RU2474917C1 - Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell - Google Patents

Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell Download PDF

Info

Publication number
RU2474917C1
RU2474917C1 RU2011128698/07A RU2011128698A RU2474917C1 RU 2474917 C1 RU2474917 C1 RU 2474917C1 RU 2011128698/07 A RU2011128698/07 A RU 2011128698/07A RU 2011128698 A RU2011128698 A RU 2011128698A RU 2474917 C1 RU2474917 C1 RU 2474917C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ions
trap
ion
sections
dynamic
Prior art date
Application number
RU2011128698/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011128698A (en
Inventor
Валерий Владиславович Разников
Вячеслав Иванович Козловский
Илья Вячеславович Сулименков
Original Assignee
Валерий Владиславович Разников
Вячеслав Иванович Козловский
Илья Вячеславович Сулименков
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 Валерий Владиславович Разников, Вячеслав Иванович Козловский, Илья Вячеславович Сулименков filed Critical Валерий Владиславович Разников
Priority to RU2011128698/07A priority Critical patent/RU2474917C1/en
Publication of RU2011128698A publication Critical patent/RU2011128698A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2474917C1 publication Critical patent/RU2474917C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: basis of the invention is separation of ions from external source according to the mass-to-charge ratio (m/z) in a mass spectrometer with an orbital ion trap without a centre electrode, where a longitudinal ion rotation-averaged electric field which is close to harmonic is formed by applying suitable potential across sections of the surface of the trap. Rotation of the analysed ions is excited when these ions are fed into the cell along its axis by a rotating electric field. Loss of ions on the wall of the cell is prevented by applying an effective potential which arises when ions pass near the surface with alternative potential on its sections. Detection of induced signals from oscillating ions is carried out when the rotating field is turned off, and processing of said signals for relatively wide ranges of m/z is carried out based on fast Fourier transformation. For the selected intervals of m/z, the registered data are approximated with exponentially damped sinusoidal curves whose frequencies characterise m/z of ions, and indices of the damped exponential characterise the average frequency of collision of the analysed ions with atoms and molecules of residual gases. Axial input of ions into the cell enables their accumulation, dissociation, energy analysis and separation according to mass, charge and mobility.
EFFECT: efficiency accumulation, separation and detection of ions.
12 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к масс-спектрометрии. В частности, ниже описан метод разделения ионов, введенных из внешнего источника в цилиндрическую ячейку (называемую в дальнейшем динамической ловушкой), где вращающиеся вокруг оси ловушки ионы совершают свободные, в среднем близкие к гармоническим колебания вдоль этой оси. Регистрация наведенного сигнала от этих ионов и его частотный анализ, например, на основе быстрого Фурье-преобразования дает масс-спектр так же, как в известных масс-спектрометрах с орбитальной ионной ловушкой или приборах ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье (ИЦР ПФ). Основные отличия от «классической» орбитальной ловушки состоят в отсутствии центрального электрода сложной формы, в секционировании поверхности внешнего электрода в данном случае цилиндрической формы и в осевом, а не тангенциальном вводе анализируемых ионов в ловушку. Осевой ввод и возбуждение резонансного вращения ионов с выбранными значениями m/z позволяет организовать накопление желаемых ионов непосредственно внутри ловушки в режиме высокого разрешения, изоляцию и диссоциацию выбранных ионов или дополнительное разделение этих выбранных ионов по их энергии, подвижности и заряду. Предлагающиеся подходы и методы полезны для качественного и/или количественного химического и биологического анализа.The invention relates to mass spectrometry. In particular, we describe below a method for separating ions introduced from an external source into a cylindrical cell (hereinafter referred to as a dynamic trap), where ions rotating around the trap axis make free, on average, close to harmonic vibrations along this axis. Registration of the induced signal from these ions and its frequency analysis, for example, based on the fast Fourier transform, gives the mass spectrum in the same way as in known mass spectrometers with an orbital ion trap or ion-cyclotron resonance devices with Fourier transform (ICR PF). The main differences from the “classical” orbital trap are the absence of a central electrode of complex shape, the sectioning of the surface of the external electrode in this case, a cylindrical shape, and the axial rather than tangential introduction of the analyzed ions into the trap. Axial input and excitation of the resonant rotation of ions with selected m / z values allows organizing the accumulation of desired ions directly inside the trap in high resolution mode, isolation and dissociation of selected ions, or additional separation of these selected ions by their energy, mobility and charge. The proposed approaches and methods are useful for qualitative and / or quantitative chemical and biological analysis.

Уровень техникиState of the art

В последние годы наибольшие успехи в разделении ионов по m/z и точности определения этой основной масс-спектрометрической характеристики ионов были достигнуты в масс-спектрометрии ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье [1, 2]. Измерительной ячейкой масс-спектрометра ИЦР ПФ является ионная ловушка Пеннинга. В такой ловушке ионы удерживаются сильным магнитным полем в радиальном направлении, а в направлении вдоль магнитного поля они удерживаются электрическим полем. При заданной индукции магнитного поля, в котором находится измерительная ячейка ИЦР, что в основном задает период циклотронного вращения данного иона, для увеличения разрешающей способности и точности измерения массы нужно увеличивать время детектирования наведенного тока. Для этого необходимо, чтобы ионное облако каждого типа тонов, совершающее циклотронное движение, двигалось синхронно как можно дольше.In recent years, the greatest successes in the separation of ions by m / z and the accuracy of determination of this basic mass spectrometric characteristic of ions have been achieved in ion-cyclotron resonance mass spectrometry with Fourier transform [1, 2]. The measuring cell of the ICR PF mass spectrometer is the Penning ion trap. In such a trap, ions are held by a strong magnetic field in the radial direction, and in the direction along the magnetic field they are held by an electric field. For a given induction of the magnetic field in which the ICR measuring cell is located, which basically sets the cyclotron rotation period of this ion, to increase the resolution and accuracy of mass measurement, it is necessary to increase the detection time of the induced current. For this, it is necessary that the ion cloud of each type of tones, performing cyclotron motion, move synchronously for as long as possible.

Основными факторами, лимитирующими время, в течение которого детектируемый ток не затухает, является давление остаточных газов и ангармоничность электрического поля в ячейке. Столкновение иона с атомом или молекулой остаточных газов приводит к его гибели или к изменению фазы и радиуса вращения, отличия распределений электрических потенциалов вдоль и поперек магнитного поля от параболических приводит к размыванию вращающихся ионных пакетов. Благодаря прогрессу в вакуумной технике в последнее время, значение первого фактора снижается, и основным источником влияния на разрешающую способность ИЦР масс-спектрометров становится качество электрического поля. Идеальным полем ячейки ИЦР является гиперболическое поле (его эквипотенциальными поверхностями являются гиперболические поверхности). Известно достаточно большое число работ, где такое поле с той или иной степенью приближения пытаются создать.The main factors limiting the time during which the detected current does not decay is the pressure of the residual gases and the anharmonicity of the electric field in the cell. The collision of an ion with an atom or molecule of residual gases leads to its death or to a change in the phase and radius of rotation, differences in the distribution of electric potentials along and across the magnetic field from parabolic ones lead to the erosion of rotating ion packets. Due to recent advances in vacuum technology, the value of the first factor is decreasing, and the quality of the electric field is becoming the main source of influence on the resolution of ICR mass spectrometers. The ideal field of the ICR cell is a hyperbolic field (its equipotential surfaces are hyperbolic surfaces). A fairly large number of works are known where they are trying to create such a field with varying degrees of approximation.

Достигнуты определенные успехи в повышении аналитических возможностей масс-спектрометров ИЦР на этом пути, но они еще достаточно далеки от предельных значений, определяемых давлением остаточных газов [3, 4].Certain successes have been achieved in increasing the analytical capabilities of ICR mass spectrometers along this path, but they are still quite far from the limiting values determined by the pressure of the residual gases [3, 4].

В работах [5, 6] была предложена и реализована другая идея решения этой задачи, состоящая в том, что для достижения предельно возможных качеств регистрируемых данных необязательно стремиться именно к созданию идеального гиперболического поля. Поскольку ионы совершают быстрое циклотронное вращение, а остальные движения являются значительно более медленными, то эти медленные движения можно рассматривать как совершающиеся в усредненном по циклотронным траекториям электрическом поле. Этот подход аналогичен известному методу квазистационарных концентраций Н.Н.Семенова при рассмотрении кинетики реакций с участием высокоактивных частиц. Если усредненное поле обладает параболическими распределениями потенциала вдоль магнитного поля и по радиусу в ортогональной плоскости, то необходимые свойства разделения движений ионов по осям, изохронность их усредненных траекторий сохранится, и регистрируемый сигнал будет обладать необходимыми ожидаемыми свойствами.In [5, 6], another idea was proposed and implemented to solve this problem, which consists in the fact that in order to achieve the maximum possible qualities of the recorded data, it is not necessary to strive to create an ideal hyperbolic field. Since ions make a fast cyclotron rotation, and the rest of the movements are much slower, these slow movements can be considered as occurring in an electric field averaged over cyclotron trajectories. This approach is similar to the well-known method of quasi-stationary concentrations of N. N. Semenov when considering the kinetics of reactions involving highly active particles. If the averaged field has parabolic potential distributions along the magnetic field and along the radius in the orthogonal plane, then the necessary properties of the separation of ion movements along the axes, the isochronism of their averaged trajectories will be preserved, and the recorded signal will have the necessary expected properties.

В случае измерительной ячейки ИЦР можно создать усредненный гиперболический потенциал

Figure 00000001
, разрезая цилиндрическую часть на сегменты и подбирая форму этих сегментов. Тогда граничные условия для потенциала
Figure 00000002
имеют вид:In the case of an ICR measuring cell, an averaged hyperbolic potential can be created
Figure 00000001
by cutting the cylindrical part into segments and choosing the shape of these segments. Then the boundary conditions for the potential
Figure 00000002
have the form:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где R - это радиус ячейки, а A и B - произвольные коэффициенты. Это условие удовлетворяется, если разрезать боковую поверхность измерительной ячейки, так как показано на рис.1. На более тонкие, вогнутые электроды подается запирающее напряжение, тогда как более широкие, выпуклые электроды заземляются. Разрезы имеют параболическую форму и определены уравнением:where R is the radius of the cell, and A and B are arbitrary coefficients. This condition is satisfied if the lateral surface of the measuring cell is cut, as shown in Fig. 1. Locking voltage is applied to the thinner, concave electrodes, while the wider, convex electrodes are grounded. The sections are parabolic in shape and are defined by the equation:

Figure 00000004
Figure 00000004

где α - угловая координата точки разреза, N - количество электродов каждого типа, a α0 - это коэффициент, определяющий расстояние между разрезами в середине ячейки, и a - полудлина ячейки.where α is the angular coordinate of the cut point, N is the number of electrodes of each type, α 0 is the coefficient that determines the distance between the cuts in the middle of the cell, and a is the half length of the cell.

Для того чтобы получить усредненное гиперболическое поле в измерительной ячейке конечной длины, нужно, чтобы граничные условия на торцевых электродах тоже соответствовали гиперболическому полю, т.е. эти электроды имели бы форму двухполостного гиперболоида вращения, и на них было подано упомянутое выше запирающее напряжение. В практической конструкции [5, 6] гиперболоиды были заменены соприкасающимися сферическими поверхностями с радиусом 148.7 мм с отклонением от гиперболоидов, не превышающим 0,02 мм при диаметре ячейки 56 мм и длине 150 мм. Число секций на цилиндрической поверхности ячейки (N) было равно 8. Величина α0=π/8-π/60 была выбрана так, чтобы минимальная ширина вогнутого электрода была равна примерно 2 мм.In order to obtain an averaged hyperbolic field in a measuring cell of finite length, it is necessary that the boundary conditions at the end electrodes also correspond to the hyperbolic field, i.e. these electrodes would be in the form of a two-sheeted hyperboloid of revolution, and the blocking voltage mentioned above was applied to them. In the practical construction [5, 6], the hyperboloids were replaced by contacting spherical surfaces with a radius of 148.7 mm with a deviation from the hyperboloids not exceeding 0.02 mm with a cell diameter of 56 mm and a length of 150 mm. The number of sections on the cylindrical surface of the cell (N) was 8. The value α 0 = π / 8-π / 60 was chosen so that the minimum width of the concave electrode was approximately 2 mm.

Для экспериментов по достижению максимальной разрешающей способности на одном изотопе в работах [5, 6] был использован резерпин (молекулярная масса 609 Да), а для экспериментов по разрешению изотопных мультиплетов сильно заряженных белков бычий альбумин (bovine serum albumin, BSA (бычий альбумин), молекулярная масса около 67 кДа). При измерении спектра одного изотопа резерпина длина сигнала доходила до 3 минут. Это дало разрешающую способность 24000000 на магните с индукцией 7 Тесла. Для 49-зарядного иона альбумина было получено разрешение около 1200000. Подобные результаты являются рекордными для магнитного поля с индукцией 7 Тесла.For experiments to achieve maximum resolution on a single isotope, reserpine (molecular weight 609 Da) was used in [5, 6], and bovine serum albumin, BSA (bovine albumin) was used for experiments on resolving isotopic multiplets of highly charged proteins molecular weight of about 67 kDa). When measuring the spectrum of one isotope of reserpine, the signal length reached 3 minutes. This gave a resolution of 24,000,000 on a magnet with 7 Tesla induction. A resolution of about 1200000 was obtained for the 49-charged albumin ion. Similar results are record-breaking for a magnetic field with 7 Tesla induction.

Основным недостатком масс-спектрометров ИЦР является их высокая стоимость, относительно большие габариты и трудности в обслуживании. Все эти недостатки связаны с наличием сверхпроводящего магнита и поддержанием его функционирования, включая систему охлаждения с жидким гелием, многотамбурную систему откачки и т.д. Альтернативой приборам ИЦР являются масс-спектрометры с орбитальной ионной ловушкой. Впервые прибор такого типа был описан Александром Макаровым [11, 33]. В работе [12] приведен популярный обзор этой техники, так же как и масс-спектрометрии ИЦР.The main disadvantage of ICR mass spectrometers is their high cost, relatively large dimensions and difficulties in maintenance. All these disadvantages are associated with the presence of a superconducting magnet and the maintenance of its functioning, including a cooling system with liquid helium, a multi-tambour pumping system, etc. An alternative to ICR instruments are mass spectrometers with an orbital ion trap. For the first time, a device of this type was described by Alexander Makarov [11, 33]. A popular review of this technique is given in [12], as well as ICR mass spectrometry.

Комбинация масс-спектрометра орбитальная ионная ловушка с внешним накопителем ионов, таким как линейная ионная ловушка, обеспечивает многоуровневую фрагментацию (MSn) для выявления структуры аналита и позволяет сопряжение с непрерывными источниками ионов, такими как источники химической ионизации, работающие при атмосферном давлении, источники с электрораспылением. Аналитические возможности (точность определения массы и разрешающая способность) масс-спектрометров этого типа, совмещенная с легкостью использования и малыми требованиями по занимаемой площади, обеспечивают широту их применения, начиная от рутинной идентификации соединений и секвенирования биополимеров, кончая определением следовых количеств компонент в сложных смесях, будь это в протеомике, в метаболизме лекарств, допинговом контроле, определении загрязнений в пище и фураже [13-16].The combination of a mass spectrometer with an orbital ion trap with an external ion storage device, such as a linear ion trap, provides multi-level fragmentation (MS n ) to identify the analyte structure and allows conjugation with continuous ion sources, such as atmospheric pressure chemical ionization sources, sources with electrospray. The analytical capabilities (accuracy of determining the mass and resolution) of mass spectrometers of this type, combined with ease of use and small requirements for the occupied area, provide the breadth of their application, starting from the routine identification of compounds and sequencing of biopolymers, ending with the determination of trace amounts of components in complex mixtures, be it in proteomics, in drug metabolism, doping control, determination of contaminants in food and forage [13-16].

