RU2502152C2 - Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap - Google Patents

Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap Download PDF

Info

Publication number
RU2502152C2
RU2502152C2 RU2012104298/07A RU2012104298A RU2502152C2 RU 2502152 C2 RU2502152 C2 RU 2502152C2 RU 2012104298/07 A RU2012104298/07 A RU 2012104298/07A RU 2012104298 A RU2012104298 A RU 2012104298A RU 2502152 C2 RU2502152 C2 RU 2502152C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ions
quadrupole
ion
frequency
trap
Prior art date
Application number
RU2012104298/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012104298A (en
Inventor
Валерий Владиславович Разников
Владислав Валерьевич Зеленов
Вячеслав Иванович Козловский
Илья Вячеславович Сулименков
Александр Робертович Пихтелев
Марина Олеговна Разникова
Original Assignee
Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики
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 Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики filed Critical Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики
Priority to RU2012104298/07A priority Critical patent/RU2502152C2/en
Publication of RU2012104298A publication Critical patent/RU2012104298A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2502152C2 publication Critical patent/RU2502152C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: in order to prevent excessive loss of analysed ions, inner walls of input and output diaphragms are divided into segments and alternating or variable voltage is applied to said diaphragms. Mass spectra of product ions during collision-induced dissociation are recorded using a mass analyser which is interfaced with a trap, particularly on a time-of-flight mass analyser with orthogonal ion input.
EFFECT: obtaining quantitative information on analysed compounds and high accuracy of structural chemical analysis.
15 cl, 7 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к методам и технике химического анализа органических, биоорганических и неорганических соединений на базе сочетания разделения ионов этих соединений по отношениям массы к заряду, подвижности, устойчивости к столкновительной фрагментации ионов и масс-анализа ионов-продуктов этой фрагментации. В частности, речь идет о предварительном разделении ионов, поступающих из источника электронной ионизации или из внешних источников ионов, при совместном действии электрических полей и газового потока в линейной радиочастотной ловушке, направленного к ее выходу, по величинам зарядов и масс, сечений столкновений и устойчивости к распаду. Последующий анализ ионов-продуктов по отношениям массы к заряду может производиться с помощью времяпролетного масс-спектрометра с ортогональным вводом ионов (орто-ВПМС) либо на каком-либо другом масс-анализаторе.The present invention relates to methods and techniques for the chemical analysis of organic, bioorganic and inorganic compounds based on a combination of the separation of the ions of these compounds according to the mass to charge ratios, mobility, resistance to collisional fragmentation of ions and mass analysis of ion products of this fragmentation. In particular, we are talking about the preliminary separation of ions coming from an electron ionization source or from external ion sources, under the combined action of electric fields and a gas stream in a linear radio-frequency trap directed to its exit, according to the values of charges and masses, collision cross sections and resistance to decay. Subsequent analysis of product ions in terms of mass to charge ratios can be carried out using a time-of-flight mass spectrometer with orthogonal ion input (ortho-VMS) or on some other mass analyzer.

Распад или гибель анализируемых ионов может вызываться как разогревом вращающихся ионов за счет их столкновений с атомами или молекулами газа, так и соударениями ионов со стержнями ловушки. Использование таких распадов или гибели для разделения и идентификации анализируемых соединений является одним из отличительных признаков настоящего изобретения, оно многократно увеличивает разделительную способность метода.The decay or death of the analyzed ions can be caused both by heating of the rotating ions due to their collisions with atoms or gas molecules, and by collisions of ions with the rods of the trap. The use of such decays or death for the separation and identification of the analyzed compounds is one of the distinguishing features of the present invention, it greatly increases the separation ability of the method.

Среди задач, для которых кроме чувствительности важны как разделительная способность, так и динамический диапазон измерений, может быть упомянут экспресс-анализ микропримесей в атмосферном воздухе применительно к использованию в системах безопасности, таможенного и экологического контроля. Вторая задача, где разделительная способность и «информационная производительность» являются определяющими - это исследование структуры ионов биомолекул, что может быть важным для задач протеомики, биомедицинских и биотехнологических применений.Among the tasks for which, in addition to sensitivity, both the separation ability and the dynamic range of measurements are important, rapid analysis of microimpurities in the air can be mentioned in relation to their use in security systems, customs and environmental control. The second task, where separation ability and “information performance” are decisive, is the study of the structure of biomolecule ions, which may be important for proteomics, biomedical and biotechnological applications.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

После разработки и создания в нашем институте первых времяпролетных масс-спектрометров с ортогональным вводом ионов (орто-ВПМС) [1, 2] приборы этого типа получили широкое распространение при решении разнообразных аналитических и структурных задач [3-5]. Удобство сочленения таких приборов с различными устройствами предварительного разделения ионов, производящими непрерывный или квазинепрерывный поток ионов, с импульсным времяпролетным масс-анализом, рекордным по быстродействию среди всех известных типов масс-анализаторов, обусловили высокую эффективность и привлекательность таких сочетаний для решения разнообразных аналитических и структурных задач. В то же время существуют важные структурно-аналитические проблемы, для которых разделительная способность и «информационная производительность» известных приборных комплексов, включающих в свой состав орто-ВПМС, оказывается недостаточной. Для преодоления этих ограничений естественным является стремление ввести в масс-спектрометрический эксперимент дополнительные размерности измерений, связанные с контролируемыми превращениями исследуемых ионов и регистрацией данных в процессе этих превращений. Для проведения подобных измерений желательно иметь в реакторе достаточно большое число (или достаточно интенсивный поток) исследуемых ионов и отделить эти ионы от других мешающих ионов.After the development and creation at our institute of the first time-of-flight mass spectrometers with orthogonal ion injection (ortho-VPMS) [1, 2], devices of this type became widespread in solving various analytical and structural problems [3-5]. The convenience of combining such devices with various devices for preliminary separation of ions, producing a continuous or quasicontinuous ion flux, with pulsed time-of-flight mass analysis, which is record-breaking in speed among all known types of mass analyzers, has led to the high efficiency and attractiveness of such combinations for solving various analytical and structural problems . At the same time, there are important structural and analytical problems for which the separation ability and “information performance” of known instrument systems, including the ortho-VPMS, is insufficient. To overcome these limitations, it is natural to strive to introduce into the mass spectrometric experiment additional measurement dimensions associated with the controlled transformations of the studied ions and the recording of data during these transformations. To carry out such measurements, it is desirable to have a sufficiently large number (or sufficiently intense flux) of the studied ions in the reactor and to separate these ions from other interfering ions.

В последние 20 лет широкое распространение в масс-спектрометрии получили газонаполненные радиочастотные мультиполи, устройства, содержащие набор обычно параллельных друг другу стержней, симметрично расположенных вокруг оси устройства. Радиочастотные напряжения чаще всего в противофазе подаются на соседние стержни. Эти устройства обычно используются как средства фокусировки и эффективной транспортировки ионов или для накопления ионов (в этом случае они называются линейными радиочастотными ловушками или линейными ионными ловушками) с возможной изоляцией выбранных ионов и проведением контролируемой диссоциации и других структурных превращений [6-8]. В этих устройствах используется описанное еще в Механике Ландау и Лифшица [9] свойство высокочастотных силовых полей вызывать выталкивание частиц в таких полях в сторону уменьшения напряженности этих полей. Если говорить более точно, то усредненное движение частиц в таких (электрических) полях описывается в первом приближении эффективным потенциалом, прямо пропорциональным квадрату напряженности высокочастотного поля, умноженной на квадрат заряда частицы, и обратно пропорциональным массе частицы. Для частного случая идеального радиочастотного квадруполя эффективный потенциал квадратично зависит от обеих координат (в прямоугольной системе координат в плоскости, ортогональной оси квадруполя), достигая минимального значения на оси квадруполя, и усредненное свободное движение ионов в таком поле - независимые гармонические колебания по обеим координатам. В этих устройствах, используемых как ионные накопители и реакторы, два важных в этом случае свойства - способность к накоплению ионов и способность разделять эти ионы могут вступать в противоречие друг с другом. Для того, чтобы эффективно останавливать ионы внутри мультиполя, обычно нужна достаточно высокая плотность газа, а для высокой селективности изоляции выбранных ионов или возбуждения резонансных осцилляции ионов и их разогрева (для проведения фрагментации и других превращений) плотность газа должна быть относительно мала.In the past 20 years, gas-filled radio frequency multipoles, devices containing a set of rods usually parallel to each other, symmetrically located around the axis of the device, have become widespread in mass spectrometry. Radio frequency voltages are most often in antiphase applied to adjacent rods. These devices are usually used as a means of focusing and efficiently transporting ions or for accumulating ions (in this case they are called linear radio frequency traps or linear ion traps) with the possible isolation of selected ions and conducting controlled dissociation and other structural transformations [6-8]. In these devices, the property of high-frequency force fields described in Mechanics of Landau and Lifshitz [9] is used to cause the particles to be ejected in such fields to reduce the strength of these fields. More precisely, the average particle motion in such (electric) fields is described, to a first approximation, by the effective potential, which is directly proportional to the square of the high-frequency field intensity multiplied by the square of the particle’s charge and inversely proportional to the particle mass. For a particular case of an ideal radio-frequency quadrupole, the effective potential depends quadratically on both coordinates (in a rectangular coordinate system in a plane orthogonal to the quadrupole axis), reaching a minimum value on the quadrupole axis, and the average free movement of ions in such a field is independent harmonic oscillations in both coordinates. In these devices, used as ion storage rings and reactors, two important properties in this case - the ability to accumulate ions and the ability to separate these ions can conflict with each other. In order to effectively stop ions inside a multipole, a sufficiently high gas density is usually required, and for high selectivity of isolation of selected ions or excitation of resonant ion oscillations and their heating (for fragmentation and other transformations), the gas density should be relatively low.

Один из возможных подходов для преодоления этого противоречия путем создания мало расходящегося сверхзвукового газового потока [16], направленного вдоль оси мультиполя и создающего повышенную плотность газа около этой оси, описан в наших патентах РФ [10, 11] и заявке на патент РФ [12]. Второй возможный способ накопления выбранных ионов является предметом настоящего изобретения. Его предпосылкой 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 [13-15]. Эта методика была новой, ранее никем не предлагавшейся. В отличие от настоящего изобретения, возбуждение вращения ионов в этом случае производится во время их одностороннего движения вдоль квадруполя без накопления. В конце квадруполя вращающее поле отсутствует, и ионы фокусируются к оси квадруполя, что и требует относительно высокой плотности буферного газа. Такая плотность также нужна для того, чтобы иметь относительно короткое время установления стационарного радиуса вращения ионов при наличии вращающего поля. 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 была существенно менее 100.One of the possible approaches to overcome this contradiction by creating a slightly diverging supersonic gas flow [16] directed along the multipole axis and creating an increased gas density near this axis is described in our patents in the Russian Federation [10, 11] and in the patent application of the Russian Federation [12] . A second possible method for accumulating selected ions is the subject of the present invention. Its prerequisite is the creation by us of a technique for resonant excitation of the rotation of selected ions around the axis of the radio frequency quadrupole and the fragmentation of these ions due to collisions with buffer gas molecules [13-15]. This technique was new, previously not proposed by anyone. Unlike the present invention, the rotation of the ions in this case is excited during their one-way movement along the quadrupole without accumulation. At the end of the quadrupole, there is no rotating field, and the ions are focused towards the axis of the quadrupole, which requires a relatively high density of the buffer gas. Such a density is also needed in order to have a relatively short time to establish a stationary radius of rotation of ions in the presence of a rotating field. 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 manufacturing quality of the 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, in real measurements, was significantly less than 100 in our case.

В предлагаемом варианте ионы вращаются при значительно меньшей плотности буферного газа. Эта плотность такова, что характерное время релаксации скорости немного превышает или становится сравнимым со временем прохождения ионами расстояния между входной и выходной диафрагмами. При обеспечении отражения ионов от внутренних поверхностей этих диафрагм вращающиеся ионы при их радиусе вращения, превышающем эффективные радиусы отверстий выходной и входной диафрагм, будут накапливаться в пространстве между этими поверхностями, осциллируя между ними. 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 0,1 мТорр (азота) ожидаемая массовая разрешающая способность на полувысоте пиков для органических ионов с массой около 500 Да может быть около или даже более 1000. Для идеального квадруполя разрешенность резонансного вращательного возбуждения ионов будет возрастать пропорционально уменьшению плотности буферного газа.In the proposed embodiment, ions rotate at a much lower density of the buffer gas. This density is such that the characteristic relaxation time of the velocity slightly exceeds or becomes comparable with the time the ions travel the distance between the input and output diaphragms. If ions are reflected from the inner surfaces of these diaphragms, rotating ions with their radius of rotation exceeding the effective radii of the openings of the outlet and inlet diaphragms will accumulate in the space between these surfaces, oscillating between them. 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 0.1 mTorr (nitrogen), the expected mass resolution at half maximum peaks for organic ions with a mass of about 500 Da can be about or even more than 1000. For an ideal quadrupole, the resolution of the resonant rotational excitation of ions will increase in proportion to a decrease in the density of the buffer gas.

Теоретическая модель разогрева ионов, движущихся в газе под действием электрического поля, описана нами в [20]. Модель является оригинальной, ее предсказания несколько отличаются от известных моделей. В частности, она предсказывает несколько более высокую величину внутренней температуры иона по сравнению с температурой его поступательного движения, которая в литературе обычно называется эффективной температурой. Эта модель косвенно подтверждается имеющимися экспериментальными данными, и ее использование для получения количественных термохимических данных для исследуемых ионов является возможным.A theoretical model for heating ions moving in a gas under the influence of an electric field was described by us in [20]. The model is original, its predictions are somewhat different from the known models. In particular, it predicts a slightly higher value of the internal temperature of the ion compared to the temperature of its translational motion, which in the literature is usually called the effective temperature. This model is indirectly confirmed by the available experimental data, and its use to obtain quantitative thermochemical data for the studied ions is possible.

Программное обеспечение для анализа экспериментальных данных должно включать пакеты программ, реализующие в основных чертах разработанные нами оригинальные методы, описанные в [21-25, 32]. Среди этих методов наиболее важными являются:The software for the analysis of experimental data should include software packages that basically implement the original methods developed by us, described in [21–25, 32]. Among these methods, the most important are:

1. Метод коррекции эффектов насыщения и «мертвого» времени при использовании времяцифрового преобразования для регистрации данных ВПМС [23, 32];1. The correction method for the effects of saturation and "dead" time when using time-to-digital conversion to register data of the VPMS [23, 32];

2. Метод выявления экспоненциальных вкладов в зарегистрированный сигнал от ансамбля ионов, релаксирующего к новому стационарному состоянию после переключения режима накопления ионов [21, стр.192], с нахождением корней характеристического полинома с помощью процедуры, описанной в [25];2. A method for identifying exponential contributions to a registered signal from an ion ensemble that relaxes to a new stationary state after switching the ion accumulation mode [21, p. 192], with finding the roots of the characteristic polynomial using the procedure described in [25];

3. Метод выявления экспоненциальных вкладов в совокупности кривых ионного тока, развитый ранее для анализа совокупности эффузиометрических кривых [24].3. A method for identifying exponential contributions to a set of ion current curves, developed earlier for the analysis of a set of effusiometric curves [24].

Существующие методы при реализации столкновительно-индуцированной диссоциации ионов или при проведении кинетических масс-спектрометрических измерений предполагают обычно предварительную изоляцию одного типа ионов при потере всех остальных, тем самым требуя использования большого объема исходного образца и больших временных затрат на проведение экспериментов. Одно из исключений представляет собой «многоотражательный» орто-ВПМС А.Н. Веренчикова [26], где из-за значительного увеличения эффективной длины дрейфа ионов и, следовательно, их времени пролета появляется возможность произвести столкновительную диссоциацию не одного, а нескольких типов выбранных ионов, достаточно далеко разнесенных по времени выхода (на время, большее времени дрейфа ионов во вторичном времяпролетном масс-спектрометре). Этот гораздо более технически сложный, чем в нашем случае, подход, конечно, исключает проведение каких-либо кинетических измерений и производит выделение первичных ионов для диссоциации только по m/z.Existing methods for the implementation of collision-induced ion dissociation or for kinetic mass spectrometric measurements usually require preliminary isolation of one type of ion with the loss of all the others, thereby requiring the use of a large volume of the initial sample and a large time-consuming experiment. One of the exceptions is the “multi-reflection” ortho-VPMS A.N. Verenchikova [26], where due to a significant increase in the effective length of the ion drift and, consequently, their flight time, it becomes possible to produce collisional dissociation of not one, but several types of selected ions, which are far enough separated by the exit time (by a time longer than the ion drift time in a secondary time-of-flight mass spectrometer). This approach, which is much more technically complex than in our case, of course, excludes any kinetic measurements and produces primary ions for dissociation only in m / z.

Возможный подход, снижающий потери первичных ионов, описан в патенте США А.В. Лободы №7,459,679 [27]. В этом патенте предлагается после накопления ионов в квадруполе при давлении буферного газа около 0.1 Торр осуществлять дипольное возбуждение колебаний ионов с выбранным m/z, так чтобы эти ионы в плоскости дипольного возбуждения в среднем достаточно далеко отклонялись от оси квадруполя. Во время такого возбуждения или после его окончания создается линейно изменяющееся вдоль квадруполя постоянное во времени квадрупольное поле. Потенциалы этого поля выбираются такими, чтобы в плоскости возбуждения колебаний выбранных ионов создавать в среднем электрическое поле, двигающее ионы к выходу из квадруполя (на оси квадруполя такое поле равно 0, а в перпендикулярной плоскости оно двигает ионы в противоположном направлении). В этом случае невозбужденные ионы, имеющие в среднем меньшее отклонение от оси квадруполя в этой плоскости, будут менее подвержены влиянию этого вытягивающего поля. Таким образом, интересующий пакет ионов может быть передвинут в камеру столкновений, а остальные ионы останутся в накопительном квадруполе. После завершения работы с первым пакетом аналогичным образом в камеру столкновений может быть доставлен следующий пакет. Такой подход достаточно интересен и, по-видимому, будет работать. Однако, его разрешающая способность должна быть достаточно низкой (вряд ли она будет более 10) по нескольким причинам. Главная из них - это достаточно высокая плотность буферного газа, необходимая для захвата ионов в ловушку. Таким образом, передаваемые в камеру столкновений пакеты ионов будут содержать множество ионов в достаточно широком диапазоне масс, и для проведения столкновительной диссоциации «индивидуальных» ионов все остальные ионы из этого пакета должны быть удалены. Относительно большая плотность газа в радиочастотном мультиполе при накоплении ионов в существующих системах приводит либо к невысокой избирательности ионов при их изоляции, либо требует дополнительного времени на скачивание "лишнего" газа. Другое возможное решение - это создание сложных многотамбурных систем, где функции накопления, изоляции и столкновительной диссоциации выполняются в разных частях системы с сильно различающимися плотностями буферного газа. Такая конструкция приводит к дополнительным потерям ионов и удорожанию приборного комплекса. Именно такое построение и предлагается в только что описанном патенте США [27].A possible approach that reduces the loss of primary ions is described in US patent A.V. Loboda No. 7,459,679 [27]. This patent proposes, after the accumulation of ions in the quadrupole at a buffer gas pressure of about 0.1 Torr, to carry out dipole excitation of ion vibrations with the selected m / z, so that these ions in the plane of dipole excitation deviate far enough from the axis of the quadrupole on average. During or after this excitation, a quadrupole field that is linearly changing along the quadrupole is created in time. The potentials of this field are chosen so that in the plane of excitation of the vibrations of the selected ions an average electric field is created that moves the ions to the exit of the quadrupole (on the axis of the quadrupole this field is 0, and in the perpendicular plane it moves the ions in the opposite direction). In this case, unexcited ions, having on average a smaller deviation from the axis of the quadrupole in this plane, will be less susceptible to the influence of this pulling field. Thus, the packet of ions of interest can be moved into the collision chamber, and the remaining ions will remain in the storage quadrupole. After completing the first packet in the same way, the next packet can be delivered to the collision chamber. This approach is quite interesting and, apparently, will work. However, its resolution should be low enough (it is unlikely to be more than 10) for several reasons. The main one is the rather high density of the buffer gas needed to trap ions in the trap. Thus, ion packets transferred to the collision chamber will contain many ions in a rather wide mass range, and for the collisional dissociation of “individual” ions, all other ions from this packet must be removed. The relatively high gas density in the radio frequency multipole during the accumulation of ions in existing systems either leads to low selectivity of the ions during their isolation, or requires additional time to download the "excess" gas. Another possible solution is to create complex multi-tambour systems, where the functions of accumulation, isolation, and collisional dissociation are performed in different parts of the system with very different buffer gas densities. Such a design leads to additional ion losses and an increase in the cost of the instrument complex. It is such a construction that is proposed in the just described US patent [27].

