RU2327245C2 - Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327245C2 RU2327245C2 RU2006115270/28A RU2006115270A RU2327245C2 RU 2327245 C2 RU2327245 C2 RU 2327245C2 RU 2006115270/28 A RU2006115270/28 A RU 2006115270/28A RU 2006115270 A RU2006115270 A RU 2006115270A RU 2327245 C2 RU2327245 C2 RU 2327245C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- mass
- along
- electrode
- linear
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области динамического масс-анализа заряженных частиц в переменных ВЧ полях. Способ масс-селективного разделения ионов основан на использовании анализатора, состоящего из двух плоских параллельных электродов с линейно-дискретными и противофазными по оси Y распределениями ВЧ потенциала и плоского заземленного электрода, ограничивающего электроды значениями у≥0. Дискретные электроды выполнены в виде емкостных или индуктивных линейных делителей ВЧ напряжения. К электродам приложены два противофазных ВЧ напряжения с постоянной амплитудой Um и частотой ω, под воздействием которых в анализаторе создается линейное по осям X и Y переменное электрическое поле. В анализатор через щель в плоском заземленном электроде вводятся ионы с начальными координатами хн>0, ун=0 и начальными скоростями vy, обратно пропорциональными массам m анализируемых ионов. При этом ионы по осям X и Y совершают близкие к гармоническим колебания с одинаковой амплитудой уm и периодом Т, пропорциональным массе m. За время анализа координата х ионов изменяется на противоположную x(tA)=-xн, а координата у становится равной нулю у(tA)=0. Отсортированные ионы последовательно во времени в соответствии с массой m выводятся из анализатора и поступают на систему регистрации. Технический результат: улучшение аналитических характеристик масс-спектрометров гиперболоидного и пролетного типа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области динамического масс-анализа заряженных частиц в переменных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств масс-спектрометров гиперболоидного и времяпролетного типов. В известных гиперболоидных масс-спектрометрах развертка масс осуществляется последовательно, при этом скорость анализа оказывается невысокой, а для осуществления развертки масс требуется изменять во времени амплитуду или частоту питающего ВЧ напряжения. Обладающие высокой скоростью анализа времяпролетные масс-спектрометры со статическими электрическими полями чувствительны к разбросу начальных энергий и углов влета анализируемых ионов. За прототипы приняты динамические масс-анализаторы с квадратичным распределением ВЧ потенциала по двум координатам [1] и масс-анализаторы времяпролетного типа со статическими полями [2]. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании способов масс-анализа заряженных частиц и конструкции анализаторов, использующих масс-селективную сортировку ионов в двумерных линейных ВЧ полях.
Предлагаемый способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета основан на формировании на граничных поверхностях х=x0 и х=-x0 масс-анализатора двух противофазных дискретно-линейных с шагом Δφ по координате у распределений ВЧ потенциала
где n=0, 1, 2,...N - номер дискретных элементов поверхностей, N=Ly/d - число дискретных элементов поверхностей, yn=n·d - координата n-го элемента, d - расстояние между соседними элементами. При условии, что размеры анализатора Ly и Lz по осям Y и Z достаточно велики Ly>>x0, Lz>4x0 распределение потенциала в области сортировки ионов с высокой точностью будет описываться выражением
Распределению потенциала (2) соответствуют линейные по координатам x и у распределения напряженности электрического поля
При малых значениях параметра , где е и m - заряд и масса иона, движение заряженных частиц с начальными координатами 0<хн<х0, yн=0 и начальными скоростями по осям X и Y будет описываться функциями, близкими к гармоническим
Функции, описываемые выражениями (4), имеют период
За параметр времяпролетной масс-сортировки ионов принимается время tА=Т/2, за которое ионы по оси Y совершают возвратные колебания от начальной координаты ун=0 до конечной координаты у(Т/2)=0, а по оси Х их координата изменяет знак на противоположный х(Т/2)=-xн. При этом время анализа оказывается пропорциональным массе ионов
В качестве устройства для масс-селективного анализа ионов по времени пролета предлагается использовать электродную систему, состоящую из двух дискретных по оси Y электродов 1 и 2 с рабочими поверхностями х=x0 и х=-x0 и размерами Ly>>x0 и Lz>4x0 по осям Y и Z, и одного сплошного электрода 3 с размерами Lx>2х0 и Lz и рабочей поверхностью в плоскости у=0 (Фиг.1). Дискретные электроды 1 и 2 выполняются или в виде двух наборов из N=Ly/d плоских, шириной l>>d и длиной Lz, равномерно распределенных по оси Y с шагом d параллельных пластин, образующих два линейных емкостных делителя ВЧ напряжения, или в виде плоских частей однослойных с равномерным шагом d намоток двух катушек индуктивности из N витков каждая, образующих два линейных индуктивных делителя ВЧ напряжения. К электродам 1 и 2 приложены два противофазных гармонических напряжения с постоянными амплитудой Um и частотой ω
Делители ВЧ напряжения создают на рабочих поверхностях х=x0 и х=-x0 электродов 1 и 2 дискретно-линейные по оси Y распределения ВЧ потенциала. Заземленный электрод 3 с нулевым потенциалом φ3=0 ограничивает пространство сортировки по оси Y областью значений у≥0. В электроде 3 имеется щель шириной Δх<<x0, длиной Δz<х0/2 с координатами центра х0/2<xщ<x0, zщ=0, через которую осуществляется ввод ионов в область сортировки масс-анализатора. Вывод отсортированных ионов из масс-анализатора происходит через отверстие в электроде 3 диаметром D<x0/2 с координатами центра xотв=-xщ, zотв=0.
