WO2015057042A2 - Масс-спектрометр и его элементы - Google Patents

Масс-спектрометр и его элементы Download PDF

Info

Publication number
WO2015057042A2
WO2015057042A2 PCT/KZ2014/000021 KZ2014000021W WO2015057042A2 WO 2015057042 A2 WO2015057042 A2 WO 2015057042A2 KZ 2014000021 W KZ2014000021 W KZ 2014000021W WO 2015057042 A2 WO2015057042 A2 WO 2015057042A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
channel
ion
block
plane
types
Prior art date
Application number
PCT/KZ2014/000021
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015057042A3 (ru
Inventor
Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ
Original Assignee
Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ
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 Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ filed Critical Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ
Publication of WO2015057042A2 publication Critical patent/WO2015057042A2/ru
Publication of WO2015057042A3 publication Critical patent/WO2015057042A3/ru

Links

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
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/004—Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn
    • H01J49/009—Spectrometers having multiple channels, parallel analysis
    • 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
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
    • H01J49/406—Time-of-flight spectrometers with multiple reflections

Definitions

  • the invention relates to mass spectrometry and can be used, for example, in the electronics industry, particle optics systems, medicine, materials science.
  • the condenser type of the particle-optical element is selected from its types: flat capacitor; cylindrical capacitor with end input-output; sector cylindrical capacitor with a sector angle within I AM
  • the CFE is expanded to include cases when it and its boundary surface are jointly made to allow the flow of charged particles (34) through at least one of the cross-sectional forms: off-axis; multi-path; elongated - when the COE is made in an elongated form (whole or massively extended form - in the form of arrays made of a capacitor type COE), for example, in the form of a system of two flat capacitors symmetrically located relative to a given plane.
  • the refractive type of CFE is selected from all its known types of symmetry: axisymmetric, bicosymmetric, two-dimensional, including their types with constant height, transversely discontinuous conical.
  • the concept of a refractive type of CFE is expanded to include cases when it and its boundary surface are made with the possibility of conducting a flow of charged particles through at least one of the cross-sectional shapes: off-axis; out of the middle plane; multi-path; elongated - when the element is made in an elongated in one direction form (whole-length or mass-elongated - in the form of an array made of local refractive form of CFE).
  • the section of the path or the boundary window of the refractive form of the CFE is called axial, off-axis and off-plane in accordance with their location: axial and off-axis, respectively, intersects and does not intersect with the axis of rotational symmetry or with the axis of two planes of symmetry of the CFE; outside the middle plane - it is not suppressed with the middle plane by the symmetry of the CFE.
  • Mono-window-source boundary-shaper (PF) is called PF, made with one through-window on the boundary surface (PP), for each source 3.
  • a multi-window-source PF is called PF, made at least with two through-windows on the PCB, for each source 3;
  • Mono-and multi-window source PF is called PF, made with at least three through-windows on the PC and at least two sources 34, and at the same time there are the following views: with one through-window on the PC for each source 34; at least with two pass-through windows on the PP for each source 34.
  • a corpuscular optical element (COE) selected from its capacitor type COE and a refractive type COE is known (WO / 2012/005561).
  • An effective way to reduce these chromatic aberrations in such cases is energy filtration (energy filtering) of the flow of charged particles.
  • energy filtration energy filtering
  • the energy spread is filtered (narrowed) using a diaphragm (energy-filtering diaphragm) mounted in the plane of the optical image of the object slit, for example, as is done in the WO2013002683 A1 dual-focusing mass analyzer).
  • WO2013002683 did not consider the possibilities of other types of energy filtering devices, except for the energy filtering diaphragm mounted in the plane of the optical image of the object slit.
  • the MS considered in WO2013002683 is single-channel and single-channel - it is made possible to simultaneously analyze only one axial tract ion flow.
  • Parallel multichannel MSs (containing more than one channel in a single vacuum volume) are known, which are called parallel MSs and are made of single-stage quadrupole ones.
  • US patent (US Patent 7,381,947, publ. Jun. 3, 2008) describes a single-stage quadrupole MS including N, where N is an integer greater than 1, a channel consisting of: an ion source block including N ion source IB channels, each of which includes one source of ions; a docking block link including a pre-forming unit and distribution-accelerating unit, each of which contains N GW channels; analyzer-dispersing unit containing N analyzer-dispersing HV channels; a detection system including N ion detectors; controller-computer system.
