RU2670268C1 - Квадрупольный масс-спектрометр - Google Patents
Квадрупольный масс-спектрометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670268C1 RU2670268C1 RU2017124817A RU2017124817A RU2670268C1 RU 2670268 C1 RU2670268 C1 RU 2670268C1 RU 2017124817 A RU2017124817 A RU 2017124817A RU 2017124817 A RU2017124817 A RU 2017124817A RU 2670268 C1 RU2670268 C1 RU 2670268C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quadrupole mass
- axis
- ion
- electrodes
- mass filter
- Prior art date
Links
- 238000011045 prefiltration Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
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
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Квадрупольный масс-спектрометр содержит камеру (1) ионизации, магниты (2), создающие магнитное поле вдоль оси (10), катод (3), испускающий ионизирующие электроны в камеру (1) ионизации, ионно-оптическую систему (4), два электрода (5) квадрупольного фильтра масс, расположенные вдоль оси (8), на которые подаются отрицательные постоянные и переменные составляющие напряжения, два электрода (5) квадрупольного фильтра масс, расположенные вдоль оси (7), на которые подаются положительные постоянные и переменные составляющие напряжения, четыре электрода (6) префильтра, на которые подаются переменные составляющие напряжений того же знака, что и на смежные электроды (5), приемник (9) ионов. Ось (8) располагается параллельно оси (10). Технический результат - увеличение чувствительности масс-спектрометра. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть применено в газовых хромато-масс-спектрометрах, газоанализаторах и других устройствах, использующих квадрупольный масс-анализатор с источником ионов электронного удара.
Известен квадрупольный масс-спектрометр, содержащий источник ионов электронного удара, ионно-оптическую систему, квадрупольный фильтр масс, приемник ионов (патент США №5302827, МПК H01J 49/42, 1993). Недостатком данного устройства является отсутствие средств снижения влияния краевых полей квадрупольного фильтра масс и, как следствие, низкая чувствительность, особенно к ионам тяжелых масс.
Известен также квадрупольный масс-спектрометр, включающий источник ионов электронного удара, ионно-оптическую систему, квадрупольный фильтр масс с префильтром, приемник ионов (патент США №9209006, МПК H01J 49/42, H01J 49/06, 2012, ближайший аналог). Недостатком известного устройства является низкая чувствительность вследствие несогласованности характеристики выходящего из ионно-оптической системы пучка ионов (эмиттанса) и приемной характеристики (аксептанса) квадрупольного фильтра масс с префильтром.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанного недостатка, а именно увеличение чувствительности квадрупольного масс-спектрометра.
Указанная задача решается тем, что в квадрупольном масс-спектрометре, содержащем квадрупольный фильтр масс, к электродам которого попарно подведены переменные и постоянные составляющие напряжений обоих знаков, префильтр, к электродам которого попарно подведены переменные составляющие напряжений обоих знаков, источник ионов электронного удара, включающий магнитное поле, ионно-оптическую систему для формирования ионного пучка источника ионов, приемник ионов, ось электродов квадрупольного фильтра масс с отрицательной постоянной составляющей напряжения расположена параллельно оси магнитного поля источника ионов.
В результате такого расположения, исходящий из ионно-оптической системы пучок ионов, имеющий профиль поперечного сечения, вытянутый в направлении силовых линий магнитного поля источника ионов, т.е., вдоль оси магнитного поля, направляется в квадрупольный фильтр масс с префильтром таким образом, что наиболее протяженная сторона профиля пучка ионов направлена вдоль электродов квадрупольного фильтра масс с отрицательной постоянной составляющей. Это позволяет квадрупольному фильтру масс с префильтром принять наибольшее количество ионов, выходящих из ионно-оптической системы, и передать их в приемник ионов, что означает получение максимальной чувствительности масс-спектрометра, поскольку аксептанс квадрупольного фильтра масс с префильтром в направлении отрицательной постоянной составляющей имеет большую величину, чем аксептанс в направлении с положительной постоянной составляющей, а эмиттанс пучка ионов в направлении оси магнитного поля имеет большую величину, чем эмиттанс в поперечном к этой оси направлении.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показаны основные компоненты устройства.
На фиг. 2 показан пример согласования эмиттанса ионного пучка, исходящего из ионно-оптической системы, и аксептанса квадрупольного фильтра масс с префильтром путем наложения их двумерных диаграмм.
Устройство содержит:
- Источник ионов электронного удара, состоящий из камеры 1 ионизации, магнитов 2, катода 3.
- Ионно-оптическую систему 4.
