RU2634614C1 - Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation - Google Patents
Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634614C1 RU2634614C1 RU2016149722A RU2016149722A RU2634614C1 RU 2634614 C1 RU2634614 C1 RU 2634614C1 RU 2016149722 A RU2016149722 A RU 2016149722A RU 2016149722 A RU2016149722 A RU 2016149722A RU 2634614 C1 RU2634614 C1 RU 2634614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- field
- quadrupole
- along
- axis
- ion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/28—Static spectrometers
- H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
Landscapes
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области масс-спектрометрического анализа вещества и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик линейных ионных ловушек с резонансным возбуждением ионов. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструкции ионно-оптической системы (ИОС), улучшении качества возбуждающего поля и повышении разрешающей способности квадрупольных масс-анализаторов с резонансным выводом ионов. Известными приборами такого типа являются линейные ионные ловушки с гиперболическими или цилиндрическими электродами с дипольным возбуждением ионов [2]. Коммерческие приборы с анализаторами такого типа широко используются для рутинных анализов с разрешением до нескольких тысяч. Их аналитические возможности ограничены особенностями геометрии и конструкции ИОС квадрупольных анализаторов с гиперболическими или круглыми электродами [1]. Предлагаемый способ и устройство, реализуемые с помощью ИОС с планарными дискретными электродами [3], позволяют усовершенствовать конструктивные, аналитические и коммерческие параметры масс-спектрометров данного класса.The invention relates to the field of mass spectrometric analysis of a substance and can be used to improve the analytical and commercial characteristics of linear ion traps with resonant ion excitation. The technical task of the invention is to improve the design of the ion-optical system (IOS), improve the quality of the exciting field and increase the resolution of quadrupole mass analyzers with resonant ion output. Known devices of this type are linear ion traps with hyperbolic or cylindrical electrodes with dipole excitation of ions [2]. Commercial instruments with analyzers of this type are widely used for routine analyzes with a resolution of up to several thousand. Their analytical capabilities are limited by the geometry and design features of the IOS of quadrupole analyzers with hyperbolic or round electrodes [1]. The proposed method and device, implemented using IOS with planar discrete electrodes [3], can improve the design, analytical and commercial parameters of mass spectrometers of this class.
Новый способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов заключается в воздействии на заряженные частицы, совершающие колебания с ограниченными амплитудами по осям XYZ в суперпозиции квадрупольного в плоскости XOY высокочастотного и статического задерживающего по оси Z электрических полей в анализаторе с геометрическим параметром ro, возбуждающим по оси X переменным электрическим полем, отличающимся тем, что возбуждающее поле однородное и направлено вдоль одной из асимптот квадрупольного поля.A new method of mass analysis with resonant excitation of ions consists in acting on charged particles oscillating with limited amplitudes along the XYZ axes in a superposition of the high-frequency and static electric field-delaying X-axis quadrupole in the XOY plane in an analyzer with a geometric parameter r o that excites along the axis X by an alternating electric field, characterized in that the exciting field is uniform and directed along one of the asymptotes of the quadrupole field.
В известных квадрупольных анализаторах (Фиг. 1, а) распределение ВЧ-потенциала описывается выражениемIn known quadrupole analyzers (Fig. 1, a), the distribution of the RF potential is described by the expression
где UВЧ=V⋅cos(ωt), V и ω - амплитуда и частота ВЧ-питающего напряжения, r0 - геометрический параметр квадрупольного анализатора. Колебания ионов по осям X и Y в ВЧ поле (1) описываются дифференциальными уравнениями [3]where U RF = V⋅cos (ωt), V and ω are the amplitude and frequency of the RF supply voltage, r 0 is the geometric parameter of the quadrupole analyzer. Oscillations of ions along the X and Y axes in the RF field (1) are described by differential equations [3]
где q=2eV/(r0 2ω2m) - параметр Матье, m - масса ионов. При q<0,3 решение дифференциальных уравнений (2) описываются гармоническими функциямиwhere q = 2eV / (r 0 2 ω 2 m) is the Mathieu parameter, m is the mass of ions. For q <0.3, the solution of differential equations (2) are described by harmonic functions
где x0, y0, ν0x, ν0y - начальные координаты и скорости ионов по осям X и Y, - секулярная частота колебания ионов.where x 0 , y 0 , ν 0x , ν 0y are the initial coordinates and ion velocities along the X and Y axes, - secular frequency of ion vibrations.
