RU2496178C2 - Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation - Google Patents
Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2496178C2 RU2496178C2 RU2011138617/07A RU2011138617A RU2496178C2 RU 2496178 C2 RU2496178 C2 RU 2496178C2 RU 2011138617/07 A RU2011138617/07 A RU 2011138617/07A RU 2011138617 A RU2011138617 A RU 2011138617A RU 2496178 C2 RU2496178 C2 RU 2496178C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axis
- electrodes
- along
- formation
- discrete
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к областям электронно-ионной оптики и масс-спектрометрии, основанных на движении заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкции и технологии изготовления устройств пространственно-временной фокусировки и масс-разделения заряженных частиц. Гиперболические электродные системы не эффективны для создания масс-анализаторов с протяженной вдоль одной оси рабочей областью из-за значительных размеров электродов по всем координатам [1]. Задачу решают системы из плоских электродов с дискретно-линейным распределением потенциала [2], с дискретно-изменяющейся электрической прозрачностью [3] и дискретно-изменяющейся плотностью зарядов [4]. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструктивно-технологических характеристик устройств образования двумерных линейных электрических полей с протяженной вдоль одной оси рабочей областью, использующих гиперболические и плоские дискретные эквипотенциальные электроды.The invention relates to the fields of electron-ion optics and mass spectrometry based on the movement of charged particles in static and variable two-dimensional linear electric fields, and can be used to improve the design and manufacturing technology of spatio-temporal focusing and mass separation of charged particles. Hyperbolic electrode systems are not effective for creating mass analyzers with a working area extended along one axis due to the significant size of the electrodes in all coordinates [1]. The problem is solved by systems of flat electrodes with a discrete-linear distribution of potential [2], with discrete-varying electrical transparency [3] and discretely-varying charge density [4]. The technical task of the invention is to improve the structural and technological characteristics of devices for the formation of two-dimensional linear electric fields with a working area extended along one axis, using hyperbolic and flat discrete equipotential electrodes.
Двумерные линейные электрические поля в рабочей области с размерами 2xc, 2yc, L по осям X, Y, Z при условии yc>>xc можно образовывать с помощью плоских дискретных поверхностей из неэквипотенциальных проводящих элементов, распределенных по оси Y с постоянным шагом ∆y [2] или эквипотенциальных проводящих элементов, неравномерно распределенных по оси Y [3, 4]. Наиболее близким к заявленному решению является способ, описанный в [4], заключающийся в образовании линейного электрического поля с помощью эквипотенциальных элементов, неравномерно распределенных по оси Y. Однако недостатками указанных систем являются трудности конструкторско-технологического характера, которые усложнят процесс изготовления ионно-оптических устройств и анализаторов ионов с использованием плоских дискретных электродов.Two-dimensional linear electric fields in the working area with dimensions 2x c , 2y c , L along the X, Y, Z axes under the condition y c >> x c can be formed using flat discrete surfaces from nonequipotential conductive elements distributed along the Y axis with a constant step ∆y [2] or equipotential conductive elements unevenly distributed along the Y axis [3, 4]. Closest to the claimed solution is the method described in [4], which consists in the formation of a linear electric field using equipotential elements unevenly distributed along the Y axis. However, the drawbacks of these systems are difficulties of a design-technological nature that will complicate the manufacturing process of ion-optical devices and ion analyzers using flat discrete electrodes.
Во всех случаях при использовании плоских дискретных электродов задача образования двумерных линейных в плоскости XOY электрических полей сводится к созданию на границах области x=±xc линейных вдоль оси Y распределений среднего значения потенциала:In all cases, when using flat discrete electrodes, the problem of generating two-dimensional linear electric fields in the XOY plane reduces to creating at the boundaries of the region x = ± x c linear distributions of the average potential value along the Y axis:
где φ∂i(y) - распределение потенциала в плоскостях x=±xc i-го дискретного элемента, ∆yi - шаг дискретности электродов, φmср=φср(yc).where φ ∂i (y) is the potential distribution in the planes x = ± x c of the i-th discrete element, Δy i is the discrete step of the electrodes, φ mav = φ av (y c ).