Динамические методы захвата ионов в квадрупольную ловушку, когда обратный выход ионов запирается включением соответствующего потенциала до момента возврата запущенного пакета ионов от точки разворота, позволяют использовать только небольшую часть исходного потока ионов, если последующие манипуляции с ионами требуют относительно большого времени. Исходный поток ионов должен быть заперт на это время, и соответствующие ионы обычно теряются.Dynamic methods of capturing ions in a quadrupole trap, when the reverse ion exit is blocked by switching on the corresponding potential until the launched ion packet returns from the pivot point, only a small part of the initial ion flux can be used if subsequent manipulations with the ions require a relatively long time. The initial ion flow should be locked at this time, and the corresponding ions are usually lost.

Использование резонансного вращательного движения ионов также как и их резонансных одномерных колебаний в радиочастотном квадруполе для устранения излишних ионов, мешающих измерению менее интенсивных аналитических ионов или вызывающих явления насыщения в измерительной системе времяпролетного масс-спектрометра описано в патентной заявке США №20080149825 Козловского В.И. и др. [28]. В нашем случае аналогичных целей можно добиться путем соответствующей резонансной раскрутки ионов, осциллирующих в накопительной части радиочастотного квадруполя, что позволит повысить избирательность такого устранения по сравнению с раскруткой ионов при однократном прохождении квадруполя.The use of the resonant rotational motion of ions as well as their resonant one-dimensional oscillations in the radio-frequency quadrupole to eliminate unnecessary ions that interfere with the measurement of less intense analytical ions or cause saturation phenomena in the measuring system of a time-of-flight mass spectrometer is described in US patent application No. 20080149825 Kozlovsky V.I. et al. [28]. In our case, similar goals can be achieved by appropriate resonant spin-up of ions oscillating in the storage part of the radio-frequency quadrupole, which will increase the selectivity of this elimination in comparison with the spin-up of ions during a single passage of the quadrupole.

Использование вращательного поля для селективной диссоциации накопленных в квадрупольной линейной ловушке ионов при столкновении с атомами или молекулами буферного газа описано в патенте США №7,351,965 B2 [29]. Регистрацию ионов-продуктов, также удаление нежелательных ионов предлагается производить через щели вдоль вершин основных электродов гиперболической формы. Нарушения квадрупольного поля вблизи этих щелей предлагается компенсировать с помощью тонких электродов, расположенных вдоль щелей посередине на выходе из них. При проведении диссоциации предлагается намеренно искажать квадрупольное поле заданием потенциалов на этих вспомогательных электродах, отличных от потенциалов основных электродов. Это полезно делать для смещения резонансных частот сильно раскрученных ионов для предотвращения их гибели на электродах квадруполя. В нашем случае использование круглых стержней квадруполя (что технологически много проще использования гиперболических стержней) приведет к тому же самому эффекту при диссоциации выбранных ионов. В патенте США №7,353,965 В2 [29] предлагается производить захват ионов в ловушку динамически, поднимая напряжение на входной диафрагме, т.к. давление буферного газа в квадруполе недостаточно, чтобы остановить ионы, отраженные от запирающего потенциала на последней секции квадруполя. В этом случае в ловушке остаются ионы, совершившие отражение от этого потенциала и не успевшие выйти назад через выходную диафрагму квадруполя до установления на ней запирающего напряжения. В патенте [29] для обеспечения улавливания достаточно большого числа анализируемых ионов предполагается использование относительно длинного квадруполя (1000 мм). Такая длина не только увеличивает габариты прибора, но и предъявляет более жесткие требования к параллельности стержней квадруполя и соблюдению других условий его изготовления для обеспечения однородности резонансных частот свободных движений ионов в разных местах квадруполя. Предлагаемый в настоящем изобретении метод накопления ионов, как ожидается, позволит накапливать достаточное число ионов в квадруполе, на порядок менее длинном, при сравнимом остаточном давлении буферного газа.The use of a rotational field for the selective dissociation of ions accumulated in a quadrupole linear trap in a collision with atoms or molecules of a buffer gas is described in US Pat. No. 7,351,965 B2 [29]. It is proposed that the registration of product ions, as well as the removal of unwanted ions, be made through gaps along the vertices of the main electrodes of hyperbolic shape. It is proposed to compensate for the violation of the quadrupole field near these slots using thin electrodes located along the slots in the middle at the exit from them. When conducting dissociation, it is proposed to intentionally distort the quadrupole field by setting potentials on these auxiliary electrodes that are different from the potentials of the main electrodes. This is useful for shifting the resonance frequencies of strongly promoted ions to prevent their death on the quadrupole electrodes. In our case, the use of round rods of a quadrupole (which is technologically much easier to use hyperbolic rods) will lead to the same effect in the dissociation of selected ions. In US patent No. 7,353,965 B2 [29] it is proposed to capture ions dynamically in the trap, raising the voltage at the input diaphragm, because the buffer gas pressure in the quadrupole is not enough to stop the ions reflected from the blocking potential in the last section of the quadrupole. In this case, ions remain in the trap, which have reflected from this potential and did not have time to go back through the output diaphragm of the quadrupole until a blocking voltage is established on it. In the patent [29], to ensure the capture of a sufficiently large number of analyzed ions, the use of a relatively long quadrupole (1000 mm) is assumed. This length not only increases the dimensions of the device, but also makes more stringent requirements for the parallelism of the rods of the quadrupole and other conditions for its manufacture to ensure uniformity of the resonant frequencies of free movements of ions in different places of the quadrupole. The ion accumulation method of the present invention is expected to accumulate a sufficient number of ions in a quadrupole, an order of magnitude shorter, with a comparable residual pressure of the buffer gas.

По-видимому, наиболее близкий по своим возможностям метод, который можно рассматривать как один из аналогов предлагаемого изобретения, заявлен в патенте США №7,507,953 [30]. В основных чертах это развитие описанного в предыдущем пункте подхода, если не принимать во внимание компенсацию нарушений квадрупольного поля вблизи выходных щелей вдоль стержней линейной квадрупольной ловушки для транспорта ионов в систему регистрации. В рассматриваемом случае выбранные ионы в виде «ленточного» пучка могут попадать и в плоскую камеру столкновений, а затем транспортироваться непосредственно или после столкновительной диссоциации во времяпролетный масс-спектрометр с ортогональным вводом ионов. Возможность автономной регистрации (отдельной системой, как в предыдущем патенте) исходных ионов также предусмотрена. В этом методе в отличие от общепринятых подходов достигается использование для столкновительной диссоциации не одного, а любого желаемого числа видов родительских ионов. Такая же возможность реализуется и в предлагаемом изобретении. В патенте предусмотрено также стандартное использование линейной квадрупольной ловушки для последовательного осуществления изоляции и столкновительной диссоциации ионов для реализации MS" метода, включая на последнем этапе регистрацию ионов-продуктов с помощью времяпролетного масс-спектрометра. Эта же возможность может быть реализована и в настоящем изобретении.Apparently, the closest method in its capabilities, which can be considered as one of the analogues of the invention, is claimed in US patent No. 7,507,953 [30]. In general terms, this is the development of the approach described in the previous paragraph, if we do not take into account the compensation of violations of the quadrupole field near the output slits along the rods of the linear quadrupole trap for ion transport to the registration system. In the case under consideration, the selected ions in the form of a “ribbon” beam can also enter a flat collision chamber and then be transported directly or after collisional dissociation to a time-of-flight mass spectrometer with orthogonal ion injection. The possibility of autonomous registration (as a separate system, as in the previous patent) of the initial ions is also provided. In this method, in contrast to generally accepted approaches, the use for collisional dissociation of not only one, but any desired number of species of parent ions is achieved. The same opportunity is realized in the present invention. The patent also provides for the standard use of a linear quadrupole trap for sequential isolation and collisional ion dissociation for the implementation of the MS "method, including at the last stage the registration of product ions using a time-of-flight mass spectrometer. The same possibility can be implemented in the present invention.

В перспективе предполагается использование описанного в патенте прибора в сочетании с жидкостным хроматографом для предварительного разделения сложных образцов биологического происхождения. В этом случае такой подход по сравнению с другими известными представляется наиболее эффективным с точки зрения объема получаемой информации, времени анализа и количества используемого образца.In the future, it is planned to use the device described in the patent in combination with a liquid chromatograph for preliminary separation of complex samples of biological origin. In this case, this approach, in comparison with other known ones, seems to be the most effective in terms of the amount of information received, the analysis time, and the amount of sample used.

К недостаткам описанной системы можно отнести потери разрешающей способности и чувствительности при ортогональном вводе родительских ионов в ячейку столкновений, в том числе и из-за отклонений поля вблизи выходной щели от квадрупольного. Кроме этого, использование дипольного возбуждения ионов в отличие от нашего подхода, где используются вращающие поля, приводит к более сильному влиянию объемного заряда остальных накопленных ионов на разрешающую способность выделения родительских ионов. В нашем случае эти ионы рассредоточены на различных орбитах вращения (в зависимости от m/z и подвижности ионов). В случае же резонансного дипольного возбуждения остальные ионы в среднем сосредоточены вблизи оси квадруполя, и при достаточно большом их числе создают заметное дополнительное поле, искажающее гармонический характер эффективного потенциала квадрупольного поля вблизи оси квадруполя. Для вращающихся ионов возможность возбуждения дополнительных гармонических осцилляции сохраняется и при наличии существенного влияния объемного заряда других ионов [11].The disadvantages of the described system include the loss of resolution and sensitivity during the orthogonal introduction of parent ions into the collision cell, including due to deviations of the field near the exit gap from the quadrupole one. In addition, the use of dipole excitation of ions, in contrast to our approach, where rotating fields are used, leads to a stronger effect of the space charge of the remaining accumulated ions on the resolution of the release of parent ions. In our case, these ions are dispersed in different rotation orbits (depending on m / z and ion mobility). In the case of resonant dipole excitation, the remaining ions are concentrated on average near the axis of the quadrupole, and with a sufficiently large number they create a noticeable additional field that distorts the harmonic nature of the effective potential of the quadrupole field near the axis of the quadrupole. For rotating ions, the possibility of exciting additional harmonic oscillations is preserved even if there is a significant effect of the space charge of other ions [11].

Для достижения более эффективного использования потока исходных ионов в одном из вариантов, предлагаемых в патенте, предусмотрено разделение линейной квадрупольной ловушки на две части. В первой части, работающей при повышенном давлении, происходит накопление всех ионов предпочтительно в непрерывном режиме. Во вторую часть, осуществляющей резонансную селекцию родительских ионов при пониженном давлении (для лучшей избирательности), ионы в выбранном интервале m/z переводятся возбуждением продольных колебаний в первой части для сообщения им энергии, достаточной для преодоления потенциального барьера между первой и второй частью. В нашем случае достаточно эффективное накопление ионов, выделение родительских ионов и их фрагментацию предполагается проводить в едином квадруполе, откачиваемом одним турбомолекулярным насосом.To achieve a more efficient use of the source ion stream in one of the options proposed in the patent, it is provided that the linear quadrupole trap is divided into two parts. In the first part, operating at elevated pressure, all ions are accumulated, preferably continuously. In the second part, which carries out the resonant selection of the parent ions under reduced pressure (for better selectivity), the ions in the selected m / z interval are translated by excitation of longitudinal vibrations in the first part to give them enough energy to overcome the potential barrier between the first and second parts. In our case, rather efficient accumulation of ions, the separation of parent ions and their fragmentation is supposed to be carried out in a single quadrupole pumped out by one turbomolecular pump.

В рассматриваемом патенте [11] проведение кинетических измерений не предусматривается, и вряд ли в описываемой конструкции это возможно. С другой стороны, такие измерения, как предлагается в настоящем изобретении, при сочетании с предварительным хроматографическим разделением из-за временных ограничений возможны только для отдельных хроматографических пиков, отделенных друг от друга достаточными временными интервалами. В то же время эти измерения могут обеспечить дополнительное разделение ионов, которое может компенсировать отсутствие или даже превысить разделительные способности хроматографа при меньшем общем времени анализа. Возможно также и значительное увеличение результирующего разделения при сочетании с хроматографом, т.к. устойчивость к столкновительной диссоциации вряд ли будет сильно коррелировать с временами удерживания соединений в хроматографических колонках.In the patent in question [11], kinetic measurements are not provided, and this is hardly possible in the described construction. On the other hand, such measurements as proposed in the present invention, in combination with preliminary chromatographic separation due to time limitations, are possible only for individual chromatographic peaks separated from each other by sufficient time intervals. At the same time, these measurements can provide additional ion separation, which can compensate for the absence or even exceed the separation capabilities of the chromatograph with a shorter total analysis time. A significant increase in the resulting separation is also possible when combined with a chromatograph, because resistance to collisional dissociation is unlikely to strongly correlate with retention times of compounds in chromatographic columns.

Стандартным методом оценки сечений столкновений ионов, движущихся в газе, является та или иная разновидность измерения подвижности иона или коэффициента пропорциональности между стационарной скоростью иона и напряженностью электрического поля, вызывающего это движение. Часто это движение используется для предварительного разделения ионов. Поскольку в обычных вариантах реализации метода время движения ионов в дрейфовой трубе относительно невелико, наиболее приемлемым оказывается сочетание разделения ионов по подвижности с времяпролетным анализатором с ортогональным вводом ионов.A standard method for estimating the cross sections for collisions of ions moving in a gas is one or another type of measurement of the mobility of the ion or the proportionality coefficient between the stationary velocity of the ion and the electric field strength that causes this movement. Often this movement is used for preliminary separation of ions. Since in ordinary versions of the method, the time of movement of ions in a drift tube is relatively small, the most acceptable combination of separation of ions by mobility with a time-of-flight analyzer with orthogonal ion input.

Серьезной проблемой такого сочетания является обеспечение высокой трансмиссии ионов через дрейфовую трубу в ВПМС. Одно из возможных решений было предложено нами в патенте США №6,992,284 [31], где приведен достаточно подробный обзор работ по разделению ионов по подвижности. В патенте 6,992,284 речь идет об использовании в дрейфовой трубе при давлении буферного газа в несколько Торр вместо однородного электрического поля последовательности чередующихся участков сильного и слабого поля. Это приводит к фокусировке ионов к оси квадруполя и позволяет несколько увеличить общее напряжение вдоль трубы, что благоприятно сказывается на разрешении пакетов ионов по подвижности. Все же во всех реализованных вариантах разделения ионов по подвижности достаточно высокого разрешения получить не удается. Даже для дрейфа ионов при атмосферном давлении не достигается разрешения более 100.A serious problem of this combination is the provision of high ion transmission through the drift tube in the HPMC. One of the possible solutions was proposed by us in US patent No. 6,992,284 [31], where a fairly detailed review of the work on the separation of ions by mobility is given. Patent 6,992,284 refers to the use of a sequence of alternating sections of a strong and a weak field in a drift tube at a gas pressure of several Torr instead of a uniform electric field. This leads to the focusing of ions to the axis of the quadrupole and allows you to slightly increase the total voltage along the tube, which favorably affects the resolution of ion packets in mobility. Nevertheless, in all realized variants of the separation of ions by mobility, a sufficiently high resolution cannot be obtained. Even for ion drift at atmospheric pressure, a resolution of more than 100 is not achieved.

В предлагаемом изобретении подвижность ионов в их разделении выступает опосредованно. Чем больше подвижность ионов с заданным m/z, тем большую скорость движения и больший радиус вращения ионы будут иметь под действием вращающего поля и, следовательно, более высокую внутреннюю температуру, добавки к которой пропорциональны квадрату скорости [20] и квадрату радиуса вращения [13]. Если устойчивости к распаду рассматриваемых ионов близки, то быстрее будут распадаться ионы с большей подвижностью. При этом в нашем случае, имеется возможность выбора m/z ионов заданием частоты вращающего поля, а выбором амплитуды вращающего поля можно регулировать скорость распада. В случае классического разделения ионов по подвижности имеется довольно слабая возможность влиять на время выхода и ширину пакета интересующих ионов. Уменьшением напряженности поля вдоль трубы можно увеличить время выхода ионов, но при этом уменьшается разрешение по подвижности.In the present invention, the mobility of ions in their separation acts indirectly. The greater the mobility of ions with a given m / z, the greater the speed of movement and a larger radius of rotation of the ions will be under the action of a rotating field and, therefore, a higher internal temperature, the addition of which is proportional to the square of the velocity [20] and the square of the radius of rotation [13] . If the resistance to decay of the ions under consideration is close, then ions with greater mobility will decay faster. Moreover, in our case, it is possible to select m / z ions by setting the frequency of the rotating field, and by choosing the amplitude of the rotating field, you can adjust the decay rate. In the case of the classical separation of ions by mobility, there is a rather weak possibility of influencing the exit time and the width of the packet of ions of interest. By decreasing the field strength along the pipe, the ion exit time can be increased, but the mobility resolution decreases.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Особенностями одной из возможных реализации предлагаемых методов являются:Features of one of the possible implementation of the proposed methods are:

Поток исследуемых ионов - это результат ионизации соединений, поступающих с газовым потоком в ионный источник электронной ионизации, или транспортировки ионов, в том числе и многозарядных ионов биомолекул, например, из электроспрейного источника на вход радиочастотного квадруполя, сопряженного с орто-ВПМС. Вместо электроспрейного источника при таком вводе ионов может использоваться и любой другой источник ионов, работающий при атмосферном или относительно высоком давлении. При использовании внешнего источника ионов источник электронной ионизации может отсутствовать.The flow of the studied ions is the result of ionization of compounds entering the gas stream into the ion source of electron ionization, or transporting ions, including multiply charged ions of biomolecules, for example, from an electrospray source to the input of a radio-frequency quadrupole coupled to the ortho-VPMS. Instead of an electrospray source, this ion injection can also use any other ion source operating at atmospheric or relatively high pressure. When using an external ion source, the electron ionization source may be absent.