При дипольном возбуждении в известных квадрупольных анализаторах на ВЧ-поле (1) накладывается возбуждающее переменное электрическое поле с частотой Ωв, которое лишь приближенно вблизи оси X можно считать однородным (Фиг. 1, б). При равенстве частот Ωв≈Ωс под действием возбуждающего поля амплитуда колебаний ионов по оси X нарастает и они через щели в электродах, расположенных на оси X, выводятся на устройство регистрации. Неоднородность возбуждающего поля и отклонения вблизи щелей квадрупольного ВЧ поля в существующих масс-анализаторах с резонансным выводом ионов ограничивают их разрешение и чувствительность. Кроме того, колебания ионов по оси X наряду с секулярными составляющими (3) содержат компоненты с частотами nω±Ω, где n=1, 2, 3…, амплитуды которых увеличиваются с возрастанием параметра q. Наличие этих компонент колебаний ионов большого уровня искажает шкалу масс и снижает разрешающую способность анализаторов.During dipole excitation in known quadrupole analyzers, an exciting alternating electric field with a frequency of Ω in is applied to the RF field (1), which can only be considered homogeneous near the X axis (Fig. 1, b). If the frequencies Ω are equal in ≈Ω s under the action of the exciting field, the amplitude of ion vibrations along the X axis increases and they are output through the slots in the electrodes located on the X axis to the recording device. Inhomogeneity of the exciting field and deviations near the gaps of the quadrupole rf field in existing mass analyzers with resonant ion extraction limit their resolution and sensitivity. In addition, the ion vibrations along the X axis along with the secular components (3) contain components with frequencies nω ± Ω, where n = 1, 2, 3 ..., whose amplitudes increase with increasing parameter q. The presence of these components of oscillations of large-level ions distorts the mass scale and reduces the resolution of the analyzers.
Предлагаемый способ предполагает резонансное возбуждение ионов в линейной ионной ловушке переменным однородным вдоль оси X электрическим полем, образованным парой планарных дискретных электродов с возбуждающими потенциалами U1=-U2 (Фиг. 1, г). Распределение ВЧ потенциала в ИОС на Фиг. 1, в в системе координат x',y' описываются выражениемThe proposed method involves the resonant excitation of ions in a linear ion trap by an alternating electric field uniform along the X axis, formed by a pair of planar discrete electrodes with exciting potentials U 1 = -U 2 (Fig. 1, d). The RF potential distribution in the IOS in FIG. 1, in the coordinate system x ', y' are described by the expression
где , xа, yа - размеры ИОС с планарными дискретными электродами по осям X' и Y'. Электрические поля в квадрупольной ИОС Фиг. 1, а и в ИОС с планарными дискретными электродами Фиг. 1, в совпадают при повороте системы координат X'OY' относительно системы XOY на угол π/4.Where , x a , y a - the sizes of the IOS with planar discrete electrodes along the axes X 'and Y'. Electric fields in quadrupole IOS FIG. 1a and in the IOS with planar discrete electrodes of FIG. 1c coincide when the X'OY 'coordinate system is rotated relative to the XOY system by an angle π / 4.