Для практической реализации ионно-оптических систем с двумерными линейными электрическими полями представляют интерес использование плоских дискретных поверхностей, образованных из равномерно распределенных по оси Y с шагом ∆y, параллельных оси Z, одинаковых эквипотенциальных проводящих элементов - нитей или полосок. Однако использование только плоских дискретных с постоянным шагом ∆y эквипотенциальных поверхностей не решает проблему образования двумерных линейных электрических полей. Задача решается с помощью дополнительных 4-х гиперболических потенциальных поверхностей, позволяющих сформировать линейные по оси Y распределения среднего значения потенциала в плоскостях x=±xc дискретных поверхностей. Гиперболические поверхности 2 располагают в области |x|>xc и на смежных поверхностях устанавливают противоположные потенциалы φ0 и -φ0 (Фиг.1). Наличие дискретных поверхностей 1 позволяет сместить начала координат гиперболических поверхностей 2 по оси Х на расстояние x0 для поверхностей в I и IV квадрантах и на расстояние - x0 для поверхностей во II и III квадрантах и тем самым существенно уменьшить значение их геометрического параметра r0 - действительной полуоси гипербол. Величина смещения определяется соотношением:For the practical implementation of ion-optical systems with two-dimensional linear electric fields, it is of interest to use flat discrete surfaces formed from uniformly distributed conductive elements, threads or strips, uniformly distributed along the Y axis with a step Δy, parallel to the Z axis. However, the use of only planar discrete with a constant step ∆y equipotential surfaces does not solve the problem of the formation of two-dimensional linear electric fields. The problem is solved with the help of additional 4 hyperbolic potential surfaces, which make it possible to form a linear distribution along the Y axis of the average potential value in the planes x = ± x c of discrete surfaces. The
Гиперболические поверхности в этом случае описываются уравнением:Hyperbolic surfaces in this case are described by the equation:
Под действием противоположных потенциалов φ0 и -φ0 на смежных гиперболических поверхностях в сечениях x=±xc формируются распределения потенциала φ(±xc,y) - (кривая 1, Фиг.2), средние значения которых φср(±xc,y) при выполнении условия (2), будут изменяться по линейному закону (кривая 2, Фиг.2):Under the action of opposite potentials φ 0 and -φ 0 on adjacent hyperbolic surfaces in cross sections x = ± x c , potential distributions φ (± x c , y) - are formed (
где
которое соответствует двумерному линейному электрическому полю с проекциями напряженности поля на оси X и Y:which corresponds to a two-dimensional linear electric field with projections of the field strength on the X and Y axis:
Из (5) и (6) следует, что система из 2-х плоских с постоянным шагом ∆y эквипотенциальных дискретных и 4-х гиперболических поверхностей позволяет образовывать двумерные линейные электрические поля в рабочих областях 4 |x|<xc, |yc|<y с произвольным соотношением параметров xc, yc. Причем при фиксированной длине полуосей r0 гиперболических поверхностей выбором параметров xc и ∆y размеры рабочей области по оси X могут изменяться в широких пределах.It follows from (5) and (6) that a system of 2 planar equipotential discrete and 4 hyperbolic surfaces with 2 flat with a constant step ∆y allows the formation of two-dimensional linear electric fields in the working areas 4 | x | <x c , | y c | <y with an arbitrary ratio of parameters x c , y c . Moreover, for a fixed axis length r 0 of hyperbolic surfaces, by choosing the parameters x c and ∆y, the dimensions of the working area along the X axis can vary widely.
