RU2398308C1 - Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method - Google Patents

Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2398308C1
RU2398308C1 RU2009118859/28A RU2009118859A RU2398308C1 RU 2398308 C1 RU2398308 C1 RU 2398308C1 RU 2009118859/28 A RU2009118859/28 A RU 2009118859/28A RU 2009118859 A RU2009118859 A RU 2009118859A RU 2398308 C1 RU2398308 C1 RU 2398308C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ions
flight
axis
time
mass
Prior art date
Application number
RU2009118859/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Васильевич Мамонтов (RU)
Евгений Васильевич Мамонтов
Виктор Сергеевич Гуров (RU)
Виктор Сергеевич Гуров
Александр Александрович Дягилев (RU)
Александр Александрович Дягилев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет
Priority to RU2009118859/28A priority Critical patent/RU2398308C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2398308C1 publication Critical patent/RU2398308C1/en

Links

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method for mass-separation of ions based on time of flight involves superposition of the ion formation region with the entrance aperture of a radio-frequency time-of-flight mass spectrometre. Analysed ions are accelerated and enter the drift space under the effect of an HF electric field. For this purpose, initial coordinates x0 of the ions on the X axis are selected such that they are comparable to the amplitude ym of oscillation of charged particles on the drift axis Y. To obtain high linearity of the electric field in the drift region of the ions, an electrode system which is closed in the XOY plane and consisting of three flat electrodes with discrete-linear distribution of potential and one flat earthed electrode with slits for entrance and outlet of ions is used.
EFFECT: improved ion inlet system and design of mass-analysers of the time-of-flight type with two-dimensional linear HF electric fields.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области масс-анализа ионов в двумерных линейных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических и конструкторско-технологических характеристик динамических масс-спектрометров. В радиочастотных времяпролетных масс-спектрометрах при образовании заряженных частиц в ионном источнике и их транспортировке в область входной апертуры анализатора из-за разброса начальных скоростей происходит временная расфокусировка пакета ионов, величина которой оказывается пропорциональна начальным координатам y0 частиц по оси Y, что снижает разрешающую способность масс-спектрометров [1]. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании систем ввода ионов и конструкции масс-анализаторов времяпролетного типа с двумерными линейными ВЧ электрическими полями.The invention relates to the field of mass analysis of ions in two-dimensional linear RF fields and can be used to improve the analytical, design and technological characteristics of dynamic mass spectrometers. In radio-frequency time-of-flight mass spectrometers, when charged particles are formed in an ion source and transported to the analyzer input aperture due to the spread of the initial velocities, a temporary defocus of the ion packet occurs, the value of which is proportional to the initial coordinates y 0 of the particles along the Y axis, which reduces the resolution mass spectrometers [1]. The technical task of the invention is to improve the ion input systems and the design of time-of-flight mass analyzers with two-dimensional linear HF electric fields.

Задача решается путем совмещения области образования ионов с входной апертурой радиочастотного времяпролетного масс-анализатора. При этом ионы образуются во входной апертуре (или транспортируются в нее) с начальными координатами y0≈0 по оси Y и x0≈xa/2 по оси X, а затем под действием ВЧ электрического поля анализатора ускоряются и вводятся в пространство дрейфа радиочастотного времяпролетного масс-спектрометра. Схема времяпролетного масс-анализатора с двумерным линейным ВЧ электрическим полем с образованием ионов во входной апертуре показана на чертеже.The problem is solved by combining the region of ion formation with the input aperture of the radio frequency time-of-flight mass analyzer. In this case, ions are formed in the input aperture (or transported into it) with the initial coordinates y 0 ≈0 along the Y axis and x 0 ≈x a / 2 along the X axis, and then they are accelerated and introduced into the radio frequency drift space under the influence of the RF electric field of the analyzer time-of-flight mass spectrometer. A diagram of a time-of-flight mass analyzer with a two-dimensional linear HF electric field with the formation of ions in the input aperture is shown in the drawing.

Электродная система из плоских с дискретно-линейным с шагом Δφ распределением потенциала электродов 1, 2, 3 и плоского со щелями для ввода вывода ионов заземленного электрода 4 создает в области дрейфа ионов анализатора -xa<x<xa, 0<y<ya двумерное линейное ВЧ поле с распределением потенциалаThe electrode system from flat with a discrete-linear distribution of the potential of electrodes 1, 2, 3 with a step Δφ and a flat one with slots for inputting the ion output of the grounded electrode 4 creates -x a <x <x a , 0 <y <y in the ion drift region a two-dimensional linear RF field with potential distribution

Figure 00000001
Figure 00000001

Низкочастотные (секулярные) компоненты траекторий движения ионов в линейном ВЧ поле при y≈0 и начальной фазе ВЧ поля φ=π описывается выражениямиThe low-frequency (secular) components of the ion trajectories in a linear rf field at y≈0 and the initial phase of the rf field φ = π are described by the expressions

Figure 00000002
Figure 00000002

где νox, νoy - проекции начальных скоростей ионов на оси X и Y,

Figure 00000003
V, ω и φ - амплитуда, частота и фаза ВЧ питающего напряжения, m - масса анализируемых ионов. Из (2) видно, что при выполнении условияwhere ν ox , ν oy are the projections of the initial ion velocities on the X and Y axes,
Figure 00000003
V, ω and φ are the amplitude, frequency and phase of the RF supply voltage, m is the mass of the analyzed ions. From (2) it is clear that when the condition

Figure 00000004
Figure 00000004

колебания ионов в рабочей области анализатора по оси Y дрейфа имеют возвратный характер (см. чертеж), соответствующий колебаниям заряженных частиц в радиочастотном времяпролетном масс-спектрометре [3].vibrations of ions in the working area of the analyzer along the y-axis of the drift have a return character (see drawing), corresponding to vibrations of charged particles in a radio-frequency time-of-flight mass spectrometer [3].

Условие (3) выполняется для всех положительных значений проекций начальных скоростей ионов νoy≥0 и отрицательных значений, модуль которых не превышает величины

Figure 00000005
. Таким образом из (2) следует, что ввод ионов в пространство дрейфа радиочастотного времяпролетного масс-анализатора может осуществляться без их ускорения в ионном источнике. Начальное ускорение ионов в этом случае происходит под действием компоненты Ey электрического поля анализатора, имеющей в первую четверть периода ВЧ поля при фазе φ=π положительное значениеCondition (3) is satisfied for all positive values of the projections of the initial ion velocities ν oy ≥0 and negative values whose modulus does not exceed
Figure 00000005
. Thus, it follows from (2) that ions can be introduced into the drift space of the radio-frequency time-of-flight mass analyzer without their acceleration in the ion source. The initial ion acceleration in this case occurs under the action of the analyzer electric field component E y , which has a positive value in the first quarter of the RF field period at the phase φ = π

Figure 00000006
Figure 00000006

Размер xа по оси Х радиочастотного времяпролетного анализатора должен выбираться с учетом выполнения условия (3), а величина ya исходя из максимальной амплитуды колебаний ионов вдоль оси дрейфа YThe size x a along the X axis of the radio-frequency time-of-flight analyzer should be selected taking into account the fulfillment of condition (3), and the value y a based on the maximum amplitude of ion vibrations along the drift axis Y

Figure 00000007
Figure 00000007

где νoy max - максимальное значение проекции начальной скорости ионов на ось Y.where ν oy max is the maximum value of the projection of the initial ion velocity on the Y axis.

Так как размеры 2xa, ya электродной системы по осям Х и Y оказываются соизмеримыми, для получения высокой линейности поля рабочая область анализатора в плоскости XOY должна быть замкнутой, что достигается введением электрода 3.Since the dimensions 2x a , y a of the electrode system along the X and Y axes are comparable, to obtain a high linearity of the field, the analyzer working area in the XOY plane must be closed, which is achieved by introducing electrode 3.

Предлагаемый способ и устройство масс-разделения ионов по времени пролета в двумерных линейных ВЧ электрических полях позволяют упростить конструкцию радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров и повысить их разрешающую способность.The proposed method and device for mass separation of ions by time of flight in two-dimensional linear HF electric fields can simplify the design of radio-frequency time-of-flight mass spectrometers and increase their resolution.

ЛитератураLiterature

1. Мамонтов Е.В., Гуров В.С., Филиппов И.В., Дягилев А.А. Способ ввода заряженных частиц в радиочастотный времяпролетный масс-анализатор и устройство для его осуществления // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2007106273/28(006819), 19.02.2007.1. Mamontov E.V., Gurov V.S., Filippov I.V., Diaghilev A.A. A method of introducing charged particles into a radio frequency time-of-flight mass analyzer and a device for its implementation // Decision on the grant of a patent for an invention according to application No. 2007106273/28 (006819), 02/19/2007.

2. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления // Патент №2327245. Приоритет изобретения 03.05.2006.2. Mamontov E.V., Filippov I.V. The method of mass selective analysis of ions by time of flight and a device for its implementation // Patent No. 23237245. Priority of the invention 03.05.2006.

3. Мамонтов Е.В., Гуров В.С., Филиппов И.В., Дятлов Р.Н. Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2005124794/28, 03.08.2005.3. Mamontov E.V., Gurov V.S., Filippov I.V., Dyatlov R.N. The method of separation of charged particles by specific charge and device for its implementation // Decision on the grant of a patent for an invention according to application No. 2005124794/28, 03.08.2005.

Claims (2)

1. Способ масс-разделения ионов по времени пролета, заключающийся в воздействии на заряженные частицы линейным электрическим ВЧ полем, отличающийся тем, что анализируемые ионы образуются во входной апертуре масс-анализатора размером Δх<<ха или транспортируют в нее с начальными координатами х0≈ха/2, уо≈0, где ха - размер анализатора по оси X, а затем ускоряются в направлении оси Y и вводятся в пространство дрейфа под действием двумерного линейного ВЧ электрического поля времяпролетного анализатора в определенные фазы ВЧ поля.1. The method of mass separation of ions by time of flight, which consists in exposing the charged particles to a linear electric RF field, characterized in that the analyzed ions are formed in the input aperture of the mass analyzer of size Δx << x a or transported to it with initial coordinates x 0 ≈ х а / 2, у о ≈0, where х а is the size of the analyzer along the X axis, and then accelerated in the direction of the Y axis and introduced into the drift space under the action of the two-dimensional linear HF electric field of the time-of-flight analyzer in certain phases of the HF field. 2. Устройство для масс-разделения ионов по времени пролета, содержащее электродную систему для формирования двумерного электрического ВЧ поля, отличающееся тем, что используют анализатор из трех плоских с дискретно-линейным с шагом Δφ распределением потенциала электродов, два из которых с размером уа по оси Y расположены в плоскостях x=±xa и ограничены плоскостью у=0, а третий электрод с размером 2ха по оси X расположен в плоскости y=ya, и заземленного четвертого электрода с размером 2ха по оси X с рабочей поверхностью в плоскости y=0, причем в четвертом электроде имеются две протяженные по оси Z щели шириной Δx<<xa с координатами центров ха/2 и -xa/2 для ввода и вывода ионов. 2. A device for mass separation of ions by time of flight, containing an electrode system for forming a two-dimensional electric RF field, characterized in that they use an analyzer of three flat electrodes with a discrete-linear step with Δφ pitch, two of which are sized a and the Y axis are located in the planes x = ± x a and are limited by the plane y = 0, and the third electrode with a size of 2x and the X axis is located in the plane y = y a , and the grounded fourth electrode with a size of 2 x a along the X axis with a working surface of plane y = 0, and in h The fourth electrode has two slits Δx << x a wide along the Z axis with the coordinates of the centers x a / 2 and -x a / 2 for input and output of ions.
RU2009118859/28A 2009-05-20 2009-05-20 Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method RU2398308C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009118859/28A RU2398308C1 (en) 2009-05-20 2009-05-20 Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009118859/28A RU2398308C1 (en) 2009-05-20 2009-05-20 Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2398308C1 true RU2398308C1 (en) 2010-08-27

Family

ID=42798891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009118859/28A RU2398308C1 (en) 2009-05-20 2009-05-20 Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2398308C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618212C2 (en) * 2015-07-22 2017-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method for time-of-flight mass-separating ions in linear radio-frequency electric field and device for its implementation
US10147591B2 (en) 2015-02-03 2018-12-04 Auckland Uniservices Limited Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10147591B2 (en) 2015-02-03 2018-12-04 Auckland Uniservices Limited Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap
RU2618212C2 (en) * 2015-07-22 2017-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Method for time-of-flight mass-separating ions in linear radio-frequency electric field and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1009516A1 (en) Rotating field mass and velocity analyzer
US7186972B2 (en) Time of flight mass analyzer having improved mass resolution and method of operating same
US11276544B2 (en) Dynamic electron impact ion source
US10607825B2 (en) Mass spectrometer
RU2398308C1 (en) Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method
US20160020082A1 (en) Mass spectrometer system and method
US3457404A (en) Quadrupole mass analyzer
RU2634614C1 (en) Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation
RU2327245C2 (en) Mass selective device and analysis method for drift time of ions
JP6120389B2 (en) Dual rotating electric field mass spectrometer
Blaum et al. Peak shape for a quadrupole mass spectrometer: comparison of computer simulation and experiment
JP6006322B2 (en) Mass spectrometer and mass separator
CN105810550B (en) Traveling trap ion guide and related system and method
CN114667588A (en) Compact time-of-flight mass spectrometer
RU2422939C1 (en) Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method
RU2367053C1 (en) Method for mass selective analysis of ions on flight time in linear rf field and device for realising said method
US20240290605A1 (en) Mass spectrometer and method
RU2293396C1 (en) Method and device for separating charged particles by their specific charge
RU2444083C2 (en) Method for time-of-flight separation of ions according to mass and device for realising said method
Jang et al. Ion transmission probability through quadrupole mass filter depending on initial ion condition and rod misalignment
RU2618212C2 (en) Method for time-of-flight mass-separating ions in linear radio-frequency electric field and device for its implementation
JP2012216527A (en) Mass spectrometer
US10685827B2 (en) Quadrupole ion trap apparatus and quadrupole mass spectrometer
Mamontov et al. A radio-frequency time-of-flight mass analyzer of ions with planar discrete electrodes
RU2557009C2 (en) Method and device for ions separation by specific charge with fourier transform

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110521