Поворот системы координат не влияет на секулярные колебания ионов, описываемые выражениями (3), но изменяет соотношение амплитуд высших гармоник с частотами nω±Ω - по одной оси амплитуды увеличиваются, а по другой уменьшаются. При резонансном выводе ионов высшие гармоники колебаний искажают форму массовых пиков и снижают разрешающую способность анализатора. Для достижения высокого разрешения уровень высших гармоник колебаний ионов необходимо снижать. Это реализуется в планарной ИОС (Фиг. 1, в, г), где уровень высших гармоник по оси X' оказывается на порядок меньше, чем по оси X в квадрупольной ИОС (Фиг. 1, а, б).The rotation of the coordinate system does not affect the secular ion vibrations described by expressions (3), but changes the ratio of the amplitudes of the higher harmonics to frequencies nω ± Ω - the amplitudes increase along one axis and decrease along the other. In the case of resonant ion extraction, higher harmonics distort the shape of the mass peaks and reduce the resolution of the analyzer. To achieve high resolution, the level of higher harmonics of ion vibrations must be reduced. This is realized in planar IOS (Fig. 1, c, d), where the level of higher harmonics along the X 'axis is an order of magnitude lower than along the X axis in the quadrupole IOS (Fig. 1, a, b).
Таким образом ИОС с планарными дискретными электродами решает две важные для линейных ионных ловушек с резонансным возбуждением проблемы:Thus, IOS with planar discrete electrodes solves two important problems for linear ion traps with resonant excitation:
- повышает однородность возбуждающего поля;- increases the uniformity of the exciting field;
- снижает уровень высших гармоник колебаний ионов по оси возбуждения.- reduces the level of higher harmonics of ion vibrations along the excitation axis.
Это позволяет в 2-3 раза повысить разрешающую способность масс-анализаторов ионов данного класса.This allows a 2-3-fold increase in the resolution of mass analyzers of ions of this class.
Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществленияMass analysis method with resonant excitation of ions and a device for its implementation
Фиг. 1 а, б - квадрупольная ионно-оптическая система; а - схема ВЧ-питания и распределение ВЧ-поля; б - схема питания и распределение возбуждающего поля; в, г - ионно-оптическая система с планарными дискретными электродами 1, 2; в - распределение ВЧ-поля, г - распределение возбуждающего поля.FIG. 1 a, b - quadrupole ion-optical system; a - circuit RF power and distribution of the RF field; b - power scheme and distribution of the exciting field; c, d - ion-optical system with planar
ЛитератураLiterature
1. D.J. Douglas, N.V. Konenkov. Mass selectivity of dipolar resonant excitation in linear quadrupole ion trap // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2014. V. 28. P. 430-438.1. D.J. Douglas, N.V. Konenkov. Mass selectivity of dipolar resonant excitation in linear quadrupole ion trap // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2014. V. 28. P. 430-438.
2. Collings B.A., Stott W.R., Londry F.A. Resonant excitation in low-pressure linear ion trap // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2003. Vol. 14. P. 522-534.2. Collings B.A., Stott W.R., Londry F.A. Resonant excitation in low-pressure linear ion trap // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2003. Vol. 14. P. 522-534.
