SU1413683A1 - Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к массспектрометрии . Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которо-г му частицы ионизируют в рабочем объеме анализатора, сепарируют накапливаемые ионы по начальным скорост м, оставл   в рабочем объеме анализато i pa преимущественно тепловые ионы, а затем сортируют по удельным зар дам и вьшод т на детектор ионов. Это возможно осуществить путем ступенчатого. уменьшени  частоты, амплитуды и посто нной составл ющей высокочастотного напр жени . Способ позвол ет практически полностью подавить пики осколочных ионов в спектре масс гипербо- g ло-адного масс-спектрометра.4 з.п.ф-лы. (Л

Description

со

О)

00

со

Изобретение относитс  к масс-спек- трометрии поможет быть использовано при создании гиперболоидных масс- спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Целью изобретени   вл етс  разработка способа анализа, при котором осколочные ионы вьгоодились бы из рабочего объема анализатора до начала : процесса сортировки и тем самым существенно подавл лись бы в спектре i масс их пики.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в процессе ионизации и до начала процесса сортировки дополнительно сепарируют накапливаемые ионы по начальным скорост м, оставл   в рабочем объеме анализатора преимущественно .с тепловыми скорост ми. Это возможно осуществить путем ступенчатого уменьшени  частоты, амплитуды и посто нной составл ющей ВЧ- напр жени , подаваемого на электроды анализатора, при этом возможны режимы, при которых полозйение рабочей точки анализируемых ионов на диаграмме стабильности оставл ют неизменным; отсутствует посто нна  составл юща  питающего сигнала либо на все электроды ана- лизатора подают один и тот же потенциал . Особенностью предлагаемого способа  вл етс  то, что дополни- тельную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скорост м осуществл ют при частоте ВЧ-напр жени  (f ), св занной с частотой ВЧ-нап10

20

ДСП р жени 

роды анализатора в процессе сортировки соотношением

легчит индентификацию веществ и повысит чувствительность анализа к микропримес м.

При работе по известному способу в процессе ионизации частиц в рабочем объеме анализатора происходит накопление ионов, образовавшихс  с малыми (тепловыми) скорост ми и осколочных ионов, образовавшихс  с большими начальными скорост ми, полученных ими в результате диссоциации молекул. При этом в рабочем объеме осуществл ютс  услови , характерные 15 дл  квазистатической трехмерной потенциальной  мы. Максимальные ско- рости частиц, захватываемых в такой  ме, определ ютс  ее глубиной. Чем меньше глубина потенциальной  мы, тем меньше возможные скорости частиц, накапливаемых в ней. Как показьшают расчеты, глубина квазистатической  мы, образуемой в объеме анализатора типа трехмерной ловушки в процес- 25 се ионизации (по известному способу она равна глубине  мы в процессе сортировки ) , зависит от подаваемых на злектроды напр жений, от положени  рабочей точки захватьюаемых ионов на диаграмме стабильности и от фазы захвата частиц полем. Таким образом , реализаци  предлагаемого способа возможна, если в процессе ионизации (накоплени ) мы ступенчато умень- 35 шим глубину квазистатической  мы. Это можно сделать, если в процессе ионизации уменьшить частоту, амплитуду и посто нную составл ющую подаваемого на электроды анализатора напр же30

К.

Чоп

-сорт

подаваемого на элект-40 ни . Возможны два предельных случа 

и, соответственно, промежуточные.

Можно уменьшить w,U и Uj. так, что положение рабочей точки частицы на диаграмме стабильности останетс  не- 45 изменным. Дл  реализации этого режима необходимо 11 и U- (амплитуду и посто нную составл ющую ВЧ-напр - жёни ) уменьшать в одно и то же число раз, а частоту (Л изменить так, чтобы величина оставалась посто нной . Во втором предельном случае можно осуществл ть накопление ионов в анализаторе, подава  на все его , электроды один и тот же потенциал. По мере накоплени  ионов в объеме в этом случае будет непрерьшно уменьшатьс  процентное содержание быстрых ионов. Этот способ может оказатьс  единственно возможным, если стогде К - целое число, а переход от режима дополнительной сепарации к режиму сортировки осуществл ют вблизи фазы О либо тг ВЧ- напр жени , соответствующего процессу сортировки.

Предлагаемый способ позвол ет в совокупности решить проблему эффективной очистки спектра масс от осколочных ионов, что открьшает перспективы создани  масс-спектрометра, в спектре которого присутствуют только пики, соответствующие молекул рным ионам, что существенно об50

55

0

0

легчит индентификацию веществ и повысит чувствительность анализа к микропримес м.