Накопление, предварительное разделение, управляемая фрагментация и фокусировка ионов осуществляются в радиочастотном квадруполе с газовым потоком, имеющим значимую составляющую скорости вдоль оси квадруполя, направленную к выходу из квадруполя. Внутренние поверхности входной и выходной диафрагм разрезаны на секторные фрагменты, к которым приложены противоположные по знаку и близкие по абсолютной величине напряжения, которые далее для краткости называются альтернированными напряжениями. При относительно большой абсолютной величине этих напряжений для вращающихся вокруг оси квадруполя ионов возникает достаточный отталкивающий эффективный потенциал. Это аналогично фокусировке ионов, движущихся вдоль секционированного цилиндрического канала с альтернированными напряжениями, приложенными к соседним секциям канала, как показано в работе Маршалла [34]. Альтернативно вместо таких постоянных напряжений на внутренние секции входной или/и выходной диафрагм могут быть поданы и переменные напряжения, если подача таких напряжений может обеспечить, например, более благоприятные условия по вводу ионов из ионного источника внутрь квадруполя и по выводу ионов-продуктов управляемой фрагментации из квадруполя. При этом газовый поток будет обеспечивать транспорт ионов, находящихся вблизи оси квадруполя (с резонансными частотами вращения, отличающимися от частот раскрутки) в выходную часть квадруполя и далее во времяпролетный масс-анализатор или какой-либо другой масс-анализатор. В том числе такой транспорт будет осуществляться для ионов-продуктов столкновительно-индуцированной диссоциации, если среди вращающих полей нет поля с частотой, совпадающей с резонансной частотой, какого-либо дочернего иона. При желании такие поля можно создавать специально, чтобы накапливать желаемые ионы-продукты для дальнейшего исследования. Похожий способ накопления ионов описан в нашей заявке на патент РФ [35]. Отличия состоят в вводе ионов не в квадруполь, а в секционированнную цилиндрическую ячейку, в которой в режиме накопления создается усредненное по вращениям ионов тормозящее параболическое поле, и входящие ионы отражаются именно от этого поля. Входная диафрагма имеет также секционированную внутреннюю поверхность. Однако, это секционирование является более сложным, чем в случае настоящего изобретения, и наряду с созданием отталкивательного эффективного потенциала приложенные к секциям напряжения вместе напряжениями секций цилиндрической поверхности ячейки создают усредненные по вращениям ионов квадратичные распределения потенциала вдоль оси и по радиусу ячейки.The accumulation, preliminary separation, controlled fragmentation and focusing of ions are carried out in a radio-frequency quadrupole with a gas stream having a significant velocity component along the axis of the quadrupole, directed towards the exit from the quadrupole. The inner surfaces of the input and output diaphragms are cut into sector fragments, to which are applied opposite in sign and close in absolute value voltages, which are called alternate voltages for brevity. With a relatively large absolute value of these stresses for ions rotating around the axis of the quadrupole, a sufficient repulsive effective potential arises. This is similar to focusing ions moving along a sectioned cylindrical channel with alternating stresses applied to adjacent channel sections, as shown by Marshall [34]. Alternatively, instead of such constant voltages, alternating voltages can be applied to the inner sections of the input and / or output diaphragms if the supply of such voltages can provide, for example, more favorable conditions for the introduction of ions from an ion source into the quadrupole and for the withdrawal of ion products of controlled fragmentation from quadrupole. In this case, the gas flow will ensure the transport of ions located near the axis of the quadrupole (with resonant rotational frequencies different from the spin frequencies) to the output part of the quadrupole and then to the time-of-flight mass analyzer or some other mass analyzer. Including such transport will be carried out for product ions of collision-induced dissociation, if among the rotating fields there is no field with a frequency coinciding with the resonant frequency of any daughter ion. If desired, such fields can be created specifically to accumulate the desired product ions for further research. A similar method for the accumulation of ions is described in our patent application of the Russian Federation [35]. The differences are in the introduction of ions not into a quadrupole, but into a sectioned cylindrical cell, in which, in the accumulation mode, an inhibitory parabolic field averaged over the rotations of the ions is created, and the incoming ions are reflected precisely from this field. The inlet diaphragm also has a partitioned inner surface. However, this sectioning is more complicated than in the case of the present invention, and along with the creation of a repulsive effective potential, the voltage applied to the sections together with the stresses of the sections of the cylindrical surface of the cell creates quadratic potential distributions averaged over ion rotations along the axis and radius of the cell.

Формированием соответствующего резонансного вращающего поля (или нескольких полей для изоляции нескольких типов выбранных ионов) ионы заданного отношения массы к заряду начинают вращаться и удерживаются далее на устойчивых орбитах вращения (ионы с более высокой подвижностью на более высокой орбите) в основной части вне отверстий входной и выходной диафрагм. При необходимости альтернированное или переменное напряжение на выходной диафрагме может быть повышено для увеличения потенциального барьера для накапливаемых ионов. Значимое уменьшение регистрируемого тока выбранных ионов означает начало их накопления. Возвращение к прежнему или несколько меньшему стационарному значению (при возможной гибели части ионов внутри квадруполя) соответствует достижению максимального в данных условиях уровня накопления ионов. Достижение характерных времен релаксации регистрируемого ионного тока в диапазоне секунд или десятков секунд - желательное условие для проведения удобных измерений для настоящего изобретения. Такая релаксация после достижения стационарного уровня регистрируемого потока анализируемых ионов может быть вызвана изменением стационарного радиуса их вращения при задании нового значения амплитуды вращающего поля или запиранием входного потока ионов повышением напряжения на внешней поверхности входной диафрагмы.By forming the corresponding resonant rotational field (or several fields to isolate several types of selected ions), ions of a given mass to charge ratio begin to rotate and are then held in stable rotation orbits (ions with higher mobility in a higher orbit) in the main part outside the input and output openings aperture. If necessary, alternating or alternating voltage at the output diaphragm can be increased to increase the potential barrier to accumulated ions. A significant decrease in the recorded current of selected ions means the beginning of their accumulation. A return to the previous or slightly lower stationary value (with the possible death of part of the ions inside the quadrupole) corresponds to the achievement of the maximum level of ion accumulation under the given conditions. The achievement of characteristic relaxation times of the detected ion current in the range of seconds or tens of seconds is a desirable condition for convenient measurements for the present invention. Such relaxation after reaching a stationary level of the detected stream of analyzed ions can be caused by a change in the stationary radius of their rotation when setting a new value for the amplitude of the rotating field or by blocking the input ion stream by increasing the voltage on the outer surface of the input diaphragm.

При достижении достаточного количества вращающихся ионов или после прохождения заданного времени накопления амплитуда (выбранного) вращающего напряжения в квадруполе увеличивается до оптимального значения для удерживания и резонансной раскрутки с возможной фрагментацией анализируемых ионов. При этом напряжение на внешней стороне входной диафрагмы может быть увеличено, чтобы прекратить поступление ионов в квадруполь. Если при накоплении альтернированное или переменное напряжение выходной диафрагмы было повышено, то оно может быть понижено для обеспечения более свободного выхода ионов, движущихся вблизи оси квадруполя.When a sufficient number of rotating ions is reached or after a predetermined accumulation time has passed, the amplitude of the (selected) rotational voltage in the quadrupole increases to the optimum value for holding and resonant spinning with possible fragmentation of the analyzed ions. In this case, the voltage on the outside of the input diaphragm can be increased to stop the flow of ions into the quadrupole. If during accumulation the alternating or alternating voltage of the output diaphragm was increased, then it can be reduced to provide a more free exit of ions moving near the axis of the quadrupole.

В стационарных условиях разогрева индивидуальных ионов (при отсутствии заметной гибели ионов за счет расталкивания объемным зарядом) должны будут наблюдаться экспоненциально затухающие сигналы ионов-продуктов, по характеристическому времени уменьшения сигналов и соотношениям амплитуд которых могут быть определены соответствующие константы скорости распада. При наличии нескольких типов распадающихся ионов с заданным значением m/z появляется возможность на основе анализа пиков всех продуктов выявить число таких типов и определить константы распада по каждому каналу всех этих типов ионов. Характеристические времена убывания интенсивностей регистрируемых пиков будут определяться суммарными константами распада исходных ионов, что может позволить отделить соответствующие сигналы для разных исходных ионов, хотя их величины m/z и подвижностей могут совпадать.Under stationary conditions of heating of individual ions (in the absence of a noticeable loss of ions due to repulsion by a space charge), exponentially decaying signals of product ions should be observed, according to the characteristic time of signal decrease and amplitude ratios, the corresponding decay rate constants can be determined. In the presence of several types of decaying ions with a given value of m / z, it becomes possible, based on the analysis of the peaks of all products, to identify the number of such types and to determine the decay constants for each channel of all these types of ions. The characteristic times of decreasing intensities of the recorded peaks will be determined by the total decay constants of the initial ions, which may allow us to separate the corresponding signals for different initial ions, although their values of m / z and mobilities may coincide.

При увеличении амплитуд вращающих напряжений также возможно включение процессов распада более устойчивых ионов и выбывание из «игры» относительно легко распадающихся ионов. Тем самым могут быть проанализированы все ионы, резонансные частоты которых близки к частотам вращающих полей, если только дальнейшее увеличение радиуса вращения ионов не приведет к неприемлемому увеличению скорости их гибели на стержнях квадруполя. В этом случае альтернативой может быть периодическое кратковременное увеличение амплитуды фокусирующего радиочастотного напряжения в целое число раз вплоть до последней величины, не превышающей порога устойчивости движения выбранных ионов в квадруполе. Желательно при этом, чтобы другие накопленные ионы в квадруполе обладали большими m/z и меньшими радиусами вращения, чтобы не было потери их устойчивости движения и гибели и в результате столкновительно-индуцированной диссоциации. Время включения увеличенного радиочастотного напряжения должно быть близким к периоду вращения анализируемых ионов или к кратной величине для этого периода. В этом случае эти ионы, получив кратно увеличенные частоты вращения за прежний период вращения совершат целое число оборотов, и их фаза будет близка к фазе вращающего напряжения. При возврате к прежней амплитуде радиочастотного напряжения резонансное вращающее напряжение относительно быстро восстановит прежний стационарный радиус вращения выбранных ионов. Время между включениями увеличенного радиочастотного напряжение должно превышать время выхода из квадруполя ионов, не подверженных раскрутке. В этом случае ионы продукты даже при меньших значениях m/z, чем для исходных ионов, будут зарегистрированы последующим масс-анализатором и не будут в значительной степени гибнуть из-за потери устойчивости движения при повышенной напряженности радиочастотного поля.With increasing amplitudes of rotational stresses, it is also possible to include the decay processes of more stable ions and the elimination of relatively easily decaying ions from the “game”. Thus, all ions whose resonant frequencies are close to the frequencies of the rotating fields can be analyzed, unless a further increase in the radius of rotation of the ions leads to an unacceptable increase in the rate of their death on the rods of the quadrupole. In this case, an alternative may be a periodic short-term increase in the amplitude of the focusing radio frequency voltage by an integer number of times up to the last value not exceeding the stability threshold of the motion of the selected ions in the quadrupole. In this case, it is desirable that other accumulated ions in the quadrupole have large m / z and smaller radii of rotation, so that there is no loss of their stability of motion and death and as a result of collision-induced dissociation. The turn-on time of the increased radio frequency voltage should be close to the period of rotation of the analyzed ions or to a multiple for this period. In this case, these ions, having received multiply increased rotational frequencies for the previous rotation period, will make an integer number of revolutions, and their phase will be close to the phase of the rotational voltage. When you return to the previous amplitude of the radio frequency voltage, the resonant rotational voltage will relatively quickly restore the previous stationary radius of rotation of the selected ions. The time between switching on the increased radio frequency voltage must exceed the time of the exit of the quadrupole ions, not subject to unwinding. In this case, the product ions, even at lower values of m / z than for the initial ions, will be detected by a subsequent mass analyzer and will not die to a large extent due to the loss of motion stability at an increased radio frequency field strength.

Поскольку ионы часто довольно сильно различаются по степени устойчивости к распаду, то возможны адекватные оценки резонансных частот и даже в случаях, когда эти значения достаточно близки и не могли быть разрешены стандартными методами масс-анализа. Эта ситуация аналогична предварительному хроматографическому разделению анализируемых соединений или разделению на основе электрофореза. Отличие состоит в том, что в предлагаемом изобретении имеется возможность выбора для кинетического исследования ионов в некотором относительно узком диапазоне m/z за счет подбора частот соответствующих вращающих полей.Since ions often differ quite a lot in their degree of decay resistance, adequate estimates of resonant frequencies are possible even in cases where these values are close enough and could not be resolved by standard mass analysis methods. This situation is similar to preliminary chromatographic separation of the analyzed compounds or separation based on electrophoresis. The difference is that in the present invention there is the possibility of choosing for kinetic study of ions in a relatively narrow range of m / z due to the selection of frequencies of the corresponding rotating fields.

Теоретические основы метода разделения экспоненциальных вкладов применительно к анализу совокупностей эффузиометрических кривых нами были разработаны ранее [24]. Суть подхода основана на полной аналогии между системами дифференциальных и конечно-разностных линейных уравнений с постоянными коэффициентами. Эта аналогия для одного уравнения, например, была использована нами при разработке методов линейного прогноза для эффективной оценки массовых чисел ионов по их временам выхода для магнитного статического масс-спектрометра [21, 33]. Определив коэффициенты такого прогноза, в частности, являющегося точным для суммы экспоненциальных кривых, факторы затухания соответствующих экспонент могут быть определены нахождением корней характеристического полинома, как и для соответствующего дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами. В этом случае может быть использована вычислительная процедура, описанная нами в [25].The theoretical foundations of the method of separating exponential contributions as applied to the analysis of sets of effusiometric curves were developed by us earlier [24]. The essence of the approach is based on a complete analogy between systems of differential and finite-difference linear equations with constant coefficients. This analogy for one equation, for example, was used by us in the development of linear prediction methods for the efficient estimation of the mass numbers of ions from their exit times for a magnetic static mass spectrometer [21, 33]. Having determined the coefficients of such a forecast, in particular, which is accurate for the sum of the exponential curves, the damping factors of the corresponding exponentials can be determined by finding the roots of the characteristic polynomial, as well as for the corresponding differential equation with constant coefficients. In this case, the computational procedure described by us in [25] can be used.

Исходя из этой аналогии, для линейной комбинации экспоненциально спадающих потоков ионов-продуктов в общем случае совокупный вектор интенсивностей этих ионов для последующих регистрации без учета ошибок измерения может быть выражен как произведение некоторой матрицы перехода на вектор таких интенсивностей для предыдущей регистрации. Матричные элементы этой матрицы перехода могут быть найдены минимизацией погрешности такой аппроксимации, что сводится к решению соответствующих систем линейных алгебраических уравнений для каждой строки этой матрицы. Собственные векторы этой матрицы описывают с точностью до нормировки вектор интенсивностей ионов-продуктов каждого типа ионов, присутствующих в анализируемой смеси. Соответствующие этим векторам собственные числа характеризуют факторы экспоненциального затухания числа таких ионов. Коэффициенты, описывающие вклады собственных векторов матрицы перехода в наблюдаемые интенсивности ионов-продуктов, находятся по методу наименьших квадратов для обеспечения в среднем минимальных погрешностей измеренных интенсивностей пиков масс-спектра для всех регистрации. Качество аппроксимации по сравнению с ошибками измерений является критерием правильности проведенного анализа. Зная число типов исходных ионов и характерные времена их экспоненциального убывания, можно решением соответствующих систем линейных уравнений найти вклады каждой из этих экспонент во все отсчеты в зарегистрированных масс-спектрах. Тем самым будут получены масс-спектры ионов-продуктов каждого типа исходных ионов, как будто они были полностью разделены перед их регистрацией. Это важно, т.к. позволит определить «точные» массы всех ионов-продуктов, если соответствующие масс-спектры были зарегистрированы на масс-анализаторе с высокой разрешающей способностью.Based on this analogy, for a linear combination of exponentially decaying flows of product ions in the general case, the total intensity vector of these ions for subsequent recordings without taking into account measurement errors can be expressed as the product of a certain transition matrix by a vector of such intensities for the previous registration. The matrix elements of this transition matrix can be found by minimizing the error of such an approximation, which reduces to solving the corresponding systems of linear algebraic equations for each row of this matrix. The eigenvectors of this matrix describe, up to normalization, the intensity vector of product ions of each type of ion present in the mixture being analyzed. The eigenvalues corresponding to these vectors characterize the exponential decay of the number of such ions. The coefficients describing the contributions of the eigenvectors of the transition matrix to the observed intensities of the product ions are found by the least squares method to ensure, on average, the minimum errors of the measured intensities of the mass spectrum peaks for all recordings. The quality of approximation compared with measurement errors is a criterion for the accuracy of the analysis. Knowing the number of types of the initial ions and the characteristic times of their exponential decay, one can find the contributions of each of these exponents to all samples in the recorded mass spectra by solving the corresponding systems of linear equations. Thereby, mass spectra of product ions of each type of starting ions will be obtained, as if they were completely separated before their registration. This is important because will allow to determine the “exact” masses of all product ions, if the corresponding mass spectra were recorded on a high-resolution mass analyzer.

