RU2276426C1 - Method and device for sorting out charged particles by specific charge - Google Patents
Method and device for sorting out charged particles by specific charge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2276426C1 RU2276426C1 RU2004136389/28A RU2004136389A RU2276426C1 RU 2276426 C1 RU2276426 C1 RU 2276426C1 RU 2004136389/28 A RU2004136389/28 A RU 2004136389/28A RU 2004136389 A RU2004136389 A RU 2004136389A RU 2276426 C1 RU2276426 C1 RU 2276426C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- charged particles
- analyzer
- mass
- correcting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к динамической масс-спектрометрии и может быть использовано для улучшения потребительских свойств и увеличения срока службы масс-спектрометров с гиперболоидными электродными системами. В масс-спектрометрах с трехмерной ионной ловушкой сложно осуществить внешний ввод заряженных частиц, а для работы анализатора требуется тормозящий газ и питающее напряжение с амплитудой в десятки КВ. Разрешающая способность масс-спектрометра на монополярной ионной ловушке ограничена нелинейными искажениями поля в области отверстия в кольцевом электроде. За прототипы приняты трехмерная ионная ловушка [1, 2] и масс-анализатор на монополярной ионной ловушке [3]. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании анализатора монополярной ионной ловушки, повышении эффективности внешнего ввода ионов, улучшении аналитических свойств гиперболоидных масс-спектрометров при ограниченных амплитудах питающего напряжения.The invention relates to dynamic mass spectrometry and can be used to improve consumer properties and increase the life of mass spectrometers with hyperboloid electrode systems. In mass spectrometers with a three-dimensional ion trap, it is difficult to carry out external input of charged particles, and the analyzer requires braking gas and a supply voltage with an amplitude of tens of kilowatts. The resolution of a mass spectrometer on a monopolar ion trap is limited by nonlinear field distortions in the region of the hole in the ring electrode. The prototypes are a three-dimensional ion trap [1, 2] and a mass analyzer on a monopolar ion trap [3]. The technical task of the invention is to improve the analyzer of a monopolar ion trap, increase the efficiency of external input of ions, improve the analytical properties of hyperboloid mass spectrometers with limited amplitudes of the supply voltage.
Предлагаемый способ масс-селективного разделения заряженных частиц основан на ограничении объема ионной ловушки плоскостью z=-z02, z02=(0,1-0,2)z01 и создании в рабочей области анализатора 0≤z≤z01 поля с квадратичным распределением потенциала. Под действием переменного электрического поля ионы анализируемой массы mo совершают по оси z монополярные, близкие к периодическим, колебания, а по оси r двухполярные колебания с ограниченной амплитудой. Заряженные частицы других масс m≠m0 в рабочей области предлагаемого анализатора являются нестабильными. В качестве устройства для разделения заряженных частиц по удельному заряду используется ограниченная плоскостью z=-z02 трехмерная ионная ловушка с цилиндрическим экранирующим электродом, цилиндрическим фокусирующим и плоским полупрозрачным корректирующим электродом, расположенным за отверстием в кольцевом электроде.The proposed method for mass-selective separation of charged particles is based on restricting the volume of the ion trap to the plane z = -z 02 , z 02 = (0.1-0.2) z 01 and creating a square with a quadratic in the analyzer's working area 0≤z≤z 01 distribution of potential. Under the influence of an alternating electric field, the ions of the analyzed mass m o perform unipolar, close to periodic, oscillations along the z axis, and bipolar oscillations with a limited amplitude along the r axis. Charged particles of other masses m ≠ m 0 in the working area of the proposed analyzer are unstable. As a device for separating charged particles by specific charge, a three-dimensional ion trap limited by a plane z = -z 02 is used with a cylindrical shielding electrode, a cylindrical focusing and flat translucent correcting electrode located behind the hole in the ring electrode.
