RU2211503C2

RU2211503C2 - Method for feeding hyperbolic mass spectrometer

Info

Publication number: RU2211503C2
Application number: RU98113250A
Authority: RU
Inventors: Э.П. Шеретов; Т.Б. Карнав
Original assignee: Шеретов Эрнст Пантелеймонович
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: devices designed for high-degree sorting-out of charged particles. SUBSTANCE: proposed method for feeding hyperbolic mass spectrometer includes introduction of low random fluctuations of following variables in main signal of mass spectrometer both separately and in combination: constant component, high-frequency voltage amplitude, and on-off time ratio for pulse signal. EFFECT: enhanced efficiency of sorting unstable particles; reduced sorting time. 1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке приборов данного типа с высокой чувствительностью и разрешающей способностью. The invention relates to hyperboloid mass spectrometry and can be used in the development of devices of this type with high sensitivity and resolution.

Известны гиперболоидные масс-спектрометры типа фильтра масс, в которых сортировка заряженных частиц определяется временем пролета ионов вдоль стержневой электродной системы, т.е. длиной электродной системы [1]. Hyperboloidal mass spectrometers of the mass filter type are known in which the sorting of charged particles is determined by the time of flight of ions along the rod electrode system, i.e. the length of the electrode system [1].

Известны способы питания гиперболоидных масс-спектрометров типа фильтра масс, по которым на стержни квадрупольной электродной системы подавали гармонический либо импульсный периодические сигналы со стабильными параметрами: частотой, амплитудой и в случае импульсного сигнала скважностью. Глубина сортировки заряженных частиц в таких приборах зависит от времени пролета ионов вдоль стержневой системы, т.е. от длины квадруполя. Существенным недостатком известного способа является чрезмерная требуемая длина электродной системы при необходимости достижения высокой относительной чувствительности прибора. There are known methods of supplying hyperboloid mass spectrometers such as a mass filter, according to which harmonic or pulsed periodic signals with stable parameters: frequency, amplitude and, in the case of a pulsed signal, duty cycle, were applied to the rods of a quadrupole electrode system. The depth of sorting of charged particles in such devices depends on the time of flight of ions along the rod system, i.e. from the length of the quadrupole. A significant disadvantage of this method is the excessive required length of the electrode system, if necessary, to achieve high relative sensitivity of the device.

Известен способ питания гиперболоидных масс-спектрометров импульсным сигналом большой скважности, при котором изменением скважности удается в ограниченных пределах увеличивать эффективность сортировки за счет видоизменения конфигурации общей диаграммы стабильности [2]. A known method of supplying hyperboloid mass spectrometers with a pulsed signal of high duty cycle, in which by changing the duty cycle it is possible to increase the sorting efficiency to a limited extent by modifying the configuration of the overall stability diagram [2].

Однако недостатком прототипа является то, что в нем не устраняется основная причина низкой эффективности сортировки заряженных частиц в гиперболоидных масс-спектрометрах. В ряде работ [3, 4] показано, что для нестабильной области решений уравнения Хилла характерно наличие т.н. базовых решений. Базовые решения порождают абсолютно сходящиеся траектории ионов, рабочие точки которых находятся в нестабильной области решений уравнения Хилла. Решения уравнения Хилла, близкие к базовым по начальным условиям, порождают траектории ионов, сходящиеся на ограниченном отрезке времени. Именно ионы с такими траекториями существенно уменьшают эффективность сортировки, значительно увеличивая время пребывания "нестабильного" иона в анализаторе масс-спектрометра. Базовые решения являются стационарными, но неустойчивыми. Малые случайные флюктуации формы основного питающего сигнала разрушают их. However, the disadvantage of the prototype is that it does not eliminate the main reason for the low efficiency of sorting of charged particles in hyperboloid mass spectrometers. A number of works [3, 4] show that the so-called basic solutions. Basic solutions give rise to absolutely convergent ion trajectories whose operating points are in the unstable region of solutions of the Hill equation. The solutions of the Hill equation, which are close to the basic ones with respect to the initial conditions, generate ion paths that converge over a limited period of time. It is ions with such trajectories that significantly reduce the sorting efficiency, significantly increasing the residence time of an "unstable" ion in the mass spectrometer analyzer. Basic solutions are stationary, but unstable. Small random fluctuations in the shape of the main supply signal destroy them.

Целью изобретения является создание способа питания гиперболоидного масс-спектрометра, при котором устраняется указанная выше основная причина, ограничивающая эффективность сортировки заряженных частиц в анализаторе гиперболоидного масс-спектрометра. The aim of the invention is to provide a power method for a hyperboloid mass spectrometer, which eliminates the above main reason, limiting the efficiency of sorting of charged particles in the analyzer of a hyperboloid mass spectrometer.

Указанная цель достигается тем, что по предлагаемому способу питания гиперболоидного масс-спектрометра на электроды анализатора подают высокочастотное с постоянной составляющей напряжение, а в рабочий объем анализатора вводят ионы, после чего их сортируют по отношению заряда к массе и выводят в измерительное устройство, в высокочастотное с постоянной составляющей напряжение вводят флюктуации его параметров (по отдельности или в комбинации): постоянной составляющей, амплитуды высокочастотного напряжения, периода и в случае импульсного сигнала скважности. Относительная амплитуда флюктуации выбирается в соответствии с требуемой разрешающей способностью и допустимым уменьшением чувствительности прибора. This goal is achieved by the fact that according to the proposed method of supplying a hyperboloid mass spectrometer, high-frequency voltage with a constant component is applied to the analyzer electrodes, and ions are introduced into the analyzer’s working volume, after which they are sorted by the charge-to-mass ratio and output to the measuring device, to the high-frequency The DC component is introduced by fluctuations of its parameters (individually or in combination): the DC component, the amplitude of the high-frequency voltage, the period, and in the case of a pulse on the duty cycle. The relative amplitude of the fluctuations is selected in accordance with the required resolution and an acceptable decrease in the sensitivity of the device.