  • the analyzer-dispersing unit includes N coupled type (having interchannel common electrodes) quadrupole IB channels, each of which is single-channel (single-threaded).
  • This analogue like all known single single-stage MSs with a quadrupole ion trap, has a low mass determination accuracy of ⁇ 20 ppm. It has a relatively average resolution of several tens of thousands.
  • MS blocks ion source block; a group of ion-conducting blocks included in the docking-unit link, as well as an analyzer-dispersing block, while the blocks include IB channels with PP and with a channel IO subsystem, in which:
  • the IB channel corresponding to its block is a part of the MS channel that combines the ion-conducting IB channels of the ion-conducting blocks together with the ion-source IB channel of the ion-source block;
  • - channel 10 subsystem corresponding to its IB channel is part 10 of the MS channel system, which combines the IO system of ion-conducting IB channels in conjunction with the IO system of the ion-source IB channel;
  • IB channels include at least two PPs that are specified selected from the group consisting of surface types, conditionally defined, a surface matching the boundary electrode of the channel IO subsystem, any of which is made with at least one passage window (for passage of the channel ion flow), in accordance with the choice of the boundary surface;
  • - IO subsystem of at least one ion-conducting IB channel is selected from a series consisting of linear, curvilinear, curvilinear with transverse spatial dispersion by mass, and reflective Yu subsystems;
  • boundary surfaces exit surface of the ion-source IB channel of the block and at least one exit surface of the analyzer-dispersing IB channel of the block
  • boundary surfaces including multiply-connected surface
  • off-axis channel - single-path including doubly-connected-surface
  • channel GO subsystem of its IB-channel preferably electrical (magnetic) and including at least one of the members of the series containing:
  • an IB channel is proposed, the channel subsystem of which is designed with a straight axis in a bimodal type and includes an entrance surface located along its straight axis of symmetry, a first group of electrodes, a diaphragm electrode, a first exit surface with an opening on axis for passing the ion flow in the forward direction, the second group of electrodes, the second exit surface, and the front side of the first exit surface is directed to the side opposite to the entrance surface (exit to ensure its reflex operation), and the front side of the second exit surface is directed towards the entrance surface (exit to ensure its linear operating mode).
  • TOF MS-F1 operates in the mode of obtaining mass spectra in a wide range of the energy spectrum of the initial ion packet.
  • the combination of the entrance surface, the first group of electrodes, the diaphragm electrode located along its direct axis of symmetry essentially form the corpuscular-optical subsystem of the RP for acceleration and formation of the ion flux, made possible by energy filtering and time-of-flight focusing by energy.
  • FIG. 1-14 in a schematic view, some of the drawings of technical solutions proposed in WO / 2012/005561 are shown.
  • FIG. 1-12 in a projection onto a vertical plane, combined with xz - the plane of the rectangular Cartesian coordinate system xyz, some examples of the formation of transmission windows of the PT are shown.
  • FIG. Figures 1-8 show their formations for a bi-symmetric (DS) and Cartesian-two-dimensional PP, the average plane of symmetry of which is aligned with the coordinate yz-plane;
  • FIG. 9-12 show their formation for axisymmetric PP.
  • FIG. 1-12 not all the possible diversity of the arrangement of the through (input) windows proposed in WO / 2012/005561 is shown.
  • FIG. Figures 1-6 show multi-window software with local windows.
  • they run PP with elongated windows.
  • FIG. Figure 7 shows the PP with three elongated windows 2 ⁇ F, 22F, and 2 F, which show that the 2 ⁇ F window, elongated along the median plane of symmetry of the bi-symmetric PP and intersecting with the median plane, is also axial.
  • a multi-window PP can contain local and elongated windows, which is easy to construct from the mentioned forms of arrangement of local and elongated windows, for example, in FIG. 7, one or two of any three elongated windows may be replaced by one or more local windows.
  • throughput (input) windows include axial members.
  • FIG. 1, 2, 6, 7, 8, respectively are shown with the middle plane of the PP: in FIG. 1 - one axial local window; in FIG. 2 - e single-row local windows in the middle plane; in FIG. 6 - e multi-row local windows, including an axial window; in FIG. 7 - e multi-row elongated windows, including the axial window; in FIG. 8th quadrangular tubular and with local axial windows.