Схема электродной системы масс-анализатора на ограниченной ионной ловушке представлена на Фиг.1. Анализатор состоит из двух гиперболоидных электродов: торцевого 1 и кольцевого 2, экранирующего цилиндрического электрода 3, цилиндрического фокусирующего электрода 4 и полупрозрачного плоского корректирующего электрода 5. Гиперболоидный кольцевой электрод 2 ограничен плоскостью z=-z02 и составляет часть кольцевого электрода ионной ловушки. Параметры z01, r01 и z02 берутся в соответствии r01<0,2z01, z02≤0,2z01. Область сортировки ионов анализатора 6 имеет форму цилиндра с радиусом r01, основания цилиндра лежат в плоскостях z=z01 и z=0.A diagram of the electrode system of the mass analyzer on a limited ion trap is shown in Figure 1. The analyzer consists of two hyperboloid electrodes: end 1 and ring 2, shielding cylindrical electrode 3, cylindrical focusing electrode 4 and translucent flat correction electrode 5. The hyperboloid ring electrode 2 is bounded by the z = -z 02 plane and forms part of the ion trap ring electrode. The parameters z 01 , r 01 and z 02 are taken in accordance with r 01 <0.2z 01 , z 02 ≤0.2z 01 . The ion sorting region of analyzer 6 is in the form of a cylinder with a radius r 01 , the base of the cylinder lie in the planes z = z 01 and z = 0.
Единичный цикл масс-анализа состоит из ионизации, ввода, сортировки и вывода ионов (Фиг.2). В течение всего цикла анализа потенциал кольцевого электрода Uk=0, а экранирующего электрода Uэ=(0,2-0,4)UT, где UT - потенциал торцевого электрода. Образование ионов электронным ударом на интервале Tи проходит вне рабочей области анализатора в пространстве между кольцевым 2, фокусирующим 4 и корректирующим 5 электродами. Ионы образуются с начальными координатами z0=-(0,1-0,2)z01 и тепловыми начальными скоростями.A single cycle of mass analysis consists of ionization, input, sorting and output of ions (Figure 2). During the entire analysis cycle, the potential of the ring electrode is U k = 0, and the shielding electrode is U e = (0.2-0.4) U T , where U T is the potential of the end electrode. The formation of ions by electron impact on the interval T and takes place outside the working area of the analyzer in the space between ring 2, focusing 4 and correcting 5 electrodes. Ions are formed with initial coordinates z 0 = - (0.1-0.2) z 01 and thermal initial velocities.
На интервале ввода Тв под действием положительного потенциала Uв на фокусирующем и корректирующем электродах ионы ускоряются и вводятся в рабочую область анализатора. Во время ввода на торцевом электроде действует периодическое с периодом Т1 напряжение, создающее в рабочей области анализатора переменное ВЧ поле. По завершению ввода ионы анализируемой массы m0 приобретают координаты z00=(0,8-0,9)z01 и близкие к нулевым начальные скорости. Выполнение этих условий обеспечивает захват и удержание ВЧ полем ионов анализируемой массы mo во время сортировки. При ТВ=(5-7)Т условия удержания выполняются для всех начальных фаз ВЧ поля. Сортировка заряженных частиц происходит на интервале Тc под действием периодического с периодом Т ВЧ напряжения UТ(t) на торцевом электроде. Переход от режима ввода к режиму сортировки осуществляется изменением периода ВЧ напряжения Т=(0,9-0,99)T1. Во время сортировки ионов на корректирующем электроде устанавливается напряжение UK. Величиной и знаком UK можно изменять распределение потенциала φ(z, r) в рабочей области анализатора вблизи начала координат и тем самым устанавливать различные режимы масс-селективной сортировки и удержания ионов. Изменением UK также возможно управление параметрами масс-анализатора - разрешением и чувствительностью. Траектории анализируемых ионов во время сортировки близки к периодическим. Количество удерживаемых ионов и форма массовых пиков анализатора зависит от разброса начальных координат z0 ионов и амплитуды Um ВЧ напряжения. В зависимости от Um наблюдается пороговый эффект. При Um<Uп чувствительность и разрешение анализатора в сильной мере зависит от Um, а при Um>Uп практически остаются постоянными. Величина порогового напряжения составляет Uп=100-200 В. Это позволяет достигать высоких аналитических параметров масс-спектрометров при ограниченных амплитудах ВЧ напряжения.In the input interval T in under the action of the positive potential