresponding to the case of DC (above) and the case of DC + RF (below, compensated by -5 mV) measured with the current configuration. Note that the DC spectrum was multiplied by a factor of 3 in a) and b).

(13, 14, 15, 16): Picos del espectro de 1 m ToF. (17, 18) Picos del espectro tomados con el deflector DC + RF.(13, 14, 15, 16): 1 m ToF spectrum peaks. (17, 18) Spectrum peaks taken with the DC + RF deflector.

La figura 6 muestra la evolución del tiempo de vuelo para el caso de RF + DC (W) con respecto al único caso DC (te) para las frecuencias del campo de RF: (19) 505 kHz; (20) 510 kHz; (21) 515 kHz; (22) 520 k Hz. Panel izquierda: Evolución de pico 17 (de figura 5). Panel derecho: Evolución de pico 18 (de figura 5). Téngase en cuenta que para URF < 50 Vpp la asignación de picos no es inequívocamente posible, por lo tanto, no se han representado datos para esta región. El área sombreada alrededor de los ajustes lineales corresponde al 95% L.C.Figure 6 shows the evolution of the flight time for the RF + DC (W) case with respect to the single DC (te) case for the RF field frequencies: (19) 505 kHz; (20) 510 kHz; (21) 515 kHz; (22) 520 k Hz. Left panel: Evolution of peak 17 (from figure 5). Right panel: Evolution of peak 18 (from figure 5). Please note that for URF <50 Vpp the assignment of peaks is not unequivocally possible, therefore no data has been represented for this region. The shaded area around the linear adjustments corresponds to 95% L.C.

Modo de realización de la invenciónEmbodiment of the invention

La presente invención se ilustra adicionalmente mediante el siguiente ejemplo, el cual no pretende ser limitativos de su alcance.The present invention is further illustrated by the following example, which is not intended to limit its scope.

El deflector cilindrico posee un radio interior (Rint) de 70 mm y un radio exterior (Rexf) de 80 mm, de modo que la distancia entre electrodos (d) es de 10 mm. El espesor de cada uno de los electrodos (e) es de 10 mm y su altura (a) de 22 mm. Posee conexiones (interior, cint, y exterior, cext) a cables de voltaje y puntos de conexión mecánicas (p).The cylindrical baffle has an inner radius (Rint) of 70 mm and an outer radius (Rexf) of 80 mm, so that the distance between electrodes (d) is 10 mm. The thickness of each of the electrodes (e) is 10 mm and its height (a) is 22 mm. It has connections (inside, belt, and outside, cext) to voltage cables and mechanical connection points (p).

El dispositivo se coloca entre una fuente de iones y un detector. La fuente de iones está montada, aproximadamente, a 194 mm de la entrada del deflector. El detector de iones es del tipo 14882 de multiplicador de electrones ETP y su rejilla de entrada está montada 20 mm detrás de la salida del deflector. Entre el deflector y el detector se instala un diafragma de 3 mm de diámetro (14 mm mas allá de la salida del deflector).The device is placed between an ion source and a detector. The ion source is mounted approximately 194 mm from the deflector inlet. The ion detector is of the 14882 ETP electron multiplier type and its inlet grille is mounted 20 mm behind the deflector outlet. A diaphragm 3 mm in diameter (14 mm beyond the deflector outlet) is installed between the deflector and the detector.

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En la fuente de descarga se utilizo una mezcla gaseosa de 1% de C02, 8% C2H2 y 91% de N2, siendo las condiciones experimentales las típicas para producir aniones moleculares. La fuente de iones está acoplado a una lente pulsada Einzel conectada a 400V. Dicho pulso define el inicio del tiempo de vuelo de los iones producidos.A gaseous mixture of 1% of C02, 8% C2H2 and 91% of N2 was used in the discharge source, the experimental conditions being typical for producing molecular anions. The ion source is coupled to an Einzel pulsed lens connected to 400V. Said pulse defines the start of the flight time of the ions produced.

La geometría del deflector se muestra en las figuras 3 y 4. Para el caso DC se constató que la elección de UDC = -70 V (EDC = 7000 V / m) en el electrodo exterior condujo a la mayor transmisión. De acuerdo con la condición de transmisión del deflector DC esto correspondería a una energía cinética de alrededor de 260 eV. El panel superior de la figura 5 (a) muestra un espectro ToF para el caso de DC en la que todas las masas de la misma energía cinética se transmiten con la misma eficacia. El panel inferior muestra el espectro del mismo haz de iones cuando se activó el campo adicional de RF aplicado al electrodo interior (para más detalles véase pie de figura).The geometry of the baffle is shown in Figures 3 and 4. For the DC case it was found that the choice of UDC = -70 V (EDC = 7000 V / m) in the outer electrode led to the greatest transmission. According to the transmission condition of the DC deflector this would correspond to a kinetic energy of around 260 eV. The upper panel of Figure 5 (a) shows a ToF spectrum for the case of DC in which all the masses of the same kinetic energy are transmitted with the same efficiency. The lower panel shows the spectrum of the same ion beam when the additional RF field applied to the inner electrode was activated (for more details, see footnote).

El pulso de RF fue producido por un generador de ondas Agilent 33250A y se amplificó por un factor de 50 con un amplificador de alta tensión Systems Falco WMA-300 de alta velocidad. Los pulsos del campo RF se activan de forma sincrónica con el pulso de la lente Einzel.The RF pulse was produced by an Agilent 33250A wave generator and was amplified by a factor of 50 with a high-speed Systems Falco WMA-300 high-speed amplifier. The RF field pulses are activated synchronously with the Einzel lens pulse.