Устройство для образования двумерного линейного электрического поля по предлагаемому в п.1 формулы изобретения способу состоит из 2-х плоских дискретных электродов 1 длиной L>>2xc и 4-х гиперболических электродов 2 длиной L>>2xc (Фиг.1). Дискретные электроды 1 с размером ya>>xc по оси Y расположены в плоскостях x=±xc и образованы из равномерно распределенных по оси Y с шагом ∆y тонких диаметром d<<∆y параллельных оси Z эквипотенциальных нитей. Начала координат гиперболических электродов сдвинуты попарно по оси Х на расстояние ±x0 и имеют конечные координаты х=±xa, y=±ya, где xa≥(xc+1.5r0), ya≥(yc+1.5xc). Гиперболические электроды расположены за пределами рабочей области 4 (Фиг.1) |x|>xc по одному в каждом квадранте. Геометрический параметр r0 гиперболических электродов определяется шагом дискретности ∆y плоских электродов и их размером ya по оси Y:The device for forming a two-dimensional linear electric field according to the method proposed in
При заданных параметрах xc, yc рабочей области геометрический параметр r0 гиперболических электродов, используемых в совокупности с плоскими дискретными электродами с постоянным значением шага ∆y, оказывается значительно меньше параметра r0 гиперболических электродов 3 (Фиг.1), создающих такое же поле в отсутствии дискретных электродов. Это позволяет в анализаторах с вытянутыми вдоль оси Y рабочими областями 4 (Фиг.1), когда yc>>xc путем минимизации значения параметра r0 гиперболических электродов в 2-2,5 раза сократить размеры электродных систем анализаторов по оси X. Размер L электродов 1 и 2 по оси Z выбирается исходя из допустимого уровня отклонения поля от линейного в рабочей области анализатора из-за краевых эффектов:Given the parameters x c , y c of the working area, the geometrical parameter r 0 of the hyperbolic electrodes used in conjunction with flat discrete electrodes with a constant step Δy turns out to be significantly less than the parameter r 0 of the hyperbolic electrodes 3 (Figure 1), which create the same field in the absence of discrete electrodes. This allows analyzers with elongated work areas 4 along the Y axis (Fig. 1), when y c >> x c, by minimizing the value of the parameter r 0 of hyperbolic electrodes, by 2–2.5 times reducing the dimensions of the electrode systems of analyzers along the X axis.
L≥4xc.L≥4x c .
Использование в качестве плоских дискретных электродов равномерно распределенных по оси Y металлических нитей в совокупности с гиперболическими электродами упрощает конструкцию и технологию изготовления, а также снижает размеры анализаторов с двумерными линейными электрическими полями.The use of metallic filaments uniformly distributed along the Y axis as flat discrete electrodes in combination with hyperbolic electrodes simplifies the design and manufacturing technology, as well as reduces the size of analyzers with two-dimensional linear electric fields.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Гуров B.C., Мамонтов Е.В., Дягилев А.А. Электродные системы с дискретным линейным распределением высокочастотного потенциала для масс-анализаторов заряженных частиц // Масс-спектрометрия. 2007. №4 (2). - С.139-142.1. Gurov B.C., Mamontov E.V., Diaghilev A.A. Electrode systems with a discrete linear distribution of high-frequency potential for charged particle mass analyzers // Mass spectrometry. 2007. No4 (2). - S.139-142.
2. Патент RU №2327245 от 03.05.2006, Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления.2. Patent RU No. 23237245 of 05/03/2006, Method for mass-selective analysis of ions by time of flight and a device for its implementation.
3. Патент RU №2387043 от 10.04.2008, Способ формирования линейного поля и устройство для его осуществления.3. Patent RU No. 2387043 of 04/10/2008, A method for forming a linear field and a device for its implementation.
4. Патент RU №2422939 от 25.11.2009, Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления.4. Patent RU No. 2422939 of 11.25.2009, A method of forming a two-dimensional linear electric field and a device for its implementation.