U in the focusing and correcting electrodes, the ions are accelerated and introduced into the working area of the analyzer. During input, a voltage that is periodic with a period of T 1 acts on the end electrode, which creates an alternating RF field in the analyzer's working area. Upon completion of the input, the ions of the analyzed mass m 0 acquire coordinates z 00 = (0.8-0.9) z 01 and initial velocities close to zero. The fulfillment of these conditions ensures the capture and retention by the RF field of the ions of the analyzed mass m o during sorting. At T B = (5-7) T, the confinement conditions are satisfied for all the initial phases of the RF field. Sorting of charged particles occurs on the interval T c under the action of a periodic with a period T HF voltage U T (t) on the end electrode. The transition from the input mode to the sorting mode is carried out by changing the period of the RF voltage T = (0.9-0.99) T 1 . During ion sorting, a voltage U K is set at the correction electrode. By the magnitude and sign of U K, one can change the distribution of the potential φ (z, r) in the working area of the analyzer near the coordinate origin and thereby establish various modes of mass-selective sorting and ion retention. By changing U K, it is also possible to control the parameters of the mass analyzer - resolution and sensitivity. The trajectories of the analyzed ions during sorting are close to periodic. The number of retained ions and the shape of the mass peaks of the analyzer depends on the spread of the initial coordinates z 0 of the ions and the amplitude U m of the RF voltage. Depending on U m , a threshold effect is observed. For U m <U p, the sensitivity and resolution of the analyzer strongly depends on U m , and for U m > U p they practically remain constant. The threshold voltage is U p = 100-200 V. This allows to achieve high analytical parameters of mass spectrometers with limited amplitudes of the RF voltage.
Отсортированные ионы массы m0 на интервале Tр под действием положительного потенциала Up на торцевом электроде выводятся из анализатора через отверстие в кольцевом электроде и поступают на систему регистрации. Развертка масс осуществляется изменением частоты ВЧ напряжения при неизменной амплитуде Um.Sorted ions of mass m 0 on the interval T p under the action of the positive potential U p on the end electrode are removed from the analyzer through the hole in the ring electrode and are fed to the registration system. The mass sweep is carried out by changing the frequency of the RF voltage at a constant amplitude U m .
Предлагаемый способ ввода и сортировки заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления позволяют исключить образование диэлектрических пленок на полеобразующих электродах анализатора, получить высокие аналитические свойства масс-спектрометров при ограниченных амплитудах ВЧ напряжения, улучшить технологические и эксплуатационные характеристики приборов.The proposed method for introducing and sorting charged particles by specific charge and a device for its implementation make it possible to exclude the formation of dielectric films on the field-forming electrodes of the analyzer, to obtain high analytical properties of mass spectrometers with limited RF voltage amplitudes, and to improve the technological and operational characteristics of devices.
Способ разделения ионов по удельному заряду и устройство для его осуществления поясняются чертежами:The method of separation of ions by specific charge and a device for its implementation are illustrated by drawings:
Фиг.1 - электродная система анализатора,Figure 1 - electrode system of the analyzer,
Фиг.2 - временные диаграммы напряжений на электродах анализатора и траектория частиц по z-координате.Figure 2 - time diagram of the voltages at the electrodes of the analyzer and the trajectory of particles along the z-coordinate.
Источники информацииInformation sources
1. Э.П.Шеретов. Гиперболоидные масс-спектрометры. Измерение, контроль, автоматизация. 1980, N 11-12.1. E.P. Sheretov. Hyperboloid mass spectrometers. Measurement, control, automation. 1980, N 11-12.
2. R.E.March, Int. J. Mass. Spectrom. Ion Processes 118/119, 71 (1992).2. R.E. March, Int. J. Mass. Spectrom. Ion Processes 118/119, 71 (1992).
