RU2444083C2 - Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444083C2 RU2444083C2 RU2010119323/07A RU2010119323A RU2444083C2 RU 2444083 C2 RU2444083 C2 RU 2444083C2 RU 2010119323/07 A RU2010119323/07 A RU 2010119323/07A RU 2010119323 A RU2010119323 A RU 2010119323A RU 2444083 C2 RU2444083 C2 RU 2444083C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ions
- axis
- along
- time
- coordinates
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области масс-анализа заряженных частиц в линейных электрических ВЧ полях и может быть использовано для улучшения конструкторско-технологических и коммерческих характеристик радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров. Технический результат - усовершенствование конструкции радиочастотных масс-анализаторов ионов и устройств их ВЧ питания. Способ основан на добавлении к переменному электрическому полю медленно изменяющейся экспоненциальной составляющей, под действием которой колебания ионов в направлении, перпендикулярном оси дрейфа, становятся однополярными. В этом случае в качестве радиочастотного времяпролетного масс-анализатора можно использовать электродную систему монопольного типа. Рабочая область анализатора, протяженная вдоль оси дрейфа, образуется уголковым заземленным электродом и потенциальным электродом, состоящим из двух частей - одной с гиперболическим профилем и другой в виде плоской дискретной поверхности. ВЧ питание анализатора однофазное. Ввод и вывод ионов осуществляется через щель и отверстие в плоскости у=0 в уголковом электроде, пространственное разделение которых обеспечивается углами влета заряженных частиц в плоскости OYZ порядка 1-3°. Способ позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов, усовершенствовать систему их ВЧ питания и может использоваться для создания времяпролетных масс-спектрометров с высокими аналитическими и потребительскими свойствами. 12 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области масс-анализа заряженных частиц в линейных электрических ВЧ полях и может быть использовано для улучшения конструкторско-технологических и коммерческих характеристик времяпролетных масс-спектрометров. Времяпролетное разделение ионов может осуществляться в ВЧ полях с двумерным линейным распределением потенциала в полупространстве y>0, создаваемых одним заземленным и парой эквипотенциальных гиперболических или плоских с дискретно-линейным распределением потенциала электродов, с приложенными к ним противофазными ВЧ напряжениями [1, 2]. Для получения высокой разрешающей способности и точности определения масс в этом случае необходимо обеспечить высокую степень симметрии геометрии электродной системы масс-анализатора, а так же симметрию ВЧ питающих ее напряжений. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструкции радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов ионов и устройств их ВЧ питания.
В известных радиочастотных времяпролетных масс-анализаторах траектории ионов при движении в двумерном линейном ВЧ поле без постоянной составляющей в первом приближении описываются гармоническими функциями [1]:
х=х0·cosΩt
где x0 и νy - начальная координата и скорость ионов по осям Х и Y, Ω - секулярная частота колебаний ионов. За время дрейфа tA=2π/Ω, ионы по оси Y совершают возвратные колебания, а по оси Х их координата изменяет знак x(tА)=-x0. При этом пространство дрейфа анализатора должно состоять из двух, расположенных в полупространстве y≥0, симметричных относительно оси Y, областей с линейным распределением потенциала вида
Такое распределение создается в дипольных анализаторах с гиперболическими или плоскими дискретными электродами [2].
Схема электродной системы радиочастотного времяпролетного масс-анализатора и способ его ВЧ питания существенно упростятся, если колебания ионов по координате x модифицировать в однополярные с координатами x>0. Тогда в качестве радиочастотного времяпролетного масс-анализатора можно использовать монопольную систему из уголкового заземленного и потенциального электродов с однофазной системой ВЧ питания.
Для преобразования колебаний ионов по оси Х из двухполярных в монополярные достаточно к гармонической составляющей Vm·sinωt питающего напряжения добавить постоянную составляющую U0<0. В этом случае колебания ионов по оси X будут описываться функцией
где , e и m - заряд и масса ионов, ym - амплитуда колебаний ионов по оси Y. Из (3) видно, что при определенных значениях U0 дрейф ионов в течение интервала tA происходит в монополярном пространстве x>0, y>0 с распределением потенциала вида (2).