При работе по известному способу в процессе ионизации частиц в рабочем объеме анализатора происходит накопление ионов, образовавшихс  с малыми (тепловыми) скорост ми и осколочных ионов, образовавшихс  с большими начальными скорост ми, полученных ими в результате диссоциации молекул. При этом в рабочем объеме осуществл ютс  услови , характерные 5 дл  квазистатической трехмерной потенциальной  мы. Максимальные ско- рости частиц, захватываемых в такой  ме, определ ютс  ее глубиной. Чем меньше глубина потенциальной  мы, тем меньше возможные скорости частиц, накапливаемых в ней. Как показьшают расчеты, глубина квазистатической  мы, образуемой в объеме анализатора типа трехмерной ловушки в процес- 5 се ионизации (по известному способу она равна глубине  мы в процессе сортировки ) , зависит от подаваемых на злектроды напр жений, от положени  рабочей точки захватьюаемых ионов на диаграмме стабильности и от фазы захвата частиц полем. Таким образом , реализаци  предлагаемого способа возможна, если в процессе ионизации (накоплени ) мы ступенчато умень- 5 шим глубину квазистатической  мы. Это можно сделать, если в процессе ионизации уменьшить частоту, амплитуду и посто нную составл ющую подаваемого на электроды анализатора напр же0

ни . Возможны два предельных случа 

45

50

ит задача ионизации в рабочем объеме молекул строго моноэнергетичным пучком электронов. В общем случае глубина квазистатической  мы, т.е. положение рабочей точки частицы в процессе дополнительной сепарации по начальным скорост м, выбираетс  в соответствии с поставленной задачей. Например, при питании анализатора гармоническим сигналом усредненна  по фазам ввода частиц глубина потенциальной  мы определ етс  приближенным соотношением:

. (В) Ч

Если положить q 1 24, то fvU 2,4-10 и (В)

вой (и), то полага  U

и

В таком случае, если в процессе ионизации мы хотим отсе ть все ион f начальной энергией больше тепло3 kT 2ё

Т 300 К получаем (B) и полага  1 Ml, получаем оценку требуемой амплитуды ВЧ-напр жени 

и 1,66 (В)

В этих услови х в объеме анализатора будут к началу процесса сортировки находитьс  только тепловые ионы.

Дл  эффективного захвата накопленных ионов в процессе сортировки весьма важным  вл етс  фаза перехода от процесса дополнительной сепарации ino энерги м к процессу сортировки.

Наиболее оптимальными  вл ютс  фазы

I .. . О и Т сигнала сортировки. Дл  реа- лизации оптимального режима перехода следует выполн ть условие

0 АОП

Сорт

В этом случае можно легко осуществить переход от одного режима к другому в фазы О либо « дл  обоих сигналов . Это непременное условие максимальной чувствительности анализа.

Реализаци  указанного способа анализа достигаетс  при питании электродной системы анализатора напр жением от генератора высокой частоты , у которого на врем  ионизации

о .

10

15

20

а и

25

30

35

40

45

о

50

55

происходит одновременное изменение амплитуды, частоты ВЧ-напр жени  и его посто нной составл ющей таким образом, чтобы положение рабочей точки на диаграмме стабильности оставалось неизменным.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет практически полностью подавить пики осколочных ионов в спектре масс гиперболоидного масс- спектрометра. При этом такой режим осуществл етс  изменением только электрического режима работы прибора. Кроме того, в несколько раз увеличиваетс  чувствительность масс-спектрометра за счет реализации режима накоплени  в глубине зоны стабильности; расшир ютс  функциональные возможности прибора за счет реализации режима ионизации в услови х практически бесполевого пространства, например примен етс  резонансный метод образовани  отрицательных ионов; расшир ютс  функциональные возможности масс-спектрометра, так как по вл етс  возможность использовать различные режимы работы прибора и по усмотрению оператора получать научную информацию о процессах ионизации и диссоциации сложных молекул.

Claims (3)

1.Способ анализа ионов в гипер- бслоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которому частицы ионизируют в рабочем объеме анализатора, сортируют по удельным зар дам и вьшод т на детектор ионов, отличающийс  тем, что,

с целью уменьшени  в спектре масс пиков осколочных ионов, в процессе ионизации до начала сортировки дополнительно сепарируют накапливаемые ионы по начальным скорост м, оставл   в рабочем объеме анализатора преимущественно тепловые ионы.

2.Способ ПОП.1, о тлич ающ и и с   тем,что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скорост м осуществл ют путем одновременного ступенчатого уменьшени  частоты, амплитуды и посто нной составл ющей ВЧ-напр жени , подаваемого на электроды анализатора при стабилизации положени  рабочей точки анализируемых ионов на диаграмме стабильности.

3.Способ по п., отличающийс  тем, 1то дополнительную сепарацию накапливаемых ионов осуществл ют при питающем сигнале, в котором посто нна  составл юща  равна нулю.

4,Способ по п., о тлич аю- щ и и с   тем, что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скорост м осуществл ют при

частоте ВЧ сигнала fд (Гц), св зан |ной с частотой ВЧ-напр жени  сорт ХГц), подаваемого на электроды ана- лизатора в процессе сортировки, соот ) ношением

К„ f

Доп

сорт

где KO целое число, а переход от режима дополнительной сепарации к режиму сортировки осуществл ют при фазах О либо IT ВЧ-напр жени , соответствующего процессу сортировки.

5: Способ по п.1,0 тлич а ю- щ и и с   тем, что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скорост м осуществл ют путем подачи на все электроды анализатора одного и того же потенциала.