Альтернативно гибель и распад ионов могут происходить при их соударении с поверхностью стержней квадруполя. В этом случае частота соударений достаточно сильно раскрученных ионов о поверхность этих стержней будет контролироваться средним расстоянием этих ионов до ближайшей поверхности, глубиной потенциальной ямы, создаваемой эффективным потенциалом радиочастотного поля и центробежным потенциалом вращающихся ионов. Эффективная температура ионов, являющаяся вторым фактором для частоты столкновений, будет определяться для данных ионов и буферного газа скоростью вращения этих ионов или средним радиусом вращения. Малая часть ионов, зависящая от их заряда, энергия которых достаточна, чтобы преодолеть разность потенциальных энергий между дном ямы и условной границей устойчивого движения ионов в квадруполе, будет сталкиваться со стержнями и гибнуть в результате такого столкновения с вероятностью, по-видимому, близкой к 1. При контакте многозарядных ионов биомолекул со стержнем квадруполя из-за захвата электрона возможны процессы диссоциации, приводящие к образованию ионов-продуктов с m/z, выводящими их из резонансного вращения. При этом различия в частоте всех этих процессов могут многократно превышать различия в эффективной температуре ионов (до 10 и более раз при разумных временах измерения), т.к. сталкиваться с поверхностью стержней будут ионы на высокоэнергетическом «хвосте» Максвелловского распределения ионов по энергии или наиболее удаленные на внешней стороне от средней траектории вращения.Alternatively, the death and decay of ions can occur when they collide with the surface of the rods of a quadrupole. In this case, the frequency of collisions of sufficiently strongly promoted ions against the surface of these rods will be controlled by the average distance of these ions to the nearest surface, the depth of the potential well created by the effective RF potential and the centrifugal potential of the rotating ions. The effective temperature of the ions, which is the second factor for the collision frequency, will be determined for these ions and the buffer gas by the speed of rotation of these ions or the average radius of rotation. A small part of the ions, depending on their charge, whose energy is sufficient to overcome the difference in potential energies between the bottom of the well and the conditional boundary of the stable motion of ions in the quadrupole, will collide with the rods and die as a result of such a collision with a probability that is probably close to 1 With the contact of multiply charged ions of biomolecules with the rod of the quadrupole due to electron capture, dissociation processes are possible, leading to the formation of product ions with m / z leading them out of resonant rotation. Moreover, the differences in the frequency of all these processes can be many times higher than the differences in the effective temperature of the ions (up to 10 or more times at reasonable measurement times), because The ions on the high-energy “tail” of the Maxwell ion energy distribution or those most remote on the outer side from the average rotation trajectory will collide with the surface of the rods.

Если эффективности гибели ионов при столкновениях с поверхностью стержней для близких по массе и подвижности ионов мало различаются, то характерные времена убывания числа вращающихся ионов будут определяться частотами этих столкновений с поверхностью, что в конечном итоге будет определяться подвижностью этих ионов. Если разница в 10% в частотах столкновений достаточна для уверенного разделения сигналов, то это означает, что различия в подвижности исходных ионов на уровне 1% вполне может хватить для разделения сигналов от соответствующих ионов. Возможно комбинирование обоих описанных способов организации гибели и распада ионов, когда одного из них недостаточно для уверенного разделения сигналов от близких ионов.If the efficiency of ion death in collisions with the surface of the rods for ions of similar mass and mobility is little different, then the characteristic times of decrease in the number of rotating ions will be determined by the frequencies of these collisions with the surface, which will ultimately be determined by the mobility of these ions. If the difference of 10% in the collision frequencies is sufficient for reliable separation of signals, then this means that differences in the mobility of the initial ions at the level of 1% may well be enough to separate the signals from the corresponding ions. It is possible to combine both of the described methods for organizing the death and decay of ions, when one of them is not enough for reliable separation of signals from close ions.

При исследовании смеси ионов описанным выше способом проведение такого анализа при различных амплитудах резонансного вращающего поля или при разных уровнях периодического увеличения амплитуды радиочастотного напряжения может дать дополнительный критерий адекватности полученных результатов. Об этом может говорить совпадающее число найденных компонент для разных условий вращения и близкий к Аррениусовскому характер изменения отношений констант образования соответствующих ионов-продуктов в предположении, что внутренняя температура ионов линейно зависит от средней кинетической энергии ионов [20].When studying the ion mixture in the manner described above, carrying out such an analysis at different amplitudes of the resonant rotating field or at different levels of periodically increasing the amplitude of the radio frequency voltage can provide an additional criterion for the adequacy of the results. This can be indicated by the coincident number of components found for different rotation conditions and the close to Arrhenius character of changing the ratios of the formation constants of the corresponding product ions under the assumption that the internal temperature of the ions linearly depends on the average kinetic energy of the ions [20].

После проведения исследования ионов для данного m/z и выключения соответствующего вращающего напряжения по методике, описанной выше, могут быть исследованы поочередно все интересующие ионы среди накопленных. В отличие от многих других существующих методов здесь не происходит потерь в каждом цикле измерений других накопленных ионов, кроме выбранных в этом цикле. Включением соответствующих резонансных вращений при необходимости можно обеспечить сохранение некоторых ионов-продуктов на устойчивых орбитах вращения вокруг оси квадруполя. В этом случае после накопления достаточного количества они могут быть подвергнуты столкновительной диссоциации и исследованию кинетики этой диссоциации наряду с родительскими ионами.After conducting an ion study for a given m / z and turning off the corresponding rotational voltage according to the method described above, all the ions of interest among the accumulated ones can be examined in turn. Unlike many other existing methods, there is no loss in each measurement cycle of other accumulated ions other than those selected in this cycle. The inclusion of appropriate resonant rotations, if necessary, can ensure the preservation of certain product ions in stable rotation orbits around the axis of the quadrupole. In this case, after the accumulation of a sufficient amount, they can undergo collisional dissociation and study the kinetics of this dissociation along with the parent ions.

Выделение экспоненциальных составляющих в регистрируемых релаксационных кривых для ионов с выбранными значениями m/z при быстром изменении энергии ионизирующих электронов в источнике электронной ионизации с определением наряду с характеристическими временами затухания найденных экспонент стационарных уровней соответствующих ионных токов в результате может позволить получить кривые эффективности ионизации (КЭИ) для различных ионов с совпадающими значениями m/z, но отличающихся по их характеристическим временам релаксации соответствующих ионных токов.Isolation of the exponential components in the recorded relaxation curves for ions with selected m / z values with a fast change in the energy of ionizing electrons in the electron ionization source, along with the determination of the characteristic decay times of the found exponents of the stationary levels of the corresponding ion currents, can result in ionization efficiency curves (CEI) for different ions with coinciding m / z values, but differing in their characteristic relaxation times, respectively vuyuschih ionic currents.

Имеющиеся экспериментальные данные, как наши, так и известные из литературы, свидетельствуют о том, что изменение внутренней энергии ионизируемых соединений обычно приводит к смещению соответствующих кривых эффективности ионизации по энергии ионизирующих электронов. Это смещение при изменении температуры вводимой смеси будет специфичным для различных соединений. Таким образом, стабилизация и контролируемое задание температуры напускаемой смеси в ионный источник с изменяемой энергией ионизации может позволить получить дополнительный критерий соответствия регистрируемых кривых эффективности ионизации индивидуальным соединениям. Это относится и к получению КЭИ ионов на основе выделения экспоненциальных составляющих в соответствующих релаксационных кривых ионных токов при быстром переключении энергии ионизирующих электронов.Available experimental data, both ours and known from the literature, indicate that a change in the internal energy of ionized compounds usually leads to a shift in the corresponding curves of ionization efficiency over the energy of ionizing electrons. This shift when the temperature of the introduced mixture changes will be specific for various compounds. Thus, stabilization and controlled setting of the temperature of the poured mixture into an ion source with a variable ionization energy can provide an additional criterion for the correspondence of the recorded curves of ionization efficiency to individual compounds. This also applies to obtaining CEI ions based on the selection of exponential components in the corresponding relaxation curves of ion currents with fast switching of the energy of ionizing electrons.

Термостатирование и управление температурой радиочастотного квадруполя позволит получать количественные термохимические данные при осуществлении столкновительно-индуцированной диссоциации исследуемых ионов в квадруполе.Thermostating and temperature control of the radio-frequency quadrupole will make it possible to obtain quantitative thermochemical data during collision-induced dissociation of the studied ions in the quadrupole.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАЦИЙBRIEF DESCRIPTION OF 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. Общая схема интерфейса орто-ВПМС для предварительного разделения ионов и формирования их ионов-продуктов столкновительно-индуцированной диссоциации.Fig. 1. General scheme of the ortho-VPMS interface for preliminary separation of ions and the formation of their ion products of collision-induced dissociation.

Рис.2. Расчетные резонансные кривые для вращающихся ионов в квадруполе с m/z=400 и 401 для буферного газа аргона при плотности, соответствующей 0,3 мТорр при комнатной температуре.Fig. 2. The calculated resonance curves for rotating ions in a quadrupole with m / z = 400 and 401 for a buffer gas of argon at a density corresponding to 0.3 mTorr at room temperature.

Рис.3. Иллюстрация для усредненного движения ионов в квадруполе при кратном увеличении радиочастотного напряжения на период вращающего поля, близкий к резонансному для выбранных ионов.Fig. 3. Illustration for the averaged movement of ions in a quadrupole with a multiple increase in the radio frequency voltage for the period of the rotating field, close to the resonance for the selected ions.

Рис.4. Схема поперечного сечения (А-А, Рис.1) области вращения ионов.Fig. 4. The cross-sectional diagram (AA, Fig. 1) of the ion rotation region.

Рис.5.Блок-схема процедуры вычисления экспоненциальных вкладов в кинетическую кривую распадающихся ионовFig. 5: Flowchart of the procedure for calculating the exponential contributions to the kinetic curve of decaying ions

Рис.6. Иллюстрация к методу разделения экспоненциально спадающих наложенных пиков ионов-продуктов столкновительной фрагментации исходных изобарных ионов.Fig. 6. Illustration for the method of separation of exponentially decaying superimposed peaks of ion-products of collisional fragmentation of the initial isobaric ions.

Рис.7. Иллюстрация к процессам гибели вращающихся ионов, при столкновениях с поверхностью стержней квадруполя.Fig. 7. Illustration for the processes of the death of rotating ions in collisions with the surface of the rods of a quadrupole.

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 ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Новый подход для транспортировки ионов из области повышенного давления на выходе из ячейки подвижности в вакуумную часть масс-спектрометра с помощью сверхзвукового газового потока описан в нашем патенте США №7,482,582 от 27 января 2009 года [17]. Он был развит далее для обеспечения дополнительных аналитических возможностей за счет резонансного возбуждения вращения ионов вокруг сверхзвукового потока в следующем нашем патенте США №7,547,878 от 16 июня 2009 года [19]. Специфическое развитие этих подходов для обеспечения эффективного количественного определения наличия примесей в газовых смесях и структурного анализа многозарядных ионов биомолекул описано в наших патентах РФ [10, 11], и заявке на патент РФ [12].A new approach for transporting ions from the high-pressure region at the exit of the mobility cell to the vacuum part of the mass spectrometer using a supersonic gas flow is described in our US patent No. 7,482,582 of January 27, 2009 [17]. It was further developed to provide additional analytical capabilities due to the resonant excitation of ion rotation around a supersonic flow in our next US patent No. 7.547.878 of June 16, 2009 [19]. A 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 is described in our patents in the Russian Federation [10, 11], and in the patent application of the Russian Federation [12].

Особенностью предлагаемого метода в отличие от упомянутых патентов и заявки является реализация альтернативного к предлагаемому ранее подхода к накоплению и изоляции анализируемых ионов в радиочастотном квадруполе при относительно низкой плотности буферного газа и без обязательного наличия сверхзвукового газового потока вдоль оси квадруполя. Смысл его состоит в том, что вместо «остановки» и фокусировки выбранных ионов вокруг оси квадруполя при относительно большой плотности буферного газа или в мало расходящемся сверхзвуковом потоке производится динамический захват резонансно вращающихся ионов между входной и выходной диафрагмой. Его основное преимущество по сравнению с обычными широко распространенными подходами - это выделение желаемых ионов (возможно не одного, а нескольких m/z) из потока всех ионов, а не удаление всех лишних ионов из накопленных в квадруполе, или использование отдельного масс-анализатора для выделения нужных ионов для накопления.A feature of the proposed method, unlike the mentioned patents and applications, is the implementation of an alternative approach to the previously proposed approach to the accumulation and isolation of the analyzed ions in the radio-frequency quadrupole at a relatively low density of the buffer gas and without the obligatory presence of a supersonic gas flow along the axis of the quadrupole. Its meaning is that instead of “stopping” and focusing the selected ions around the axis of the quadrupole at a relatively high density of the buffer gas or in a slightly diverging supersonic stream, the resonantly rotating ions are dynamically captured between the input and output diaphragms. Its main advantage over conventional widespread approaches is the extraction of the desired ions (possibly not one, but several m / z) from the flow of all ions, and not the removal of all excess ions from those accumulated in the quadrupole, or the use of a separate mass analyzer to isolate necessary ions for accumulation.

По сравнению с выводом ионов из сверхзвукового потока нерезонансным вращающим полем или электростатическим расталкивающим полем ионов буферного газа в данном случае для выделения и накопления нужных ионов достаточно только создать соответствующие резонансные вращающие поля. Однако, использование нерезонансной раскрутки ионов может оказаться полезным при регистрации обзорных масс-спектров для предотвращения осцилляции регистрируемых интенсивностей потоков ионов, характерных для квадруполей с малой плотностью буферного газа. Преимущество предлагаемой реализации настоящего изобретения - это также возможность соосного сопряжения интерфейса с последующим масс-анализатором, тогда как при наличии относительно плотного сверхзвукового газового потока необходимо наличие электростатического [12] или какого-либо иного зеркала для вывода ионов из газового потока и их направления в масс-анализатор.Compared to the removal of ions from a supersonic flow by a non-resonant rotating field or an electrostatic repulsive field of buffer gas ions, in this case, to extract and accumulate the necessary ions, it is only enough to create the corresponding resonant rotating fields. However, the use of non-resonant ion spin-up can be useful in recording survey mass spectra to prevent oscillations in the recorded intensities of ion fluxes characteristic of quadrupoles with a low buffer gas density. An advantage of the proposed implementation of the present invention is also the possibility of coaxially interfacing the interface with the subsequent mass analyzer, whereas in the presence of a relatively dense supersonic gas stream, it is necessary to have an electrostatic [12] or some other mirror to remove ions from the gas stream and direct them to the masses -analyzer.

Возможная схема организации предлагаемого в настоящем изобретении накопления и изоляции ионов показана на Рис.1. Еще одно отличие описываемой конструкции от заявленных ранее состоит в том, что вместо покрытия внутренних поверхностей входной и выходной диафрагм (9) тонкой диэлектрической пленкой с ее зарядкой ионами буферного газа для отражения ионов [18] предполагается разрезание этих поверхностей на секторные фрагменты (26) и (27). Приложение постоянных альтернированных или переменных напряжений к этим секторам создаст эффективный отталкивающий потенциал для вращающихся ионов. Такой вариант создания ионной ловушки связан с тем, что при отсутствии относительно плотного потока газа ионизация буферного газа перестает быть удобным способом зарядки внутренних поверхностей диафрагм внутри квадруполя. Кроме этого возникает возможность управления эффективностью отражения ионов от диафрагм, включая организацию при необходимости частичной гибели ионов на поверхностях этих диафрагм, если, например, влияние объемного заряда ионов на результаты измерений становится неприемлемым. Поскольку плотность буферного газа внутри квадруполя предполагается достаточно низкой, отпадает необходимость создания продольных электрических полей в квадруполе, поэтому квадруполь (10) в данном случае в отличие от предыдущих наших конструкций не предполагается секционированным.A possible organization scheme of the accumulation and isolation of ions proposed in the present invention is shown in Fig. 1. Another difference between the described construction and the previously declared ones is that instead of coating the inner surfaces of the input and output diaphragms (9) with a thin dielectric film with its charging by buffer gas ions to reflect ions [18], it is assumed that these surfaces are cut into sector fragments (26) and (27). Applying constant alternating or alternating voltages to these sectors will create an effective repulsive potential for rotating ions. This option for creating an ion trap is due to the fact that, in the absence of a relatively dense gas flow, ionization of the buffer gas ceases to be a convenient way to charge the internal surfaces of the diaphragms inside the quadrupole. In addition, it becomes possible to control the efficiency of reflection of ions from diaphragms, including the organization, if necessary, of partial death of ions on the surfaces of these diaphragms, if, for example, the influence of the space charge of ions on the measurement results becomes unacceptable. Since the density of the buffer gas inside the quadrupole is assumed to be quite low, there is no need to create longitudinal electric fields in the quadrupole; therefore, quadrupole (10) in this case, unlike our previous constructions, is not assumed to be partitioned.

Поток ионов анализируемых соединений (1) из какого-либо внешнего источника транспортируется на вход радиочастотного квадруполя (10) системой фокусирующих электродов, не показанных на Рис.1, которые могут быть использованы вместо источника с электронной ионизацией (6). При анализе нейтральной газовой смеси (2) эффузионный поток (4) из системы напуска (3) вводится в ионный источник (6), где образующиеся ионы (5) вместе с остатками газового потока (1) через входную диафрагму (8) попадают внутрь квадруполя (10). Ионный источник (6) имеет катод (18) косвенного подогрева (22), что позволяет иметь достаточно узкое распределение ионизирующих электронов по энергии. Это дает возможность в необходимых случаях отсекать образование ионов с относительно высокой энергией ионизации, например, основных компонент воздуха. Откачка газов, поступающих с потоком (1), осуществляется, в основном, насосом (15). Незначительная часть потока через выходную диафрагму (17) поступает в следующую ступень дифференциальной откачки орто-ВПМС или другого масс-анализатора.The ion flow of the analyzed compounds (1) from an external source is transported to the input of the radio-frequency quadrupole (10) by a system of focusing electrodes, not shown in Fig. 1, which can be used instead of a source with electronic ionization (6). When analyzing a neutral gas mixture (2), the effusion stream (4) from the inlet system (3) is introduced into the ion source (6), where the formed ions (5), together with the gas stream residues (1), enter the quadrupole through the inlet diaphragm (8) (10). The ion source (6) has an indirect heating cathode (18) (22), which allows a fairly narrow energy distribution of ionizing electrons. This makes it possible, if necessary, to cut off the formation of ions with a relatively high ionization energy, for example, the main components of air. The pumping of gases entering the stream (1) is carried out mainly by a pump (15). A small part of the flow through the output diaphragm (17) enters the next stage of the differential pumping of the ortho-VPMS or other mass analyzer.