Цикл масс-анализа начинается с образования за пределами области сортировки ионов с начальными координатами x0/2<хн<x0, ун=0, начальными скоростями по оси Y, обратно пропорциональными массам анализируемых ионов vy≈eΔφLy/(2ωx0m), а по осям Х и Z с малыми скоростями vx, vz<<vy. Затем ионы в течение короткого промежутка времени tв<<tA вводятся через щель в электроде 3 в область сортировки масс-анализатора. В течение времени анализа tA, пропорционального массе m анализируемых ионов, заряженные частицы совершают в двумерном линейном ВЧ поле возвратные с одинаковыми амплитудами уm<Ly колебания по координате у и далее последовательно во времени в соответствии с массой m ионы через отверстие в электроде 3 выводятся из масс-анализатора и поступают на систему регистрации.
Предлагаемый способ масс-селективной сортировки ионов в двумерном линейном ВЧ поле по времени пролета и устройство для его осуществления обладают свойством временной фокусировки ионов с различными начальными координатами по осям X и Z, энергиями, углами и фазами влета, что улучшает аналитические характеристики масс-спектрометров пролетного типа. Технологичная конструкция электродной системы предлагаемого времяпролетного масс-анализатора и простой способ ВЧ питания улучшают эксплутационные и потребительские параметры приборов такого типа.
Фиг.1. Электродная система времяпролетного масс-анализатора
а) с линейными емкостными ВЧ делителями, б) с линейными индуктивными делителями ВЧ напряжения.
Фиг.2. Способ ВЧ питания и траектории ионов во времяпролетном масс-анализаторе с дискретными электродами
Литература
1. Р.Н.Dawson «Quadrupole Mass Spectrometry and Its Applications», Elsevier, Amsterdam, 1976.
2. Н.Д.Семкин, И.В.Пиянов, К.Е.Воронов, Р.А.Похмельников. Перспективы развития времяпролетных масс-спектрометров для анализа газовых и пылевых частиц. Прикладная физика, 2002, №2, с.124-141.
Claims (2)
1. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета в линейном ВЧ поле, отличающийся тем, что на граничных поверхностях х=х0 и х=-х0 масс-анализатора с размерами Ly>>x0 и Lz>4x0 по осям Y и Z под действием двух противофазных напряжений с постоянными амплитудой Um и частотой ω создаются два противофазных дискретно-линейных по оси Y распределения ВЧ потенциала и на ионы, образованные с начальными координатами х0/2<хн<х0, ун=0, |zн|<x0/2 и начальными скоростями vy по оси Y, обратно пропорциональными массам m анализируемых ионов, воздействуют линейным по осям X и Y ВЧ полем, при этом ионы за время tA, пропорциональное массе m, совершают по осям X и Y близкие к гармоническим колебания с конечными координатами x(tA)=-xн, у(tA)=ун=0.
