SU1681340A1 - Способ масс-спектрометрического анализа по времени пролета непрерывного пучка ионов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к масс-спектро- метрическим методом определени  качественного и количественного состава газовых смесей, содержащих нейтральную и зар женную компоненты, и может быть применено в аналитических цел х при исследовании пламени, в плазмохимии, в кинетических исследовани х и дл  мониторинга окружающей среды. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и разрешающей способности . Изобретение расшир ет возможности использовани  способа дл  идентификации и исследовани  биологически активных, термических веществ: полипептидов , антибиотиков, витаминов, так как диапазон масс регистрируемых ионов практически неограничен.Кроме того, способ может найти широкое применение при исследовании нейтральной и зар женной компонент плазмы в различных плазмохими- ческих устройствах, при исследовании свойств кластеров и механизмов их образовани , а также при исследовании состава атмосферных ионов.

Description

Изобретение относитс  к масс-спектро- метрическим методам определени  качественного и количественного состава газовых смесей, содержащих нейтральную и зар женную компоненты, и может быть применено в аналитических цел х при исследовании пламени, в плазмохимии, в кинетических исследовани х и дл  мониторинга окружающей среды.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и разрешающей способности .

На фиг.1 схематично представлено устройство дл  осуществлени  предлагаемого способа, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - временна  зависимость

напр жений, подаваемых на электроды; на фиг.4 - масс-спектр кластерных ионов воды, зарегистрированных в режимах ионизации при атмосферном давлении; на фиг,5 - масс- спектр антибиотика грамицидина, зарегистрированный при использовании внешнего .ионного источника с экстракцией ионов из раствора при атмосферном давлении (ЭРИ- АД); на фиг.6 - масс-спектр инсулина, полученный также с использованием метода ЭРИАД.

Устройство дл  реализации предлагаемого способа содержит корпус 1, приемник 2 ионов, двухсекционный отражатель 3 ионов, отклон ющие ионы пластины 4, пространство 5 дрейфа и электронную пушку 6.

Кроме того, устройство оснащено выталкивающим ионы электродом 7, сеткой 8, ограничивающей область импульсной подачи ионов, компенсирующей сеткой 9 и выходной сеткой 10. Электрод 7 и сетки 8-10 расположены параллельно одна другой и перпендикул рны продольной оси пространства 5 дрейфа, а плоскости выталкива- ющего ионы электрода 7 и сетки 8 расположены в плоскост х пластин 11 и 12 модул тора пучка ионов и соединены попарно электрически. За электродом 7 и сеткой 8 (по ходу пучка ионов) установлен коллектор 13 ионов.

Способ осуществл ют следующим образом .

В начальный момент времени потенциалы на электроде 7, сетке 8 и пластинах 11 и 12 поддерживают одинаковыми. Ионы от внешнего источника (не показан), например ионного источника с ионизацией при атмосферном давлении, подают через зазор между пластинами 11 и 12 в пространство между электродом и сеткой 8 к коллектору 13 ионов. По величине тока ионов на коллектор 13 производитс  выбор оптимальных потенциалов, подаваемых на элементы ионной оптики внешнего источника ионов. Затем на сетку 8 и пластину 11 подают посто нный потенциал, равный ускор ющему ионы напр жению. Выходна .сетка 10 устройства импульсной подачи находитс  под нулевым потенциалом, равным потенциалу корпуса устройства. Временна  зави- симость разности потенциалов, подаваемых на электрод 7, сетку 9 и пластину 12 дана на фиг.З (индекс у потенциала равен номеру соответствующего электрода ).

В нулевой момент времени на электрод 7, сетку 9 и пластину 12 подают соответственно выталкивающий и запирающий ионы импульсы. Амплитуды выт гивающих и выталкивающих импульсов подобраны такими , чтобы в пространство между выталкивающим электродом 7 и выходной сеткой 10 во врем  выталкивани  ионов было бы однородное поле, что исключает дефокусировку ионного пучка сетками 8 и 9, тем самым повыша  чувствительность устройства . Величину запирающего ионы импульса ДУз Ui2 - U 11 (фиг.З) задают соотношением

,51019Wh2/l2,(1)

где h, I - соответственно зазор между пластинами 11 и 12 и их длина;

Л/ джоуль - кинетическа  энерги  ионов на входе в зазор между пластинами 11 и 12.

Ионы, наход щиес  в момент выталкивани  в зазоре между выталкивающим электродом 7 и сеткой 8 и частично в зазоре между пластинами 11 и 12, выталкиваютс 

однородным полем в пространство 5 дрейфа , где разделение ионов по массам осуще- ствл ют во времени пролета. После прекращени  действи  выталкивающих, выт гивающих и запирающих импульсов ионы

от внешнего источника начинают поступать в область между электродом 7 и сеткой 8. Это происходит одновременно с разделением ионов по массам в пространстве 5 дрейфа , а энергию ионов подбирают такой,

чтобы за врем  пролета ионами самой т желой массы пространства 5 дрейфа эти ионы как раз успели бы заполнить область между выталкивающим электродом 7 и сеткой 8, т.е. эта энерги  определ етс  соотношением

W-WycKCi/L)2, (2) где W - энерги  ионов в области между электродом 7 и сеткой 8 в момент ее заполнени  ионами;

т Wye - энерги  ионов в пространстве 5 дрейфа;

И - суммарна  длина области между электродом 7 и сеткой 8 и пластин 11 и 12; L - длина пути дрейфа ионов.