- Квадрупольный фильтр масс с префильтром, представляющий собой четыре электрода 5 и четыре электрода 6, попарно расположенные вдоль взаимно перпендикулярных осей 7 и 8. На электроды 5, расположенные вдоль оси 7, подается напряжение вида: U+V⋅cos(ωt+ϕ0), где U - постоянная составляющая напряжения, V - амплитуда переменной составляющей напряжения, ω - угловая частота, t - время, ϕ0 - начальная фаза. В свою очередь, на электроды 5, расположенные вдоль оси 8, подается напряжение вида: -U-V⋅cos(ωt+ϕO). Таким образом, ось 7 является осью положительной постоянной составляющей напряжения квадрупольного фильтра масс, а ось 8 - осью отрицательной постоянной составляющей напряжения квадрупольного фильтра масс. На электроды 6 префильтра подаются переменные составляющие напряжения (±V1⋅cos(ωt+ϕ0)) того же знака, что и на смежные электроды 5 квадрупольного фильтра масс.
- Приемник 9 ионов, в качестве которого может служить детектор ионов, ионно-фокусирующее устройство, ячейка фрагментации, другой масс-анализатор и т.п.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Магниты 2 в источнике ионов создают магнитное поле, силовые линии которого направлены вдоль оси 10. Перпендикулярно оси 10, вдоль оси 11 в камеру 1 ионизации вводится поток 12 анализируемых веществ. Катод 3 испускает электроны, при этом, магнитное поле, созданное магнитами 2, формирует из них узкий пучок, направленный внутрь камеры 1 ионизации вдоль оси 10. Образующееся в результате взаимодействия пучка электронов с молекулами пробы ионное облако 13 имеет вытянутую форму в виде стержня, направленного вдоль оси 10 магнитного поля. Далее ионное облако 13 втягивается и фокусируется ионно-оптической системой 4, после чего направляется в квадрупольный фильтр масс с префильтром вдоль основной оси 14. Получаемый на выходе ионно-оптической системы 4 ионный пучок 15 все еще имеет осевую несимметричность, что подразумевает больший размер поперечного сечения пучка и больший угловой разброс в направлении оси 10, чем в перпендикулярном ей направлении. Это означает, что эмиттанс пучка ионов в направлении вдоль оси 10 магнитного поля больше эмиттанса пучка ионов в направлении, перпендикулярном оси 10.
Было установлено, что аксептанс квадрупольного фильтра масс с префильтром в направлении оси отрицательной постоянной составляющей больше аксептанса в направлении оси положительной постоянной составляющей [В.Б. Алмазов, Н.В. Коненков. «Аксептанс и пропускание квадрупольного фильтра масс с префильтром». Журнал технической физики, 2017, том 87, вып. 10, стр. 1562-1570], т.е., в направлении оси 8 отрицательной постоянной составляющей квадрупольный фильтр масс с префильтром способен принять ионный пучок с большим координатным и угловым разбросом, чем в направлении оси 7 положительной постоянной составляющей.
Отсюда следует, что наибольшее количество ионов будет достигать приемника 9 ионов (что означает максимальную чувствительность масс-спектрометра) в случае, если больший аксептанс квадрупольного фильтра масс с префильтром будет совмещен с большим эмиттансом ионно-оптической системы, а меньший аксептанс - с меньшим эмиттансом, т.е., для достижения наилучшей чувствительности необходимо совмещение направления оси 8 отрицательной постоянной составляющей квадрупольного фильтра масс с префильтром с направлением оси 10 магнитного поля источника ионов.
На фиг. 2 (а, б) на плоскостях поперечных координат и скоростей в одинаковом масштабе показан пример согласования эмиттанса ионного пучка, исходящего из ионно-оптической системы 4, и аксептанса квадрупольного фильтра масс с префильтром. На фиг. 2 (а, б) области пересечения двух фигур, обозначенные двойной штриховкой, есть фазовые площади тех ионов, которые будут переданы в приемник 9 ионов и создадут полезный сигнал. Чем больше площадь пересечения фигур, заштрихованная двойной штриховкой, тем большую чувствительность масс-спектрометра можно получить. На фиг. 2 (а) показано наложение диаграммы эмиттанса пучка ионов в направлении, перпендикулярном оси 10 магнитного поля, и диаграммы аксептанса квадрупольного фильтра масс с префильтром, вдоль оси 7 с положительной постоянной составляющей. На фиг. 2 (б) показано наложение диаграммы эмиттанса пучка ионов в направлении, совпадающем с осью 10 магнитного поля, и диаграммы аксептанса квадрупольного фильтра масс с префильтром, вдоль оси 8 с отрицательной постоянной составляющей.