Двумерное линейное электрическое поле в одном квадранте может быть образовано в монополярных анализаторах с заземленным уголковым и одним потенциальным электродами. В качестве потенциального может быть использован гиперболический или плоский электрод с дискретно-линейным распределением потенциала [2, 3]. В первом случае размеры анализатора вдоль оси Х значительно превышают размеры рабочей области в этом направлении. В другом случае плоский с дискретно-линейным распределением потенциала электрод имеет сложную систему ВЧ питания. Более эффективным является компромиссный вариант анализатора, у которого одна часть потенциального электрода образована гиперболическим электродом 2, а другая часть плоским дискретным электродом 3 (Фиг.1). При этом до величины Lx≅0,2Ly сокращается размер анализатора по оси Х и в 4-5 раз уменьшается число элементов плоского дискретного электрода, что делает электродную систему анализатора приемлемой для практической реализации как по габаритным, так и по конструктивно-технологическим параметрам.
В уголковом электроде в плоскости y=0 имеется щель с размерами Δxщ≅0,1Lx и Δzщ≅0,1Lz с координатами центра xщ≅0,025Lx, zщ≅0,4Lz для ввода ионов и отверстие диаметром dom≅0,2Lz с координатами центра xom≅0,25Lx и zom≅0,6Lz для вывода ионов из анализатора.
Из (3) следует, что при постоянных значениях параметров Vm, U0 и ω ВЧ напряжения с увеличением m максимальные координаты xm траекторий ионов линейно возрастают и диапазон D=mmax/mmin анализируемых масс оказывается ограниченным. Диапазон может быть расширен до величины D=10 при добавлении к гармонической составляющей питающего напряжения вместо постоянной U0 медленно изменяющейся компоненты U0·exp(-t/τ), где параметр τ≅π/Ω.
В этом случае на ионы, образованные с начальными координатами 0<x0<0.1Lx, y0=0, z0<Lz/2 и начальными скоростями νy>>νz>0 по осям Y и Z, обратно пропорциональными массам анализируемых частиц, будет действовать линейное по осям Х и Y переменное электрическое поле, под воздействием которого ионы за время дрейфа tA, пропорциональное их массам m, совершат по оси Y возвратные колебания, по оси Х колебания с конечными координатами 0<x(tA)<Lx/4, а по оси Z поступательное движение с конечной координатой z(tA)=z0+νz·tA. В результате за время дрейфа tA ионы достигнут выходного отверстия анализатора.
Для пространственного разделения вводимых и выводимых ионов угол ввода заряженных частиц в плоскости OYZ выбирается в пределах αz=1-3°. В этом случае за время дрейфа tA ионы по координате Z из области щели перемещаются в область отверстия и затем выводятся из анализатора.
Предлагаемый способ масс-разделения ионов в линейных ВЧ полях по времени пролета и устройство для его осуществления упрощают конструкцию и систему ВЧ питания электродных систем радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов ионов, делает ее более технологичной, что способствует улучшению потребительских и коммерческих характеристик масс-спектрометрических приборов времяпролетного типа.
Claims (2)
1. Способ времяпролетного разделения ионов по массам, заключающийся в воздействии на заряженные частицы линейным электрическим ВЧ полем, отличающийся тем, что в масс-анализаторе с размерами Ly>>Ly, Lz>r0 по осям X, Y, Z, где r0 - геометрический параметр анализатора, на граничных поверхностях х=0 и y=0 устанавливают нулевые потенциалы, на гиперболической поверхности y=r2 0/2x переменный потенциал u=Vm·sinωt+U0-exp(-t/τ), где Vm и ω, U0, τ - параметры высокочастотной и экспоненциальной составляющих потенциала, а на поверхности x=Lx дискретно-линейное по оси Y - распределение потенциала ui=u·i/n, где i и n - номер и количество дискретных элементов поверхности, и на ионы, образованные с начальными координатами 0<x0<0,1Lx, y0=0, z0<Lz/2 и начальными скоростями νy>>νz>0 по осям Y и Z, обратно пропорциональными массам m анализируемых частиц, воздействуют переменным линейным по осям Х и Y электрическим полем, при этом ионы за время дрейфа tA, пропорциональное их массам m, совершают по оси Y возвратные колебания, по оси Х колебания с конечными координатами 0<x(tA)<Lх/4, а по оси Z поступательное движение с конечной координатой z(tA)=z0+νz·tA.