2. Устройство для масс-селективного анализа ионов по времени пролета, содержащее электродную систему для создания в рабочей области масс-анализатора двумерного линейного поля, отличающееся тем, что в качестве электродной системы масс-анализатора используют два ограниченных плоскостью у=0 дискретных по оси Y с шагом d электрода 1 и 2 с размерами Ly и Lz по осям Y и Z, расположенных в плоскостях х=x0 и х=-х0, выполненных или в виде наборов равномерно распределенных с шагом d плоских металлических пластин или в виде плоских частей равномерных с шагом d однослойных намоток катушек индуктивности, и заземленный электрод 3 с рабочей поверхностью в плоскости у=0, причем в электроде 3 имеется щель для ввода ионов шириной Δх<<х0, длиной Δz<x0/2 с координатами центра хщ<х0, zщ=0 и отверстие для вывода ионов с координатами центра хотв=-хщ, zотв=0.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006115270/28A RU2327245C2 (ru) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006115270/28A RU2327245C2 (ru) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006115270A RU2006115270A (ru) | 2007-11-10 |
RU2327245C2 true RU2327245C2 (ru) | 2008-06-20 |
Family
ID=38958034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006115270/28A RU2327245C2 (ru) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2327245C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497226C1 (ru) * | 2012-04-25 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления |
RU2565602C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Устройство для образования двумерных линейных электрических полей |
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
RU2740604C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Способ масс-анализа ионов в квадрупольных полях с возбуждением колебаний на границы устойчивости |
RU2749549C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Устройство масс-анализа ионов с квадрупольными полями с возбуждением колебаний на границе устойчивости |
-
2006
- 2006-05-03 RU RU2006115270/28A patent/RU2327245C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497226C1 (ru) * | 2012-04-25 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления |
RU2565602C1 (ru) * | 2014-06-03 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Устройство для образования двумерных линейных электрических полей |
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
RU2740604C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Способ масс-анализа ионов в квадрупольных полях с возбуждением колебаний на границы устойчивости |
RU2749549C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Устройство масс-анализа ионов с квадрупольными полями с возбуждением колебаний на границе устойчивости |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006115270A (ru) | 2007-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5726448A (en) | Rotating field mass and velocity analyzer | |
Blaum et al. | Properties and performance of a quadrupole mass filter used for resonance ionization mass spectrometry | |
RU2327245C2 (ru) | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления | |
US3648046A (en) | Quadrupole gas analyzer comprising four flat plate electrodes | |
Remes et al. | Insight into the resonance ejection process during mass analysis through simulations for improved linear quadrupole ion trap mass spectrometer performance | |
JPH09213265A (ja) | 質量選択多重ノッチ・フィルタ、多重ノッチ・フィルタの製造方法及び標的イオンの除去方法 | |
Ding et al. | Ion motion in the rectangular wave quadrupole field and digital operation mode of a quadrupole ion trap mass spectrometer | |
Tosi et al. | Transport of an ion beam through an octopole guide operating in the RF-only mode | |
US11276544B2 (en) | Dynamic electron impact ion source | |
RU2634614C1 (ru) | Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществления | |
RU2422939C1 (ru) | Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления | |
Blaum et al. | Peak shape for a quadrupole mass spectrometer: comparison of computer simulation and experiment | |
Gibson et al. | Predicted behaviour of QMF systems with and without prefilters using accurate 3D fields | |
RU2367053C1 (ru) | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета в линейном вч поле и устройство для его осуществления | |
RU2683018C1 (ru) | Способ масс-анализа ионов в квадрупольных высокочастотных полях с дипольным возбуждением колебаний на границах стабильности | |
RU2293396C1 (ru) | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
RU2444083C2 (ru) | Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления | |
RU2398308C1 (ru) | Способ масс-разделения ионов по времени пролета и устройство для его осуществления | |
RU2693570C1 (ru) | Многоэлектродная гармонизированная ионная ловушка кингдона со слившимися внутренними электродами | |
RU2276426C1 (ru) | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
RU2387043C2 (ru) | Способ формирования двумерного линейного поля и устройство для его осуществления | |
RU2806730C1 (ru) | Четырехэлектродная ловушка кингдона с равноудаленными электродами | |
US20190228960A1 (en) | Quadrupole ion trap apparatus and quadrupole mass spectrometer | |
Chaharborj et al. | Study of quadrupole mass filter supplied with a new impulsional potential | |
RU2818310C1 (ru) | Многоэлектродная гармонизированная ловушка кингдона с многопортовым вводом электронов и ионов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100504 |