При анализе смесей неизвестного состава или в начале работы может потребоваться калибровка измерительной системы. При отсутствии внутри квадруполя (10) других электрических полей, кроме радиочастотного, регистрация обзорного масс-спектра может привести при достаточно малой плотности газа (7) внутри квадруполя к модуляции регистрируемого потока ионов различных m/z. Это следствие колебаний ионов около оси квадруполя в эффективном потенциале при их движении вдоль квадруполя. Для получения масс-спектра, более или менее адекватно соответствующего составу исследуемой смеси, может быть использовано возбуждение нерезонансного вращения с частотой ωrot, много меньшей резонансной частоты ωres (40) для ионов с максимально возможным значением m/z в регистрируемом диапазоне и равновесным радиусомWhen analyzing mixtures of unknown composition or at the beginning of work, calibration of the measuring system may be required. In the absence of other electric fields than the radio frequency inside the quadrupole (10), registration of the survey mass spectrum can lead to a modulation of the recorded ion flux of various m / z at a sufficiently low gas density (7) inside the quadrupole. This is a consequence of ion vibrations around the axis of the quadrupole in the effective potential as they move along the quadrupole. To obtain a mass spectrum that is more or less adequate for the composition of the mixture under study, excitation of nonresonant rotation with a frequency ω rot much lower than the resonant frequency ω res (40) for ions with the maximum possible m / z in the recorded range and equilibrium radius can be used

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

не превышающим радиуса отверстия выходной диафрагмы (16). Здесь е - элементарный заряд; Vrot - вращающее напряжение; Vrf - радиочастотное напряжение; ωrf - частота радиочастотного напряжения; r0 - вписанный радиус квадруполя - минимальное расстояние от оси квадруполя до его стержней. В этом случае ионы (23), вышедшие за пределы выходного отверстия диафрагмы (16) будут отражены эффективным потенциалом, создаваемым секциями типа (26) и (27) с альтернированными или переменными напряжениями. Дойдя до внутренней поверхности входной диафрагмы (8) часть ионов (12), двигаясь по траекториям (23), (24), вне ее отверстия будут отражены снова и будут циркулировать между диафрагмами (8) и (16) до тех пор, пока на каком либо цикле не выйдут из квадруполя в ту или иную сторону. Потери таких ионов для регистрации могут быть сведены до приемлемого уровня увеличением размера эффективного отверстия диафрагмы (16) по сравнению с диафрагмой (8), созданием поля как вытягивающего ионы из квадруполя внутри отверстия (16), так и тормозящего выходящие ионы внутри отверстия (8). Кроме этого, наличие заметной составляющей скорости газового потока в направлении от диафрагмы (8) к диафрагме (16) также уменьшит обратный выход ионов, когда они потеряют большую часть начальной энергии продольного движения.not exceeding the radius of the opening of the output diaphragm (16). Here e is an elementary charge; V rot - rotational stress; V rf is the radio frequency voltage; ω rf is the frequency of the radio frequency voltage; r 0 - inscribed radius of the quadrupole - the minimum distance from the axis of the quadrupole to its rods. In this case, ions (23) that go beyond the outlet of the diaphragm (16) will be reflected by the effective potential created by sections of type (26) and (27) with alternating or alternating voltages. Having reached the inner surface of the inlet diaphragm (8), part of the ions (12), moving along the trajectories (23), (24), outside its holes will be reflected again and will circulate between the diaphragms (8) and (16) until any cycle will not leave the quadrupole in one direction or another. Losses of such ions for registration can be reduced to an acceptable level by increasing the size of the effective aperture of the diaphragm (16) compared to the diaphragm (8), creating a field of both pulling ions from the quadrupole inside the hole (16) and inhibiting the outgoing ions inside the hole (8) . In addition, the presence of a noticeable component of the gas flow velocity in the direction from the diaphragm (8) to the diaphragm (16) will also reduce the return yield of ions when they lose most of the initial energy of the longitudinal motion.

Сдвинутыми по фазе на π/2 высокочастотными потенциалами соседних стержней квадруполя (10), с угловой частотой

Figure 00000002
, вблизи резонансной частоты для выбранных ионов газа, которая может быть вычислена по формуле:The high-frequency potentials of neighboring quadrupole rods shifted in phase by π / 2 (10), with an angular frequency
Figure 00000002
, near the resonant frequency for the selected gas ions, which can be calculated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

создается близкое к резонансному вращающее поле (11). Амплитуда этого поля постепенно увеличивается до тех пор, пока стационарно регистрируемый ток выбранных ионов не станет заметно и устойчиво меньше их ионного тока при отсутствии этого вращающего поля за счет гибели раскрученных ионов на стержнях квадруполя. Варьированием частоты вращающего поля

Figure 00000004
вблизи ωres добиваемся максимального падения стационарного регистрируемого тока выбранных ионов, тем самым достигая достаточно хорошего приближения к реальной резонансной частоте рассматриваемых ионов. Под действием этого поля (при выключенном нерезонансном вращающем поле) ионы (13) с «резонансным» отношением массы к заряду m/z будут вращаться в стационарных условиях со средним радиусом:a rotational field close to resonance is created (11). The amplitude of this field gradually increases until the stationary recorded current of the selected ions becomes noticeably and stably less than their ion current in the absence of this rotating field due to the death of untwisted ions on the rods of the quadrupole. Varying the frequency of the rotating field
Figure 00000004
near ω res, we achieve the maximum drop in the stationary recorded current of the selected ions, thereby achieving a fairly good approximation to the real resonant frequency of the ions in question. Under the influence of this field (with the non-resonant rotating field turned off), ions (13) with a “resonant” mass to charge ratio m / z will rotate under stationary conditions with an average radius:

Figure 00000005
Figure 00000005

достаточным для предотвращения беспрепятственного прохода через центральное отверстие выходной диафрагмы (16), но недостаточным для эффективной гибели этих ионов на стержнях квадруполя (10). Здесь τv - характерное время релаксации скорости ионов. Такой радиус вращения соответствует максимумам кривых (50) и (49) на рисунке 2. Здесь показаны резонансные кривые для относительных средних радиусов раскрутки ионов, исходя из формулы (43), взятой из нашей работы [13]:sufficient to prevent unhindered passage through the central opening of the exit diaphragm (16), but insufficient to effectively kill these ions on the rods of the quadrupole (10). Here, τ v is the characteristic relaxation time of the ion velocity. Such a radius of rotation corresponds to the maxima of the curves (50) and (49) in Figure 2. Here are shown the resonance curves for the relative average ion spin radii, based on formula (43) taken from our work [13]:

Figure 00000006
Figure 00000006

Кривые (50), (49) приведены для гипотетических ионов с m/z 400 и 401 для ожидаемой плотности остаточных газов. Ширины этих кривых на полувысоте предсказываются формулой (44):Curves (50), (49) are given for hypothetical ions with m / z 400 and 401 for the expected density of residual gases. The widths of these curves at half maximum are predicted by the formula (44):

Figure 00000007
Figure 00000007

Характерное время релаксации скорости ионов τv было вычислено по формуле (45):The characteristic relaxation time of the ion velocity τ v was calculated by the formula (45):

Figure 00000008
Figure 00000008

исходя из массы атомов буферного газа М=40 Да, средней тепловой скорости их движения V (скоростями движения ионов пренебрегли) при комнатной температуре и разумной величине сечения столкновения ионов с атомами газа σ=200Å2. Плотность газа n вычислена из уравнения состояния идеального газа при давлении 0.3 мТорр. Линейная скорость вращающихся ионов определяется вращающим напряжением Vrot и их подвижностью:based on the mass of the buffer gas atoms M = 40 Da, the average thermal velocity V of their motion (ion velocities were neglected) at room temperature and a reasonable value of the cross section for collisions of ions with gas atoms σ = 200Å 2 . The gas density n was calculated from the equation of state of an ideal gas at a pressure of 0.3 mTorr. The linear velocity of the rotating ions is determined by the rotational voltage V rot and their mobility:

Figure 00000009
Figure 00000009

При сдвиге угловой частоты от резонанса средний радиус вращения меняется и для других давлений и газов аналогично тому, как показано на Рис.2. Это означает, что использование круглых стержней квадруполя в нашем случае может оказаться предпочтительным по сравнению с идеальными гиперболическими стержнями. Поскольку при приближении к круговым стержням резонансные частоты вращения ионов будут изменяться, радиус вращения ионов при увеличении Vrot, начиная с некоторого значения Vrot и в каких-то разумных пределах этой величины, перестанет расти, и излишняя гибель ионов на стержнях квадруполя в этом случае будет предотвращена. При необходимости увеличить вероятность гибели ионов и в такой ситуации можно подвергнуть ионы дополнительному нерезонанасному вращению.When the angular frequency is shifted from resonance, the average rotation radius changes for other pressures and gases in the same way as shown in Fig. 2. This means that the use of round quadrupole rods in our case may be preferable in comparison with ideal hyperbolic rods. Since when approaching circular rods, the resonant frequencies of rotation of ions will change, the radius of rotation of ions with increasing V rot , starting from a certain value of V rot and within some reasonable range of this value, will stop growing, and excessive loss of ions on the rods of the quadrupole in this case will be prevented. If necessary, increase the likelihood of ion death, and in such a situation, the ions can be subjected to additional nonresonant rotation.

В формулах (40) и (42) Vrf, ωrf, Vrot, ωrot - амплитуды и частоты радиочастотного и вращающего полей. На Рис.3 показано поперечное сечение квадруполя (А-А). Приложенные напряжения (102) и (103) приведены внутри сечений стержней (101). Показаны резонансно вращающиеся ионы (106) и (105), мгновенное направление резонансного вращающего поля (108), направление нерезонансного вращения (124). При выходе за условную границу (107) ионы гибнут на стержнях квадруполя. При движении внутри эффективной границы (104) выходного отверстия ионы (109) регистрируются.In formulas (40) and (42), V rf , ω rf , V rot , and ω rot are the amplitudes and frequencies of the radio frequency and rotating fields. Figure 3 shows the cross section of a quadrupole (A-A). The applied stresses (102) and (103) are given inside the sections of the rods (101). Shown are resonantly rotating ions (106) and (105), the instantaneous direction of the resonant rotating field (108), and the direction of non-resonant rotation (124). When leaving the conditional boundary (107), the ions die on the rods of the quadrupole. When moving inside the effective boundary (104) of the outlet, ions (109) are detected.

Напряженность фокусирующего радиочастотного поля, пропорциональная амплитуде Vrf, должна быть относительно небольшой,The intensity of the focusing RF field, proportional to the amplitude V rf , should be relatively small,

чтобы обеспечить устойчивость движения возможных ионов-продуктов столкновительной диссоциации, m/z которых может быть в несколько раз меньше, чем m/z исходных ионов. В этом случае возбуждение вращения ионов с приемлемым радиусом может не привести к их заметной диссоциации. Этот радиус или пропорциональная ему величина Vrot должны быть такими, чтобы время установления стационарного тока при запирании входного потока ионов через диафрагму (8), изменении Vrot, было удобным для его измерения в диапазоне секунд или десятков секунд. Увеличения этого времени при необходимости можно добиться некоторым увеличением амплитуды радиочастотного напряжения при сохранении прежнего радиуса вращения ионов (при соответствующих изменениях частоты и амплитуды вращающего поля), если нет заметной диссоциации ионов. В этом случае фокусировка ионов улучшается, и облака ионов с меньшей вероятностью диффузионно достигают как стержней квадруполя, так и области выхода из квадруполя около отверстия выходной диафрагмы. Увеличение амплитуды альтернированного или переменного напряжения на секциях (27), (26) выходной диафрагмы также может увеличить это время, так как должно уменьшить вероятность выхода вращающихся ионов через выходную диафрагму. Уменьшение радиуса вращения, также как некоторое уменьшение альтернированного или переменного напряжения может привести к уменьшению характеристического времени установления нового уровня регистрируемого ионного тока данных ионов и к увеличению начального значения этого тока.in order to ensure the stability of the motion of possible ion products of collisional dissociation, m / z of which can be several times smaller than m / z of the initial ions. In this case, the excitation of rotation of ions with an acceptable radius may not lead to their noticeable dissociation. This radius, or the value of V rot proportional to it, should be such that the steady-state current settling time when the input ion flow is blocked through the diaphragm (8) and V rot changes is convenient for measuring it in the range of seconds or tens of seconds. If necessary, an increase in this time can be achieved by a certain increase in the amplitude of the radio frequency voltage while maintaining the same radius of rotation of the ions (with corresponding changes in the frequency and amplitude of the rotating field), if there is no noticeable dissociation of ions. In this case, ion focusing improves, and ion clouds are less likely to diffusionly reach both the quadrupole rods and the exit region from the quadrupole near the opening of the exit diaphragm. An increase in the amplitude of the alternating or alternating voltage at the sections (27), (26) of the output diaphragm can also increase this time, since it should reduce the likelihood of rotating ions exit the output diaphragm. A decrease in the radius of rotation, as well as a slight decrease in alternating or alternating voltage, can lead to a decrease in the characteristic time of establishing a new level of the recorded ion current of these ions and to an increase in the initial value of this current.

Для того, чтобы увеличить фрагментацию вращающихся ионов без увеличения радиуса вращения, можно периодически кратно увеличивать амплитуду фокусирующего радиочастотного напряжения в течение одного или нескольких периодов вращения выбранных ионов. Проще всего это сделать, когда радиочастотное напряжение имеет прямоугольную форму, генерируемую цифровым образом от компьютера [36]. Кратное увеличение амплитуды этого напряжения в это же число раз увеличит собственную частоту вращения ионов (40). Вернее, это будет движение ионов по почти эллиптической траектории с уменьшающимися размерами за счет столкновений с молекулами буферного газа, как показано на Рис.4. За период вращающего поля ионы совершат кратное число оборотов (на Рис.4 показаны два оборота (133), и их фаза практически совпадет с фазой вращающего поля (132). Возврат к прежней напряженности радиочастотного поля вернет прежнюю резонансную частоту для рассматриваемых ионов, совпадающую с частотой вращающего поля, что при совпадении их фаз достаточно быстро восстановит (134) прежнюю стационарную орбиту вращения ионов (131).In order to increase the fragmentation of rotating ions without increasing the radius of rotation, it is possible to periodically multiply the amplitude of the focusing radio frequency voltage during one or more rotation periods of the selected ions. The easiest way to do this is when the radio frequency voltage has a rectangular shape, digitally generated from a computer [36]. A multiple increase in the amplitude of this voltage by the same number of times will increase the natural frequency of rotation of the ions (40). Rather, it will be the movement of ions along an almost elliptical trajectory with decreasing dimensions due to collisions with buffer gas molecules, as shown in Fig. 4. During the period of the rotating field, the ions will make a multiple number of revolutions (two turns (133) are shown in Fig. 4, and their phase will almost coincide with the phase of the rotating field (132). Returning to the previous radio frequency field will return the previous resonant frequency for the ions under consideration, which coincides with the frequency of the rotating field, which, when their phases coincide, quickly enough (134) restores the previous stationary orbit of ion rotation (131).

Поскольку энергия столкновений иона с молекулами буферного газа при увеличении амплитуды радиочастотного поля возрастает примерно пропорционально ее квадрату [13], то вероятность диссоциации иона возрастет, и при некоторой величине такой амплитуды может быть достигнута желаемая степень фрагментации изучаемых ионов. Поскольку при увеличении числа таких энергичных столкновений вероятность диссоциации будет увеличиваться и достигнет максимума к концу периода повышенной амплитуды радиочастотного напряжения, то основная масса ионов-продуктов диссоциации будет образована в конце этого периода и сразу после его окончания. Эти ионы-продукты, даже если их m/z будет меньше предела устойчивости при повышенном радиочастотном напряжении, в основном не успеют погибнуть до конца действия этого напряжения и будут сфокусированы к оси квадруполя и выведены из него газовым потоком и далее поступят в масс-анализатор, если следующее включение повышенного радиочастотного напряжения произойдет после такого выхода ионов-продуктов из квадруполя.Since the collision energy of the ion with the buffer gas molecules increases with the amplitude of the radio frequency field approximately in proportion to its square [13], the probability of ion dissociation will increase, and with a certain value of this amplitude, the desired degree of fragmentation of the studied ions can be achieved. Since with an increase in the number of such energetic collisions, the probability of dissociation will increase and reach a maximum by the end of the period of increased amplitude of the radio frequency voltage, the bulk of the ion-products of dissociation will be formed at the end of this period and immediately after it. These product ions, even if their m / z is less than the stability limit at an increased radio frequency voltage, will generally not have time to die before the end of this voltage and will be focused to the axis of the quadrupole and removed from it by the gas stream and then transferred to the mass analyzer, if the next inclusion of high radio frequency voltage occurs after such an exit of the product ions from the quadrupole.

Изменением общей скорости движения ионов одним из перечисленных выше способов можно изменять характерное время фрагментации ионов и соотношение интенсивностей потоков ионов-фрагментов. Как следует из нашей [20] и других моделей нагрева ионов в газе под действием электрического поля при сохранении среднего квадрата скорости движения ионов и при сохранении прочих условий эксперимента, внутренняя температура ионов не меняется, и не меняются скорость распада и соотношения между каналами фрагментации ионов.By changing the general speed of ion motion using one of the above methods, one can change the characteristic ion fragmentation time and the ratio of the intensities of the fluxes of ion fragments. As follows from our [20] and other models of heating ions in a gas under the influence of an electric field while maintaining the mean square of the ion velocity and maintaining other experimental conditions, the internal temperature of the ions does not change, and the decay rate and the relationship between the ion fragmentation channels do not change.

Если убыль этих ионов будет происходить только за счет процессов мономолекулярного распада (как и любых независимых процессов гибели, описывающихся некоторой постоянной вероятностью гибели), то она будет экспоненциально затухающей во времени с характерным временем, специфичным при заданных условиях для каждого соединения.If the decrease of these ions occurs only due to the processes of monomolecular decay (as well as any independent death processes described by a certain constant probability of death), then it will be exponentially decaying in time with a characteristic time specific for given conditions for each compound.

Как известно, сумма экспоненциальных кривых удовлетворяет конечно-разностному уравнению с постоянными коэффициентами аналогично дифференциальному уравнению с постоянными коэффициентами или, другими словами, имеет место точный линейный прогноз последующего значения таких кривых по предыдущим, измеренным с некоторым (постоянным в данном случае) временным шагом. Определив коэффициенты такого прогноза, например, по методу наименьших квадратов, факторы затухания соответствующих экспонент могут быть определены нахождением корней характеристического полинома, как и для соответствующего дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами. В этом случае может быть использована вычислительная процедура, описанная нами в [25], модифицированная блок-схема которой приведена на Рис.5 Исходными данными этой процедуры являются число и величины коэффициентов линейного прогноза. Если записать условие точного прогноза для одной экспоненты ехр(-t/τ) для равноотстоящих измерений с шагом Δt, то получится характеристическое уравнение, если ввести обозначение w=exp(-Δt/τ):As you know, the sum of the exponential curves satisfies the finite-difference equation with constant coefficients, similarly to the differential equation with constant coefficients, or, in other words, there is an accurate linear forecast of the subsequent value of such curves according to the previous measured with some (constant in this case) time step. Having determined the coefficients of such a forecast, for example, by the least squares method, the attenuation factors of the corresponding exponentials can be determined by finding the roots of the characteristic polynomial, as for the corresponding differential equation with constant coefficients. In this case, the computational procedure described by us in [25] can be used, the modified block diagram of which is shown in Fig. 5. The initial data of this procedure are the number and values of the linear prediction coefficients. If we write down the condition for accurate prediction for one exponent exp (-t / τ) for equally spaced measurements with a step Δt, we obtain a characteristic equation if we introduce the notation w = exp (-Δt / τ):

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Его корни (положительные числа, меньшие 1) равны факторам затухания всех экспонент, входящих в измеренные данные. На блок-схеме Рис.5 эти искомые корни названы факторами экспонент. Именно корни полинома с ограничениями находились с помощью процедуры, описанной нами в [25]. Процедура принимает во внимание погрешности измерения или вычисления коэффициентов полинома, сводя задачу к поиску минимума функций многих переменных, описывающую сумму квадратов расхождений этих коэффициентов с вычисленными их значениями через искомые корни. Для повышения точности нахождения такого минимума производится случайный выбор начальной точки спуска к минимуму, и полученные результаты поиска затем усредняются.Its roots (positive numbers less than 1) are equal to the damping factors of all the exponentials included in the measured data. In the flowchart of Fig. 5, these sought roots are called exponential factors. It was the roots of the polynomial with constraints that were found using the procedure described by us in [25]. The procedure takes into account the errors of measurement or calculation of the coefficients of the polynomial, reducing the problem to finding the minimum of the functions of many variables, which describes the sum of the squares of the discrepancies of these coefficients with their calculated values through the desired roots. To increase the accuracy of finding such a minimum, a random choice of the initial descent point to a minimum is made, and the obtained search results are then averaged.