  • FIG. 9 and 12 are shown with rotational symmetry of the PP: in FIG. 9th with one axial local window; in FIG. 12th ring and with local axial windows.
  • throughput (input) windows are made off-axis.
  • 4 through (input) windows are made outside the middle plane of the PP: in FIG. 3 - e single-row local windows outside the middle plane; in FIG. 4 double-row (multi-row) local windows outside the middle plane.
  • FIG. 10 and 11 are shown with rotational symmetry of the PP: in FIG. 10th annular window (biconnected area); in FIG. 11th by local off-axis windows.
  • FIG. Figures 13 and 14 show, respectively, a three-dimensional image of the corpuscular-optical subsystem EADcR with rotational symmetry with a straight axis of the reflex type TOF MS-F1 with TOF IB channel of the mass reflex type, and its longitudinal section TOF MS-F ⁇ x with trajectories (solid lines with arrows) of the ion packet in it.
  • the EADcR shown includes: a TID driver, a ring-shaped input window WDc, an electrode diaphragm ⁇ ) ⁇ with an output window ⁇ , which, together with the first four electrodes 61, 62, 63 and 64, is, in principle, an OF part of the aforementioned EADcR.
  • the remaining four electrodes 65, 66, 67 and 68, together with the ring-shaped detector input window Wdc and the reflective perpendicular electrode IM represent the reflective parts (particle mirror) of the aforementioned EADcR.
  • FIG. 14 also shows the structure of the isD storage-ejection chamber, which includes: an output window WDc of a boundary surface of type Y1D; two side walls spl and sp2 of electrical insulating material; eE ejection electrode and ion accumulating volume iV.
  • WO / 2012/005561 The main disadvantages of WO / 2012/005561 are that it does not address in general terms aspects of the OF system.
  • the general role of opportunity is not marked time-of-flight energy focusing using an OF system, although this is implied, it was used in the development and creation of TOF MS-F1 with TOF IB mass-reflex type channel.
  • energy filtering devices are not considered.
  • OF system devices for multi-path MS and for MS with multi-reflective TOF IB channel There are no clear formulations of OF system devices for multi-path MS and for MS with multi-reflective TOF IB channel. The possibilities of directing the ion flux from the OF system to various IB analyzer channels were not considered in order to change the resolution of mass spectroscopy.
  • the main objective of the present invention is to increase the resolution of MS.
  • capacitor type CFE and refractive type CFE are provided.
  • the main differences of the proposed capacitor type of CFE and the refractive type of CFE are that they are made with the possibility of passing through a multi-path stream of charged particles (34), while
  • the refractive type of CFE is made elongated (integrally elongated or massively elongated) and selected from the group including its following types: averaged-linear, stepped, averaged-stepped, curvilinear (second-order surface section), averaged-curvilinear.
  • Coefficients from known analogues are that it includes a boundary surface (PP) made in the form of a boundary electrode, and the boundary electrode is made with at least one passage window for entering the flow of charged particles, where the number, shape and location of passage windows, depend on the choice of software, and the symmetry of the location of the access windows is made selected from the group including its types: axial; off-axis; out of the middle plane.
  • PP boundary surface
  • the boundary electrode is made with at least one passage window for entering the flow of charged particles, where the number, shape and location of passage windows, depend on the choice of software, and the symmetry of the location of the access windows is made selected from the group including its types: axial; off-axis; out of the middle plane.
  • a limiter-forming system comprising at least one limiter-former (RP, for accelerating and forming a stream formed by a source of charged particles (34)), which contains:
  • region of extraction of charged particles selected from a number of their types: region of acceleration; the area of accumulation and pushing of charged particles, in particular made in the form of a storage-pushing chamber;
  • a corpuscular-optical subsystem comprising: at least one oe.
  • the main difference of the proposed OF system is that the OF is made including at least one of the features:
  • (a) is made selected from the series: mono-window-source, multi-window-source, mono-window-source;
  • (B) includes at least one CFE selected from a number of capacitor types of CFEs and refractive types of CFEs, and is configured to provide one of the functionalities selected from its types:
  • shape- (E) shaper- (E)
  • single-source single-channel or multi-channel
  • multi-source multi-path
  • At least one OF is made with a drain pocket for the removal of the high-energy and low-energy parts of the stream 34 from the main part of the stream being analyzed 3;
  • an electrical voltage is applied to the ejection electrode, with a predetermined pattern of formation of ejection pulses between the ejection electrode and the boundary electrode of the accumulation-ejection chamber, with the possibility of directing thin packets 34 to form a time-of-flight energy focusing 34.