Дл  того, чтобы исключить попадание ионов в пространство 5 дрейфа, за врем  их врем  пролетного- накоплени  в области между электродом 7 и сеткой 8, на компенсирующий электрод, выполненный в виде

сетки 9 из параллельных проволок радиусом г и с шагом а, должна подаватьс  разность потенциалов AUi Ug - Ue в соответствии с соотношением

а

AUi 1018WycK - In

2лг

(3)

где d - рассто ние между сетками 9 и 10.

После накоплени  ионов в области между электродом 7 и сеткой 8 ионы снова лопадают в пространство 5 дрейфа.

Пример 1. В качестве источника непрерывного пучка ионов, подаваемых на вход модул тора, использовали ионный источнике коронным разр дом при атмосферном давлении в воздухе -лабораторного помещени . Потоком газа через отверстие в ионном источнике диаметром 0,1-0,3 мм ионы подавали в промежуточную ступень форвакуумной откачки, поддерживаемую

при давлении 1-10 торр, откуда затем через отверстие диаметром 0,1-0,2 мм ионы подавали в модул тор пучка ионов. Параметры пучка ионов: энерги  20-30 эВ; разброс ионов по энерги м - 1-2 эВ; ионный ток 10 11-10 1иА. При дальнейшем понижении

энергии ионов в пучке величина тока ионов резко падала, поэтому в дальнейшем энергию ионов на входе в модул тор выбирали равной 20 эВ. Это приводило к некоторому понижению чувствительности по сравнению с оптимальным случаем.

На фиг.4 дан пример масс-спектра кластерных ионов воды, зарегистрированных при ускор ющем напр жении 2 кВ, полной длине прибора 1 м (длина дрейфаЗ м), длине зоны импульсного выталкивани  0,05 м, частоте повторени  масс-спектров 10 кГц. При

этом диапазон массовых чисел равен 1

1000, а длительность пика по основанию дл  пиков с m/l - 19,33,55,73 составл ет 25-30 не, что соответствует разрешению, превышающему 1000 на полувысоте пика. При этом выигрыш в чувствительности по сравнению с прототипом составл ет 1000.

Пример2.В качестве источника непрерывного пучка ионов, подаваемых на вход модул тора, использовали ионный источник с электрораспылением жидкости в атмосфере. Аналогично примеру 1 осуществл ли подачу ионов с атмосферного давлени  в вакуум. При этом параметры пучка ионов составл ли: ионный ток - 10 12А; энерги  ионов - 20-30 эВ; разброс ионов по энерги м - 1-2 эВ (при дальнейшем понижении энергии ионов ионный ток также резко падал).

На фйг.5 и 6 приведены соответственно масс-спектры грамидицина и инсулина, зарегистрированные с помощью измерительно-вычислительного комплекса ИВК АП-02, дополненного модул  строб-генератора и аналогового запоминающего устройства. Масс-спектр в обоих случа х представл ет

собой набор многоразр дных молекул рных ионов соответствующих веществ, причем дл  инсулина ионы m/l 1926 и 2889 зарегистрированы впервые, что обусловлено обеспечением широкого диапазона масс врем пролетного масс-спектрометра.

Особенности способа расшир ют возможности его использовани  дл  идентификации и исследовани  биологически

активных, термически нестойких веществ: полипептидов, антибиотиков, витаминов, так как диапазон масс регистрируемых ионов практически неограничен. Кроме того , способ может найти широкое пркменение при исследовании нейтральной и зар женной компонент плазмы в различных плазмохимических устройствах, при исследовании свойств кластеров и механизмов их образовани , а также при исследовании состава атмосферных ионов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ масс-спектрометрического анализа по времени пролета непрерывного пучка ионов, включающий периодическую

   импульсную подачу ионов в пространстве дрейфа с помощью модул тора пучка ионов и регистрацию пакета ионов разных масс, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности и разрешающей способности, ионы ввод т в модул тор в направлении, перпендикул рном оси пространстве дрейфа, причем врем  ввода не меньше, чем врем , необходимое дл  пролета всего модул тора наиболее т желыми

   ионами, присутствующими ч исследуемом пучке, а выталкивание ионов в пространстве дрейфа осуществл ют одним из электродов модул тора.

   /3

   Ионы

   5- 5

   6

   7 /

   I

   U9 U8

   UT-UII и„-ик

   ФигЛ

   А-А

   7 /

   V

   8

   Фиг. 2

   W(W)u

   75т

   Вреп  пролета мкс

   Грамицидин

   М++

   tW

   м

   +++

   1№

   Ms+ 1156

   М+

   Фиг. 5

   Инсулин

   М++ 2889