La transición del espectro ToF de baja resolución para el caso de DC de la figura 5 (a) al espectro del caso DC + RF ilustra las capacidades de la presente técnica. Puede observarse cómo, mientras que la mayoría de los picos se reducen por debajo del nivel de ruido, alguno de ellos sobresalen incluso con mayor intensidad que en el caso DC.The transition from the low resolution ToF spectrum for the DC case of Figure 5 (a) to the DC + RF case spectrum illustrates the capabilities of the present technique. It can be seen how, while most of the peaks are reduced below the noise level, some of them protrude even with greater intensity than in the DC case.

Con el fin de caracterizar la masa de los picos transmitidos por el nuevo dispositivo RF, la figura 5(b) presenta una región del espectro ampliada junto al tomado con la misma mezcla gaseosa pero usando un espectrómetro ToF lineal de 1 m, todo ello con el fin también de poder comparar el rendimiento de las técnicas individuales.In order to characterize the mass of the peaks transmitted by the new RF device, Figure 5 (b) presents a region of the enlarged spectrum next to that taken with the same gas mixture but using a 1 m linear ToF spectrometer, all with In order to compare the performance of individual techniques.

La asignación de los picos en el DC ToF se lleva a cabo a partir de los datos del obtenido con ToF de 1 m también mostrado en la misma figura 5 (a).The assignment of the peaks in the DC ToF is carried out based on the data obtained with 1 m ToF also shown in the same figure 5 (a).

Así pues, dos picos (17, 18) se destacan en el espectro de DC + RF. Al variar gradualmente la amplitud de RF se puede percibir cómo el pico 17 evoluciona desde el 14 del espectro DC ToF, una evolución análoga la de los picos 18 y 16. Según nuestra la calibración del espectro de TOF del 1 m, el pico 17/14 corresponde a la masa m = 44 u (por ejemplo C2HF") y el pico de 18 /16 de masa m = 47 u (por ejemplo C2H4F); aniones probablemente producidos por la reacción de los radicales orgánicos con aislante de teflón usado en la fuente de descarga.Thus, two peaks (17, 18) stand out in the DC + RF spectrum. By gradually varying the RF amplitude, one can perceive how peak 17 evolves from 14 of the DC ToF spectrum, an evolution analogous to that of peaks 18 and 16. According to our calibration of the 1 m TOF spectrum, peak 17 / 14 corresponds to the mass m = 44 u (for example C2HF ") and the peak of 18/16 of mass m = 47 u (for example C2H4F); anions probably produced by the reaction of the organic radicals with Teflon insulator used in The download source.

Para una mejor comprensión, las flechas pequeñas horizontales en la figura 5 (b), señalan el cambio en el tiempo de vuelo correspondientes a las masas que estamos considerando para las dos configuraciones, la DC + RF (tRF) y DC (tDC). La figura 6 muestra la evolución de tRF / tDC para ambos modos de funcionamiento para diferentes frecuencias de excitación en función de la amplitud de RF URF.For a better understanding, the small horizontal arrows in Figure 5 (b) indicate the change in flight time corresponding to the masses we are considering for the two configurations, the DC + RF (tRF) and DC (tDC). Figure 6 shows the evolution of tRF / tDC for both modes of operation for different excitation frequencies as a function of the RF URF amplitude.

En una primera aproximación los datos de la Figura 6 permiten realizar una extrapolación de los tiempos de vuelo en función de la amplitud del campo RF cuyo límite a amplitud cero seria obviamente el caso del deflector DC. Dicho procedimiento permite llevar a cabo una asignación de masas cuyos resultados satisfactorios se muestran en la Figura 5 en esta solicitud de patente.In a first approximation, the data in Figure 6 allows extrapolation of flight times as a function of the amplitude of the RF field whose limit at zero amplitude would obviously be the case of the DC deflector. This procedure allows a mass assignment to be carried out whose satisfactory results are shown in Figure 5 in this patent application.

Tal y como se desprende del análisis de los datos de la Figura 6, la resolución en masas en la presenta aplicación es del orden de 110, un valor que, en caso de necesidad, se puede aumentar considerablemente aumentando el radio de curvatura del deflector.As can be seen from the analysis of the data in Figure 6, the mass resolution in the present application is of the order of 110, a value that, if necessary, can be considerably increased by increasing the radius of curvature of the deflector.

5 El principio de la técnica se basa en la transmisión dependiente de la masa como se muestra claramente en la Figura 4 (a) lo que confiera al presente dispositivo un carácter de filtro de masas que a su vez conlleva un aumento selectivo de su resolución de masas en el espectro de transmisión.5 The principle of the technique is based on mass-dependent transmission as clearly shown in Figure 4 (a) which gives the present device a mass filter character which in turn leads to a selective increase in its resolution of masses in the transmission spectrum.

Claims

1. Ion deflector comprising two cylindrical deflector plates whose relative distance is constant along the turning radius around the axis of the cylinder to which it is coupled

5 a fixed electric field and, subsequently, superimposed, an oscillating electric field.

2. Ion deflector according to claim 1, wherein the oscillating field is a radiofrequency field.

10 3. Ion deflector according to previous claims, wherein the electric field is of the

type E = ERFcos (wFRt + q>)

4. Ion deflector according to claim 1, wherein the baffle plates are coated with an electrically insulating material.

fifteen

5. Ion deflector according to claim 4, wherein the insulating material is Teflon.

6. Device comprising an ion source, the claimed deflector and an ion detector.

twenty