  • MS mass spectrometer
  • the IB channel corresponding to its block is a part of the MS channel that combines the ion-conducting IB channels of the ion-conducting blocks together with the ion-source IB channel of the ion-source block;
  • the channel IO subsystem corresponding to its IB channel is part 10 of the MS channel system, which combines the U system of ion conducting IB channels together with the IO system of the ion source IB channel;
  • IB channels include at least two boundary surfaces that are specified selected from the group consisting of surface types, conditionally defined, a surface that matches the boundary electrode of the channel subsystem, any of which is made with at least one a passage window (for passage of the channel ion flow), in accordance with the choice of the boundary surface;
  • - IO subsystem of at least one ion-conducting IB channel is selected from a series consisting of linear, curvilinear, curvilinear with transverse spatial dispersion by mass, and reflective Yu subsystems;
  • the main difference between the proposed MS from the known MS is that it is made up of at least one feature selected from the group including the following:
  • - includes at least one of the elongated elongated (whole-elongated or mass-elongated) COE,
  • the proposed MS is configured to use at least one of the modes selected from the group consisting of: single-stage view, MS I MS - view, MS (n) - view , a combination of liquid chromatographs with an LC I MS mass spectrometer, and sequentially carrying out steps for transferring the ion flux according to any desired blocking level option, including an expanded multi-block version that includes an ion source block, a pre-forming block, a distribution edelitelno-accelerating unit, a grinding cell block ion selection unit further accumulation of ions and the analyzing-dispersing unit;
  • At least one of its MS channels is configured to enable sequential implementation of the steps for transferring the ion flux according to an option selected from the group of options for the blocking level (usage modes):
  • the ion-source block includes at least one ion-source ⁇ -channel, which allows to obtain an ion stream of any selected type and is made possible to use it in one of the modes selected from the group consisting of: generating continuous ion flow and generation of pulsed ion flow (ion packets); - its analyzer-dispersing unit includes at least one analyzer-dispersing IB channel selected from members of the series including: toroidal and cylindrical sectorial electric analyzers; magnetic sector analyzer; orbitrap analyzer; Fourier analyzer ICR; with double focusing, with a curved main axis and a transverse-spatial dispersing view, an analyzer; TOF IB channel of spatial drift; TOF IB-channel mass reflex type; harmonic (for example, a Cartesian-two-dimensional radio-frequency) TOF IB channel; at least once reflective TOF 1B channel;
  • - its analyzer unit includes at least one shortened and one high-resolution analyzer IB channels and is configured to the possibility of simultaneous or alternate direction of the ion flux through at least one shortened and one high-resolution analyzer IB channels;
  • TOF IB channel selected from a series including the types: TOF IB channel of spatial drift; TOF IB-channel of mass reflex type; harmonic type TOF IB channel; at least once reflective type TOF 1B channel.
  • FIG. 15-23 in a projection onto the middle plane, some examples of the formation of passage windows on an elongated PP and the direction of the trajectory of flows of charged particles coming from them are shown.
  • FIG. 15 shows an inextricable curvilinear (cross-section of a second-order surface) PP PS1 with an elongated throughput window WC ⁇ ;
  • FIG. 16-19 shows discontinuous massively elongated curvilinear (second-order surface section) PPs, each of which consists of several discontinuous local types of PPs, including a local-looking window:
  • FIG. 16 shows the PS PS2, with the components of the PP with the windows WC2X, WC22 and WC23;
  • FIG. 17 shows an averaged curved PS4 including rectilinear PPs with windows WC41, WC 2 and WC '43;
  • FIG. 18 shows a right-handed averaged-curved PS6, including curved PP with windows WC61, WC62 and WC63;
  • FIG. 19 shows a left-side averaged-curved PS8 including curved PP with windows WC81, WC% 2 and WC & 3.
  • dashed and solid lines with arrows show the trajectories of the flow of charged particles from the corresponding windows.