2. Устройство для времяпролетного разделения ионов по массам, содержащее длиной Lz>r0 по оси Z электродную систему для образования в рабочей области масс-анализатора линейного по осям Х и Y электрического поля, отличающееся тем, что используют два с размерами Ly>>Lx по осям Y и Х и расположенных в плоскостях х=0 и y=0 заземленных электрода и два потенциальных электрода, один из которых с гиперболическим профилем y=r2 0/2x с конечными по осям Х и Y координатами Lx и Ly, а другой с размером r2 0/2Lx по оси Y, лежащий в плоскости x=Lx, образован из дискретных с размерами Δyi по оси Y элементов, причем в заземленном электроде в плоскости y=0 имеется щель шириной Δx<<Lx, длиной Δz<Lz/8 с координатами центра xщ<<Lх, zщ≈Lz/8 для ввода ионов и полупрозрачное отверстие диаметром dот≅Lz/4 с координатами центра xот≈Lx/8, zom≅-Lz/4 для вывода ионов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119323/07A RU2444083C2 (ru) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010119323/07A RU2444083C2 (ru) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010119323A RU2010119323A (ru) | 2011-11-20 |
RU2444083C2 true RU2444083C2 (ru) | 2012-02-27 |
Family
ID=45316426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010119323/07A RU2444083C2 (ru) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444083C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669390C2 (ru) * | 2015-09-30 | 2018-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ШИББОЛЕТ" | Способ масс-сепарации ионов в квадрупольном фильтре масс |
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2266587C1 (ru) * | 2004-07-23 | 2005-12-20 | Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете министерства образования Российской Федерации" | Способ измерения спектра ионов и времяпролетный спектрометр ионов |
WO2006008537A2 (en) * | 2004-07-21 | 2006-01-26 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2276426C1 (ru) * | 2004-12-14 | 2006-05-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
WO2006061593A2 (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-15 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2293396C1 (ru) * | 2005-08-03 | 2007-02-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
RU2367053C1 (ru) * | 2008-06-10 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета в линейном вч поле и устройство для его осуществления |
-
2010
- 2010-05-13 RU RU2010119323/07A patent/RU2444083C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006008537A2 (en) * | 2004-07-21 | 2006-01-26 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2266587C1 (ru) * | 2004-07-23 | 2005-12-20 | Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете министерства образования Российской Федерации" | Способ измерения спектра ионов и времяпролетный спектрометр ионов |
WO2006061593A2 (en) * | 2004-12-07 | 2006-06-15 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2276426C1 (ru) * | 2004-12-14 | 2006-05-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
RU2293396C1 (ru) * | 2005-08-03 | 2007-02-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
RU2367053C1 (ru) * | 2008-06-10 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета в линейном вч поле и устройство для его осуществления |
Cited By (2)
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 |
RU2669390C2 (ru) * | 2015-09-30 | 2018-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ШИББОЛЕТ" | Способ масс-сепарации ионов в квадрупольном фильтре масс |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010119323A (ru) | 2011-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3648046A (en) | Quadrupole gas analyzer comprising four flat plate electrodes | |
Campana | Elementary theory of the quadrupole mass filter | |
WO2019036497A1 (en) | METHODS AND SYSTEMS FOR ION HANDLING | |
JP2016514896A (ja) | イオン操作方法及びイオン操作装置 | |
US9824874B2 (en) | Ion funnel device | |
US20210270774A1 (en) | Systems and Methods for Effective Gap Filtering and Atmospheric Pressure RF Heating of Ions | |
RU2444083C2 (ru) | Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления | |
Ding et al. | Ion motion in the rectangular wave quadrupole field and digital operation mode of a quadrupole ion trap mass spectrometer | |
RU2634614C1 (ru) | Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществления | |
RU2327245C2 (ru) | Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления | |
Konenkov et al. | Spatial harmonics of linear multipoles with round electrodes | |
US10332736B2 (en) | Mass spectrometer with ion frequency selection | |
RU2422939C1 (ru) | Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления | |
CN105810550B (zh) | 行进阱离子引导器以及有关系统和方法 | |
Hägg et al. | New ion-optical devices utilizing oscillatory electric fields. II. Stability of ion motion in a two-dimensional hexapole field | |
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 | |
RU2398308C1 (ru) | Способ масс-разделения ионов по времени пролета и устройство для его осуществления | |
RU2293396C1 (ru) | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
Gang et al. | Optimization and simulation of MEMS rectilinear ion trap | |
RU2387043C2 (ru) | Способ формирования двумерного линейного поля и устройство для его осуществления | |
Mamontov et al. | A radio-frequency time-of-flight mass analyzer of ions with planar discrete electrodes | |
RU2749549C1 (ru) | Устройство масс-анализа ионов с квадрупольными полями с возбуждением колебаний на границе устойчивости | |
RU2740604C1 (ru) | Способ масс-анализа ионов в квадрупольных полях с возбуждением колебаний на границы устойчивости | |
RU2496178C2 (ru) | Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120514 |