Claims (2)
y=±ya, где xa≥(xc+1,5r0), ya≥(yc+1,5xc). 2. Device for the formation of a two-dimensional linear electric field, containing at the boundaries of the working area x = ± x c parallel to the Z axis electrodes of length L >> 2x c from conductive thin filaments distributed along the Y axis parallel to the Z axis, characterized in that two are used in planes x = ± x c discrete with a size y a >> x c along the Y axis of the electrode from equipotential filaments with a diameter d << Δy uniformly distributed with a step Δy along the Y axis and four, one in each quadrant, hyperbolic electrodes with an actual axis axis r 0 shifted in pairs along the X axis by yanie ± x 0, with end coordinates x = ± x a,
y = ± y a , where x a ≥ (x c + 1,5r 0 ), y a ≥ (y c + 1,5x c ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011138617/07A RU2496178C2 (en) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011138617/07A RU2496178C2 (en) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011138617A RU2011138617A (en) | 2013-03-27 |
RU2496178C2 true RU2496178C2 (en) | 2013-10-20 |
Family
ID=49124028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011138617/07A RU2496178C2 (en) | 2011-09-20 | 2011-09-20 | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2496178C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006008537A2 (en) * | 2004-07-21 | 2006-01-26 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2387043C2 (en) * | 2008-04-10 | 2010-04-20 | Евгений Васильевич Мамонтов | Method to generate 2-d linear field and device to this end |
US20100237236A1 (en) * | 2009-03-20 | 2010-09-23 | Applera Corporation | Method Of Processing Multiple Precursor Ions In A Tandem Mass Spectrometer |
RU2422939C1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
-
2011
- 2011-09-20 RU RU2011138617/07A patent/RU2496178C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006008537A2 (en) * | 2004-07-21 | 2006-01-26 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
RU2387043C2 (en) * | 2008-04-10 | 2010-04-20 | Евгений Васильевич Мамонтов | Method to generate 2-d linear field and device to this end |
US20100237236A1 (en) * | 2009-03-20 | 2010-09-23 | Applera Corporation | Method Of Processing Multiple Precursor Ions In A Tandem Mass Spectrometer |
RU2422939C1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10147591B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-12-04 | Auckland Uniservices Limited | Ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011138617A (en) | 2013-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kawamura et al. | Ion energy distributions in rf sheaths; review, analysis and simulation | |
RU2687963C2 (en) | Modification of ions | |
DE112018004182T5 (en) | Methods and systems for ion manipulation | |
Diomede et al. | Radio-frequency capacitively coupled plasmas in hydrogen excited by tailored voltage waveforms: comparison of simulations with experiments | |
Liu et al. | Double-peak structures in transmission of H 2+ ions through conical multicapillaries in a polymer: Projectile-energy dependence | |
RU2496178C2 (en) | Method for formation of two-dimensional liner electric field and device for its implementation | |
CN108735572B (en) | Ion guide device, method and mass spectrometer | |
RU2422939C1 (en) | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method | |
Gerst et al. | Plasma drift in a low-pressure magnetized radio frequency discharge | |
Bennet et al. | Separating the location of geometric and magnetic expansions in low-pressure expanding plasmas | |
Gibson et al. | Predicted behaviour of QMF systems with and without prefilters using accurate 3D fields | |
CN104934288A (en) | High time resolution ion speed imager based on tetra-pole plate design | |
Krüger et al. | Scattering of magnetized electrons at the boundary of low temperature plasmas | |
RU2444083C2 (en) | Method for time-of-flight separation of ions according to mass and device for realising said method | |
Nešković et al. | A square electrostatic rainbow lens: Catastrophic ion beam focusing | |
Liu et al. | Simulations of guiding of low-energy ions through a single nanocapillary in insulating materials | |
RU2387043C2 (en) | Method to generate 2-d linear field and device to this end | |
Sudakov et al. | TOF systems with two-directional isochronous motion | |
CN105632867B (en) | Method for improving performance of grid ion trap | |
US10340132B2 (en) | Optimized electromagnetic field on side-on FT-ICR mass spectrometers | |
Markushin et al. | Simulation of the electric field distribution in the electrode system of a device forming a high-voltage gas discharge | |
Vinogradova et al. | Calculating a multipole cylindrical electrostatic system | |
Bracco | Comparison of quadrupole mass filters equipped with rods of different convexity: An analysis by finite element methods and trajectory simulations | |
Lan et al. | Numerical study on ion filtering of titanium hydride cathodic vacuum arc plasma through a double-layer extraction grid | |
CN103903954B (en) | A kind of linear ion hydrazine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150921 |