Масс-спектрометр орбитальная ловушка состоит из подобного веретену центрального электрода (16), рис.2, удлиненного по оси, с приложенным высоким напряжением, и, когда ионы запускаются в ловушку, это напряжение еще возрастает для захвата этих ионов. Центральный электрод окружен внешним бочкообразным заземленным электродом (17). Внешний электрод разделен на две половины (19) и (20), чтобы реализовать регистрацию наведенных сигналов от ионов. Электроды изготовлены таким способом, что распределение потенциала является квадратично-логарифмическим с очень высокой точностью (поверхности этих электродов являются эквипотенциалами для потенциала (2)):A mass spectrometer orbital trap consists of a spindle-like central electrode (16), Fig. 2, elongated along the axis, with a high voltage applied, and when ions are launched into the trap, this voltage increases further to capture these ions. The central electrode is surrounded by an external barrel-shaped grounded electrode (17). The external electrode is divided into two halves (19) and (20) in order to realize the registration of induced signals from ions. The electrodes are made in such a way that the potential distribution is quadratic-logarithmic with very high accuracy (the surfaces of these electrodes are equipotentials for potential (2)):

Figure 00000005
Figure 00000005

где k и Rm - параметры, определяемые приложенным напряжением к центральному электроду и размерами орбитальной ловушки.where k and R m are the parameters determined by the applied voltage to the central electrode and the dimensions of the orbital trap.

Когда ионы (18) начинают их движение с подходящей энергией и радиусом вращения, образуются устойчивые траектории, которые комбинируют вращение вокруг центрального электрода с колебаниями по оси и имеют форму сложной спирали. Важно обратить внимание, что осевое движение ионов полностью независимо от вращательного движения. В электрическом поле (2) вдоль оси ионы совершают гармонические колебания, частота и фаза которых неизменны во времени. При этом частота колебаний в этом случае зависит только от отношения массы к заряду иона (m/z):When ions (18) begin their motion with a suitable energy and radius of rotation, stable trajectories are formed that combine rotation around the central electrode with oscillations along the axis and have the shape of a complex spiral. It is important to note that the axial movement of ions is completely independent of rotational motion. In an electric field (2), along the axis, the ions perform harmonic oscillations, the frequency and phase of which are constant over time. In this case, the oscillation frequency in this case depends only on the ratio of mass to ion charge (m / z):

Figure 00000006
Figure 00000006

где e - величина элементарного заряда.where e is the elementary charge.

В масс-спектрометре ИЦР циклотронная частота вращения ионов в первом приближении обратно пропорциональна отношению массы иона к его заряду, поэтому орбитальная ловушка, обычно уступая ИЦР в разрешающей способности при относительно малых m/z, может иметь преимущество при анализе больших биомолекул. В отличие от ИЦР орбитальная ловушка не имеет возможности внутренней изоляции ионов и проведения их столкновительно-индуцированной диссоциации и диссоциации при захвате медленных электронов многозарядными ионами.In the ICR mass spectrometer, the cyclotron frequency of rotation of ions in the first approximation is inversely proportional to the ratio of the mass of the ion to its charge, therefore, the orbital trap, usually inferior to the ICR in resolution at relatively small m / z, can have an advantage in the analysis of large biomolecules. In contrast to ICR, the orbital trap does not have the possibility of internal isolation of ions and their collision-induced dissociation and dissociation during the capture of slow electrons by multiply charged ions.

Обычно достигаемая разрешающая способность орбитальной ионной ловушки для массы ионов в 400 Да при времени регистрации около 1 с не превышает 100000. Для этого частота осцилляции ионов должна быть около 100 кГц. При размахе колебаний около 5 см средняя скорость ионов вдоль оси орбитальной ловушки будет примерно 106 см/сек. При таких скоростях среднее число столкновений в единицу времени ионов с атомами или молекулами остаточных газов будет пропорционально скорости ионов. Ионы с массой 400 Да при такой скорости будут иметь энергию менее 250 эВ. Если потенциал центрального электрода около 5 кВ, то энергия ионов, вращающихся в середине промежутка между центральным и внешним электродом, будет около 2,5 кэВ. Таким образом, общая скорость движения ионов примерно в три раза больше, чем их скорость вдоль оси ловушки. Это означает, что при одинаковой частоте регистрируемого сигнала при совпадающем давлении остаточных газов затухание сигнала при идеальных полях для ИЦР будет примерно в три раза медленнее, чем для орбитальной ловушки, поскольку скорость циклотронного вращения ионов примерно на порядок больше, чем средняя их скорость движения вдоль магнитного поля. Таким образом, расплатой за отсутствие магнитного поля в случае орбитальной ионной ловушки является существенное уменьшение достижимой максимальной разрешающей способности по частоте для относительно небольших ионов. Массовая разрешающая способность в силу корневой зависимости резонансной частоты от массы иона для орбитальной ловушки вдвое меньше, чем частотная разрешающая способность, в то время, как для ИЦР величины обеих разрешающих способностей совпадают. Как уже отмечалось, для ионов больших масс орбитальная ионная ловушка может иметь большую разрешающую способность, чем масс-спектрометры ИЦР.Typically, the resolving power of an orbital ion trap for an ion mass of 400 Da for a recording time of about 1 s does not exceed 100,000. For this, the ion oscillation frequency should be about 100 kHz. With a swing of about 5 cm, the average ion velocity along the axis of the orbital trap will be approximately 10 6 cm / sec. At such speeds, the average number of collisions per unit time of ions with atoms or molecules of residual gases will be proportional to the speed of ions. Ions with a mass of 400 Da at this speed will have an energy of less than 250 eV. If the potential of the central electrode is about 5 kV, then the energy of ions rotating in the middle of the gap between the central and external electrode will be about 2.5 keV. Thus, the total speed of ions is approximately three times greater than their speed along the axis of the trap. This means that, at the same frequency of the recorded signal at the same residual gas pressure, the signal attenuation at ideal fields for ICR will be about three times slower than for an orbital trap, since the cyclotron rotation speed of the ions is about an order of magnitude greater than their average velocity along the magnetic fields. Thus, the reckoning for the absence of a magnetic field in the case of an orbital ion trap is a significant decrease in the achievable maximum frequency resolution for relatively small ions. The mass resolution due to the root dependence of the resonance frequency on the mass of the ion for an orbital trap is half that of the frequency resolution, while for the ICR, the values of both resolutions coincide. As already noted, for large-mass ions, an orbital ion trap can have a higher resolution than ICR mass spectrometers.

Еще одним преимуществом орбитальной ионной ловушки является существенно меньшее влияние объемного заряда ионов на качество получаемых данных. Это связано с тем, что вращательное движение ионов в такой ловушке в отличие от ИЦР не является изохронным. Ионы быстро перемешиваются вдоль круговых траекторий и занимают гораздо больший объем, чем в ячейке ИЦР. Свою роль играет относительная близость электродов в случае орбитальной ловушки - заряды-изображения ионов компенсируют в значительной степени взаимодействия этих ионов, и такое явление, как коалесценция ионных пакетов близких m/z, гораздо менее выражена в этом случае. Фазовая коррекция регистрируемого сигнала, приводящая примерно к удвоению получаемой разрешающей способности регистрируемых спектров, проще достигается в случае орбитальной ионной ловушки, т.к. начальная фаза колебаний ионов вдоль оси в этой ловушке является гораздо более определенной и практически независимой от m/z иона, чем при возбуждении вращений ионов в спектрометре ИЦР достаточно длительным волновым пакетом.Another advantage of the orbital ion trap is the significantly smaller effect of the ion space charge on the quality of the data obtained. This is due to the fact that the rotational motion of ions in such a trap, in contrast to ICR, is not isochronous. Ions are rapidly mixed along circular trajectories and occupy a much larger volume than in the ICR cell. The relative proximity of the electrodes in the case of an orbital trap plays its role - ion image charges compensate to a large extent for the interactions of these ions, and such a phenomenon as coalescence of ion packets close to m / z is much less pronounced in this case. The phase correction of the recorded signal, which leads to approximately a doubling of the obtained resolution of the recorded spectra, is more easily achieved in the case of an orbital ion trap, because The initial phase of ion oscillations along the axis in this trap is much more defined and practically independent of the m / z ion than when the ion rotations in the ICR spectrometer are excited by a sufficiently long wave packet.

Одной из важных предпосылок для настоящего изобретения является создание нами методики резонансного возбуждения вращения выбранных ионов вокруг оси радиочастотного квадруполя и осуществление фрагментации этих ионов за счет столкновений с молекулами буферного газа [9, 20, 21]. Эта методика была новой, ранее никем не предлагавшейся. В отличие от настоящего изобретения, возбуждение вращения ионов для их столкновительно-индуцированной диссоциации в этом случае производится во время их движения вдоль квадруполя без предварительной изоляции. Это сужает возможности для проведения кинетических измерений и обеспечивает ограниченную способность отстройки от сигналов мешающих ионов. Кроме этого такой способ осуществления резонансного вращения накладывает очень жесткие ограничения на качество изготовления квадруполя. Небольшие отклонения в диаметре стержней или в расстояниях между ними приводит к существенным потерям в разрешающей способности метода, которая при проведении реальных измерений в нашем случае оказывалась не более 100.One of the important prerequisites for the present invention is the creation by us of a technique for resonant excitation of rotation of selected ions around the axis of a radio frequency quadrupole and the fragmentation of these ions due to collisions with buffer gas molecules [9, 20, 21]. This technique was new, previously not proposed by anyone. In contrast to the present invention, the rotation of the ions for their collision-induced dissociation is excited in this case during their movement along the quadrupole without preliminary isolation. This limits the possibilities for kinetic measurements and provides a limited ability to detun from signals of interfering ions. In addition, this method of resonant rotation imposes very severe restrictions on the quality of manufacturing a quadrupole. Small deviations in the diameter of the rods or in the distances between them leads to significant losses in the resolving power of the method, which turned out to be no more than 100 during actual measurements in our case.

В предлагаемом варианте во время накопления ионы вращаются в относительно узкой зоне (близко или немного более 1 см), при этом они совершают вдоль этой зоны квазихаотические колебания со средним временем прохождения этой зоны, сравнимым с периодом вращения. Таким образом, неоднородности полей в значительной степени усредняются, и их влияние на ширину резонансных кривых ослабляется. В этом случае разрешающая способность резонансного возбуждения для заданных ионов и заданного буферного газа будет в основном определяться плотностью этого газа в области вращения. При остаточном давлении в 10-6 Торр для азота (M=28 Да) при комнатной температуре при сечении столкновений с ионом около 500

Figure 00000007
время между столкновениями τ, если можно не принимать во внимание скорость движения самого иона, около 0,01 сек. В работе [9] получена формула для оценки ширины на полувысоте для зависимости стационарного радиуса вращения от угловой частоты вращающего поля ωrot:In the proposed embodiment, during the accumulation of ions rotate in a relatively narrow zone (close to or slightly more than 1 cm), while they perform quasi-chaotic oscillations along this zone with an average transit time of this zone comparable to the rotation period. Thus, the field inhomogeneities are significantly averaged, and their influence on the width of the resonance curves is weakened. In this case, the resolution of the resonant excitation for given ions and a given buffer gas will be mainly determined by the density of this gas in the region of rotation. At a residual pressure of 10 -6 Torr for nitrogen (M = 28 Da) at room temperature with a collision cross section with an ion of about 500
Figure 00000007
the time between collisions τ, if one can not take into account the speed of the ion itself, is about 0.01 sec. In [9], a formula was obtained for estimating the width at half maximum for the dependence of the stationary radius of rotation on the angular frequency of the rotating field ω rot :

Δωrot=1/τV,Δω rot = 1 / τ V ,

отсюда

Figure 00000008
,from here
Figure 00000008
,

где τV - характерное время релаксации скорости ионов с массой m:where τ V is the characteristic relaxation time of the velocity of ions with mass m:

Figure 00000009
(для принятых условий). Ожидаемая разрешающая способность по частоте стационарного вращения ионов (с частотой около 30 кГц≈188,4 кРадиан) на полувысоте пиков для органических ионов с массой m≈1000 Да (с относительно малой энергией при такой частоте вращения, недостаточной для диссоциации иона), должна быть около 70000. При меньших давлениях остаточных газов может быть обратно пропорциональна большая разрешающая способность, однако время установления стационарных радиусов вращения, пропорциональное τV, может стать неприемлемо большим.
Figure 00000009
(for accepted conditions). The expected resolution with respect to the frequency of stationary rotation of ions (with a frequency of about 30 kHz ≈188.4 kRadian) at half maximum peaks for organic ions with a mass of m≈1000 Da (with a relatively low energy at such a rotational speed insufficient for ion dissociation) should be about 70,000. At lower pressures of the residual gases, a greater resolution can be inversely proportional, however, the time to establish stationary radii of rotation proportional to τ V can become unacceptably large.

Интересно сравнить такую оценку разрешенности процесса резонансного возбуждения вращения ионов с зависимостью величины разрешения масс-спектров ИЦР от времени регистрации, которое при частотах циклотронного вращения νcc/2π около 100 кГц не может быть существенно больше, чем время ожидания столкновения τ. При отсутствии затухания регистрируемого сигнала его преобразование Фурье в течение времени T дает [27]:It is interesting to compare such an estimate of the resolution of the process of resonant excitation of ion rotation with the dependence of the resolution of the ICR mass spectra on the recording time, which at cyclotron rotation frequencies ν c = ω c / 2π of about 100 kHz cannot be significantly longer than the collision waiting time τ. In the absence of attenuation of the recorded signal, its Fourier transform during time T gives [27]:

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Если же сигнал экспоненциально затухает с характерным временем τ, то для преобразования Фурье на полубесконечном временном интервале имеет место [27]:If the signal decays exponentially with a characteristic time τ, then for the Fourier transform on a semi-infinite time interval, there is [27]:

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Для относительно больших ионов скорость циклотронного вращения будет достаточно мала, и столкновения ионов с молекулами или атомами остаточного газа уже не будут сразу приводить к выбыванию ионов из ансамбля вращающихся ионов. Столкновения проявятся в постепенной расфазировке вращения ионного пакета и уменьшении радиуса вращения. Если считать, что в этом случае сигнал экспоненциально затухает с характерным временем релаксации скорости τV, то разрешенность по частоте при резонансном возбуждении более чем в три раза превышает разрешенность в спектре частот после преобразования Фурье для одних и тех же ионов, для одинаковых давлений остаточных газов и частот вращения.For relatively large ions, the cyclotron rotation velocity will be sufficiently small, and collisions of ions with molecules or atoms of the residual gas will no longer immediately lead to the elimination of ions from the ensemble of rotating ions. Collisions will manifest themselves in a gradual dephasing of the rotation of the ion packet and a decrease in the radius of rotation. If we assume that in this case the signal decays exponentially with a characteristic velocity relaxation time τ V , then the frequency resolution for resonant excitation is more than three times the resolution in the frequency spectrum after the Fourier transform for the same ions, for the same residual gas pressures and rotational speeds.

Поскольку для анализа ионов по массам в орбитальной ионной ловушке необходимо ввести компактный ионный пакет в ловушку, было предложено накапливать ионы в радиочастотной ловушке специального типа и затем инжектировать их в орбитальную ловушку тангенциально коротким высоковольтным импульсом [34]. Осевой ввод ионов в нашем случае не требует и не предполагает использование ловушек подобного типа. Накопление и стандартный ввод ионов из линейной радиочастотной ловушки вполне допустим.Since it is necessary to introduce a compact ion packet into a trap for mass analysis of ions in an orbital ion trap, it was proposed to accumulate ions in a special type of radio frequency trap and then inject them into the orbital trap with a tangentially short high-voltage pulse [34]. Axial injection of ions in our case does not require and does not involve the use of traps of this type. The accumulation and standard input of ions from a linear radio-frequency trap is quite acceptable.

Кроме того, авторами орбитальной ионной ловушки было предложено создавать специальный квадратично-логарифмический потенциал вида (2), используя ловушку цилиндрической формы [35]. В данной альтернативной конструкции ловушка имеет две системы электродов. Одна система электродов представляет центральный электрод, в виде цилиндра, разрезанного на поперечные сегменты; другая система электродов - внешний цилиндрический электрод, также разрезанный на поперечные сегменты. Благодаря подаче соответствующих напряжений на сегменты имитируется поле орбитальной ионной ловушки. Кроме того, появляется возможность дополнительной манипуляции ионами путем импульсного переключения напряжений на отдельных сегментах. В нашем случае центральный электрод отсутствует, а сегментирование внешнего цилиндрического электрода производится не поперек, а вдоль цилиндрической поверхности, которое, как можно предположить, должно обеспечить большую точность приближения к квадратичной зависимости усредненного по вращениям потенциала поля вдоль оси ячейки, чем для поперечного сегментирования.In addition, the authors of the orbital ion trap proposed creating a special quadratic-logarithmic potential of the form (2) using a cylindrical trap [35]. In this alternative design, the trap has two electrode systems. One electrode system represents a central electrode in the form of a cylinder cut into transverse segments; another electrode system is an external cylindrical electrode, also cut into transverse segments. By applying the appropriate voltage to the segments, the field of the orbital ion trap is simulated. In addition, it becomes possible to additionally manipulate the ions by pulsed switching of stresses on individual segments. In our case, the central electrode is absent, and the outer cylindrical electrode is segmented not across, but along the cylindrical surface, which, as can be assumed, should provide greater accuracy in approximating the quadratic dependence of the field potential averaged over rotations along the cell axis than for transverse segmentation.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Особенностями одной из возможных реализаций предлагаемого метода являются:Features of one of the possible implementations of the proposed method are:

Ионы из внешнего источника поступают внутрь цилиндрической ячейки, которую мы называем динамической ловушкой. Она отличается от описанной в предыдущей секции ячейки масс-спектрометра ИЦР с динамической гармонизацией электрического поля, кроме отсутствия магнитного поля, наличием дополнительных разрезов на выпуклых секциях цилиндрической поверхности. Кроме этого в данном случае входной торцевой электрод ячейки предполагается плоским с секционированной внутренней поверхностью. Противоположный торцевой электрод отсутствует, и цилиндрическая поверхность ячейки продолжена далее места его предполагаемой локализации с продолженным секционированием этой цилиндрической поверхности для обеспечения близкого к параболическому распределению вдоль оси усредненного по круговым траекториям электрического потенциала в этой области. Средняя ленточная часть вдоль каждой выпуклой симметричной секции на цилиндрической поверхности используется для задания одного из альтернированных напряжений, а оставшиеся менисковые части поддерживаются в среднем при 0-вом потенциале. Они разрезаны поперек на две половинки, с которых регистрируется наведенный сигнал от ионов, осциллирующих вдоль оси во время регистрации. Альтернированные напряжения при усреднении по круговой траектории вокруг оси ловушки не изменят величины среднего поля, однако создадут эффективный потенциал, отталкивающий вращающиеся ионы от поверхности, подобно тому, как это описано в работе Маршалла [7] для фокусировки ионов, движущихся вдоль оси разделенного на кольца цилиндра, когда к кольцам цилиндра приложены альтернированные напряжения. Тем самым, если на ионы, поступающие в ловушку, воздействовать вращающим электрическим полем, то эти ионы, достигнув некоторого предельного радиуса, будут совершать свое вращение вблизи цилиндрической поверхности, не подвергаясь опасности рекомбинировать или погибнуть при столкновении с этой поверхностью.Ions from an external source enter the cylindrical cell, which we call a dynamic trap. It differs from the ICR mass spectrometer cell described in the previous section with dynamic harmonization of the electric field, in addition to the absence of a magnetic field, by the presence of additional cuts on convex sections of a cylindrical surface. In addition, in this case, the input end electrode of the cell is assumed to be flat with a partitioned inner surface. The opposite end electrode is absent, and the cylindrical surface of the cell is extended further than the place of its supposed localization with continued sectioning of this cylindrical surface to ensure close to the parabolic distribution along the axis of the electric potential averaged over circular paths in this region. The middle ribbon part along each convex symmetric section on a cylindrical surface is used to specify one of the alternating stresses, and the remaining meniscus parts are supported on average at 0 potential. They are cut across into two halves, from which the induced signal from ions oscillating along the axis during registration is recorded. Alternating stresses, when averaged over a circular trajectory around the axis of the trap, will not change the mean field, but they will create an effective potential that repels rotating ions from the surface, similar to that described in Marshall [7] for focusing ions moving along the axis of a cylinder divided into rings when alternating stresses are applied to the cylinder rings. Thus, if the ions entering the trap are affected by a rotating electric field, then these ions, having reached a certain limiting radius, will rotate near a cylindrical surface, without risking to recombine or die in a collision with this surface.

Если потенциалы, поданные на вогнутые секции цилиндрической поверхности и секции концевых электродов, положительные, то при подходящем распределении таких потенциалов между секциями концевых электродов в такой ловушке создается усредненное по вращениям параболическое распределение потенциала вдоль оси ловушки с минимумом в середине ловушки, а по радиусу ловушки - параболическое распределение усредненного потенциала, выталкивающее положительные ионы к цилиндрической поверхности. При достаточной напряженности альтернирующего поля вблизи цилиндрической поверхности здесь для вращающихся положительных ионов создается потенциальная яма, в которой эти ионы будут продолжать свое вращение во время регистрации без воздействия вращающего поля, совершая изохронные колебания вдоль оси ловушки, постепенно исчезая за счет столкновений с атомами или молекулами остаточного газа. Уменьшение сигнала за счет потери синфазности колебаний, из-за неидеальности усредненного поля, также будет иметь место, но при достаточно точном изготовлении разрезов на поверхности ловушки и приемлемой стабильности источников питания этот эффект будет относительно мал для рутинно доступных уровней давления остаточных газов.If the potentials applied to the concave sections of the cylindrical surface and the end electrode sections are positive, then with a suitable distribution of such potentials between the end electrode sections in such a trap, a parabolic potential distribution averaged over rotations along the axis of the trap with a minimum in the middle of the trap and over the radius of the trap is created parabolic distribution of the averaged potential, pushing positive ions to the cylindrical surface. With sufficient alternating field strength near the cylindrical surface, a potential well is created for rotating positive ions in which these ions will continue to rotate during registration without exposure to a rotating field, performing isochronous vibrations along the axis of the trap, gradually disappearing due to collisions with atoms or molecules of the residual gas. A decrease in the signal due to the loss of the phase matching of oscillations, due to the imperfection of the averaged field, will also take place, but with sufficiently accurate cuts on the trap surface and acceptable stability of the power sources, this effect will be relatively small for routine accessible pressure levels of the residual gases.

Если потенциалы, поданные на вогнутые секции, отрицательные, то усредненное поле вдоль оси ловушки будет тормозить положительные ионы, поступающие в ловушку, и если их энергия на входе меньше разности потенциалов между началом ловушки и ее серединой, то эти ионы в какой-то момент остановятся и начнут обратное движение. Если в этом случае усредненное поле по радиусу ловушки будет близким к гармоническому, то возможно создание резонансных вращающих полей для ионов с известными m/z. Такие поля будут раскручивать соответствующие ионы, а остальные останутся вблизи оси и через некоторое время покинут ловушку, выйдя из нее в обратном направлении через входное отверстие ловушки. Если напряжения, поданные на соседние секции внутренней поверхности входного электрода, имеют достаточно большой вклад альтернированных напряжений, то резонансно раскручиваемые ионы будут отражаться от этой поверхности и накапливаться в начальной части ловушки. Если перед включением режима регистрации данных на некоторое время прекращается поступление новых ионов в ловушку, то все ионы, имеющие резонансные частоты, отличные от соответствующих частот вращающего поля, покинут ловушку. За это время резонансно вращающиеся ионы приблизятся к цилиндрической поверхности ячейки, и рост радиуса вращения прекратится. Для улучшения качества поля, усредненного по вращениям, имеет смысл увеличить частоту вращения ионов. Для этого частоты, входящие во вращающее поле, постепенно возрастают в течение некоторого времени при сохранении фазы каждого гармонического компонента вращающего поля.If the potentials applied to the concave sections are negative, then the averaged field along the axis of the trap will inhibit the positive ions entering the trap, and if their input energy is less than the potential difference between the beginning of the trap and its middle, then these ions will stop at some point and begin the reverse movement. If in this case the averaged field over the radius of the trap is close to harmonic, then it is possible to create resonant rotating fields for ions with known m / z. Such fields will spin the corresponding ions, while the rest will remain close to the axis and after a while leave the trap, leaving it in the opposite direction through the inlet of the trap. If the voltages applied to neighboring sections of the inner surface of the input electrode have a sufficiently large contribution of alternating voltages, then resonantly unwound ions will be reflected from this surface and accumulate in the initial part of the trap. If before entering the data recording mode the entry of new ions into the trap is stopped for some time, then all ions having resonant frequencies different from the corresponding frequencies of the rotating field will leave the trap. During this time, the resonantly rotating ions will approach the cylindrical surface of the cell, and the growth of the radius of rotation will stop. To improve the quality of the field averaged over rotations, it makes sense to increase the frequency of rotation of the ions. For this, the frequencies entering the rotational field gradually increase over time while maintaining the phase of each harmonic component of the rotational field.

Если вращающее поле имеет только одну резонансную частоту, то таким образом будут изолированы ионы с выбранным значением m/z. В этом случае после достижения ионами заданной максимальной частоты вращения, когда вращающее поле может быть выключено, могут быть образованы ионы-продукты при столкновении ионов с атомами или молекулами остаточных газов, если подождать некоторое время, сравнимое со средним временем ожидания столкновения. Например, для давления 10-9 Торр при частоте вращения 300 кГц и радиусе вращения 1 см для ионов с сечением столкновений 200 Å2 это время будет примерно 1 сек. Альтернативно коротким выключением альтернированного поля вблизи поверхности ловушки могут быть осуществлены столкновения вращающихся ионов с этой поверхностью, что может привести к образованию соответствующих ионов-продуктов. После этого включением режима регистрации масс-спектр ионов-продуктов может быть зарегистрирован. Для этого на вогнутые секции и концевые электроды подаются потенциалы противоположного знака (для положительных ионов - положительные) и выключаются альтернированные компоненты напряжений на секциях входного торцевого электрода. Такое выключение имеет смысл, поскольку отражение ионов от барьера эффективного потенциала будет приводить к изменению фазы их колебаний, в то время как торможение в усредненном квадратичном потенциале эти фазы сохранит. После такого переключения вращающиеся ионы начнут осциллировать вдоль оси ловушки и начнется процесс регистрации наведенных от них сигналов. Чтобы избавиться от оставшихся ионов в ловушке после окончания регистрации, выключение альтернированного поля вблизи поверхности ловушки производится на достаточно длительное время, чтобы успели рекомбинировать все ионы в ловушке.If the rotating field has only one resonant frequency, then ions with the selected m / z value will be isolated in this way. In this case, after the ions reach the specified maximum speed, when the rotating field can be turned off, product ions can be formed in the collision of ions with atoms or molecules of residual gases, if you wait a while, comparable to the average time for waiting for the collision. For example, for a pressure of 10 -9 Torr at a rotation frequency of 300 kHz and a rotation radius of 1 cm for ions with a collision cross section of 200 Å 2, this time will be approximately 1 second. Alternatively, by briefly turning off the alternating field near the surface of the trap, rotating ions can collide with this surface, which can lead to the formation of corresponding product ions. After this, by activating the registration mode, the mass spectrum of product ions can be recorded. To do this, potentials of the opposite sign are applied to the concave sections and end electrodes (for positive ions - positive) and the alternated voltage components on the sections of the input end electrode are turned off. Such a shutdown makes sense, since the reflection of ions from the barrier of the effective potential will lead to a change in the phase of their oscillations, while the braking in the averaged quadratic potential will preserve these phases. After such a switch, the rotating ions will begin to oscillate along the axis of the trap and the process of recording the signals induced from them will begin. In order to get rid of the remaining ions in the trap after the registration is completed, the alternating field near the surface of the trap is turned off for a sufficiently long time so that all the ions in the trap can recombine.

Получение спектра частот зарегистрированных данных в широком интервале частот производится применением быстрого преобразования Фурье. Для достаточно узких интервалов частот осцилляции ионов, либо полученных в условиях изоляции соответствующих популяций ионов перед регистрацией, либо путем цифровой фильтрации широкополосных данных, может быть произведен поиск экспоненциально затухающих синусоидальных вкладов в такие узкополосные данные. В этом случае наряду с m/z ионов могут быть оценены характеристические времена затухания соответствующих сигналов, которые для идеальных полей будут определяться средним ожидаемым числом столкновений соответствующего иона с атомами или молекулами остаточного газа за единицу времени в течение процесса регистрации.The frequency spectrum of the recorded data in a wide frequency range is obtained using the fast Fourier transform. For sufficiently narrow ranges of ion oscillation frequencies, either obtained under isolation of the corresponding ion populations before recording, or by digitally filtering broadband data, an exponentially decaying sinusoidal contribution to such narrowband data can be searched. In this case, along with m / z ions, the characteristic decay times of the corresponding signals can be estimated, which for ideal fields will be determined by the average expected number of collisions of the corresponding ion with atoms or molecules of the residual gas per unit time during the registration process.

Дополнительные возможности разделения ионов в динамической ловушке возникают, если в режиме поступления ионов уменьшить величину тормозящего электрического поля, так чтобы часть ионов проходила через ловушку и регистрировалась на ее выходе, например, при помощи вторично-электронного умножителя. Регистрация ионного тока при изменении высоты потенциального барьера в середине динамической ловушки позволит после численного дифференцирования получить энергетический спектр входящих ионов. Для повышения устойчивости численного дифференцирования можно использовать аппроксимацию исходных данных сглаживающими сплайнами [17] или квазисплайновую аппроксимацию [18, 19].Additional possibilities for ion separation in a dynamic trap arise if, in the mode of ion arrival, the braking electric field is reduced so that part of the ions passes through the trap and is registered at its exit, for example, using a secondary electron multiplier. The registration of the ion current with a change in the height of the potential barrier in the middle of the dynamic trap allows, after numerical differentiation, to obtain the energy spectrum of the incoming ions. To increase the stability of numerical differentiation, one can use the approximation of the initial data by smoothing splines [17] or the quasispline approximation [18, 19].

На поток ионов, проходящих сквозь динамическую ловушку, могут также влиять частота и амплитуда вращающего напряжения. В этом случае давление остаточных газов в ловушке лучше иметь повышенным, иначе радиус вращения ионов будет зависеть только от расхождения их m/z с резонансным значением для частоты вращающего напряжения, амплитуды этого напряжения и от времени его воздействия на данный ион. При заметной частоте столкновений ионов с атомами или молекулами газа радиус вращения иона при заданной амплитуде вращающего напряжения при резонансной частоте вращения будет зависеть также от подвижности ионов. Еще два фактора, которые могут влиять на прохождение ионов через ловушку, - это амплитуды альтернированных напряжений на соответствующих секциях цилиндрической поверхности или на входном электроде ловушки. При их уменьшении ионы, подходящие к поверхностям, могут гибнуть и не давать вклада в регистрируемый ионный ток. Таким образом, возможна регистрация значений ионного тока в виде четырехмерного или даже пятимерного массива в зависимости от четырех или пяти перечисленных выше параметров: потенциала задержки, частоты, амплитуды вращающего поля и размаха одного или двух альтернированных напряжений. Анализ таких данных может быть организован аналогично тому, как описано в нашей заявке на патент РФ [31] и как кратко повторено в следующей секции.The frequency and amplitude of the rotational voltage can also influence the flow of ions passing through a dynamic trap. In this case, the pressure of the residual gases in the trap is better to have increased, otherwise the radius of rotation of the ions will depend only on the discrepancy between their m / z and the resonant value for the frequency of the rotational voltage, the amplitude of this voltage and the time it is exposed to this ion. At a noticeable frequency of collisions of ions with atoms or molecules of a gas, the radius of rotation of the ion at a given amplitude of the rotational voltage at the resonant frequency of rotation will also depend on the mobility of the ions. Two other factors that can affect the passage of ions through the trap are the amplitudes of the alternating stresses on the corresponding sections of the cylindrical surface or on the input electrode of the trap. As they decrease, ions suitable for surfaces can die and not contribute to the recorded ion current. Thus, it is possible to record the ion current values in the form of a four-dimensional or even five-dimensional array depending on the four or five parameters listed above: the delay potential, frequency, amplitude of the rotating field, and the amplitude of one or two alternating voltages. Analysis of such data can be organized in the same way as described in our patent application of the Russian Federation [31] and as briefly repeated in the next section.

Краткое описание иллюстрацийBrief Description of the Illustrations

Для более полного понимания настоящего изобретения последующее описание соотнесено с соответствующими иллюстрациями, в которых:For a more complete understanding of the present invention, the following description is related to the corresponding illustrations, in which:

Рис.1. Описанная схема динамически гармонизированной ячейки масс-спектрометра ИЦР.Fig. 1. The described scheme of a dynamically harmonized cell of an ICR mass spectrometer.

Рис.2. Схематическое изображение орбитальной ионной ловушки.Fig. 2. Schematic representation of an orbital ion trap.

Рис.3. Предлагаемая схема динамической ловушки.Fig. 3. The proposed dynamic trap scheme.

Рис.4. Иллюстрация захвата ионов в динамическую ловушку.Fig. 4. Illustration of the capture of ions in a dynamic trap.

Рис.5. Схема подачи питающих напряжений на секции динамической ловушки.Fig. 5. The circuit for supplying voltage to the dynamic trap sections.

Все эти иллюстрации носят поясняющий характер и не накладывают каких-либо ограничений на возможную реализацию предлагаемого изобретения.All these illustrations are explanatory in nature and do not impose any restrictions on the possible implementation of the invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Новый подход для транспортировки ионов из области повышенного давления на выходе из ячейки подвижности спектрометра ионной подвижности в вакуумную часть масс-спектрометра через формирование сверхзвукового газового потока описан в нашем патенте США №7,482,582 от 27 января 2009 года [22]. Он был развит далее для обеспечения дополнительных аналитических возможностей за счет резонансного возбуждения вращения ионов вокруг сверхзвукового потока в радиочастотном квадруполе на входе времяпролетного масс-спектрометра с ортогональным вводом ионов (орто-ВПМС) в следующем нашем патенте США №7,547,878 от 16 июня 2009 года [23]. Специфическое развитие этих подходов для обеспечения эффективного количественного определения наличия примесей в газовых смесях и структурного анализа многозарядных ионов биомолекул без предварительного разделения ионов по подвижности описано в нашем патенте РФ №2402099 от 20.10.2010 г. [24] и в нашем патенте РФ [25] и заявке на патент РФ №2011119310 от 16.05.2011 [26]. Эффективный метод разделения и ввода ионов из внешнего ионного источника в сверхзвуковой газовый поток описан в нашей заявке на патент РФ №2011123281 от 09.06.2011 [31]. Реализация всех этих изобретений предполагала обычно использование на конечной стадии орто-ВПМС в качестве масс-анализатора. Этим анализатором, однако, вполне может выступать прибор на основе орбитальной ионной ловушки и, как представляется, особенно эффективно в этой роли может выступить тот вариант орбитальной ионной ловушки или динамической ловушки, который предлагается в настоящем изобретении. Имея ожидаемую разрешающую способность, в несколько раз превышающую ту, что рутинно достигается на орто-ВПМС классической конструкции, исходящей из той, что описана в нашем давнишнем изобретении [28], предлагаемая динамическая ионная ловушка будет в состоянии реализовать функции, недоступные, как такому варианту орто-ВПМС, так и широко применяемой в настоящее время орбитальной ионной ловушке.A new approach for transporting ions from the high-pressure region at the exit of the mobility cell of the ion mobility spectrometer to the vacuum part of the mass spectrometer through the formation of a supersonic gas flow is described in our US patent No. 7,482,582 of January 27, 2009 [22]. It was further developed to provide additional analytical capabilities due to the resonant excitation of ion rotation around a supersonic flow in a radio-frequency quadrupole at the input of a time-of-flight mass spectrometer with orthogonal ion input (ortho-VPMS) in our next US patent No. 7.547.878 of June 16, 2009 [23 ]. The specific development of these approaches to ensure effective quantitative determination of the presence of impurities in gas mixtures and structural analysis of multiply charged ions of biomolecules without preliminary separation of ions by mobility is described in our patent of the Russian Federation No. 2402099 dated 10.20.2010 [24] and in our patent of the Russian Federation [25] and patent application of the Russian Federation No. 20111119310 dated 05.16.2011 [26]. An effective method for separating and introducing ions from an external ion source into a supersonic gas stream is described in our patent application of the Russian Federation No. 2011123281 dated 06/09/2011 [31]. The implementation of all these inventions usually involved the use at the final stage of ortho-VPMS as a mass analyzer. However, this analyzer may well be a device based on an orbital ion trap, and it seems that the variant of the orbital ion trap or dynamic trap that is proposed in the present invention can be particularly effective in this role. Having the expected resolution that is several times higher than that which is routinely achieved on the ortho-VPMS classical design, based on the one described in our long-standing invention [28], the proposed dynamic ion trap will be able to realize functions that are not available, such as this option ortho-VPMS, as well as the currently widely used orbital ion trap.

Как уже указывалось, отправным пунктом настоящего изобретения является динамически гармонизированная ячейка масс-спектрометра ионно-циклотронного резонанса, которая схематически представлена на рис.1 с формой разрезов, описываемых формулой (1) для N=4 (для простоты изображения). На выпуклые секции (11) подается 0-вое напряжение, на вогнутые (12) в режиме регистрации - напряжение запирания, положительное для положительных ионов (15), поступивших в ячейку на предыдущем цикле. Это же напряжение подается на сферические торцевые электроды (13) и (14). Эти напряжения создают, как показывают соответствующие расчеты и подтверждают соответствующие экспериментальные данные (для варианта ячейки с 8-ю секциями каждого типа) [5, 6], электрическое поле внутри ячейки, обеспечивающее близкие к гармоническим колебания вращающихся ионов вдоль оси ячейки. При этом электрическое поле в плоскости, ортогональной оси ячейки, с квадратичным распределением потенциала по радиусу выталкивает вращающиеся ионы к внутренней цилиндрической поверхности, чему препятствует сила Лоренца магнитного поля. При отсутствии магнитного поля эти ионы должны были бы погибнуть на этой поверхности. Возможный способ не допустить такой гибели - это создать вблизи поверхности достаточно сильное, резко изменяющееся для ионов, вращающихся вблизи поверхности, электрическое поле. Возникнет ситуация, аналогичная описанной в работе [7], когда наблюдалась для ионов, движущихся в трубе, набранной из колец, фокусировка к оси трубы, когда к соседним кольцам прикладывались постоянные напряжения разных знаков.As already indicated, the starting point of the present invention is a dynamically harmonized cell of the ion-cyclotron resonance mass spectrometer, which is schematically shown in Fig. 1 with the sectional shape described by formula (1) for N = 4 (for simplicity of image). A 0-volt voltage is applied to the convex sections (11), and to the concave (12) in the recording mode, the blocking voltage is positive for positive ions (15) entering the cell in the previous cycle. The same voltage is applied to the spherical end electrodes (13) and (14). These voltages create, as the corresponding calculations show and confirm the corresponding experimental data (for a cell variant with 8 sections of each type) [5, 6], an electric field inside the cell, providing close-harmonic vibrations of rotating ions along the cell axis. In this case, an electric field in a plane orthogonal to the cell axis with a quadratic potential distribution along the radius pushes the rotating ions to the inner cylindrical surface, which is prevented by the Lorentz force of the magnetic field. In the absence of a magnetic field, these ions would have to die on this surface. A possible way to prevent such a death is to create an electric field near the surface that is sufficiently strong and sharply changes for ions rotating near the surface. A situation will arise similar to that described in [7], when for ions moving in a pipe drawn from rings, focusing was observed on the pipe axis when constant stresses of different signs were applied to neighboring rings.

Если выпуклые секции цилиндрической поверхности, показанной на рис.1, к которым были приложены 0-вые потенциалы, разрезать дополнительно, как показано на рис.3, и частям (31) и (32) приложить одинаковые по величине, но противоположные по знаку напряжения, то усредненные по круговым траекториям на поверхности потенциалы не изменятся. Для этого нужно, конечно, чтобы размеры частей (31) и (32) совпадали. В то же время для вращающихся ионов (в системе координат, связанной с ионом) вблизи поверхности будет создано переменное поле. Как известно [8], такое поле создает эффективный потенциал, выталкивающий ионы из области сильного поля. Для каждой гармонической составляющей такого поля с частотой ω величина этого эффективного потенциала в плоскости, ортогональной оси ячейки (в приближении, сохраняющем члены второго порядка малости), будет:If the convex sections of the cylindrical surface shown in Fig. 1, to which the 0 potentials were applied, cut additionally, as shown in Fig. 3, and apply equal in magnitude but opposite in sign voltage to parts (31) and (32) , then the potentials averaged over circular trajectories on the surface do not change. For this, it is necessary, of course, that the sizes of parts (31) and (32) coincide. At the same time, for rotating ions (in the coordinate system associated with the ion) an alternating field will be created near the surface. As is known [8], such a field creates an effective potential that pushes ions out of the region of a strong field. For each harmonic component of such a field with frequency ω, the value of this effective potential in the plane orthogonal to the cell axis (in an approximation that preserves the terms of the second order of smallness) will be:

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где m - масса иона, q - его заряд,

Figure 00000013
- средние квадраты напряженности компонент электрических полей с частотой ω. Основная частота такого поля для секционирования, показанного на рис.2, будет равна удвоенной частоте вращения ионов. При экспериментальной реализации имеет, по-видимому, смысл удвоить число секций каждого типа, как это сделано в работах [5, 6]. Это улучшит качество усреднения полей и в то же время повысит точность приближения, которое приводит к формализму эффективного потенциала.where m is the mass of the ion, q is its charge,
Figure 00000013
- the average squares of the intensity of the components of the electric fields with a frequency ω. The fundamental frequency of such a sectioning field, shown in Fig. 2, will be equal to twice the ion rotation frequency. In the experimental implementation, it seems to make sense to double the number of sections of each type, as was done in [5, 6]. This will improve the quality of field averaging and at the same time increase the accuracy of the approximation, which leads to the formalism of the effective potential.

В краях каждой выпуклой секции на рис.3 оставлены части с нормально 0-вым потенциалом, как ранее вся эта секция. Эти части разрезаны на две половинки (23) и (21), которые для различных секций соответственно электрически соединены, как показано на рис.5. Разность потенциалов между этими половинками, возникающая от наведенных зарядов, колеблющихся вдоль оси ячейки ионов, через соответствующий усилитель подается на АЦП регистрирующей системы (50), рис.5.At the edges of each convex section in Fig. 3, parts with normally 0 potential are left, as previously this entire section. These parts are cut into two halves (23) and (21), which are respectively electrically connected for different sections, as shown in Fig. 5. The potential difference between these halves, arising from induced charges oscillating along the axis of the ion cell, is fed through an appropriate amplifier to the ADC of the recording system (50), Fig. 5.

Для обеспечения гармоничности усредненного поля внутри ячейки, нужно задать подходящие краевые условия на торцевых электродах ячейки. На рис.1 эти электроды имели сферическую форму, наиболее близкую к гиперболоидам вращения, являющимся эквипотенциальными поверхностями идеального гиперболического поля:To ensure the harmony of the averaged field inside the cell, you need to set the appropriate boundary conditions on the end electrodes of the cell. In Fig. 1, these electrodes had a spherical shape closest to the rotation hyperboloids, which are equipotential surfaces of an ideal hyperbolic field:

Figure 00000014
Figure 00000014

где Φ0 - потенциал поля для z=r=0, a γ - его приращение вдоль оси ячейки для z=±1. На торцевые электроды подавался тот же потенциал, что и на вогнутые секции (12). В нашем случае, как будет видно из дальнейшего, для входного электрода предпочтительной является плоская форма с отверстием для ввода ионов (33). Для соединения с системой регистрации ионов, прошедших через ловушку (34), выходной конец динамической ловушки имеет смысл оставить открытым. Возможность регистрации таких ионов может обеспечить дополнительные возможности их разделения. Для создания необходимых усредненных краевых условий входной электрод (28) должен быть секционирован. Для обеспечения близости к усредненному по вращениям полю (4) в правом конце области осцилляций ионов цилиндрическая поверхность динамической ловушки продлевается на некоторую длину по сравнению с ячейкой на рис.1 и также секционируется. Чтобы обеспечить квадратичную зависимость усредненного по концентрическим окружностям (36) потенциала от их радиуса r, границы криволинейных разрезов на входном электроде (28) в данном случае для четырех лепестков приложения двух потенциалов, определяющих усредненные краевые условия, будут определяться уравнениями:where Φ 0 is the field potential for z = r = 0, and γ is its increment along the cell axis for z = ± 1. The same potential was applied to the end electrodes as to the concave sections (12). In our case, as will be seen from what follows, for the input electrode, a flat shape with an opening for introducing ions is preferable (33). To connect with the registration system for ions passing through the trap (34), it makes sense to leave the output end of the dynamic trap open. The possibility of recording such ions may provide additional opportunities for their separation. To create the necessary averaged boundary conditions, the input electrode (28) must be partitioned. To ensure proximity to the field averaged over rotations (4) at the right end of the region of ion oscillations, the cylindrical surface of the dynamic trap is extended by a certain length compared to the cell in Fig. 1 and is also partitioned. In order to ensure a quadratic dependence of the potential averaged over concentric circles (36) on their radius r, the boundaries of curved sections on the input electrode (28) in this case, for the four petals of the application of two potentials that determine the averaged boundary conditions, will be determined by the equations:

Figure 00000015
Figure 00000015

где, как и в уравнении (1), α - угловая координата точки разреза, R - радиус электрода (28).where, as in equation (1), α is the angular coordinate of the cut point, R is the electrode radius (28).

Для обеспечения усредненных краевых условий для поля (4) на вогнутые секции (30), (37) цилиндрической поверхности и входного электрода (28) подается напряжение края входного электрода и цилиндрической поверхности:To ensure the averaged boundary conditions for the field (4), the concave sections (30), (37) of the cylindrical surface and the input electrode (28) are supplied with the voltage of the edge of the input electrode and the cylindrical surface:

Figure 00000016
Figure 00000016

а на выпуклые секции (38) входного электрода (28) должно быть подано ожидаемое напряжение центра входного электрода при отсутствии входного отверстия (35):and the convex sections (38) of the input electrode (28) should be supplied with the expected voltage of the center of the input electrode in the absence of the inlet (35):

U0=γ2a20.U 0 = γ2a 2 + Φ 0 .

Значения параметров потенциала γ и Φ0 определяются из уравнения (6) и из выражения для среднего потенциала на средней круговой линии, проходящей по поперечным разрезам (36) на цилиндрической поверхности, имея в виду формулу для разрезов секций (1), для варианта с N=4, показанного на рис.2:The values of the parameters of the potential γ and Φ 0 are determined from equation (6) and from the expression for the average potential on the middle circular line passing through transverse sections (36) on a cylindrical surface, bearing in mind the formula for section sections (1), for the variant with N = 4 shown in Fig. 2:

Figure 00000017
.
Figure 00000017
.

Откуда, используя (6):From where, using (6):

Figure 00000018
;
Figure 00000019
.
Figure 00000018
;
Figure 00000019
.

Откуда величина напряжения U0 определяется через UR:From where the voltage value U 0 is determined through U R :

Figure 00000020
Figure 00000020

Противоположный конец динамической ловушки предполагается полностью открытым. Для сохранения приемлемого распределения полей внутри ловушки ее цилиндрическая поверхность (36) продлевается за границу окончания разрезов, аналогичных для секций (11), показанных на рис.1, и эти разрезы продлеваются (25). Для сохранения квадратичной зависимости усредненного по кольцевым траекториям потенциала на цилиндрической поверхности (36), потенциалы секций (26) равны удвоенному значению потенциала на секциях (30) - 2UR.The opposite end of the dynamic trap is assumed to be completely open. To maintain an acceptable distribution of the fields inside the trap, its cylindrical surface (36) is extended beyond the boundary of the end of the cuts, similar for sections (11) shown in Fig. 1, and these sections are extended (25). To preserve the quadratic dependence of the potential averaged over annular paths on a cylindrical surface (36), the potentials of sections (26) are equal to twice the potential value on sections (30) - 2U R.

При напуске ионов в ячейку для того, чтобы остановить ионы внутри ячейки, величина потенциала UR должна быть отрицательной. Если потенциал секций (26) поддерживается равным 2UR, а потенциалы секций входного электрода равны UR и U0 в соответствии с формулой (7), то распределение усредненного по вращениям потенциала вдоль оси динамической ловушки будет близким к параболическому (48). Для создания эффективного потенциала, препятствующего гибели ионов на внутренней поверхности входного электрода (28), делаются радиальные разрезы (29), разделяющие все криволинейные секции электрода (28) пополам. К каждой такой половинке дополнительно к потенциалам UR и U0 прикладываются альтернирующие потенциалы достаточно большой абсолютной величины. Для возникновения этого эффективного потенциала возбуждаются аналогично нашей работе [9] вращательное движение входящих ионов (33) приложением сдвинутых по фазе на π/2 синусоидальных напряжений к некоторым секциям, например, (31) и (32) и еще к двум таким же на противоположной стороне цилиндрической поверхности. В этом случае распределение усредненной потенциальной энергии ионов, вращающихся на некотором среднем удалении (50) от оси динамической ловушки (45), рис.4, будет выглядеть примерно так, как показано (46).When ions are introduced into the cell in order to stop the ions inside the cell, the potential value U R must be negative. If the potential of sections (26) is maintained equal to 2U R , and the potentials of sections of the input electrode are equal to U R and U 0 in accordance with formula (7), then the distribution of potential averaged over rotations along the axis of the dynamic trap will be close to parabolic (48). To create an effective potential that prevents the death of ions on the inner surface of the input electrode (28), radial cuts (29) are made that divide all the curved sections of the electrode (28) in half. In addition to the potentials U R and U 0, alternating potentials of a sufficiently large absolute value are applied to each such half. For this effective potential to arise, similarly to our work [9], the rotational motion of incoming ions (33) is excited by applying phase-shifted π / 2 sinusoidal voltages to some sections, for example, (31) and (32) and to two of the same ones on the opposite side of the cylindrical surface. In this case, the distribution of the averaged potential energy of ions rotating at a certain average distance (50) from the axis of the dynamic trap (45), Fig. 4, will look approximately as shown (46).

Для раскрутки всех ионов (33) частота вращательного напряжения может быть достаточно высокой, выходящей далеко за пределы резонансных частот входящих ионов (33). Для хорошего усреднения электрических полей она должна быть существенно больше частоты радиальных колебаний, которые затем будут использоваться при регистрации ионов. После желаемого времени накопления всех ионов (33) вращающее поле выключается. На вогнутые секции поверхностей ячейки подается положительное напряжение UR, а на выпуклые секции входного электрода - соответствующее ему напряжение U0 (7). Вид распределения потенциала вдоль оси динамической ловушки (45) становится примерно таким, как (47) на рис.4. Тем самым включается режим регистрации наведенных сигналов на части (21) и (23) выпуклых секций цилиндрической поверхности. Вращающиеся ионы (45) будут совершать квазигармонические колебания с частотами (3), по которым после Фурье-преобразования наведенного сигнала после соответствующей калибровки определяются m/z этих ионов.To spin all the ions (33), the frequency of the rotational voltage can be quite high, going far beyond the resonant frequencies of the incoming ions (33). For a good averaging of electric fields, it should be significantly higher than the frequency of radial vibrations, which will then be used in the registration of ions. After the desired accumulation time of all ions (33), the rotating field is turned off. A positive voltage U R is applied to the concave sections of the cell surfaces, and a voltage U 0 (7) is applied to the convex sections of the input electrode. The shape of the potential distribution along the axis of the dynamic trap (45) becomes approximately the same as (47) in Fig. 4. Thus, the registration mode of the induced signals on the parts (21) and (23) of the convex sections of the cylindrical surface is turned on. Rotating ions (45) will perform quasi-harmonic oscillations with frequencies (3), according to which, after the Fourier transform of the induced signal, after the appropriate calibration, m / z of these ions are determined.

Поскольку усредненное распределение потенциала по радиусу для осевых распределений (48) и (46) будет параболическим с минимумом на оси ловушки (45), то возможна резонансная раскрутка выбранных ионов (42) вращающим полем. Эти ионы, приобретя за время поступательно-возвратного движения в потенциалах (48)-(46) достаточный радиус раскрутки, при достижении поверхности входного электрода (28) будут отражаться от него воздействием эффективного потенциала альтернированных напряжений секций (37) и (38). Приблизиться к цилиндрической поверхности ловушки (41) помешает эффективный потенциал, создаваемый альтернированными потенциалами секций (31) и (32). Таким образом, эти ионы (42) могут накапливаться в течение некоторого времени. Ионы (44), не подверженные резонансной раскрутке и обладающие энергией, недостаточной для преодоления потенциального барьера (48), будут возвращаться назад через входное отверстие электрода (28). Ионы (43) с энергией, превышающей барьер (48), будут проходить сквозь ловушку (41) и могут быть зарегистрированы, если на выходе ловушки (41) будет установлен, например, вторично-электронный умножитель или дополнительный масс-анализатор. Такая регистрация будет также полезна для контроля накопления резонансно раскручиваемых ионов (42), т.к. при накоплении их достаточно большого количества, они под действием объемного заряда начнут выходить из ловушки (41) в прямом направлении.Since the averaged distribution of the potential over the radius for axial distributions (48) and (46) is parabolic with a minimum on the axis of the trap (45), the resonant spin-up of selected ions (42) by a rotating field is possible. These ions, having acquired a sufficient spin radius during potentials of reciprocating motion in potentials (48) - (46), when the surface of the input electrode (28) is reached, they will be reflected from it by the effective potential of the alternating voltages of sections (37) and (38). The effective potential created by the alternate potentials of sections (31) and (32) will prevent approaching the cylindrical surface of the trap (41). Thus, these ions (42) can accumulate over time. Ions (44), not subject to resonance spin and possessing energy insufficient to overcome the potential barrier (48), will return back through the inlet of the electrode (28). Ions (43) with energy exceeding the barrier (48) will pass through the trap (41) and can be detected if, for example, a secondary electron multiplier or an additional mass analyzer is installed at the output of the trap (41). Such registration will also be useful for monitoring the accumulation of resonantly spun ions (42), because upon accumulation of a sufficiently large number of them, they, under the action of a space charge, will begin to exit the trap (41) in the forward direction.

При максимальном радиусе вращения 0,8 см при частоте вращения 10 кГц скорость ионов около 500 м/сек. Это меньше, чем среднеквадратичная скорость молекул азота при комнатной температуре. Это означает, что стационарная внутренняя температура ионов из-за столкновений с молекулами буферного газа будет около 200°С [10]. Такая температура для большинства органических и биоорганических ионов не приведет к их эффективному распаду в течение разумного времени проведения измерений. Таким образом, частоты вращений около 10 кГц и менее приемлемы для накопления выбранных ионов в течение практически любого времени. При этом достаточно высокая селективность накопления может быть достигнута только для ионов, кинетическая энергия которых чуть меньше, чем та, которая достаточна для преодоления потенциального барьера (48). Такие ионы, приближаясь к вершине (48) или (46), замедляют свое движение, и они будут иметь достаточно времени для раскрутки резонансным вращающим полем до радиуса, превышающего радиус входного отверстия торцевого электрода. При относительно небольшом времени накопления, когда столкновениями ионов с атомами или молекулами можно пренебречь, частоты вращения могут быть больше, и в этом случае жесткость требований на величину входной энергии накапливаемых ионов снижается. С другой стороны, если при увеличении времени накопления будет иметь место заметное число столкновений иона, приводящих к образованию ионов-продуктов, то при изоляции ионов с единственным значением m/z, это может быть использовано как источник информации о структуре иона. Сами ионы-продукты, имея m/z, не соответствующее частоте вращающего поля, будут постепенно снижать скорость и радиус своего вращения. В этом случае вероятность последующих процессов диссоциации этих ионов-продуктов снижается, но со временем возникает возможность потери этих ионов-продуктов за счет их обратного выхода через входное отверстие электрода (28).At a maximum rotation radius of 0.8 cm at a rotation frequency of 10 kHz, the ion velocity is about 500 m / s. This is less than the rms velocity of the nitrogen molecules at room temperature. This means that the stationary internal temperature of ions due to collisions with buffer gas molecules will be about 200 ° C [10]. Such a temperature for most organic and bioorganic ions will not lead to their effective decay within a reasonable time of measurements. Thus, rotational speeds of about 10 kHz and less are acceptable for the accumulation of selected ions over virtually any time. In this case, a sufficiently high selectivity of accumulation can be achieved only for ions whose kinetic energy is slightly less than that which is sufficient to overcome the potential barrier (48). Such ions, approaching the apex (48) or (46), slow down their movement, and they will have enough time to spin the resonant rotating field to a radius exceeding the radius of the inlet of the end electrode. With a relatively short accumulation time, when collisions of ions with atoms or molecules can be neglected, the rotation frequencies can be greater, and in this case, the stringency of the requirements for the input energy of the accumulated ions decreases. On the other hand, if with an increase in the accumulation time there will be a noticeable number of ion collisions leading to the formation of product ions, when isolating ions with a single value m / z, this can be used as a source of information on the structure of the ion. The product ions themselves, having m / z that does not correspond to the frequency of the rotating field, will gradually reduce the speed and radius of their rotation. In this case, the likelihood of subsequent dissociation processes of these product ions decreases, but over time, the possibility arises of the loss of these product ions due to their reverse exit through the electrode inlet (28).

Для достаточной точности усреднения электрического поля по вращениям ионов частота вращения должна быть существенно больше, чем частота осевых колебаний ионов. Для этого частота вращающего поля (а если их несколько, то частоты) должна в течение некоторого времени возрастать до достижения желаемого значения. При этом должны быть соблюдены два условия. Во-первых, должен быть приостановлен входной поток ионов, и во-вторых, для исключения значительных потерь накопленных ионов не должно быть значительных разрывов в фазе изменяющегося вращающего поля. При желании после раскрутки ионов до требуемой скорости вращения можно подождать некоторое время для образования ионов-продуктов в данном случае при повышенной энергии столкновений с атомом или молекулой остаточных газов. Можно также на короткое время выключить альтернированные напряжения на секциях (32) и (30) для столкновения ионов с поверхностью, в результате чего могут также быть образованы соответствующие ионы-продукты.For sufficient accuracy of averaging the electric field over ion rotations, the rotation frequency should be significantly greater than the frequency of axial ion vibrations. To do this, the frequency of the rotating field (and if there are several, then the frequencies) should increase for some time until the desired value is reached. In this case, two conditions must be met. Firstly, the input ion flow must be suspended, and secondly, to exclude significant losses of accumulated ions, there should be no significant discontinuities in the phase of the changing rotating field. If you wish, after the ions are unwound to the required rotation speed, you can wait some time for the formation of product ions in this case with increased energy of collisions with an atom or molecule of residual gases. It is also possible for a short time to turn off the alternating stresses in sections (32) and (30) for the collision of ions with the surface, as a result of which corresponding product ions can also be formed.

После этого включением запирающего напряжения UR на секциях (30) цилиндрической поверхности (41) и соответствующих напряжений на секциях (26) и на электроде (28) реализуется распределение потенциала вида (47) вдоль ловушки (41) и начинаются осцилляции вращающихся ионов (45), наведенные сигналы которых с секций (23) и (21) регистрируются.After that, by switching on the locking voltage U R on the sections (30) of the cylindrical surface (41) and the corresponding stresses on the sections (26) and on the electrode (28), a potential distribution of the form (47) is realized along the trap (41) and oscillations of rotating ions begin (45) ), the induced signals of which from sections (23) and (21) are recorded.

На рис.5 показана развертка секций цилиндрической поверхности (51) ловушки (41) для числа секций каждого вида N=8. Внутри развертки (51) плотными линиями показаны электрические соединения между секциями. Тонкими линиями с точками внутри секций показана подводка соответствующих напряжений к секциям. Плотным пунктиром обозначены линии для измерения наведенных сигналов на соответствующие секции с помощью системы регистрации (50). Эти секции через подходящие сопротивления (53) соединены с землей. Слева от развертки (51) через конденсаторы (52) показано подключение напряжений, создающих вращающее поле. Это одно или сумма синусоидальных напряжений с некоторой частотой или с соответствующим числом частот ωk с амплитудами

Figure 00000021
с фазами φ, величины которых показаны в левой части рисунка:Figure 5 shows the scan sections of the cylindrical surface (51) of the trap (41) for the number of sections of each type N = 8. Inside the reamer (51), the solid lines show the electrical connections between the sections. Thin lines with dots inside the sections show the connection of the corresponding voltages to the sections. The dashed lines denote lines for measuring induced signals to the corresponding sections using a recording system (50). These sections are connected to ground through suitable resistances (53). To the left of the sweep (51) through the capacitors (52) is shown the connection of the voltages creating a rotational field. This is one or the sum of sinusoidal voltages with a certain frequency or with the corresponding number of frequencies ω k with amplitudes
Figure 00000021
with phases φ, the values of which are shown on the left side of the figure:

Figure 00000022
.
Figure 00000022
.

На одни и те же секции вместе с вращающими напряжениями подаются альтернирующие напряжения UA либо - UA соответственно через сопротивления (54) либо через - (55). На вогнутые секции подается напряжение UR через сопротивление (56), а на треугольные секции в правой стороне развертки (51) через сопротивление (57) подведено удвоенное напряжение 2UR. Сопротивления и конденсаторы, показанные на этом рисунке, подбираются такими, чтобы обеспечить достаточно низкий уровень шумовых вкладов и искажений в подаваемые напряжения и регистрируемые данные.Alternating voltages U A or - U A, respectively, are applied to the same sections together with rotational voltages through resistances (54) or through - (55). A voltage U R is supplied to the concave sections through a resistance (56), and a double voltage 2U R is applied to the triangular sections on the right side of the scan (51) through a resistance (57). The resistances and capacitors shown in this figure are selected so as to provide a sufficiently low level of noise contributions and distortions to the applied voltage and the recorded data.

Получение спектра частот зарегистрированных данных в широком интервале частот производится применением быстрого преобразования Фурье, как это делается обычно в масс-спектрометрии ИЦР или орбитальная ловушка. Данные для относительно узких интервалов частот осцилляций ионов могут быть получены путем изоляции соответствующих популяций ионов перед регистрацией. Альтернативно эти данные можно получить, например, путем обратного Фурье-преобразования, обрезанного до выбранного интервала спектра частот широкополосных данных. После этого может быть произведен поиск экспоненциально затухающих синусоидальных вкладов в такие узкополосные данные и их разложение на соответствующие компоненты. Такая возможность становится реальной, поскольку главным фактором затухания регистрируемого сигнала при осцилляциях ионов в усредненном по вращениям почти параболическом электрическом поле будут столкновения с атомами и молекулами остаточных газов. При этом для относительно больших частот вращений и осцилляций и достаточно тяжелых газов практически каждое столкновение приведет к диссоциации иона и следовательно к его потере. Так например, для частоты 200 кГц и длины окружности вращения 5 см средняя скорость будет 106 см/сек, что примерно в 8 раз превышает среднюю тепловую скорость атомов гелия при комнатной температуре. Это соответствует энергии столкновении около 2,4 эВ. Даже такой энергии уже может быть достаточно для диссоциации пептидной связи в биомолекуле. Для молекулы азота эта энергия будет уже около 17эВ. Вполне вероятно, что при таком столкновении практически любой ион будет диссоциирован.The frequency spectrum of the recorded data in a wide frequency range is obtained by applying the fast Fourier transform, as is usually done in ICR mass spectrometry or an orbital trap. Data for relatively narrow frequency ranges of ion oscillations can be obtained by isolating the corresponding ion populations before recording. Alternatively, this data can be obtained, for example, by the inverse Fourier transform, cut to the selected interval of the frequency spectrum of the broadband data. After that, the search for exponentially attenuated sinusoidal contributions to such narrow-band data and their decomposition into the corresponding components can be performed. This possibility becomes real, since the main factor in the attenuation of the recorded signal during ion oscillations in the averaged over rotations of an almost parabolic electric field will be collisions with atoms and molecules of residual gases. Moreover, for relatively high frequencies of rotations and oscillations and sufficiently heavy gases, almost every collision will lead to dissociation of the ion and, consequently, to its loss. For example, for a frequency of 200 kHz and a circumference of rotation of 5 cm, the average speed will be 10 6 cm / s, which is about 8 times higher than the average thermal speed of helium atoms at room temperature. This corresponds to a collision energy of about 2.4 eV. Even such energy may already be enough to dissociate a peptide bond in a biomolecule. For a nitrogen molecule, this energy will already be about 17 eV. It is likely that in such a collision almost any ion will be dissociated.

При экспоненциальном затухании синусоидальных вкладов в исходные данные, которые исчерпывающе могут быть описаны взвешенной суммой таких вкладов, наряду с m/z ионов могут быть оценены характеристические времена затухания соответствующих сигналов, которые для идеальных полей будут определяться средним ожидаемым числом столкновений соответствующего иона с атомами или молекулами остаточного газа за единицу времени в течение процесса регистрации. Для данных такого вида:With the exponential attenuation of the sinusoidal contributions to the source data, which can be exhaustively described by a weighted sum of such contributions, along with m / z ions, the characteristic attenuation times of the corresponding signals can be estimated, which for ideal fields will be determined by the average expected number of collisions of the corresponding ion with atoms or molecules residual gas per unit time during the registration process. For data of this kind:

Figure 00000023
,
Figure 00000023
,

где n - число синусоидальных вкладов, ωi - частоты, ai, bi - величины, определяющие амплитуды и фазы вкладов, ki - скорости затухания вкладов, имеет место точный линейный прогноз последующего значения по предыдущим [29, 30]:where n is the number of sinusoidal contributions, ω i are the frequencies, a i , b i are the values that determine the amplitudes and phases of the contributions, k i are the decay rates of the contributions, an accurate linear forecast of the subsequent value from the previous ones takes place [29, 30]:

Figure 00000024
,
Figure 00000024
,

где Δt - шаг между точками в массиве прогноза, кратный временному интервалу измерений данных, Al - коэффициенты прогноза, не зависящие от времени t точки прогноза. Для нахождения значений этих коэффициентов можно потребовать минимума суммарной ошибки прогноза для некоторого набора N точек прогноза (N>2n), например, для последовательных точек измерения с интервалом δt:where Δt is the step between the points in the forecast array, a multiple of the time interval of the data measurement, A l are the forecast coefficients independent of the time t of the forecast point. To find the values of these coefficients, one can require a minimum of the total forecast error for a certain set of N forecast points (N> 2n), for example, for successive measurement points with an interval δt:

Figure 00000025
Figure 00000025

Выписав необходимые условия экстремума, получим систему линейных алгебраических уравнений, решая которую, можно найти искомые значения Ai.Having written the necessary conditions for the extremum, we obtain a system of linear algebraic equations, solving which, we can find the desired values of A i .

Figure 00000026
.
Figure 00000026
.

Чтобы определить оптимальное число коэффициентов прогноза 2n, можно вычислить погрешность прогноза, например, для точки, не участвовавшей в определении коэффициентов Ai:To determine the optimal number of forecast coefficients 2n, one can calculate the forecast error, for example, for a point that did not participate in the determination of the coefficients A i :

Figure 00000027
,
Figure 00000027
,

для последовательно увеличивающегося числа точек 2n в массиве прогноза (2, 4, 6, …) и остановиться при достижении минимума ошибки δ0.for a successively increasing number of points 2n in the forecast array (2, 4, 6, ...) and stop when the minimum error δ 0 is reached.

После нахождения коэффициентов прогноза по аналогии с теорией линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами составляется характеристическое уравнение, эквивалентное выполнению этого прогноза для экспоненциальной функции eλt:After finding the forecast coefficients, by analogy with the theory of linear differential equations with constant coefficients, a characteristic equation is compiled that is equivalent to performing this forecast for the exponential function e λt :

Figure 00000028
Figure 00000028

которое является алгебраическим уравнением степени 2n относительно переменной e-λΔt. Для действительных величин Ai корни этого уравнения будут образовывать комплексно сопряженные пары:

Figure 00000029
. Таким образом, после нахождения корней уравнения (8) величины wl будут определять частоты синусоидальных вкладов, а κl - скорости затухания этих вкладов. Чтобы найти амплитуды этих вкладов (al, bl), нужно потребовать минимума суммарной квадратичной ошибки аппроксимации исходных данных во всех точках регистрации и решить соответствующую систему линейных алгебраических уравнений, получающуюся приравниванием 0 частных производных этой ошибки по всем искомым коэффициентам:which is an algebraic equation of degree 2n with respect to the variable e -λΔt . For real quantities A i, the roots of this equation will form complex conjugate pairs:
Figure 00000029
. Thus, after finding the roots of equation (8), the quantities w l will determine the frequencies of the sinusoidal contributions, and κ l will determine the decay rates of these contributions. To find the amplitudes of these contributions (a l , b l ), one needs to require a minimum of the total quadratic error of the approximation of the initial data at all registration points and solve the corresponding system of linear algebraic equations obtained by equating 0 partial derivatives of this error with all the sought coefficients:

Figure 00000030
Figure 00000030

где N - число всех точек регистрации, и время начальной точки принимается равным 0.where N is the number of all registration points, and the time of the starting point is taken equal to 0.

Дополнительные возможности разделения ионов в динамической ловушке возникают, если в режиме поступления ионов уменьшить величину тормозящего электрического поля, так чтобы часть ионов проходила через ловушку и регистрировалась на ее выходе, например, при помощи вторично-электронного умножителя или последующего масс-анализатора. Регистрация ионного тока при изменении высоты потенциального барьера в середине динамической ловушки позволит после численного дифференцирования получить энергетический спектр входящих ионов. Для повышения устойчивости численного дифференцирования можно использовать аппроксимацию исходных данных сглаживающими сплайнами [17] или квазисплайновую аппроксимацию [18, 19].Additional opportunities for ion separation in a dynamic trap arise if, in the mode of ion arrival, the braking electric field is reduced so that some of the ions pass through the trap and register at its exit, for example, using a secondary electron multiplier or a subsequent mass analyzer. The registration of the ion current with a change in the height of the potential barrier in the middle of the dynamic trap allows, after numerical differentiation, to obtain the energy spectrum of the incoming ions. To increase the stability of numerical differentiation, one can use the approximation of the initial data by smoothing splines [17] or the quasispline approximation [18, 19].

На поток ионов, проходящих сквозь динамическую ловушку, могут также влиять частота и амплитуда вращающего напряжения именно в силу увеличивающегося с радиусом траектории иона расхождения локальных электрических потенциалов от усредненного по траектории величины этого потенциала в данном сечении ловушки. В этом случае давление остаточных газов в ловушке лучше иметь повышенным, иначе радиус вращения ионов будет зависеть только от расхождения их m/z с резонансным значением для частоты вращающего напряжения, амплитуды этого напряжения и от времени его воздействия на данный ион. При заметной частоте столкновений ионов с атомами или молекулами газа радиус вращения иона при заданной амплитуде вращающего напряжения при резонансной частоте вращения будет зависеть также от подвижности ионов. Еще два фактора, которые могут влиять на прохождение ионов через ловушку, - это размах альтернированного напряжения на соответствующих секциях цилиндрической поверхности ловушки или/и на входном электроде. При уменьшении каждого из этих напряжений ионы, подходящие к поверхности, могут гибнуть и не давать вклада в регистрируемый ионный ток. Скорость их гибели будет определяться не только средним расстоянием максимального приближения ионов к поверхности, но и величиной диффузионного расплывания облака ионов, которое зависит от эффективной температуры ионов и их заряда. Как показано в [31], это может привести к значительному усилению разделения ионов по их подвижности и позволит разделить ионы с одинаковыми m/z и подвижностями, но обладающими разными зарядами, что может быть особенно важным при анализе больших многозарядных ионов биомолекул.The flux of ions passing through a dynamic trap can also be affected by the frequency and amplitude of the rotational voltage precisely because of the increase in the divergence of the local electric potentials with the ion radius of the ion from the trajectory averaged over the trajectory in a given section of the trap. In this case, the pressure of the residual gases in the trap is better to have increased, otherwise the radius of rotation of the ions will depend only on the discrepancy between their m / z and the resonant value for the frequency of the rotational voltage, the amplitude of this voltage and the time it is exposed to this ion. At a noticeable frequency of collisions of ions with atoms or molecules of a gas, the radius of rotation of the ion at a given amplitude of the rotational voltage at the resonant frequency of rotation will also depend on the mobility of the ions. Two other factors that can affect the passage of ions through the trap are the amplitude of the alternating voltage across the corresponding sections of the cylindrical surface of the trap and / or at the input electrode. With a decrease in each of these voltages, ions approaching the surface can die and not contribute to the recorded ion current. The rate of their death will be determined not only by the average distance of the maximum approximation of the ions to the surface, but also by the diffusion spreading of the ion cloud, which depends on the effective temperature of the ions and their charge. As shown in [31], this can lead to a significant increase in the separation of ions according to their mobility and will allow separation of ions with the same m / z and mobilities, but with different charges, which can be especially important in the analysis of large multiply charged ions of biomolecules.

Возможна регистрация значений ионного тока, например, в виде четырехмерного массива в зависимости от четырех перечисленных выше параметров: потенциала задержки, частоты, амплитуды вращающего поля и размаха альтернированного напряжения. Возможно, конечно, как уменьшить размерность массива данных, исключив варьирование какого-либо из перечисленных напряжений, так и увеличить эту размерность до пяти измерений, введя пошаговое изменение обоих альтернированных напряжений для секций цилиндрической поверхности и входного электрода. Нужно только иметь в виду, что введение дополнительной размерности, увеличивая разделительную способность метода, приводит к многократному возрастанию времени измерений. Анализ таких данных может быть организован аналогично тому, как описано в нашей заявке на патент РФ [31]. Находятся локальные максимумы модулей градиентов изменения зарегистрированных полных токов ионов по всему массиву этих измерений. Относительные величины компонент этого градиента в точке максимума его модуля принимаются как соответствующие определенному типу ионов. Положение максимума модуля или квадрата градиента и относительные величины компонент градиента в этом положении характеризуют соответствующие ионы и используются для их идентификации. Для повышения устойчивости результатов вычислений градиентов распределений полных ионных токов может использоваться построение сглаживающих сплайнов [17] или квазисплайновая аппроксимация этих распределений по всем координатам упомянутых распределений [18, 19].It is possible to record the values of the ion current, for example, in the form of a four-dimensional array depending on the four parameters listed above: the delay potential, frequency, amplitude of the rotating field and the amplitude of the alternating voltage. It is possible, of course, how to reduce the dimension of the data array by eliminating the variation of any of the listed voltages, and increase this dimension to five dimensions by introducing a step-by-step change in both alternating stresses for sections of the cylindrical surface and the input electrode. It is only necessary to bear in mind that the introduction of an additional dimension, increasing the separation ability of the method, leads to a multiple increase in the measurement time. Analysis of such data can be organized in the same way as described in our patent application of the Russian Federation [31]. The local maxima of the moduli of the gradients of change in the registered total ion currents are found over the entire array of these measurements. The relative values of the components of this gradient at the maximum point of its modulus are accepted as corresponding to a certain type of ion. The position of the maximum modulus or square of the gradient and the relative values of the gradient components in this position characterize the corresponding ions and are used to identify them. To increase the stability of the results of calculating the gradients of the distribution of total ion currents, the construction of smoothing splines [17] or the quasispline approximation of these distributions over all coordinates of the mentioned distributions can be used [18, 19].

Для эффективного поиска целевых ионов в данном случае может быть использован специфический вариант метода селективной цифровой фильтрации [32]. После регистрации описанного многомерного массива данных и вычисления массива градиентов с компонентами по координатам, нумеруемым индексом µ от 1 до P, в том числе и при использовании сплайновой или квазисплайновой аппроксимации строится линейный цифровой фильтр Fµ с единичной суммой квадратов коэффициентов фильтра

Figure 00000031
, максимально подавляющий в среднем все векторы градиентов
Figure 00000032
в этом P - мерном массиве с номерами k1, k2…kP при заданном подавлении вектора градиента целевого соединения Jµ, полученного при калибровочном измерении задержки ионов этого соединения в точке максимума квадрата градиента величины пропускаемого ионного тока. Т.е. решается задача на условный экстремум - найти такие Fµ, которые дают минимально возможное значение дляIn this case, a specific version of the selective digital filtering method can be used to effectively search for target ions [32]. After registering the described multidimensional data array and calculating the gradient array with the components with respect to the coordinates numbered by the index μ from 1 to P, including using the spline or quasispline approximation, a linear digital filter F µ is constructed with a unit sum of squared filter coefficients
Figure 00000031
maximally suppressing on average all gradient vectors
Figure 00000032
in this P - dimensional array with numbers k 1 , k 2 ... k P for a given suppression of the gradient vector of the target compound J µ obtained by the calibration measurement of the ion delay of this compound at the maximum square of the gradient of the transmitted ion current. Those. the conditional extremum problem is solved - to find those F µ that give the minimum possible value for

Figure 00000033
Figure 00000033

где Ftrans - прозрачность фильтра, показывающая степень ослабления результирующего сигнала для целевого соединения по сравнению с суммой интенсивностей всех компонент его градиента. Эта величина является ключевой для количественной оценки относительной доли определяемого компонента в анализируемой смеси.where F trans is the transparency of the filter, showing the degree of attenuation of the resulting signal for the target compound compared to the sum of the intensities of all components of its gradient. This value is key to quantifying the relative share of the determined component in the analyzed mixture.

Сформулированная задача может быть решена минимизацией соответствующей функции Лагранжа:The formulated problem can be solved by minimizing the corresponding Lagrange function:

Figure 00000034
Figure 00000034

Величины параметров λ и η могут быть затем найдены при использовании выражений для соответствующих условий (9). После приравнивания 0 первых производных по значениям Fµ функции (10) получаем следующую систему линейных алгебраических уравнений:The values of the parameters λ and η can then be found using expressions for the corresponding conditions (9). After equating the 0 first derivatives with respect to the values of F µ of function (10), we obtain the following system of linear algebraic equations:

Figure 00000035
,
Figure 00000035
,

где

Figure 00000036
Feff=1/λ, θ=-η/λ. Величина Feff может быть названа эффективностью фильтра, так как она связана со способностью фильтра подавить компоненты
Figure 00000037
(для Feff=0 величины Fµ=θJµ не зависят от градиентов
Figure 00000038
). Величина θ может быть найдена из условия
Figure 00000039
. Величина Feff также могла бы быть найдена при заданной величине Ftrans из последнего условия (9). Однако, проще использовать фильтры с различными значениями Feff и выбрать тот, который дает приемлемый результат, и использовать полученное из последнего равенства (9) значение Ftrans для количественной оценки относительной доли искомого вещества в анализируемой смеси.Where
Figure 00000036
F eff = 1 / λ, θ = -η / λ. The value of F eff can be called the filter efficiency, since it is related to the filter’s ability to suppress the components
Figure 00000037
(for F eff = 0, the values of F µ = θJ µ are independent of the gradients
Figure 00000038
) The value of θ can be found from the condition
Figure 00000039
. The value of F eff could also be found for a given value of F trans from the last condition (9). However, it is easier to use filters with different values of F eff and choose one that gives an acceptable result, and use the F trans value obtained from the last equality (9) to quantify the relative fraction of the desired substance in the analyzed mixture.

В качестве оптимального фильтра можно взять тот, который обеспечивает получение максимального отношения сигнал/шум для максимального значения квадрата градиента после фильтрации, принимая за шумовой уровень среднее значение квадратов градиента после фильтрации в P-мерном массиве при удалении от локализации указанного максимального значения квадрата градиента, большем заданного расстояния, либо принимая для такого усреднения значения квадратов градиента, меньшие упомянутого максимального значения в заданное число раз, например, 10. Критериями обнаружения целевого соединения являются близкая к ожидаемой локализация максимального значения квадрата градиента после фильтрации и достигнутый уровень отношения сигнал/шум для него. Количественные параметры этих критериев и оценки относительного содержания целевого соединения в анализируемой смеси вырабатываются на основе описанного анализа калибровочных смесей известного состава, содержащих соответствующие целевые соединения. Это касается средних значений локализаций и их дисперсий для максимального значения квадрата отклика цифрового фильтра на зарегистрированные и преобразованные описанным выше способом данные для калибровочных смесей. Также определяются уровни отношения описанного отношения сигнал/шум, соответствующие определенным концентрациям целевых соединений в калибровочных смесях, и строятся соответствующие калибровочные кривые.As an optimal filter, one can take the one that provides the maximum signal-to-noise ratio for the maximum value of the square of the gradient after filtering, taking the noise level as the average value of the squares of the gradient after filtering in the P-dimensional array while moving away from the localization of the specified maximum value of the gradient square, greater a given distance, or taking for such averaging the values of the squares of the gradient that are less than the mentioned maximum value by a given number of times, for example, 10. K The detection criteria for the target compound are close to the expected localization of the maximum value of the square of the gradient after filtering and the achieved signal-to-noise ratio for it. Quantitative parameters of these criteria and estimates of the relative content of the target compound in the analyzed mixture are generated based on the described analysis of calibration mixtures of known composition containing the corresponding target compounds. This concerns the average values of localizations and their dispersions for the maximum value of the square of the response of the digital filter to the data recorded and transformed as described above for calibration mixtures. The levels of the ratio of the described signal-to-noise ratio corresponding to certain concentrations of the target compounds in the calibration mixtures are also determined, and the corresponding calibration curves are constructed.

Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
Figure 00000045
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
Figure 00000045

Claims (12)

1. Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений из внешнего источника в масс-анализаторе, содержащем орбитальную ионную ловушку, отличающийся тем, что упомянутая ловушка (называемая в дальнейшем динамическая ловушка) не имеет центрального электрода и включает в себя полый круговой цилиндр с секционированной внутренней поверхностью, по крайней мере один торцевой электрод со сферической поверхностью, выпуклой внутрь ловушки, либо с плоской секционированной поверхностью; вид, расположение секций и распределение электрических потенциалов по секциям упомянутых цилиндрической и плоской поверхностей, а также потенциал и радиус упомянутой сферической поверхности при регистрации наведенных сигналов от ионов, осциллирующих вдоль оси ловушки, на некоторые секции упомянутой цилиндрической поверхности таковы, чтобы обеспечить практически параболическое распределение потенциала электрического поля вдоль оси ловушки с минимумом в середине ловушки при усреднении вдоль круговых траекторий вокруг оси ловушки, что обуславливает квазигармонические осцилляции вдоль упомянутой оси быстровращающихся пакетов ионов; на некоторые секции упомянутых поверхностей ловушки подаются постоянные или переменные потенциалы с относительно большими перепадами значений, обеспечивающие возникновение достаточного отталкивающего эффективного потенциала, препятствующего вращающимся ионам приближаться и гибнуть на упомянутых поверхностях ловушки.1. The method of separation of ions of organic and bioorganic compounds from an external source in a mass analyzer containing an orbital ion trap, characterized in that said trap (hereinafter referred to as a dynamic trap) does not have a central electrode and includes a hollow circular cylinder with a partitioned inner surface at least one end electrode with a spherical surface convex inside the trap, or with a flat sectioned surface; the type, arrangement of the sections and the distribution of electric potentials over the sections of the aforementioned cylindrical and flat surfaces, as well as the potential and radius of the aforementioned spherical surface during registration of induced signals from ions oscillating along the axis of the trap, on some sections of the aforementioned cylindrical surface are such as to ensure an almost parabolic distribution of potential electric field along the axis of the trap with a minimum in the middle of the trap when averaging along circular paths around the axis of the trap, that causes quasi-harmonic oscillations along the said axis of rapidly packets of ions; constant or variable potentials with relatively large fluctuations in values are applied to some sections of the mentioned trap surfaces, which ensure the emergence of a sufficient repulsive effective potential that prevents rotating ions from approaching and dying on the said trap surfaces. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ввод анализируемых ионов внутрь динамической ловушки производится вдоль ее оси через круговое отверстие в центре одного из упомянутых торцевых электродов; на время ввода упомянутых ионов подбором потенциалов на секциях внутренней поверхности динамической ловушки и торцевом электроде или секциях торцевого электрода организуется распределение потенциала электрического поля вдоль оси динамической ловушки, обеспечивающее разворот движения некоторой доли упомянутых ионов, входящих в динамическую ловушку, в начальной по движению упомянутых ионов (входной) половине динамической ловушки; остальные ионы, проходящие через динамическую ловушку, регистрируются, например, вторично-электронным умножителем или последующим масс-анализатором; при контролируемом изменении максимального уровня потенциала на оси динамической ловушки (задерживающего потенциала) реализуется функция энергоанализа входящих ионов; численным дифференцированием зарегистрированного распределения ионного тока по величинам задерживающего потенциала получается энергетический спектр ионов, проходящих через динамическую ловушку; для повышения устойчивости результатов вычислений может использоваться построение сглаживающих сплайнов или квазисплайновая аппроксимация этого распределения ионного тока.2. The method according to claim 1, characterized in that the input of the analyzed ions inside the dynamic trap is made along its axis through a circular hole in the center of one of the mentioned end electrodes; at the time of introducing the mentioned ions by selecting potentials on the sections of the inner surface of the dynamic trap and the end electrode or sections of the end electrode, the distribution of the electric field potential along the axis of the dynamic trap is organized, which ensures that the movement of a certain fraction of the mentioned ions entering the dynamic trap in the initial motion of the mentioned ions ( input) half of the dynamic trap; the remaining ions passing through the dynamic trap are detected, for example, by a secondary electron multiplier or a subsequent mass analyzer; with a controlled change in the maximum potential level on the axis of the dynamic trap (delaying potential), the function of energy analysis of incoming ions is realized; by numerically differentiating the recorded distribution of the ion current by the values of the retarding potential, we obtain the energy spectrum of ions passing through a dynamic trap; To increase the stability of the calculation results, the construction of smoothing splines or a quasispline approximation of this ion current distribution can be used. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что упомянутый подбор потенциалов на время ввода упомянутых ионов создает близкое к параболическому радиальное распределение усредненных по круговым траекториям вокруг оси динамической ловушки электрических потенциалов с минимумом на этой оси для обеспечения возможности резонансной раскрутки ионов.3. The method according to claim 2, characterized in that said selection of potentials at the time of introduction of said ions creates a nearly parabolic radial distribution of electric potentials averaged over circular trajectories around the axis of the dynamic trap with a minimum on this axis to enable resonance spin of ions. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в течение некоторого времени от начала упомянутого ввода упомянутых ионов приложением соответствующих сдвинутых по фазе переменных напряжений к некоторым секциям внутренней поверхности динамической ловушки создается вращающее поле в динамической ловушке, выводящее упомянутые ионы на устойчивые орбиты вращения вблизи внутренней поверхности динамической ловушки; процесс регистрации наведенных сигналов от движущихся ионов на некоторых секциях внутренней поверхности динамической ловушки включается после выключения потенциалов, создающих вращающее поле, и задания постоянных (удерживающих) потенциалов на некоторых секциях внутренней поверхности динамической ловушки и на упомянутых торцевых электродах, обеспечивающих упомянутые квазигармонические колебания вдоль оси динамической ловушки быстро вращающихся пакетов ионов.4. The method according to claim 2, characterized in that for some time from the start of said input of the said ions, by applying the corresponding phase-shifted alternating voltages to some sections of the inner surface of the dynamic trap, a rotating field is created in the dynamic trap, which displays the said ions in stable orbits of rotation near the inner surface of the dynamic trap; the registration process of induced signals from moving ions on some sections of the inner surface of the dynamic trap is turned on after turning off the potentials that create the rotating field, and setting constant (holding) potentials on some sections of the inner surface of the dynamic trap and on the mentioned end electrodes providing the mentioned quasi-harmonic vibrations along the axis of the dynamic traps of rapidly rotating ion packets. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что внутренняя поверхность упомянутого торцевого электрода, через который происходит ввод анализируемых ионов, является секционированной плоской, к секциям которой приложены наряду с постоянными напряжениями, создающими вместе с потенциалами секций упомянутой цилиндрической поверхности близкое к параболическому распределение по радиусу динамической ловушки усредненных по круговым траекториям вокруг оси ловушки электрических потенциалов п.3, альтернированные напряжения, создающие отталкивательный эффективный потенциал для вращающихся вдоль поверхности ионов; перед процессом регистрации п.4 вместе с включением упомянутых удерживающих напряжений секций электродов упомянутые альтернированные напряжения на внутренней поверхности упомянутого торцевого электрода могут выключаться.5. The method according to claim 4, characterized in that the inner surface of the said end electrode, through which the analyzed ions are introduced, is sectioned flat, to the sections of which are applied, along with constant voltages, creating, together with the potentials of the sections of the said cylindrical surface, a parabolic distribution along the radius of the dynamic trap averaged over circular trajectories around the axis of the trap of the electric potentials of claim 3, alternating stresses creating repulsive effective potential for ions rotating along the surface; Before the registration process of claim 4, together with the inclusion of the said holding voltages of the electrode sections, said alternating voltages on the inner surface of the said end electrode can be turned off. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что упомянутое вращающее поле создается сложением гармонических вращающих полей с частотами, близкими к резонансным для выбранных ионов; такой выбор частот вращающего поля обеспечивает накопление выбранных ионов в динамической ловушке, ионы, отличающиеся по отношениям массы к заряду (m/z) от выбранных ионов, получают относительно малый радиус раскрутки и выходят назад из динамической ловушки через выходное отверстие в торцевом электроде; после такого накопления в течение заданного времени входной поток ионов в динамическую ловушку прерывается заданием соответствующих потенциалов на пути ионов в динамическую ловушку; для улучшения усреднения полей по вращениям ионов частоты вращающего поля постепенно увеличиваются при сохранении «непрерывности» изменения этого поля до достижения значений частот, в несколько раз превышающих ожидаемые частоты колебаний ионов вдоль оси динамической ловушки, после чего включается режим регистрации п.4; при задании единственной частоты вращающего поля, близкой к резонансной частоте для выбранного иона, таким образом, осуществляется изоляция ионов соответствующего значения m/z в динамической ловушке, контроль изоляции выбранных ионов осуществляется регистрацией данных по п.4.6. The method according to claim 5, characterized in that the said rotating field is created by adding harmonic rotating fields with frequencies close to resonant for the selected ions; such a choice of rotational field frequencies ensures the accumulation of selected ions in a dynamic trap, ions that differ in mass-to-charge ratios (m / z) from the selected ions receive a relatively small spin radius and exit back from the dynamic trap through an outlet in the end electrode; after such accumulation for a specified time, the input ion flow into the dynamic trap is interrupted by setting the corresponding potentials on the ion path into the dynamic trap; to improve the averaging of the fields over the ion rotations, the frequencies of the rotating field gradually increase while maintaining "continuity" changes in this field until the frequencies are several times higher than the expected frequencies of the ion vibrations along the axis of the dynamic trap, after which the recording mode of step 4 is turned on; when setting a single frequency of the rotating field close to the resonance frequency for the selected ion, thus, the isolation of ions of the corresponding m / z value in a dynamic trap is carried out, the isolation of the selected ions is controlled by recording data according to claim 4. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при достижении изоляции выбранных ионов с единственным значением m/z и установления частоты вращающего напряжения, достаточной для образования ионов-продуктов при однократном столкновении иона с атомом или молекулой остаточного газа, вращающее поле выключается, и с задержкой, необходимой для нужного числа ион-нейтральных столкновений, включается режим регистрации ионов п.4, и регистрируется масс-спектр ионов-продуктов столкновительно-индуцированной диссоциации.7. The method according to claim 6, characterized in that when the isolation of the selected ions with a single value of m / z is achieved and the frequency of the rotational voltage is established sufficient to produce product ions in a single collision of the ion with an atom or residual gas molecule, the rotational field is turned off, and with the delay necessary for the required number of ion-neutral collisions, the ion registration mode of claim 4 is turned on, and the mass spectrum of the ion products of collision-induced dissociation is recorded. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что при достижении изоляции выбранных ионов с единственным значением m/z на короткое время, существенно меньшее периода вращения ионов, выключаются альтернированные напряжения на секциях внутренней поверхности ловушки, создающие отталкивательный эффективный потенциал для вращающихся ионов; при последующем исчезновении упомянутого эффективного потенциала эти ионы будут иметь преимущественно однократное косое столкновение с поверхностью, в результате чего с некоторой вероятностью будут образованы ионы-продукты; после восстановления упомянутого эффективного потенциала с минимально возможной задержкой включается режим регистрации ионов п.4 и регистрируется масс-спектр ионов-продуктов диссоциации, индуцированной столкновением с поверхностью.8. The method according to claim 6, characterized in that when the isolation of the selected ions with a single value of m / z is achieved for a short time substantially shorter than the ion rotation period, alternating stresses on sections of the inner surface of the trap are turned off, creating a repulsive effective potential for rotating ions; with the subsequent disappearance of the mentioned effective potential, these ions will have a predominantly single oblique collision with the surface, as a result of which with some probability product ions will be formed; after restoration of the mentioned effective potential with the minimum possible delay, the ion registration mode of claim 4 is turned on and the mass spectrum of the ion-products of dissociation induced by a collision with the surface is recorded. 9. Способ по п.6, отличающийся тем, что при раскрутке ионов вращающим полем единственной частоты регистрируются полные токи ионов, выходящих из динамической ловушки, например, с помощью вторично-электронного умножителя быстро вращающихся пакетов ионов, сопряженного с динамической ловушкой, или токи ионов с m/z, соответствующих частоте упомянутого вращающего поля, с помощью последующего масс-анализатора в виде трех-, четырех- или пятимерного массива при пошаговом выборочном сканировании частоты, амплитуды вращающего напряжения, величины упомянутого задерживающего потенциала в средней части динамической ловушки и амплитуд альтернированных напряжений, создающих эффективные потенциалы, отталкивающие вращающиеся ионы от поверхностей ловушки; находятся локальные максимумы модулей градиентов изменения упомянутых токов ионов по всему упомянутому массиву этих измерений; относительные величины компонент упомянутого градиента в точке максимума его модуля принимаются как соответствующие определенному типу ионов; положение упомянутого максимума и относительные величины компонент упомянутых градиентов в этом положении характеризуют соответствующие ионы и используются для их идентификации; для повышения устойчивости результатов вычислений градиентов распределений токов ионов может использоваться построение сглаживающих сплайнов или квазисплайновая аппроксимация этих распределений по всем координатам упомянутых распределений.9. The method according to claim 6, characterized in that when the ions are unwound with a single-frequency rotating field, the total currents of ions emerging from the dynamic trap are recorded, for example, using a secondary electron multiplier of rapidly rotating ion packets conjugated with a dynamic trap, or ion currents with m / z corresponding to the frequency of the aforementioned rotational field, using the subsequent mass analyzer in the form of a three-, four- or five-dimensional array with step-by-step selective scanning of the frequency, amplitude of the rotational voltage, magnitude of yn янут янут янут янут янут янут янут ом The curved delayed potential in the middle part of the dynamic trap and the amplitudes of alternating stresses create effective potentials that repel rotating ions from the trap local maxima of the moduli of the gradients of variation of the aforementioned ion currents are found over the entire array of these measurements; the relative values of the components of the mentioned gradient at the maximum point of its modulus are taken as corresponding to a certain type of ion; the position of the mentioned maximum and the relative values of the components of the mentioned gradients in this position characterize the corresponding ions and are used to identify them; To increase the stability of the results of calculations of the gradients of the distribution of ion currents, the construction of smoothing splines or quasispline approximation of these distributions over all coordinates of the mentioned distributions can be used. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для поиска целевого соединения после регистрации упомянутого массива токов ионов и вычисления векторов градиента для этого массива, в том числе и при использовании упомянутой сплайновой или квазисплайновой аппроксимации, строится линейный цифровой фильтр с единичной суммой квадратов коэффициентов фильтра, максимально подавляющий в среднем все векторы градиента в этом массиве токов ионов при заданном подавлении вектора градиента для тока ионов целевого соединения в точке максимума квадрата этого градиента; степень последнего подавления определяется получением максимального отношения сигнал/шум для максимального значения квадрата градиента после фильтрации, принимая за шумовой уровень среднее значение квадратов градиентов после фильтрации в упомянутом массиве, не превышающих некоторой доли (например, 10%) упомянутого максимального значения квадрата градиента; критериями обнаружения целевого соединения являются близкая к ожидаемой локализация упомянутого максимального значения квадрата градиента либо его некоторого локального максимума, т.к. глобальный максимум упомянутого квадрата градиента может соответствовать некоторому близкому изомеру целевого соединения, и достигнутый уровень упомянутого отношения сигнал/шум; количественные параметры этих критериев и оценки относительного содержания целевого соединения в анализируемой смеси вырабатываются на основе описанного анализа смесей известного состава, содержащих целевые соединения и их изомеры.10. The method according to claim 9, characterized in that to search for the target compound after registering the aforementioned array of ion currents and calculating the gradient vectors for this array, including when using the aforementioned spline or quasispline approximation, a linear digital filter with a unit sum of squares is constructed filter coefficients, which suppresses on average all the gradient vectors in this array of ion currents at a given suppression of the gradient vector for the ion current of the target compound at the maximum square of this gradient the degree of the last suppression is determined by obtaining the maximum signal-to-noise ratio for the maximum value of the square of the gradient after filtering, taking as the noise level the average value of the squares of the gradients after filtering in the said array, not exceeding a fraction (for example, 10%) of the mentioned maximum square of the gradient; the criteria for the detection of the target compound are close to the expected localization of the aforementioned maximum value of the square of the gradient or its local maximum, because the global maximum of said gradient square may correspond to some close isomer of the target compound, and the achieved level of said signal to noise ratio; quantitative parameters of these criteria and estimates of the relative content of the target compound in the analyzed mixture are generated on the basis of the described analysis of mixtures of known composition containing the target compounds and their isomers. 11. Способ по п.4, отличающийся тем, что после окончания регистрации наведенных сигналов от ионов для получения спектра частот осцилляции ионов в относительно широком интервале частот производится быстрое Фурье-преобразование и шкала частот преобразуется в шкалу m/z ионов с помощью стандартной процедуры, принятой в спектрометрах с орбитальной ионной ловушкой; для выбранных достаточно узких интервалов m/z или соответствующих частот производится преобразование зарегистрированных данных с целью подавления частот, выходящих за пределы выбранного интервала частот, например, произведя быстрое обратное Фурье-преобразование данных после прямого Фурье-преобразования с приравненными 0 их значениями вне выбранного интервала частот; производится разложение преобразованных таким образом данных на экспоненциально затухающие синусоидальные вклады; найденные частоты упомянутых синусоидальных вкладов и характеристические времена их затухания преобразуются известными способами в m/z ионов и их сечения столкновений с атомами и молекулами остаточного газа, если давление и состав остаточных газов известны.11. The method according to claim 4, characterized in that after the registration of the induced signals from the ions is completed to obtain an ion oscillation frequency spectrum in a relatively wide frequency range, a fast Fourier transform is performed and the frequency scale is converted to the m / z ion scale using the standard procedure, adopted in spectrometers with an orbital ion trap; for selected sufficiently narrow m / z intervals or corresponding frequencies, the recorded data is converted to suppress frequencies beyond the selected frequency range, for example, by performing a fast inverse Fourier transform of the data after the direct Fourier transform with 0 equal to their values outside the selected frequency range ; decomposition of the data thus transformed into exponentially damped sinusoidal contributions is performed; the found frequencies of the aforementioned sinusoidal contributions and the characteristic times of their attenuation are converted by known methods into m / z ions and their cross sections for collisions with atoms and molecules of the residual gas, if the pressure and composition of the residual gases are known. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для разложения упомянутых преобразованных данных на упомянутые экспоненциально затухающие синусоидальные вклады находятся порядок и коэффициенты оптимального линейного прогноза, предсказывающего с минимальной и устойчивой погрешностью последнее в ряду равноотстоящих значений упомянутых преобразованных данных по предыдущим значениям; составляется характеристическое уравнение с найденными коэффициентами прогноза и находятся его комплексные корни; через действительную и мнимую части этих корней вычисляются частоты упомянутых синусоидальных вкладов и находятся характеристические времена экспоненциального затухания этих вкладов; амплитуды этих вкладов находятся из наилучшей в среднеквадратичном аппроксимации упомянутых преобразованных данных. 12. The method according to claim 11, characterized in that for the decomposition of said transformed data into said exponentially decaying sinusoidal contributions, the order and coefficients of the optimal linear prediction are found, which predict, with minimal and stable error, the last in the series of equally spaced values of the aforementioned converted data from the previous values; a characteristic equation is compiled with the found forecast coefficients and its complex roots are found; through the real and imaginary parts of these roots, the frequencies of the mentioned sinusoidal contributions are calculated and the characteristic times of the exponential decay of these contributions are found; the amplitudes of these contributions are found from the best in the rms approximation of the aforementioned converted data.
RU2011128698/07A 2011-07-12 2011-07-12 Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell RU2474917C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128698/07A RU2474917C1 (en) 2011-07-12 2011-07-12 Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128698/07A RU2474917C1 (en) 2011-07-12 2011-07-12 Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011128698A RU2011128698A (en) 2013-01-20
RU2474917C1 true RU2474917C1 (en) 2013-02-10

Family

ID=48805058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011128698/07A RU2474917C1 (en) 2011-07-12 2011-07-12 Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2474917C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565602C1 (en) * 2014-06-03 2015-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Device for generation of two-dimensional linear electric fields
RU2601294C2 (en) * 2015-03-26 2016-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе Method of analyzing impurities in liquids in infiltration through track membrane with formation and transportation of analyzed ions through linear radio frequency trap into mass analyzer when exposed to supersonic gas stream with possible content of metastable atoms in it
WO2017003274A3 (en) * 2015-06-26 2017-03-30 Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ Mass spectrometer, including 3d time-of-flight mass spectrometer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100258714A1 (en) * 2005-06-27 2010-10-14 Alexander Alekseevich Makarov Multi-electrode ion trap
RU2402099C1 (en) * 2009-07-14 2010-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds based on mass-spectrometric and kinetic separation of ions of said compounds
US20110057099A1 (en) * 2005-03-29 2011-03-10 Alexander Alekseevich Makarov Ion trapping
RU2420826C1 (en) * 2010-05-20 2011-06-10 Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Российской Федерации Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds while separating ions of said compounds in supersonic gas stream directed along linear radio-frequency trap

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110057099A1 (en) * 2005-03-29 2011-03-10 Alexander Alekseevich Makarov Ion trapping
US20100258714A1 (en) * 2005-06-27 2010-10-14 Alexander Alekseevich Makarov Multi-electrode ion trap
RU2402099C1 (en) * 2009-07-14 2010-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds based on mass-spectrometric and kinetic separation of ions of said compounds
RU2420826C1 (en) * 2010-05-20 2011-06-10 Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Российской Федерации Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds while separating ions of said compounds in supersonic gas stream directed along linear radio-frequency trap

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565602C1 (en) * 2014-06-03 2015-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" Device for generation of two-dimensional linear electric fields
RU2601294C2 (en) * 2015-03-26 2016-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе Method of analyzing impurities in liquids in infiltration through track membrane with formation and transportation of analyzed ions through linear radio frequency trap into mass analyzer when exposed to supersonic gas stream with possible content of metastable atoms in it
WO2017003274A3 (en) * 2015-06-26 2017-03-30 Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ Mass spectrometer, including 3d time-of-flight mass spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011128698A (en) 2013-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marshall et al. High-resolution mass spectrometers
US11646191B2 (en) Instrument, including an electrostatic linear ion trap, for separating ions
Marshall Milestones in Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry technique development
Hu et al. The Orbitrap: a new mass spectrometer
JP5162479B2 (en) Mass spectrometer
JP5544397B2 (en) Measurement method of mass spectrum
US20060219889A1 (en) Method and apparatus for ion mobility spectrometry with alignment of dipole direction (IMS-ADD)
RU2420826C1 (en) Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds while separating ions of said compounds in supersonic gas stream directed along linear radio-frequency trap
US11769654B2 (en) Two dimensional MSMS
US10043644B2 (en) De-convolution of overlapping ion mobility spectrometer or separator data
WO2007060421A2 (en) Mass spectrometer
Brustkern et al. An electrically compensated trap designed to eighth order for FT-ICR mass spectrometry
US10297436B2 (en) Device and method for ion cyclotron resonance mass spectrometry
RU2474917C1 (en) Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell
EP3614417B1 (en) Methods for operating electrostatic trap mass analyzers
RU2402099C1 (en) Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds based on mass-spectrometric and kinetic separation of ions of said compounds
J Brown et al. Field asymmetric waveform ion mobility spectrometry analysis of proteins and peptides: a review
WO2021037010A1 (en) Connection between multistage quadrupole electrode system and its method
Calvete The expanding universe of mass analyzer configurations for biological analysis
GB2529924A (en) De-convolution of overlapping ion mobility spectrometer or separator data
US7294830B2 (en) Simultaneous acquisition of chemical information
WO2022136881A1 (en) Characterisation of high mass particles
EP4268264A1 (en) Characterisation of high mass particles
Chalkley Instrumentation for LC-MS/MS in proteomics
Medhe Mass Spectrometry: Analysers an Important Tool

Legal Events

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

Effective date: 20140713