На фиг. 1 приведены примеры базовых решений для идеального стабильного нефлюктуирующего питающего напряжения (импульсный сигнал) (фиг.1а и фиг.1б) и траектории для тех же точек диаграммы стабильности, но при наличии малых случайных флюктуаций амплитуды высокочастотного напряжения (фиг.1в и фиг.1г) в питающем импульсном сигнале. Введение флюктуаций параметров сигнала, как видно из фиг. , разрушает базовые решения и существенно уменьшает время сортировки частиц, движущихся по сходящимся траекториям. In FIG. Figure 1 shows examples of basic solutions for an ideal stable non-fluctuating supply voltage (pulse signal) (Fig.1a and Fig.1b) and the trajectory for the same points of the stability diagram, but in the presence of small random fluctuations in the amplitude of the high-frequency voltage (Fig.1c and Fig.1d ) in the supply pulse signal. The introduction of fluctuations in signal parameters, as can be seen from FIG. destroys the basic solutions and significantly reduces the sorting time of particles moving along convergent paths.

На фиг. 2 приведена форма массовых пиков для трехмерной ионной ловушки при импульсном питающем сигнале типа "меандр", полученных при стабильном сигнале (кривая 1) и при сигнале, в который по предлагаемому изобретению введены малые случайные флюктуации амплитуды высокочастотного напряжения (кривая 2). Интенсивность каждого пика нормирована на ее значение в максимуме пика, а₂ - импульсная координата общей диаграммы стабильности. Разрушение базовых решений приводит к повышению эффективности сортировки заряженных частиц, рабочие точки которых находятся в нестабильной области общей диаграммы стабильности, и, как следствие, к уменьшению длительности фронтов массового пика и увеличению разрешающей способности.In FIG. Figure 2 shows the shape of the mass peaks for a three-dimensional ion trap for a pulsed power signal of the meander type obtained with a stable signal (curve 1) and with a signal into which small random fluctuations of the amplitude of the high-frequency voltage are introduced according to the invention (curve 2). The intensity of each peak is normalized to its value at the peak maximum, and ₂ is the impulse coordinate of the overall stability diagram. Destruction of basic solutions leads to an increase in the efficiency of sorting of charged particles whose operating points are in the unstable region of the general stability diagram, and, as a result, to a decrease in the duration of the fronts of the mass peak and an increase in resolution.

Предлагаемый способ питания гиперболоидных масс-спектрометров может быть реализован, например, путем включения в схему питания гиперболоидных масс-спектрометров генератора случайного сигнала, напряжение которого является управляющим для задающего генератора. The proposed method of supplying hyperboloid mass spectrometers can be implemented, for example, by including a random signal generator, the voltage of which is controlling for the master oscillator, in the power circuit of the hyperboloid mass spectrometers.

Таким образом, использование предлагаемого способа питания гиперболоидных масс-спектрометров позволяет существенно повысить эффективность сортировки заряженных частиц в таких приборах и, таким образом, уменьшить требуемое время сортировки при неизменной разрешающей способности устройства. Thus, the use of the proposed method of supplying hyperboloid mass spectrometers can significantly increase the efficiency of sorting of charged particles in such devices and, thus, reduce the required sorting time with a constant resolution of the device.

Литература
1. Paul W., Steinwedel H. Apparatus for separating charged particles of different specific charges./ German Patent 944900, 1956; Patent 2939952, 7 June 1960.Literature
1. Paul W., Steinwedel H. Apparatus for separating charged particles of different specific charges./ German Patent 944900, 1956; Patent 2939952, 7 June 1960.

2. Веселкин Н. В. Особенности движения заряженных частиц в импульсных электрических полях, создаваемых гиперболоидными электродными системами, и разработка масс-спектрометра с импульсным питанием: Дис. к. т. н. Рязань, 1985. 149 с. 2. Veselkin N. V. Features of the movement of charged particles in pulsed electric fields created by hyperboloid electrode systems, and the development of a mass spectrometer with pulse power: Dis. Ph.D. Ryazan, 1985.149 s.

3. Шеретов Э. П. О некоторых особенностях "нестабильных" траекторий в гиперболоидных масс-спектрометрах (ГМС).// Научное приборостроение: Межвуз. сб. научн. трудов, Рязань, 1994. С.30-37. 3. Sheretov EP On some features of "unstable" trajectories in hyperboloid mass spectrometers (HMS). // Scientific Instrumentation: Interuniversity. Sat scientific Proceedings, Ryazan, 1994. S. 30-37.

4. Sheretov E.P., Karnav T.B. Base Solutions of Hill's Equations and the Problem of Sorting of Ions in Ion Trap and Mass Filter. / Abstracts of 14th Mass Spectrometry Conference, August 25-29, Helsinki, 1997. P.229. 4. Sheretov E.P., Karnav T.B. Base Solutions of Hill's Equations and the Problem of Sorting of Ions in Ion Trap and Mass Filter. / Abstracts of 14th Mass Spectrometry Conference, August 25-29, Helsinki, 1997. P.229.

Claims

A method of powering a hyperboloid mass spectrometer, according to which a high-frequency voltage with a constant component is applied to the analyzer electrodes, and ions are introduced into the analyzer working volume, after which they are sorted by charge-to-mass ratio and output to a measuring device, characterized in that it is high-frequency with a constant the component of the voltage is introduced by fluctuations of its parameters (individually or in combination): the constant component, the amplitude of the high-frequency voltage, the period and, in the case of a pulse signal, the duty cycle tee.