  • PP - Fig. 20 shows, for example, a discontinuous YIL2 software, including discontinuous local rectilinear software with a local view of the windows WL2 ⁇ , WL22, WL23.
  • FIG. 21 and 22 show a massively elongated stepwise type of PP, each of which consists of three local types of PP, while each of the local type of PP includes a local type of window:
  • FIG. 21 shows a discontinuous stepped boundary surface YIH2 with discontinuous rectilinear components with windows WH21, WH 22 and WH 23;
  • - in FIG. 22 shows a discontinuous averaged-step software T1N 6 with discontinuous curvilinear components with windows WH6X, WH62 and WH 63.
  • any of the stepped and averaged-stepped PP contains at least two local single-channel channels and they (flow exit directions 34 from them) are located at angles, in particular at identical angles / 0, with respect to the normal to the averaged plane of the elongated CFE.
  • FIG. 16-22 show massively elongated curved PPs, each of which consists of three separate local types of PP. Note that each of the massively elongated curved PP can have two more types with inextricable local PP type: based on the interpolation connection of all adjacent local PP types; based on the rectilinear connection of all adjacent local type of PP.
  • FIG. 23 shows a massively elongated averaged-linear ⁇ ⁇ 7, with windows WL71, WL12 and WL73, including interconnected (inextricable) local form of PP, based on a straight connection of all adjacent local form of PP.
  • one local row shows three local window views; in fact, the number of local window views on one row is arbitrary — at least two.
  • PPs of type ⁇ 1 and PS1 can be formed together with whole-length electrodes and form elongated CFEs. Any of the other types of PP can be formed together with any of a group of local electrodes that are elongated and can form, respectively, both whole-length and mass-elongated CFE.
  • the base plane or the X-plane of the U system / subsystem is a plane that is parallel to the averaged mid-plane or averaged longitudinal-vertical plane, depending on which of these planes the U means are more ordered in the IO subsystem.
  • the elongated axes of the elongated Yu reflection means in the reflective Yu subsystem are perpendicular to the base plane of the reflective IO subsystem.
  • the local 10 means of reflection are located in the same plane, and the plane of the base is parallel to this plane.
  • the step axis or ⁇ -axis 10 of the system / subsystem is the axis that is perpendicular to its base plane.
  • the stepping plane, or, - the plane of the system / subsystem is the plane that is perpendicular to its base plane and passes through the longitudinal geometric center of the system / subsystem and, in a particular case, is the vertically longitudinal plane 10 of the system / subsystem. In FIG. 24-59 - the plane corresponds to the averaged middle plane of the Yu system / subsystem.
  • FIG. 24-27 in a schematic view, in projection onto the b, plane, some examples of the formation of electrode groups together with an elongated PP and the trajectories of charged particles in them are shown: - in FIG. 24 shows four elongated plate-like horizontal electrodes 51H, 52h, 53h and 54Y, which, together with PP ⁇ 6, form an elongated KOE EL6 ⁇ ;
  • FIG. 25 shows three groups, each of which includes four local plate-like horizontal electrodes, which, together with PP ⁇ 2, forms, with rectilinear components, a massive elongated CFE EL23h;
  • FIG. Figure 26 shows three groups, each of which includes four local plate-like horizontal electrodes, which, together with the UH2 PP, forms a stepwise massively elongated COE EN2 ⁇ with rectilinear components.
  • FIG. 27 shows five elongated diaphragm-shaped electrodes, which together with the YIL2 PP form an elongated CFE EL25H.
  • FIG. 28-32 in a schematic view, in projection onto the X-plane, some examples of the formation of four electrode groups together with the PP and the trajectories of charged particle flows in them are shown:
  • FIG. 28 shows a conical transverse-breaking CFE E ⁇ 2% with single-row windows located in the middle plane;
  • FIG. 29 shows the CFE E2 ⁇ X with single-row windows located in an off-plane plane
  • FIG. 30 shows a CFE E22X with double-row windows located outside the mid-plane
  • FIG. 31 shows the CFE E1 ⁇ with three-row windows
  • FIG. 32 shows a CFE E15X with diaphragm-shaped electrodes and single-row windows located in the middle plane.
  • FIG. 33 in projection onto the X-plane, a part of an array of several CFEs mE ