RU2422939C1 - Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method - Google Patents
Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422939C1 RU2422939C1 RU2009143282/28A RU2009143282A RU2422939C1 RU 2422939 C1 RU2422939 C1 RU 2422939C1 RU 2009143282/28 A RU2009143282/28 A RU 2009143282/28A RU 2009143282 A RU2009143282 A RU 2009143282A RU 2422939 C1 RU2422939 C1 RU 2422939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- discrete
- axis
- linear
- dimensional linear
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области масс-спектрометрии, в основе которой лежит движение заряженных частиц в двумерных линейных высокочастотных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций масс-спектрометрических приборов и улучшения их аналитических и коммерческих характеристик. Macс-анализаторы с гиперболическими электродами неэффективны для образования двумерных линейных электрических полей с протяженными вдоль одной координаты рабочими областями [1]. Анализаторы с плоскими электродами с дискретным линейным распределением потенциала [2] и с линейно распределенной емкостью дискретных элементов [3] решают эту задачу. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструктивно-технологических характеристик устройств образования двумерных линейных электрических полей, использующих системы с плоскими дискретными электродами.The invention relates to the field of mass spectrometry, which is based on the movement of charged particles in two-dimensional linear high-frequency electric fields, and can be used to improve the design of mass spectrometric devices and improve their analytical and commercial characteristics. Mac analyzers with hyperbolic electrodes are ineffective for the formation of two-dimensional linear electric fields with working areas extended along one coordinate [1]. Analyzers with flat electrodes with a discrete linear potential distribution [2] and with a linearly distributed capacity of discrete elements [3] solve this problem. The technical task of the invention is to improve the structural and technological characteristics of devices for the formation of two-dimensional linear electric fields using systems with flat discrete electrodes.
Образование двумерного линейного электрического поля в рабочей области анализатора с размерами 2х0, у0, L по осям X, Y, Z при у0>>x0 можно осуществить, как и в [2,3], с помощью системы из плоских дискретных и сплошных электродов. Из электростатики известно, что электрическое поле системы зарядов определяется на основе принципа суперпозиции как сумма полей, создаваемых отдельными зарядами. При этом задачу образования электрических полей с заданным распределением потенциала в некоторой области пространства можно решать путем создания требуемого распределения поверхностных зарядов на границах этой области. Для случая двумерного линейного поля, протяженного вдоль одной оси Y, задача сводится к созданию на поверхностях х=x0 и х=-x0 линейных по координате у распределений плотностей зарядов противоположного знака. Практически требуемое распределение зарядов на непрерывной проводящей поверхности создать затруднительно. Задача решается с помощью проводящих поверхностей, состоящих из множества дискретных элементов [2,3]. С точки зрения практической реализации представляют интерес дискретные проводящие поверхности, состоящие из одинаковых эквипотенциальных элементов. Требуемое одномерное распределение зарядов на плоских поверхностях в этом случае формируется изменением плотности элементов дискретной поверхности вдоль одной координаты. Для образования двумерного линейного электрического поля с протяженной вдоль оси Y рабочей областью достаточно использовать две плоские, дискретные по координате у, проводящие поверхности х=х0 и х=-x0. В первом приближении, если не учитывать электростатические взаимодействия между элементами поверхностей, распределения плотностей зарядов и плотностей элементов на дискретных поверхностях вдоль координаты у можно считать связанными между собой соотношением пропорциональности. Из этого следует, что для образования линейного по осям Х и Y электрического поля координаты yi элементов дискретных поверхностей х=x0 и х=-x0 должны рассчитываться по формулеThe formation of two-dimensional linear electric field in the working area of the analyzer with the dimensions 2 0, y 0, L along the axes X, Y, Z 0 when y >> x 0 may be accomplished as in [2,3], using a system of planar discrete and solid electrodes. It is known from electrostatics that the electric field of a system of charges is determined on the basis of the principle of superposition as the sum of the fields created by individual charges. In this case, the problem of the formation of electric fields with a given potential distribution in a certain region of space can be solved by creating the required distribution of surface charges at the boundaries of this region. For the case of a two-dimensional linear field, extended along one axis Y, the problem is reduced to creating on the surfaces x = x 0 and x = -x 0 linear distributions of charge densities of opposite sign along the coordinate y. It is difficult to create the practically required charge distribution on a continuous conducting surface. The problem is solved using conductive surfaces consisting of many discrete elements [2,3]. From the point of view of practical implementation, discrete conducting surfaces consisting of identical equipotential elements are of interest. The required one-dimensional charge distribution on flat surfaces in this case is formed by changing the density of elements of the discrete surface along one coordinate. For the formation of a two-dimensional linear electric field with a working region extended along the Y axis, it is sufficient to use two flat, discrete along the y coordinate, conducting surfaces x = x 0 and x = -x 0 . In a first approximation, if we do not take into account the electrostatic interactions between surface elements, the distribution of charge densities and element densities on discrete surfaces along the y coordinate, we can assume that the proportionality relation is related to each other. It follows that for the formation of a linear electric field along the X and Y axes, the coordinates y i of the elements of discrete surfaces x = x 0 and x = -x 0 must be calculated by the formula
где y1 - координата первого элемента, i - порядковый номер дискретных элементов поверхностей. Формула справедлива при условии, что размер d дискретных элементов по координатам х и у значительно меньше расстояний между ними. При этом в качестве дискретных элементов проводящих поверхностей могут использоваться параллельные оси Z тонкие металлические нити круглого или другого сечения.where y 1 is the coordinate of the first element, i is the serial number of the discrete elements of the surfaces. The formula is valid provided that the size d of the discrete elements in the x and y coordinates is much smaller than the distances between them. In this case, thin metal filaments of a round or other cross section can be used as discrete elements of the conductive surfaces parallel to the Z axis.
Для случая нитей круглого сечения анализатор с линейным по осям Х и Y электрическим полем, создаваемым дискретно распределенными по координате у зарядами, представлен на Фиг.1. Анализатор состоит из двух плоских дискретных электродов 1 и 2, расположенных в плоскостях х=x0 и х=-x0, составленных из параллельных оси Z металлических нитей длиной L и диаметром d<<x0, двух сплошных электродов 3 и 4 с размерами у0 и L по осям Y и Z, расположенных в плоскостях х=х0+h и х=-x0-h и одного сплошного электрода 5 с размерами 2х0 и L по осям Х и Z, расположенного в плоскости у=0. Электроды 3, 4 и 5 заземлены, а к электродам 1 и 2 приложены противофазные потенциалы -φ и φ. Электроды 3 и 4 выполняют роль экранов, а 1, 2 и 5 являются полеобразующими электродами анализатора. При равенстве диаметров и потенциалов нитей плотность распределения зарядов на них будет одинаковой. Если координаты центров нитей определить по формуле (1), плотность распределения зарядов на электродах 1 и 2 вдоль оси Y будет описываться дискретно-линейным законом. При этом в рабочей области анализатора х<x0 образуется близкое к линейному по координатам x и у электрическое поле.For the case of filaments of circular cross section, an analyzer with a linear electric field along the X and Y axes created by charges discontinuously distributed over the coordinate y is shown in FIG. 1. The analyzer consists of two flat discrete electrodes 1 and 2, located in the planes x = x 0 and x = -x 0 , composed of metal threads parallel to the Z axis of length L and diameter d << x 0 , two solid electrodes 3 and 4 with dimensions y 0 and L along the axes Y and Z located in the planes x = x 0 + h and x = -x 0 -h and one continuous electrode 5 with dimensions 2x 0 and L along the axes X and Z, located in the plane y = 0 . The electrodes 3, 4 and 5 are grounded, and the antiphase potentials -φ and φ are applied to the electrodes 1 and 2. Electrodes 3 and 4 act as screens, and 1, 2, and 5 are field-forming electrodes of the analyzer. If the diameters and potentials of the filaments are equal, the density of charge distribution on them will be the same. If the coordinates of the centers of the threads are determined by the formula (1), the charge density distribution on the electrodes 1 and 2 along the Y axis will be described by a discrete-linear law. In this case, an electric field close to linear in the x and y coordinates is formed in the analyzer's working area x <x 0 .
Степень линейности поля ограничивается дискретностью электродов, электростатическими связями между элементами электродов и конечными размерами электродов по координате у. Отклонения поля от линейного из-за дискретности электродов могут быть снижены до требуемого уровня ограничением размера рабочей области анализатора по оси X. Нелинейность электрического поля, возникающая по двум другим причинам, минимизируется коррекцией распределения координат у нитей добавлением к (1) полиномиальной функции видаThe degree of linearity of the field is limited by the discreteness of the electrodes, electrostatic bonds between the elements of the electrodes and the final dimensions of the electrodes along the coordinate y. Deviations of the field from the linear one due to the discreteness of the electrodes can be reduced to the required level by limiting the size of the analyzer working area along the X axis. The nonlinearity of the electric field arising for two other reasons is minimized by correcting the coordinate distribution of the filaments by adding to (1) a polynomial function of the form
Коэффициенты а0, а1, а2, а3… при заданных геометрических параметрах x0, y0, d и h определяются в процессе компьютерного моделирования электрического поля в анализаторе с плоскими электродами из проводящих нитей по критерию минимума отклонений расчетного распределения потенциала в рабочей области |х|<x1, у<у1 от двумерного линейного распределения.The coefficients a 0 , a 1 , a 2, a 3 ... for given geometric parameters x 0 , y 0 , d and h are determined in the process of computer simulation of the electric field in an analyzer with flat electrodes from conducting wires according to the criterion of the minimum deviation of the calculated potential distribution in the working regions | x | <x 1 , y <y 1 from a two-dimensional linear distribution.
Технологичная конструкция предлагаемого анализатора с плоскими сплошными и дискретными электродами из тонких металлических нитей и простой способ его электрического питания позволяют создавать на его основе эффективные приборы для фокусировки, энерго- и масс-анализа заряженных частиц с высокими аналитическими и коммерческими характеристиками.The technological design of the proposed analyzer with flat continuous and discrete electrodes made of thin metal filaments and a simple method of electric power supply make it possible to create effective devices for focusing, energy and mass analysis of charged particles with high analytical and commercial characteristics on its basis.
На чертеже изображена схема анализатора заряженных частиц с двумерным линейным по осям Х и Y электрическим полем, 1, 2 - плоские дискретные электроды из тонких металлических нитей; 3, 4 - плоские заземленные экранирующие электроды; 5 - плоский заземленный полеобразующий электрод.The drawing shows a diagram of a charged particle analyzer with a two-dimensional linear electric field along the X and Y axes, 1, 2 - flat discrete electrodes of thin metal filaments; 3, 4 - flat grounded shielding electrodes; 5 - flat grounded field-forming electrode.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Мамонтов Е.В., Гуров В.С., Филиппов И.В., Дятлов Р.Н. Времяпролетное разделение ионов по удельному заряду в ВЧ-полях с квадратичным распределением потенциала // ЖТФ. - 2007. - Т.77. - Вып.7. - С.139-142.1. Mamontov E.V., Gurov V.S., Filippov I.V., Dyatlov R.N. Time-of-flight separation of ions by specific charge in high-frequency fields with a quadratic potential distribution // Zh. - 2007. - T.77. - Issue 7. - S.139-142.
2. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления // Патент на изобретение №2327245 от 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 for the invention No. 23237245 from 05/03/2006.
3. Гуров В.С., Мамонтов Е.В., Дягилев А.А. Электродные системы с дискретным линейным распределением ВЧ-потенциала // Масс-спектрометрия. - 2007. - Т.4. - №2. - С.139-142.3. Gurov V.S., Mamontov E.V., Diaghilev A.A. Electrode systems with a discrete linear distribution of the RF potential // Mass spectrometry. - 2007. - T.4. - No. 2. - S.139-142.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009143282/28A RU2422939C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009143282/28A RU2422939C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2422939C1 true RU2422939C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009143282/28A RU2422939C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2422939C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496178C2 (en) * | 2011-09-20 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation |
RU2497226C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Formation method of two-dimensional linear high-frequency electric field, and device for its implementation |
RU2634614C1 (en) * | 2016-12-16 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of mass-analysis with resonant excitation of ions 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 |
-
2009
- 2009-11-25 RU RU2009143282/28A patent/RU2422939C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496178C2 (en) * | 2011-09-20 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation |
RU2497226C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Formation method of two-dimensional linear high-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 |
RU2634614C1 (en) * | 2016-12-16 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2422939C1 (en) | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method | |
US9824874B2 (en) | Ion funnel device | |
US11276544B2 (en) | Dynamic electron impact ion source | |
Konenkov et al. | Spatial harmonics of linear multipoles with round electrodes | |
RU2327245C2 (en) | Mass selective device and analysis method for drift time of ions | |
GB2559527A (en) | Mass spectrometer | |
Gibson et al. | Predicted behaviour of QMF systems with and without prefilters using accurate 3D fields | |
RU2367053C1 (en) | Method for mass selective analysis of ions on flight time in linear rf field and device for realising said method | |
Blaum et al. | Peak shape for a quadrupole mass spectrometer: comparison of computer simulation and experiment | |
Sysoev et al. | Balance of the 6 TH and 10 TH spatial harmonics amplitudes of a quadrupole mass filter with round rods | |
CN105810550B (en) | Traveling trap ion guide and related system and method | |
Rao et al. | Electric hexapoles and octopoles with optimized circular section rods | |
RU2497226C1 (en) | Formation method of two-dimensional linear high-frequency electric field, and device for its implementation | |
RU2444083C2 (en) | Method for time-of-flight separation of ions according to mass and device for realising said method | |
Abdel-Salam et al. | Discharges in air from point electrodes in the presence of dielectric plates-theoretical analysis | |
RU2387043C2 (en) | Method to generate 2-d linear field and device to this end | |
Shahsavarian et al. | An inventive multi-scale, multiphysics modeling approach and comparative analysis of distinctive features of planar ionization waves in air: I. Negative streamers | |
Sudakov et al. | TOF systems with two-directional isochronous motion | |
Souto et al. | Fringe field effects on electrostatic deflection of electrons by a pair of charged plates | |
RU2398308C1 (en) | Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method | |
Janulyte et al. | Performance assessment of a portable mass spectrometer using a linear ion trap operated in non‐scanning mode | |
Kashanian et al. | Distribution into the quadrupole mass filter with round rods | |
Sheretov et al. | Hyperboloid mass spectrometers for space exploration | |
RU2496178C2 (en) | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation | |
Mamontov et al. | A radio-frequency time-of-flight mass analyzer of ions with planar discrete electrodes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111126 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140327 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141126 |