Можно, по-видимому, использовать стандартные процедуры нахождения корней полинома. Однако, неточности в задании коэффициентов полинома могут привести к появлению корней, выходящих за допустимый диапазон, или даже комплексных. Как поступать в таких случаях не совсем ясно. Лучше воспользоваться методом, где ограничения на искомые величины заложены с самого начала. При этом точность аппроксимации коэффициентов полинома через найденные корни при наличии оценок погрешности вычисления этих коэффициентов будет критерием адекватности полученных экспоненциальных факторов затухания.Apparently, one can use standard procedures for finding the roots of a polynomial. However, inaccuracies in setting polynomial coefficients can lead to the appearance of roots that are outside the allowable range, or even complex. What to do in such cases is not entirely clear. It is better to use a method where restrictions on the sought quantities are laid down from the very beginning. Moreover, the accuracy of the approximation of the coefficients of the polynomial through the found roots in the presence of estimates of the error in the calculation of these coefficients will be a criterion for the adequacy of the obtained exponential attenuation factors.

Зная эти факторы или характеристические времена затухания всех экспонент, входящих в сигнал, измеренный на частоте вращения ионов, близкой к резонансной, решением соответствующей системы нормальных уравнений можно найти вклады этих экспонент.Knowing these factors or the characteristic decay times of all the exponentials included in the signal measured at the ion rotation frequency close to the resonant one, by solving the corresponding system of normal equations, one can find the contributions of these exponentials.

Еще одна возможность идентификации целевых соединений или разделения сигналов от ионов с одним и тем же m/z, но различающихся по характеристическим временам их фрагментации или гибели, получается на основе анализа масс-спектров ионов-продуктов, зарегистрированных на орто-ВПМС или в других последующих масс-анализаторах.Another possibility of identifying target compounds or separating signals from ions with the same m / z, but differing in the characteristic times of their fragmentation or death, is obtained by analyzing the mass spectra of product ions recorded at ortho-VPMS or in other subsequent mass analyzers.

Рис.6, иллюстрирует идею такого анализа ионов. Здесь изображено изменение во времени t интенсивностей J трех гипотетических пиков масс-спектра. Один из них (150) с минимальным m/z, изображенный толстыми линиями, затухает относительно медленно по экспоненте (151) с характеристическим временем τ1. Другой - (153) с максимальным m/z, показанный тонкими линиями, экспоненциально исчезает значительно быстрее (154) с характеристическим временем τ2. Средний пик (155) является суммой двух первых пиков и составлен соответственно из двух линий - толстой и тонкой. Эти три пика соответствуют двум гипотетическим исходным ионам, исчезающим с характеристическими временами τ1 и τ2, дающим при фрагментации по два равновероятных иона-продукта, показанные толстыми и тонкими линиями соответственно. Эти три пика в последовательные равноотстоящие моменты времени с интервалом Δt (152) могут быть выражены друг через друга с помощью линейных выражений, которые в матричной форме выписаны в (156):Figure 6 illustrates the idea of such an analysis of ions. Here, the change in time t of the intensities J of three hypothetical mass spectrum peaks is shown. One of them (150) with a minimum m / z, shown by thick lines, decays relatively slowly exponentially (151) with a characteristic time τ 1 . The other, (153) with maximum m / z, shown by thin lines, exponentially disappears much faster (154) with characteristic time τ 2 . The average peak (155) is the sum of the first two peaks and is composed respectively of two lines - thick and thin. These three peaks correspond to two hypothetical starting ions, disappearing with characteristic times τ 1 and τ 2 , giving two equally probable product ions during fragmentation, shown by thick and thin lines, respectively. These three peaks at consecutive equally spaced time instants with an interval Δt (152) can be expressed through each other using linear expressions, which are written out in matrix form in (156):

Figure 00000011
Figure 00000011

В более общем случае следующие по времени интенсивности пиков масс-спектра записываются в виде произведения матрицы перехода Akl на вектор предыдущих интенсивностей - уравнение (157):In a more general case, the time-following intensities of the peaks of the mass spectrum are written as the product of the transition matrix A kl by the vector of previous intensities - equation (157):

Figure 00000012
Figure 00000012

Здесь l нумерует измеряемые масс-спектральные пики (полное число - n), k - задает номер исходных ионов (не больше n), распадающихся с различными характеристическими временами и дающих ионы-продукты, интенсивности которых образуют линейно независимую систему векторов. Матричные элементы матрицы перехода могут быть вычислены по методу наименьших квадратов из условия наилучшего в среднеквадратичном выполнения равенства (157) для всех моментов измерения. Для этого число зарегистрированных масс-спектров (моментов измерения) должно быть не меньше числа пиков масс-спектра (n). Решением проблемы собственных значений (158) для матрицы перехода находятся собственные векторы

Figure 00000013
и собственные числа (159):Here l numbers the measured mass spectral peaks (the total number is n), k - sets the number of initial ions (no more than n), decaying with different characteristic times and producing product ions, the intensities of which form a linearly independent system of vectors. The matrix elements of the transition matrix can be calculated by the least squares method from the condition of the best in the mean-square fulfillment of equality (157) for all moments of measurement. For this, the number of recorded mass spectra (measurement times) should be no less than the number of peaks of the mass spectrum (n). The eigenvectors are found to solve the eigenvalue problem (158) for the transition matrix
Figure 00000013
and eigenvalues (159):

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Собственные векторы описывают распределения интенсивностей ионов-продуктов для каждого исходного иона, которому соответствует собственное число (159), являющееся экспоненциальным фактором затухания числа этих ионов. Так, например, для матрицы перехода в выражении (156) векторы с компонентами (1, 1, 0) и (0, 1, 1) являются собственными с собственными числами, равными первому ехр(-Δt/τ1) и второму ехр(-Δt/τ2) экспоненциальным факторам затухания. После того, как найдены число исходных ионов и экспоненциальные факторы затухания или релаксации соответствующих сигналов, могут быть вычислены вклады масс-спектров ионов-продуктов от этих исходных ионов во всех зарегистрированных отсчетах исходного масс-спектра в последовательные равноотстоящие моменты времени решением соответствующих систем линейных алгебраических уравнений, исходя из требования минимума среднеквадратичной ошибки приближения. Таким образом, могут быть получены масс-спектры для каждого исходного иона, как в случае их полного разделения перед измерениями. При известных заранее m/z некоторые ионы-продукты могут быть оставлены на устойчивых орбитах резонансного вращения. Это позволит провести в необходимых случаях после их накопления более детальный анализ этих ионов, включая их разделение по характеристическим временам гибели.The eigenvectors describe the intensity distributions of the product ions for each source ion, which corresponds to the eigenvalue (159), which is an exponential decay factor of the number of these ions. So, for example, for the transition matrix in expression (156), vectors with components (1, 1, 0) and (0, 1, 1) are eigenvalues with eigenvalues equal to the first exp (-Δt / τ 1 ) and the second exp ( −Δt / τ 2 ) exponential decay factors. After the number of initial ions and the exponential decay or relaxation factors of the corresponding signals are found, the contributions of the mass spectra of product ions from these initial ions in all recorded samples of the initial mass spectrum to successive equally spaced time instants can be calculated by solving the corresponding systems of linear algebraic equations based on the requirement of a minimum of the standard error of the approximation. Thus, mass spectra can be obtained for each source ion, as in the case of their complete separation before measurements. With previously known m / z, some product ions can be left in stable orbits of resonant rotation. This will make it possible, if necessary, after their accumulation, to carry out a more detailed analysis of these ions, including their separation according to characteristic times of death.

Ионы-продукты, чтобы не помешать адекватному анализу других накопленных ионов, должны обладать m/z, отличными от других ионов, вращающихся вокруг оси квадруполя. В случае обычных однозарядных ионов это означает, что наиболее удобными являются измерения распада ионов с наименьшими m/z среди всех вращающихся ионов.Product ions, in order not to interfere with an adequate analysis of other accumulated ions, must have m / z different from other ions rotating around the axis of the quadrupole. In the case of ordinary singly charged ions, this means that the most convenient are measurements of the decay of ions with the smallest m / z among all rotating ions.

Вторая возможность организации управляемой гибели или может быть фрагментации многозарядных ионов - это использовать их столкновения с поверхностью стержней квадруполя. Этот случай проиллюстрирован на Рис.7. Потенциальная яма (215) вблизи границы стабильного движения в квадруполе (10), качественно показана для δR в условных единицах от положения минимума. Она является результатом суперпозиции вращающего поля и эффективного потенциала радиочастотного поля. Распределение плотности вращающихся ионов в потенциальной яме (215) вблизи границы (107), Рис.3, в соответствии с принципом Больцмана в стационарных условиях задается выражением (221):The second possibility of organizing controlled death or perhaps fragmentation of multiply charged ions is to use their collisions with the surface of the rods of the quadrupole. This case is illustrated in Fig. 7. The potential well (215) near the boundary of stable motion in the quadrupole (10) is qualitatively shown for δR in arbitrary units of the minimum position. It is the result of a superposition of the rotating field and the effective potential of the radio frequency field. The density distribution of rotating ions in a potential well (215) near the boundary (107), Fig. 3, in accordance with the Boltzmann principle under stationary conditions, is given by expression (221):

Figure 00000016
Figure 00000016

Два параметра этого распределения определяются природой вращающихся ионов: эффективная температура Teff и заряд ионов ez. При заданных m/z ионов и вращающем поле эффективная температура в первом приближении определяется в основном подвижностью ионов κ - формулы (222) и (223), однако коэффициент пропорциональности α, в различных моделях нагрева ионов несколько по разному зависящий от свойств иона и атомов или молекул газа, может также повлиять на величину эффективной температуры:Two parameters of this distribution are determined by the nature of the rotating ions: the effective temperature T eff and the ion charge ez. For given m / z ions and a rotating field, the effective temperature in the first approximation is mainly determined by the mobility of the κ ions - formulas (222) and (223), however, the proportionality coefficient α, in different models of ion heating, slightly depends on the properties of the ion and atoms or gas molecules can also affect the value of the effective temperature:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Сдвиг фазы вращающихся ионов φ возникает за счет отклонения частоты вращающего поля от резонансной частоты ионов. На графиках (216), Рис.7, показаны зависимости относительной плотности трех гипотетических типов ионов, вращающихся с одинаковым средним радиусом, т.е. при заданной частоте вращения обладающими одинаковыми m/z и подвижностями для идеальной квадратичной ямы (215) от смещения δR вдоль радиуса квадруполя. Пусть облако целевых ионов (210) обладает увеличенной эффективной температурой. Оно максимально протяженно среди других ионов, и именно ионы из крайне правой части облака имеют шанс при столкновении со стержнем (101) рекомбинировать или погибнуть. По-видимому, вероятность такой гибели по крайней мере для однозарядных сложных органических и биоорганических ионов практически равна 1. Чтобы отскочить назад и «уйти» от стенки при соударении с проводящей поверхностью иону, который вблизи поверхности приобрел дополнительную энергию за счет притяжения к противоиону-изображению, нужно упругое соударение, а это для сложного иона при его повышенной энергии крайне маловероятно.The phase shift of the rotating ions φ arises due to the deviation of the frequency of the rotating field from the resonant frequency of the ions. The graphs (216), Fig. 7, show the dependences of the relative density of three hypothetical types of ions rotating with the same average radius, i.e. for a given rotation frequency with the same m / z and mobilities for an ideal quadratic well (215) from the displacement δR along the radius of the quadrupole. Let the cloud of target ions (210) have an increased effective temperature. It is maximally extended among other ions, and it is precisely the ions from the far right side of the cloud that have a chance to recombine or die when they collide with the rod (101). Apparently, the probability of such a death, at least for singly charged complex organic and bioorganic ions, is practically equal to 1. To bounce back and “move away” from the wall upon impact with the conductive surface, an ion that gained additional energy near the surface due to attraction to the counterion image , elastic collision is required, and this is extremely unlikely for a complex ion with its increased energy.

В конфигурации, показанной на Рис.7, ионы (214), обладающие примерно на 10% меньшей эффективной температурой, чем ионы (210), будут иметь более чем в 2 раза меньшую частоту столкновений со стержнем (101), чем ионы (210), поскольку в этом случае «работают» правые хвосты распределений - уровни «отсечки» гибнущих ионов (218) и (220). Если вероятности гибели этих обоих типов ионов при столкновении со стенкой близки к 1, то такое различие в частоте столкновений приведет примерно к вдвое различающимся временам релаксации соответствующих ионных токов и позволит достаточно легко разделить сигналы от таких ионов с помощью описанного выше метода нахождения экспоненциальных вкладов в экспериментальных зависимостях. Если скорость вращения этих ионов достаточно велика, и они начинают фрагментировать с заметной эффективностью, образуя спектр ионов-фрагментов, то используя методы, описанные выше, можно также разделить сигналы от различных ионов. При этом характеристические времена затухания этих сигналов будут определяться как процессами гибели исходных ионов на стержнях (101), так и процессами их фрагментации. Интересно при этом отметить, что скорость фрагментации исходных ионов при наличии одного доминирующего канала распада при варьировании среднего радиуса вращения или скорости вращения ионов, должна следовать аррениусовской зависимости от внутренней температуры ионов. Эта внутренняя температура, как и эффективная температура (222), должна квадратично зависеть от средней скорости ионов, однако значения коэффициента а для этих температур могут различаться. Например, в нашей модели нагрева ионов при их движении в газе [20] такой коэффициент для внутренней температуры иона, по сравнению с его эффективной (трансляционной) температурой увеличивается, но не более чем в 2 раза. Более того, и первый член в (222) пропорционально увеличивается. Проведение подобных измерений, при варьировании вращающего напряжения для ионов, которые сопоставимо могут гибнуть по двум механизмам, может дать информацию о степени адекватности нашей модели [20].In the configuration shown in Fig. 7, ions (214), which have an approximately 10% lower effective temperature than ions (210), will have a more than 2 times lower frequency of collisions with the rod (101) than ions (210) , since in this case the right tails of the distributions “work” - the “cut-off” levels of the dying ions (218) and (220). If the probabilities of the death of these two types of ions in a collision with a wall are close to 1, then such a difference in the collision frequency will lead to approximately twice the relaxation times of the corresponding ion currents and will make it quite easy to separate the signals from such ions using the method described above for finding exponential contributions to experimental dependencies. If the rotation speed of these ions is large enough, and they begin to fragment with appreciable efficiency, forming a spectrum of fragment ions, then using the methods described above, you can also separate the signals from different ions. In this case, the characteristic decay times of these signals will be determined both by the processes of the death of the initial ions on the rods (101) and by the processes of their fragmentation. It is interesting to note that the fragmentation rate of the initial ions in the presence of one dominant decay channel with a variation in the average radius of rotation or the speed of rotation of the ions should follow the Arrhenius dependence on the internal temperature of the ions. This internal temperature, as well as the effective temperature (222), should quadratically depend on the average ion velocity, however, the values of the coefficient a for these temperatures can differ. For example, in our model of heating of ions during their movement in a gas [20], such a coefficient for the internal temperature of an ion, in comparison with its effective (translational) temperature, increases, but no more than 2 times. Moreover, the first term in (222) increases proportionally. Carrying out such measurements, while varying the rotational voltage for ions, which can be comparable dying by two mechanisms, can provide information on the degree of adequacy of our model [20].

Замечательным свойством разделения сигналов от разных ионов при их гибели на стержнях (101) является возможность практически полного разделения ионов разной зарядности в тех случаях, когда их не удается различить по m/z и устойчивости к столкновительной фрагментации. Показанное на Рис.7 облако 4-х зарядных ионов (213), совпадающих по m/z и близких по подвижности с ионами (210), сосредоточено в области, удаленной от поверхности (101), так что эти ионы практически не будут с ней сталкиваться. Такой подход к идентификации отличает предлагаемый метод от других масс-спектрометрических методик, где нет прямого разделения ионов по абсолютной величине заряда, а ионы разделяются только по m/z.A remarkable property of the separation of signals from different ions upon their death on rods (101) is the possibility of almost complete separation of ions of different charge in those cases when they cannot be distinguished by m / z and resistance to collision fragmentation. The cloud of 4 charged ions (213) shown in Fig. 7, which coincide in m / z and are close in mobility to ions (210), is concentrated in a region remote from the surface (101), so that these ions will practically not be with it collide. This approach to identification distinguishes the proposed method from other mass spectrometric methods, where there is no direct separation of ions according to the absolute value of the charge, and ions are separated only by m / z.

Важное значение в процессах взаимодействия ионов с поверхностью стержней квадруполя могут иметь направления и напряженности электрических полей, действующих на ионы во время их прохождения вблизи поверхности. Так например, если радиочастотное поле в это время будет притягивать ионы к поверхности, то вероятность столкновения иона с поверхностью при прочих равных условиях будет больше по сравнению со случаем противоположной направленности этого поля. Для многозарядных биоионов, содержащих ионогенные группы с зарядами противоположных знаков, такое изменение направления локального поля при достаточно больших размерах иона может привести к появлению различных ионов-продуктов. Притяжение положительных зарядов к стержню квадруполя может привести к потере одного (или нескольких) положительных зарядов ионом, а при противоположном направлении поля могут с большей вероятностью теряться отрицательные заряды. Поэтому интересных структурно-зависимых результатов измерений взаимодействий ионов с поверхностью стержней квадруполя можно ожидать, если менять согласованно амплитуды, частоты и фазы полей, вызывающих вращение ионов и их возможное столкновение со стержнями квадруполя.Of great importance in the processes of interaction of ions with the surface of the rods of a quadrupole can be the directions and intensities of electric fields acting on ions during their passage near the surface. So, for example, if a radio frequency field at this time attracts ions to the surface, then the probability of collision of an ion with the surface, all other things being equal, will be greater than in the case of the opposite direction of this field. For multiply charged bioions containing ionic groups with charges of opposite signs, such a change in the direction of the local field at sufficiently large ion sizes can lead to the appearance of various product ions. The attraction of positive charges to the quadrupole rod can lead to the loss of one (or several) positive charges by the ion, and in the opposite direction of the field, negative charges may be more likely to be lost. Therefore, interesting structurally dependent results of measurements of the interactions of ions with the surface of the quadrupole rods can be expected if the amplitudes, frequencies and phases of the fields causing the rotation of the ions and their possible collision with the rods of the quadrupole are changed in a consistent manner.

При компьютерной генерации таких полей подобная задача не представляется излишне сложной. Так, например, если частота нерезонансного вращения ионов будет задана впятеро меньшей «резонансной» частоты вращения выбранных ионов, то при таком комбинированном движении ионы при совершении полного оборота с четвертью с «резонансной» частотой сдвинутся по фазе нерезонансного вращения на π/2. Таким образом, вращающиеся ионы относительно соседних стержней квадруполя будут иметь одинаковое расположение, и вероятность их столкновения с поверхностью при одних и тех же радиусах резонансного и нерезонансного вращения будет определяться их фазой резонансного вращения относительно стержня квадруполя. При этом, если 5/4 периода «резонансного» вращения составляет нечетное число полупериодов радиочастотного напряжения, то при согласовании начальных фаз всех трех напряжений ионы, движущиеся вблизи поверхности стержней квадруполя будут находиться при примерно одинаковом фазовом распределении воздействующих на ионы полей. Добиться такого соотношения периодов рассматриваемых полей можно, например, подбором соответствующей амплитуды радиочастотного напряжения. Меняя согласованно амплитуды, частоты и фазы воздействующих на ионы полей, можно менять условия столкновений ионов с поверхностью, вероятности их рекомбинации или гибели и соответственно характеристические времена установления новых уровней регистрируемых ионных токов при относительно быстром изменении упомянутых условий столкновения ионов с поверхностью.With the computer generation of such fields, such a task does not seem too complicated. So, for example, if the frequency of non-resonant rotation of the ions is five times lower than the "resonant" frequency of rotation of the selected ions, then with this combined movement, the ions, when making a complete revolution with a quarter of the "resonant" frequency, will shift in phase of the non-resonant rotation by π / 2. Thus, rotating ions relative to neighboring quadrupole rods will have the same location, and the probability of their collision with the surface at the same radial and non-resonant rotation radii will be determined by their phase of resonant rotation relative to the quadrupole rod. Moreover, if the 5/4 period of the “resonant” rotation is an odd number of half-periods of the radio frequency voltage, then when matching the initial phases of all three voltages, the ions moving near the surface of the quadrupole rods will be at approximately the same phase distribution of the fields acting on the ions. To achieve such a ratio of the periods of the considered fields, for example, by selecting the appropriate amplitude of the radio frequency voltage. By changing the amplitudes, frequencies, and phases of the fields acting on the ions in concert, one can change the conditions of collisions of ions with the surface, the probabilities of their recombination or death, and, accordingly, the characteristic times of establishment of new levels of recorded ion currents with a relatively rapid change in the mentioned conditions of collisions of ions with the surface.

При проведении описанных выше измерений важным является ограничение числа накопленных ионов. Намеренное освобождение от нежелательных или излишних ионов может быть важным также при накоплении ионов микропримесей, которое иначе из-за влияния объемного заряда могло бы быть невозможным или затруднительным. Соответствующая резонансная раскрутка в радиочастотном квадруполе позволяет получить достаточно высокую избирательность такого устранения.When performing the measurements described above, it is important to limit the number of accumulated ions. Intentional release from unwanted or excessive ions can also be important in the accumulation of trace impurity ions, which otherwise could be impossible or difficult due to the influence of the space charge. The corresponding resonant spin in the radio-frequency quadrupole allows one to obtain a sufficiently high selectivity of such elimination.

Дополнительные возможности разделения ионов и получения информации об их структуре и термохимии при их накоплении в квадруполе (10) возникают при изменении энергии ионизирующих электронов в источнике электронной ионизации (6) - Рис.1. При быстром переключении от текущего значения энергии электронов к другому начнется релаксационный переход к новым уровням накопленных ионов в радиочастотном квадруполе. Выделение экспоненциальных составляющих в регистрируемых релаксационных кривых для ионов с выбранными значениями m/z по описанным выше методам в результате может позволить получить кривые эффективности ионизации (КЭИ) соединений или кривые появления для различных ионов с совпадающими значениями m/z, но отличающихся по характеристическим временам релаксации соответствующих ионных токов.Additional possibilities for separating ions and obtaining information about their structure and thermochemistry during their accumulation in a quadrupole (10) arise when the energy of ionizing electrons in the electron ionization source changes (6) - Fig. 1. With a quick switch from the current value of the electron energy to another, a relaxation transition will begin to new levels of accumulated ions in the radio-frequency quadrupole. The separation of the exponential components in the recorded relaxation curves for ions with selected m / z values by the methods described above can result in obtaining ionization efficiency curves (CEI) of compounds or appearance curves for different ions with coincident m / z values, but differing in characteristic relaxation times corresponding ion currents.

Имеющиеся экспериментальные данные как наши [37], так и других исследователей, свидетельствуют о том, что изменение внутренней энергии ионизируемых соединений обычно приводит к смещению соответствующих кривых эффективности ионизации по энергии ионизирующих электронов. Это смещение происходит в противоположную сторону по отношению к направлению изменения внутренней энергии соединений и на величину, близкую к средней величине такого изменения, если соответствующее распределение по этой внутренней энергии является достаточно узким. Таким образом, стабилизация и контролируемое задание температуры напускаемой смеси в ионный источник (6) с изменяемой энергией ионизации может позволить получить дополнительный критерий соответствия регистрируемых кривых эффективности ионизации индивидуальным соединениям, т.к. теплоемкости сложных соединений могут значительно различаться, даже если их молекулярные массы совпадают. Снятые при разных температурах КЭИ индивидуальных соединений должны получаться друг из друга некоторым сдвигом по шкале энергий электронов. Это относится и к получению КЭИ ионов на основе только что описанного выделения экспоненциальных составляющих в соответствующих релаксационных кривых ионных токов при быстром переключении энергии ионизирующих электронов. Поскольку кривые появления ионов-продуктов из данных родительских ионов во время их образования в ионном источнике также будут сдвигаться на величину изменения средней энергии родительских ионов, то появляется также дополнительный критерий отнесения наблюдаемых ионов к ионам-продуктам, получающимся из данных родительских ионов.The available experimental data of both our [37] and other researchers indicate that a change in the internal energy of ionized compounds usually leads to a shift in the corresponding curves of ionization efficiency over the energy of ionizing electrons. This shift occurs in the opposite direction with respect to the direction of the change in the internal energy of the compounds and by an amount close to the average value of such a change, if the corresponding distribution over this internal energy is sufficiently narrow. Thus, stabilization and controlled setting of the temperature of the mixture being poured into the ion source (6) with a variable ionization energy can provide an additional criterion for the correspondence of the recorded curves of ionization efficiency to individual compounds, since the heat capacities of complex compounds can vary significantly, even if their molecular weights coincide. The CEI of individual compounds taken at different temperatures should be obtained from each other by some shift on the electron energy scale. This also applies to obtaining CEI ions based on the just described extraction of exponential components in the corresponding relaxation curves of ion currents with fast switching of the energy of ionizing electrons. Since the appearance curves of product ions from these parent ions during their formation in the ion source will also shift by the amount of change in the average energy of the parent ions, an additional criterion for assigning the observed ions to product ions obtained from the parent ion data also appears.

Термостатирование и управление температурой радиочастотного квадруполя является также важным для получения количественных термохимических данных при осуществлении столкновительно-индуцированной диссоциации исследуемых ионов как при столкновениях с молекулами остаточного газа, так и при взаимодействии со стержнями квадруполя. Регистрация релаксационных кривых для ионов-продуктов при диссоциации исследуемых ионов при различных температурах буферного газа в квадруполе может позволить получить оценки энергий активации соответствующих процессов и энергий разрываемых связей.Thermostating and temperature control of the radio-frequency quadrupole is also important for obtaining quantitative thermochemical data during collision-induced dissociation of the studied ions both in collisions with residual gas molecules and in interaction with the quadrupole rods. Registration of relaxation curves for product ions during dissociation of the studied ions at different temperatures of the buffer gas in the quadrupole can provide estimates of the activation energies of the corresponding processes and the energies of broken bonds.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

1. Додонов А.Ф., Чернушевич И.В., Додонова Т.О., Разников В.В., Тальрозе В.Л. Способ масс-спектрометрического анализа по времени пролета непрерывного пучка ионов Авторское Свидетельство №.1681340 с приоритетом от 25.02.87. Бюлл. изобр. N36, 30.09.91.1. Dodonov A.F., Chernushevich I.V., Dodonova T.O., Raznikov V.V., Talroze V.L. The method of mass spectrometric analysis by time of flight of a continuous ion beam Copyright Certificate No. 1681340 with a priority of 02.25.87. Bull. fig. N36, 09.30.91.

2. Dodonov A., Loboda A. Kozlovski V., Raznikov V., Soulimenkov I., Tolmachev A., Zhen Z., Horwath Т., Wollnik H.High Resolution electrospray ionization orthogonal-injection time-of-flight mass spectrometer European Journal of Mass Spectrometry, 6,481-490, 2000.2. Dodonov A., Loboda A. Kozlovski V., Raznikov V., Soulimenkov I., Tolmachev A., Zhen Z., Horwath T., Wollnik H. High Resolution electrospray ionization orthogonal-injection time-of-flight mass spectrometer European Journal of Mass Spectrometry, 6,481-490, 2000.

3. Shevchenko A., Chemushevich I., Ens W., Standing K.G., Thomson В., Wilm M., and Mann M., Rapid Commun. Mass Spectrom., 11, 1015-1024 (1997).3. Shevchenko A., Chemushevich I., Ens W., Standing K.G., Thomson B., Wilm M., and Mann M., Rapid Commun. Mass Spectrom., 11, 1015-1024 (1997).

4. Morris H.R., Paxton Т., Dell A., Langhom В., Berg M., Bordoli R.S., Hoyes J. and Bateman R.H. High sensitivity collisionally - activated decomposition tandem mass spectrometry on a novel quadrupole /orthogonal-acceleration time-of-flight mass spectrometer. Rapid Commun. Mass Spectrom., 10, 889-896 (1996).4. Morris H. R., Paxton T., Dell A., Langhom B., Berg M., Bordoli R. S., Hoyes J. and Bateman R. H. High sensitivity collisionally - activated decomposition tandem mass spectrometry on a novel quadrupole / orthogonal-acceleration time-of-flight mass spectrometer. Rapid Commun. Mass Spectrom., 10, 889-896 (1996).

5. Chemushevich I.V., Ens W., Standing K.G. Orthogonal injection TOFMS for analysis ofbiomolecules. Anal.Chem.News & Features July1, 1999, 453 A-461 A.5. Chemushevich I.V., Ens W., Standing K.G. Orthogonal injection TOFMS for analysis ofbiomolecules. Anal.Chem.News & Features July1, 1999, 453 A-461 A.

6. Douglas D.J., French J.B. Collisional focussing effects in radio frequency quadruples J.Am.Soc.Mass Spectrom. 3, 398-408 (1992).6. Douglas D.J., French J.B. Collisional focussing effects in radio frequency quadruples J.Am.Soc. Mass Spectrom. 3, 398-408 (1992).

7. Morris H.R., Paxton Т., Panico M., McDowel R. and Dell A., J.Prot.Chem. 16, 469-479(1997).7. Morris H. R., Paxton T., Panico M., McDowel R. and Dell A., J. Prot. Chem. 16, 469-479 (1997).

8. Tolmachev A.V., Chemushevich I.V., Dodonov A.F., Standing K.G., Nucl. Instrum. Methods Phys. Rev., B124, 112 (1997).8. Tolmachev A.V., Chemushevich I.V., Dodonov A.F., Standing K.G., Nucl. Instrum. Methods Phys. Rev., B124, 112 (1997).

9. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика, Наука, Москва, 1965, с.119-121.9. Landau L.D., Lifshits E.M. Mechanics, Science, Moscow, 1965, pp. 119-121.

10. В.В. Разников, В.В. Зеленов, Е.В. Апарина, М.О. Разникова, А.Р. Пихтелев, И.В. Сулименков, А.В. Чудинов, Г.Н. Савенков, Л.А. Тихомиров. Способ структурно-химического анализа органических и биоорганических соединений на основе масс-спектрометрического и кинетического разделения ионов этих соединений. Патент РФ №2402099 с приоритетом от 14.07.2009 г. Выдан 20.10.2010 г. (прототип)10. V.V. Raznikov, V.V. Zelenov, E.V. Aparina, M.O. Raznikova, A.R. Pikhtelev, I.V. Sulimenkov, A.V. Chudinov, G.N. Savenkov, L.A. Tikhomirov. The method of structural-chemical analysis of organic and bioorganic compounds based on mass spectrometric and kinetic separation of ions of these compounds. RF patent No. 2402099 with priority dated July 14, 2009; issued on October 20, 2010 (prototype)

11. В.В. Разников, В.В. Зеленов, М.О. Разникова, А.Р. Пихтелев, И.В. Сулименков Способ структурно-химического анализа органических и биоорганических соединений при разделении ионов этих соединений в сверхзвуковом газовом потоке, направленном вдоль линейной радиочастотной ловушки. Патент РФ №2420826 от 10.06.2011.11. V.V. Raznikov, V.V. Zelenov, M.O. Raznikova, A.R. Pikhtelev, I.V. Sulimenkov. A method of structural-chemical analysis of organic and bioorganic compounds in the separation of ions of these compounds in a supersonic gas stream directed along a linear radio frequency trap. RF patent No. 2420826 from 06/10/2011.

12. В.В. Разников, В.В. Зеленов, И.В. Сулименков, А.Р. Пихтелев, М.О. Разникова, Г.Н. Савенков Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений по приращению ионной подвижности и транспортировки этих ионов внутрь сверхзвукового газового потока. Заявка на патент РФ №2011123281 от 09.06.2011.12. V.V. Raznikov, V.V. Zelenov, I.V. Sulimenkov, A.R. Pikhtelev, M.O. Raznikova, G.N. Savenkov. A method for separating ions of organic and bioorganic compounds by incrementing ionic mobility and transporting these ions into a supersonic gas stream. Application for a patent of the Russian Federation No. 2011123281 dated 06/09/2011.

13. Raznikov V.V., Soulimenkov I.V., Kozlovski V.I., Pikhtelev A.R., Raznikova M.O., Horvath Т., Kholomeev A.A., Zhou Z., Wollnik H., Dodonov A.F., "Ion rotating motion in gas-filled radio-frequency quadrupole ion guide as a new technique for structural and kinetic investigations of ions". Rapid Commun. Mass Spectrom. 15, 1912-1921 (2001). (аналог)13. Raznikov VV, Soulimenkov IV, Kozlovski VI, Pikhtelev AR, Raznikova MO, Horvath T., Kholomeev AA, Zhou Z., Wollnik H., Dodonov AF, "Ion rotating motion in gas-filled radio-frequency quadrupole ion guide as a new technique for structural and kinetic investigations of ions ". Rapid Commun. Mass Spectrom. 15, 1912-1921 (2001). (analog)

14. Soulimenkov I.V., Kozlovski V.I., Pikhtelev A.R., Raznikov V.V., Chardakova E.V., Dodonov A.F., "A new method to the kinetics of ion decay in a radio frequency quadrupole with resonance rotational excitation", Eur. J. Mass Spectrom. 8,99-105 (2002).14. Soulimenkov I.V., Kozlovski V.I., Pikhtelev A.R., Raznikov V.V., Chardakova E.V., Dodonov A.F., "A new method to the kinetics of ion decay in a radio frequency quadrupole with resonance rotational excitation", Eur. J. Mass Spectrom. 8.99-105 (2002).

15. Сулименков И.В., Козловский В.И., Пихтелев А.Р., Брусов B.C., Разников В.В., Додонов А.Ф.. Новый метод исследования кинетики распада ионов в газонаполненном радиочастотном квадруполе с резонансным вращательным возбуждением. 1. Принципы и тестирование метода на примере комплексного иона Cs[H2O]+. Масс-спектрометрия, 2(3), 2005.15. Sulimenkov IV, Kozlovsky VI, Pikhtelev AR, Brusov B.C., Raznikov VV, Dodonov AF. A new method for studying the kinetics of ion decay in a gas-filled radio-frequency quadrupole with resonant rotational excitation. 1. Principles and testing of the method using the example of the complex ion Cs [H2O] +. Mass Spectrometry, 2 (3), 2005.

16. Разников В.В., Ивашин С.В., Зеленев В.В., Апарина Е.В., Савенков Г.Н. Охлаждение ионов в сверхзвуковом газовом потоке как основа создания компактных эффективных приборов для мониторинга загрязнений окружающей среды. Известия Академии Наук «Энергетика» №5, стр.140-155, 2007.16. Raznikov VV, Ivashin SV, Zelenev VV, Aparina EV, Savenkov G.N. Ion cooling in a supersonic gas stream as the basis for creating compact efficient instruments for monitoring environmental pollution. Proceedings of the Academy of Sciences "Energy" No. 5, pp. 140-155, 2007.

17. Raznikov V.V, Schultz J.A., Egan T.F., Ugarov M.V., Tempez A., Savenkov G.N., Zeienov V.V. United States Patent 7,482,582, January 27,2009. Multi-Beam Ion Mobility Time-of-Flight Mass Spectrometry with Multi-Channel Data Recording.17. Raznikov V.V., Schultz J.A., Egan T.F., Ugarov M.V., Tempez A., Savenkov G.N., Zeienov V.V. United States Patent 7,482,582, January 27,2009. Multi-Beam Ion Mobility Time-of-Flight Mass Spectrometry with Multi-Channel Data Recording.

18. Raznikov V.V., Zeienov V.V., Aparina E.V., Ivashin S.V., Savenkov G.N., Ugarov M., Tempez A., Schultz J.A. Ion cooling in adiabatic gas flow and their reflecting from coated charged conducting surface as a new way for inserting mobility separated ions into orthogonal injection TOFMS. 17-я Международная Конференция по Масс-спектрометрии, г Прага, Чехия, 27 августа - 1 сентября 2006 года.18. Raznikov V.V., Zeienov V.V., Aparina E.V., Ivashin S.V., Savenkov G.N., Ugarov M., Tempez A., Schultz J.A. Ion cooling in adiabatic gas flow and their reflecting from coated charged conducting surface as a new way for inserting mobility separated ions into orthogonal injection TOFMS. 17th International Conference on Mass Spectrometry, Prague, Czech Republic, August 27 - September 1, 2006.

19. Schultz J.A., Raznikov V.V., Egan T.F., Ugarov M.V., Tempez A., Raznikova M.O., Zeienov V.V., Pikhtelev A.R., Vaughn V. United States Patent 7,547,878, June 22,2009. Neutral/Ion Reactor in Adiabatic Supersonic Gas Flow for Ion Mobility Time-Of-Flight Mass Spectrometry. (аналог)19. Schultz J.A., Raznikov V.V., Egan T.F., Ugarov M.V., Tempez A., Raznikova M.O., Zeienov V.V., Pikhtelev A.R., Vaughn V. United States Patent 7,547,878, June 22,2009. Neutral / Ion Reactor in Adiabatic Supersonic Gas Flow for Ion Mobility Time-Of-Flight Mass Spectrometry. (analog)

20. Raznikov V.V., Kozlovsky V.I., Dodonov A.F., Raznikova M.O. "Heating of Ions Moving in a Gas Under the Influence of a Uniform and Constant Electric Field", Rapid Commun. Mass Spectrom. 13, 370-375, 1999.20. Raznikov V.V., Kozlovsky V.I., Dodonov A.F., Raznikova M.O. "Heating of Ions Moving in a Gas Under the Influence of a Uniform and Constant Electric Field", Rapid Commun. Mass Spectrom. 13, 370-375, 1999.

21. Разников В.В., Разникова M.O. Информационно-аналитическая масс-спектрометрия "Наука", М., 1992 г.21. Raznikov VV, Raznikova M.O. Information-analytical mass spectrometry "Science", M., 1992

22. Разников В.В., Пихтелев А.Р., Разникова M.O., Лобода А.В. Новые подходы к преобразованию и анализу масс-спектрометрической и хромато-масс-спектрометрической информации. Известия Академии Наук, Энергетика, N1,1997, сс 87-106.22. Raznikov V.V., Pikhtelev A.R., Raznikova M.O., Loboda A.V. New approaches to the conversion and analysis of mass spectrometric and chromato-mass spectrometric information. Proceedings of the Academy of Sciences, Energy, N1.1997, pp. 87-106.

23. Разников В.В., Пихтелев А.Р., Разникова M.O. Анализ не полностью разрешенных масс-спектрометрических данных. Масс-спектрометрия 3(2), 2006, стр.113-130.23. Raznikov VV, Pikhtelev A.R., Raznikova M.O. Analysis of incompletely resolved mass spectrometric data. Mass Spectrometry 3 (2), 2006, pp. 113-130.

24. Разников В.В., Додонов А.Ф., Егоров В.А., Разникова M.O. Масс-эффузиометрический метод анализа газовых смесей. Всесоюзное науч.-техн. совещание «Разработка и применение специализированных масс-спектрометрических установок», Москва, 1983, Тезисы докладов, с.100-101.24. Raznikov V.V., Dodonov A.F., Egorov V.A., Raznikova M.O. Mass-effusiometric gas mixture analysis method. All-Union Scientific and Technical meeting "Development and application of specialized mass spectrometric installations", Moscow, 1983, Abstracts, p.100-101.

25. Raznikov V.V., Raznikova M.O. Decomposition of charge-state distributions for better understanding ofelectrospray mass spectra ofbioorganic compounds. Part 1. Basic formalism. // European Journal of Mass Spectrometry. - 2009, v.l5, pp.367-375.25. Raznikov V.V., Raznikova M.O. Decomposition of charge-state distributions for better understanding ofelectrospray mass spectra of bioorganic compounds. Part 1. Basic formalism. // European Journal of Mass Spectrometry. - 2009, v.l5, pp. 367-375.

26. Веренчиков А.Н. Время-пролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук ИАП РАН г.Санкт-Петербург 2006 г.26. Verenchikov A.N. Time-of-flight mass spectrometry of biopolymers based on planar multi-reflective analyzers. The dissertation for the degree of Doctor of Physics and Mathematics, IAP RAS St. Petersburg 2006

27. Loboda A. United States Patent 7,459,679, December 2, 2008. Method and apparatus for mass selective axial transport using pulsed axial field. (аналог)27. Loboda A. United States Patent 7,459,679, December 2, 2008. Method and apparatus for mass selective axial transport using pulsed axial field. (analog)

28. Kozlovski V.A.; Fuhrer R.; Gonin M. United States Patent Application 200080149825. June 26, 2008. Apparatus for mass analysis of ions (аналог)28. Kozlovski V.A .; Fuhrer R .; Gonin M. United States Patent Application 200080149825. June 26, 2008. Apparatus for mass analysis of ions (analog)

29. Wells G.J. United States Patent 7,353,965 B2, April 1, 2008. Rotating excitation field in linear ion processing apparatus (аналог)29. Wells G.J. United States Patent 7,353,965 B2, April 1, 2008. Rotating excitation field in linear ion processing apparatus (analog)

30. Makarov A.A., Syka J.E.P. United States Patent 7,507,953, March 24, 2009. Obtaining tandem mass spectrometry data for multiple parent ions in an ion population (аналог)30. Makarov A.A., Syka J.E.P. United States Patent 7,507,953, March 24, 2009. Obtaining tandem mass spectrometry data for multiple parent ions in an ion population (analog)

31. Schultz J.A.; Raznikov V. United States Patent 6,992,284 January 28, 2006. Ion mobility TOF/MALDI/MS using drift cell alternating high and low electric field.31. Schultz J.A .; Raznikov V. United States Patent 6.992.284 January 28, 2006. Ion mobility TOF / MALDI / MS using drift cell alternating high and low electric field.

32. Gonin M. Raznikov V., Fuhrer K., Schultz J.A., McCully M.I. United States Patent 7,291,834, November 6, 2007. Multi-anode detector with increased dynamic range for time-of-flight mass spectrometers with counting data acquisition.32. Gonin M. Raznikov V., Fuhrer K., Schultz J.A., McCully M.I. United States Patent 7,291,834, November 6, 2007. Multi-anode detector with increased dynamic range for time-of-flight mass spectrometers with counting data acquisition.

33. Raznikov V.V., Raznikova M.O. Assignment of the mass number to peaks in high resolution mass spectra acquired via counting of ion Int.J.Mass Spectrom.Ion Proc. v.85, 1988,p.1-21.33. Raznikov V.V., Raznikova M.O. Assignment of the mass number to peaks in high resolution mass spectra acquired via counting of ion Int.J. Mass Spectrom.Ion Proc. v. 85, 1988, p. 1-21.

34. S. Guan, A.G. Marshall, Stacked-ring electrostatic ion guide. J.Am.Soc.Mass Spectrom. 1996, 7,101-106. (аналог)34. S. Guan, A.G. Marshall, Stacked-ring electrostatic ion guide. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1996, 7,101-106. (analog)

35. В.В. Разников, В.И. Козловский, И.В. Сулименков Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений в усредненном по вращениям ионов электрическом поле секционированной цилиндрической ячейки. Заявка на патент РФ №2011123281 от 09.06.2011. (аналог)35. V.V. Raznikov, V.I. Kozlovsky, I.V. Sulimenkov. A method for separating ions of organic and bioorganic compounds in the electric field averaged over ion rotations of a sectioned cylindrical cell. Application for a patent of the Russian Federation No. 2011123281 dated 06/09/2011. (analog)

36. Nikolaev E., Sudakov M. Ion Motion Stability Diagram For Distorted Square Waveform Trapping Voltage. Eur. J. Mass Spectrom. 8, 191-199 (2002).36. Nikolaev E., Sudakov M. Ion Motion Stability Diagram For Distorted Square Waveform Trapping Voltage. Eur. J. Mass Spectrom. 8, 191-199 (2002).

37. V.V. Raznikov, A.F. Dodonov, V.V. Zelenov Disentangling the fine structure of ionization efficiency curves. Int.J.Mass Spectrom. Ion Proc. v.71 (1986) p.1-2737. V.V. Raznikov, A.F. Dodonov, V.V. Zelenov Disentangling the fine structure of ionization efficiency curves. Int.J. Mass Spectrom. Ion Proc. v. 71 (1986) p. 1-27

Claims (15)

1. Способ анализа смесей химических соединений на основе накопления и/или поочередной селективной фрагментации совокупности различных родительских ионов в линейной радиочастотной ловушке, включающей одну или более диафрагм с отверстиями по оси ловушки, отличающийся тем, что поверхности диафрагм внутри упомянутой ловушки секционируются, и к соседним секциям прикладываются постоянные и/или переменные управляемые напряжения для создания отталкивательного эффективного потенциала для накапливаемых ионов, а фрагментация, индуцированная столкновениями накопленных ионов с атомами или молекулами буферного газа, производится возбуждением периодического движения ионов с выбранным m/z приложением к стержням ловушки переменных напряжений с частотой, близкой к резонансной для данных родительских ионов, в необходимых случаях с кратным увеличением на один или несколько периодов этого периодического движения амплитуды радиочастотного напряжения на стержнях ловушки с возможным повторением такого увеличения через времена, превышающие время выхода приосевых ионов из ловушки; при этом осуществляется регистрация изменяющихся во времени токов ионов-продуктов фрагментации и/или токов выбранных родительских ионов, что обеспечивает возможность дополнительного разделения этих родительских ионов.1. The method of analysis of mixtures of chemical compounds based on the accumulation and / or sequential selective fragmentation of a variety of different parent ions in a linear radio frequency trap, including one or more diaphragms with holes along the axis of the trap, characterized in that the surfaces of the diaphragms inside the mentioned trap are partitioned, and to neighboring constant and / or variable controlled voltages are applied to the sections to create a repulsive effective potential for the accumulated ions, and fragmentation induced by by collisions of accumulated ions with atoms or molecules of a buffer gas, it is excited by the periodic movement of ions with selected m / z application to the rods of the trap rods with alternating voltages with a frequency close to the resonance for these parent ions, if necessary with a multiple increase of one or several periods of this periodic the movement of the amplitude of the radio frequency voltage on the rods of the trap with the possible repetition of such an increase after times exceeding the time of exit of the axial ions from the trap; in this case, the time-varying currents of the fragmentation ion products and / or the currents of the selected parent ions are recorded, which makes it possible to further separate these parent ions. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейная радиочастотная ловушка является радиочастотным квадруполем.2. The method according to claim 1, characterized in that the linear radio frequency trap is a radio frequency quadrupole. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализируемая газовая смесь в виде молекулярного пучка пропускается через источник электронной ионизации, расположенный перед входной диафрагмой линейной радиочастотной ловушки.3. The method according to claim 1, characterized in that the analyzed gas mixture in the form of a molecular beam is passed through an electron ionization source located in front of the input diaphragm of the linear radio frequency trap. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что источник электронной ионизации п.3 является источником с изменяемой энергией ионизации, и переход от одной энергии ионизирующих электронов к другой может быть использован для запуска релаксации регистрируемых ионных токов с выделением экспоненциальных составляющих релаксационных кривых, что может привести к получению кривых эффективности появления индивидуальных ионов даже при их совпадении по m/z с другими ионами.4. The method according to claim 3, characterized in that the electron ionization source of claim 3 is a variable ionization energy source, and the transition from one energy of ionizing electrons to another can be used to trigger relaxation of recorded ion currents with the selection of exponential components of relaxation curves, which can lead to obtaining efficiency curves for the appearance of individual ions even when they coincide in m / z with other ions. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газовый поток, поступающий в линейную радиочастотную ловушку, добавляется газовая смесь, содержащая ионы анализируемых соединений из внешнего ионного источника, например многозарядные ионы биомолекул из электроспрейного ионного источника.5. The method according to claim 1, characterized in that a gas mixture containing ions of the analyzed compounds from an external ion source, for example, multiply charged ions of biomolecules from an electrospray ion source, is added to the gas stream entering a linear radio-frequency trap. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что вывод ионов из приосевой зоны радиочастотного квадруполя для относительно большого диапазона отношений массы к заряду (m/z) производится возбуждением нерезонансного вращения ионов приложением к соседним стержням квадруполя сдвинутых по фазе на π/2 периодических напряжений с частотой, в несколько раз отличающихся от резонансной частоты упомянутого диапазона m/z, наиболее близкой к данной нерезонансной частоте.6. The method according to claim 2, characterized in that the ions are removed from the axial zone of the radio-frequency quadrupole for a relatively large range of mass to charge ratios (m / z) by excitation of non-resonant rotation of the ions by applying π / 2 periodic phase-shifted quadrupole rods voltages with a frequency several times different from the resonant frequency of the mentioned m / z range, which is closest to this non-resonant frequency. 7. Способ по п.2, отличающийся тем, что селективный вывод ионов из приосевой зоны радиочастотного квадруполя производится возбуждением близкого к резонансному вращения ионов с выбранным значением m/z приложением к соседним стержням квадруполя сдвинутых по фазе на π/2 периодических напряжений с частотой, близкой к частоте собственных колебаний или вращений этих ионов в данном поле радиочастотного квадруполя.7. The method according to claim 2, characterized in that the selective removal of ions from the axial zone of the radio-frequency quadrupole is carried out by excitation of ions close to the resonant rotation with the selected m / z value by applying periodic voltage voltages with a frequency of π / 2 to neighboring quadrupole rods, close to the frequency of natural vibrations or rotations of these ions in a given field of the radio-frequency quadrupole. 8. Способ по п.2, отличающийся тем, что эти стержни имеют круглое поперечное сечение, обеспечивая вблизи стержней значимое отклонение от идеального квадрупольного поля и соответственно сдвиг резонансных частот ионов.8. The method according to claim 2, characterized in that these rods have a circular cross section, providing near the rods a significant deviation from the ideal quadrupole field and, accordingly, a shift in the resonant frequencies of the ions. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейная радиочастотная ловушка сопряжена с времяпролетным масс-анализатором с ортогональным вводом ионов.9. The method according to claim 1, characterized in that the linear radio frequency trap is coupled to a time-of-flight mass analyzer with orthogonal ion input. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что возбуждением вращения, близкого к резонансному или включающего такое вращение, ионы с выбранными величинами m/z и подвижности периодически выводятся в зону возможного диффузионного контакта со стержнями квадруполя; путем изменения амплитуд, и/или частот, и/или фаз компонент воздействующего на ионы электрического поля изменяется характерное время гибели ионов, которое определяется при заданных условиях стационарного вращения подвижностью ионов, их зарядом и массой.10. The method according to claim 1, characterized in that the excitation of rotation close to resonant or including such rotation, ions with selected values of m / z and mobility are periodically displayed in the zone of possible diffusion contact with the rods of the quadrupole; by changing the amplitudes and / or frequencies and / or phases of the components of the electric field acting on the ions, the characteristic time of the death of the ions changes, which is determined under the given conditions of stationary rotation by the mobility of the ions, their charge and mass. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что при временном увеличении амплитуды радиочастотного напряжения это увеличение производится периодически, одинаковым образом и синхронизованно с периодическим запуском измерительного цикла во время-пролетном масс-спектрометре в течение всего времени измерения этих кривых и/или синхронизованно с периодическим движением выбранных ионов в квадруполе.11. The method according to claim 9, characterized in that with a temporary increase in the amplitude of the radio frequency voltage, this increase is made periodically, in the same way and synchronized with the periodic start of the measurement cycle during the time-of-flight mass spectrometer during the entire time these curves are measured and / or synchronized with periodic movement of selected ions in a quadrupole. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регистрации последовательных масс-спектров ионов-продуктов столкновительной фрагментации разделение вкладов в эти масс-спектры ионов-продуктов от исходных ионов, различающихся по характерным временам гибели, производится на основе вычисления статистически устойчивой матрицы перехода между эквидистантными по времени совокупностями интенсивностей пиков масс-спектров и оценки ее собственных чисел.12. The method according to claim 1, characterized in that when registering successive mass spectra of ion-products of collisional fragmentation, separation of the contributions to these mass spectra of product ions from the initial ions, differing in characteristic times of death, is based on the calculation of a statistically stable matrix transition between time equidistant sets of intensities of the peaks of mass spectra and estimates of its eigenvalues. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии в линейной радиочастотной ловушке фрагментирующих или гибнущих ионов с различными характерными временами гибели производится разделение сигналов от них на основе известных методов выявления экспоненциальных составляющих в экспериментальных данных.13. The method according to claim 1, characterized in that in the presence of fragmenting or dying ions with different characteristic death times in a linear radio-frequency trap, the signals from them are separated based on known methods for identifying exponential components in experimental data. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в линейной радиочастотной ловушке входной поток ионов на время измерений запирается соответствующим потенциалом на внешней поверхности входной диафрагмы.14. The method according to claim 1, characterized in that in the linear radio-frequency trap the input ion stream is blocked by the corresponding potential on the outer surface of the input diaphragm for the duration of the measurements. 15. Способ по п.4, отличающийся тем, что температура системы напуска и линейной радиочастотной ловушки стабилизируется и контролируется. 15. The method according to claim 4, characterized in that the temperature of the inlet system and the linear radio frequency trap is stabilized and controlled.
RU2012104298/07A 2012-02-08 2012-02-08 Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap RU2502152C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012104298/07A RU2502152C2 (en) 2012-02-08 2012-02-08 Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012104298/07A RU2502152C2 (en) 2012-02-08 2012-02-08 Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012104298A RU2012104298A (en) 2013-09-10
RU2502152C2 true RU2502152C2 (en) 2013-12-20

Family

ID=49164348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012104298/07A RU2502152C2 (en) 2012-02-08 2012-02-08 Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2502152C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7291834B2 (en) * 2001-12-19 2007-11-06 Ionwerks, Inc. Multi-anode detector with increased dynamic range for time-of-flight mass spectrometers with counting data acquisitions
US7507953B2 (en) * 2003-03-19 2009-03-24 Thermo Finnigan Llc Obtaining tandem mass spectrometry data for multiple parent ions in an ion population
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7291834B2 (en) * 2001-12-19 2007-11-06 Ionwerks, Inc. Multi-anode detector with increased dynamic range for time-of-flight mass spectrometers with counting data acquisitions
US7507953B2 (en) * 2003-03-19 2009-03-24 Thermo Finnigan Llc Obtaining tandem mass spectrometry data for multiple parent ions in an ion population
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012104298A (en) 2013-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Marshall et al. High-resolution mass spectrometers
Hernandez et al. Ion dynamics in a trapped ion mobility spectrometer
US7078679B2 (en) Inductive detection for mass spectrometry
Perry et al. Orbitrap mass spectrometry: instrumentation, ion motion and applications
Hu et al. The Orbitrap: a new mass spectrometer
JP4824545B2 (en) Mass spectrometry method and mass spectrometer
JP5303273B2 (en) Method and apparatus for Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry
US6852972B2 (en) Mass spectrometer
US20080185513A1 (en) Method of multiplexed analysis using ion mobility spectrometer
US11424113B2 (en) Two dimensional MS/MS acquisition modes
US20110155901A1 (en) Merged Ion Beam Tandem TOF-TOF Mass Spectrometer
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
JP2006521005A (en) Flight distance spectrometer for MS and simultaneous non-scanning MS / MS
US10886116B2 (en) Hybrid mass spectrometer
Dickel et al. Multiple-reflection time-of-flight mass spectrometry for in situ applications
US10043644B2 (en) De-convolution of overlapping ion mobility spectrometer or separator data
KR20140108669A (en) System, devices, and methods for sample analysis using mass spectrometry
RU2402099C1 (en) Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds based on mass-spectrometric and kinetic separation of ions of said compounds
Calvete The expanding universe of mass analyzer configurations for biological analysis
US9997345B2 (en) Orthogonal acceleration coaxial cylinder mass analyser
Patel et al. Mass spectrometry-A review
Wanczek et al. FT‐ICR mass spectrometry: Superconducting magnet, external ion source, ion–molecule reactions, and ion–ion traps
JP2005514737A (en) Simultaneous acquisition of chemical information
RU2474917C1 (en) Method of separating ions of organic and bioorganic compounds in ion rotation-averaged electric field of sectioned cylindrical cell
RU2502152C2 (en) Method of analysing mixtures of chemical compounds based on separation of ions of said compounds in linear radio frequency trap

Legal Events

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

Effective date: 20200209