3. Мамонтов E.B. Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления. Патент РФ №2497226. 2012 г.3. Mammoths E.B. A method of forming a two-dimensional linear high-frequency electric field and a device for its implementation. RF patent No. 2497226. 2012 year
Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществленияMass analysis method with resonant excitation of ions and a device for its implementation
Фиг. 1 а, б - квадрупольная ионно-оптическая система; а - схема ВЧ питания и распределение ВЧ поля; б - схема питания и распределение возбуждающего поля; в, г - ионно-оптическая система с планарными дискретными электродами 1, 2; в - распределение ВЧ поля, г - распределение возбуждающего поля.FIG. 1 a, b - quadrupole ion-optical system; a - circuit RF power and distribution of the RF field; b - power scheme and distribution of the exciting field; c, d - ion-optical system with planar
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016149722A RU2634614C1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016149722A RU2634614C1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2634614C1 true RU2634614C1 (en) | 2017-11-02 |
Family
ID=60263670
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016149722A RU2634614C1 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634614C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2683018C1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-03-26 | Евгений Васильевич Мамонтов | Method of mass analysis of ions in quadrupolar high-frequency fields with dipole excitation of oscillations on borders of stability |
RU2740604C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method for mass analysis of ions in quadrupole fields with excitation of oscillations on boundaries of stability |
RU2749549C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Device for mass analysis of ions with quadrupole fields with excitation of oscillations at stability boundary |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006075189A2 (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
JP2009150794A (en) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Hitachi High-Technologies Corp | Mass spectrometer and control method therefor |
RU2422939C1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
RU2497226C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Formation method of two-dimensional linear high-frequency electric field, and device for its implementation |
-
2016
- 2016-12-16 RU RU2016149722A patent/RU2634614C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006075189A2 (en) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
JP2009150794A (en) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Hitachi High-Technologies Corp | Mass spectrometer and control method therefor |
RU2422939C1 (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Method of generating two-dimensional linear electric field and device for realising said method |
RU2497226C1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Formation method of two-dimensional linear high-frequency electric field, and device for its implementation |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2683018C1 (en) * | 2017-11-07 | 2019-03-26 | Евгений Васильевич Мамонтов | Method of mass analysis of ions in quadrupolar high-frequency fields with dipole excitation of oscillations on borders of stability |
RU2740604C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Method for mass analysis of ions in quadrupole fields with excitation of oscillations on boundaries of stability |
RU2749549C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-06-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Device for mass analysis of ions with quadrupole fields with excitation of oscillations at stability boundary |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9564304B2 (en) | Ion trap mass analyzer apparatus, methods, and systems utilizing one or more multiple potential ion guide (MPIG) electrodes | |
JP5657812B2 (en) | Mass spectrometer, ion detection method and computer program for mass spectrometer | |
EP2642508B1 (en) | A method of processing image charge/current signals | |
RU2634614C1 (en) | Method of mass-analysis with resonant excitation of ions and device for its implementation | |
US8704173B2 (en) | Ion cyclotron resonance measuring cells with harmonic trapping potential | |
US3334225A (en) | Quadrupole mass filter with means to generate a noise spectrum exclusive of the resonant frequency of the desired ions to deflect stable ions | |
Konenkov et al. | Quadrupole mass filter operation with auxiliary quadrupolar excitation: theory and experiment | |
US9299546B2 (en) | Methods for acquiring and evaluating mass spectra in fourier transform mass spectrometers | |
Nagornov et al. | Ion trap with narrow aperture detection electrodes for Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry | |
Makarov et al. | Fundamentals of Orbitrap analyzer | |
JP6022383B2 (en) | Mass spectrometry system and method | |
RU2683018C1 (en) | Method of mass analysis of ions in quadrupolar high-frequency fields with dipole excitation of oscillations on borders of stability | |
RU2327245C2 (en) | Mass selective device and analysis method for drift time of ions | |
JP6593451B2 (en) | Quadrupole mass filter and quadrupole mass spectrometer | |
US20160163529A1 (en) | Frequency scan linear ion trap mass spectrometry | |
Jordan et al. | Measurement of Relative Abundance with the Mass Spectrometer | |
RU2444083C2 (en) | Method for time-of-flight separation of ions according to mass and device for realising said method | |
US20220230867A1 (en) | Mass filter having reduced contamination | |
JP2015118887A (en) | Time-of-flight mass spectrometer | |
RU2740604C1 (en) | Method for mass analysis of ions in quadrupole fields with excitation of oscillations on boundaries of stability | |
RU2557009C2 (en) | Method and device for ions separation by specific charge with fourier transform | |
RU2693570C1 (en) | Multi-electrode harmonized ion trap of kingdon with merged inner electrodes | |
RU2293396C1 (en) | Method and device for separating charged particles by their specific charge | |
RU2398308C1 (en) | Method for mass-separation of ions based on time of flight and device for realising said method | |
RU2749549C1 (en) | Device for mass analysis of ions with quadrupole fields with excitation of oscillations at stability boundary |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181217 |