3. E.В.Мамонтов, Д.А.Ивлев. Способ разделения ионов по удельному заряду и устройство для его осуществления. Патент на изобретение №2159481, 2000.3. E.V. Mamontov, D.A. Ivlev. Method for separating ions by specific charge and device for its implementation. Patent for invention No. 2159481, 2000.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136389/28A RU2276426C1 (en) | 2004-12-14 | 2004-12-14 | Method and device for sorting out charged particles by specific charge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136389/28A RU2276426C1 (en) | 2004-12-14 | 2004-12-14 | Method and device for sorting out charged particles by specific charge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2276426C1 true RU2276426C1 (en) | 2006-05-10 |
Family
ID=36657250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004136389/28A RU2276426C1 (en) | 2004-12-14 | 2004-12-14 | Method and device for sorting out charged particles by specific charge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2276426C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444083C2 (en) * | 2010-05-13 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method for time-of-flight separation of ions according to mass and device for realising said method |
RU2476870C1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Method of separating and detecting ions in gas (versions) |
RU2693570C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-07-03 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" | Multi-electrode harmonized ion trap of kingdon with merged inner electrodes |
RU2797722C1 (en) * | 2022-09-05 | 2023-06-08 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) | Mass spectrometer with electronic impact ionization based on a multiple electrode harmonized kingdon trap |
-
2004
- 2004-12-14 RU RU2004136389/28A patent/RU2276426C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444083C2 (en) * | 2010-05-13 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method for time-of-flight separation of ions according to mass and device for realising said method |
RU2476870C1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" | Method of separating and detecting ions in gas (versions) |
RU2693570C1 (en) * | 2018-11-08 | 2019-07-03 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" | Multi-electrode harmonized ion trap of kingdon with merged inner electrodes |
RU2797722C1 (en) * | 2022-09-05 | 2023-06-08 | Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) | Mass spectrometer with electronic impact ionization based on a multiple electrode harmonized kingdon trap |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4132667B2 (en) | Time-of-flight mass spectrometer | |
EP0336990B1 (en) | Method of mass analyzing a sample by use of a quistor and a quistor designed for performing this method | |
CA1207918A (en) | Method of mass analyzing a sample by use of a quadrupole ion trap | |
US20110133079A1 (en) | Mass spectrometer ion guide providing axial field, and method | |
JPH0359547B2 (en) | ||
CN109643632B (en) | Quadrupole device | |
JPS6237861A (en) | Mass spectrograph utilizing ion trap | |
JP2001351571A (en) | Method and device for ion trap mass spectrometry | |
US20050194543A1 (en) | Methods and apparatus for controlling ion current in an ion transmission device | |
Opačić et al. | Digital mass filter analysis in stability zones A and B | |
AU721973B2 (en) | Method of operating an ion trap mass spectrometer | |
CN109643634B (en) | Quadrupole device | |
RU2345441C2 (en) | Mass spectrometer and appropriate ioniser and methods | |
JPH09161719A (en) | Mass spectrometer | |
RU2276426C1 (en) | Method and device for sorting out charged particles by specific charge | |
US11276544B2 (en) | Dynamic electron impact ion source | |
RU2327245C2 (en) | Mass selective device and analysis method for drift time of ions | |
US20190035618A1 (en) | Quadrupole mass filter and quadrupole type mass spectrometry device | |
US20190051508A1 (en) | Quadrupole mass filter and quadrupole mass spectrometrometer | |
RU2293396C1 (en) | Method and device for separating charged particles by their specific charge | |
RU2159481C1 (en) | Method and device for sorting out ions according to their specific charge | |
JPS63313460A (en) | Ion trap type mass spectrometer | |
WO2018208810A1 (en) | Quadrupole ion trap apparatus and quadrupole mass spectrometer | |
JPH10208692A (en) | Ion trap mass spectrograph | |
CN216450594U (en) | Novel quadrupole mass filter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061215 |