Claims (1)
- Квадрупольный масс-спектрометр, содержащий квадрупольный фильтр масс, к электродам которого попарно подведены переменные и постоянные составляющие напряжений обоих знаков, префильтр, к электродам которого попарно подведены переменные составляющие напряжений обоих знаков, источник ионов электронного удара, включающий магнитное поле, ионно-оптическую систему для формирования ионного пучка источника ионов, приемник ионов, отличающийся тем, что ось электродов квадрупольного фильтра масс с отрицательной постоянной составляющей напряжения расположена параллельно оси магнитного поля источника ионов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017124817A RU2670268C1 (ru) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Квадрупольный масс-спектрометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017124817A RU2670268C1 (ru) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Квадрупольный масс-спектрометр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2670268C1 true RU2670268C1 (ru) | 2018-10-22 |
Family
ID=63923359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017124817A RU2670268C1 (ru) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Квадрупольный масс-спектрометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2670268C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783663C1 (ru) * | 2021-06-23 | 2022-11-15 | Закрытое акционерное общество Специальное конструкторское бюро "Хроматэк" | Мультипольная электродная система (варианты) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302827A (en) * | 1993-05-11 | 1994-04-12 | Mks Instruments, Inc. | Quadrupole mass spectrometer |
RU2345441C2 (ru) * | 2003-06-03 | 2009-01-27 | Монитор Инструментс Кампани, Ллк | Масс-спектрометр и соответствующие ионизатор и способы |
US20150303046A1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-10-22 | Battelle Memorial Institute | Device for separating non-ions from ions |
US9209006B2 (en) * | 2011-11-03 | 2015-12-08 | Analytik Jena Ag | Mass spectrometry |
-
2017
- 2017-07-11 RU RU2017124817A patent/RU2670268C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302827A (en) * | 1993-05-11 | 1994-04-12 | Mks Instruments, Inc. | Quadrupole mass spectrometer |
RU2345441C2 (ru) * | 2003-06-03 | 2009-01-27 | Монитор Инструментс Кампани, Ллк | Масс-спектрометр и соответствующие ионизатор и способы |
US9209006B2 (en) * | 2011-11-03 | 2015-12-08 | Analytik Jena Ag | Mass spectrometry |
US20150303046A1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-10-22 | Battelle Memorial Institute | Device for separating non-ions from ions |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783663C1 (ru) * | 2021-06-23 | 2022-11-15 | Закрытое акционерное общество Специальное конструкторское бюро "Хроматэк" | Мультипольная электродная система (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2564443C2 (ru) | Устройство ортогонального ввода ионов во времяпролетный масс-спектрометр | |
JP5307844B2 (ja) | イオン移動度分析及びイオントラップ質量分析のための方法及システム | |
US7772546B2 (en) | Portable loeb-eiber mass spectrometer | |
US8664591B2 (en) | Adjusting energy of ions ejected from ion trap | |
US7989758B2 (en) | Fragmentation of ions in Kingdon ion traps | |
US10607825B2 (en) | Mass spectrometer | |
JP6022383B2 (ja) | 質量分析システム、及び方法 | |
CN104681392A (zh) | 一种折线形杆状电极线形离子阱 | |
RU2634614C1 (ru) | Способ масс-анализа с резонансным возбуждением ионов и устройство для его осуществления | |
RU2670268C1 (ru) | Квадрупольный масс-спектрометр | |
WO2016174990A1 (ja) | 質量分析装置 | |
JP6593451B2 (ja) | 四重極マスフィルタ及び四重極型質量分析装置 | |
US20190035618A1 (en) | Quadrupole mass filter and quadrupole type mass spectrometry device | |
Toyoda et al. | High-energy collision induced dissociation fragmentation pathways of peptides, probed using a multiturn tandem time-of-flight mass spectrometer “MULTUM-TOF/TOF” | |
RU2293396C1 (ru) | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
Marinach et al. | Simulation of ion beam and optimization of orthogonal tandem ion trap/reflector time-of-flight mass spectrometry | |
RU158343U1 (ru) | Устройство времяпролетного масс-спектрометра с источником ионов с ионизацией при атмосферном давлении для разделения и регистрации ионов анализируемых веществ | |
US20160307745A1 (en) | Systems and Methods for Improved Robustness for Quadrupole Mass Spectrometry | |
RU2398308C1 (ru) | Способ масс-разделения ионов по времени пролета и устройство для его осуществления | |
GB2534892A8 (en) | An ion mirror, an ion mirror assembly and an ion trap | |
RU2818310C1 (ru) | Многоэлектродная гармонизированная ловушка кингдона с многопортовым вводом электронов и ионов | |
US20090008546A1 (en) | Bi-Directional System For Mass Spectrometry | |
RU2170427C2 (ru) | Способ разделения ионов по массам | |
US7999222B2 (en) | Time-of-flight mass spectrometer | |
RU2557009C2 (ru) | Способ и устройство разделения ионов по удельному заряду с преобразованием фурье |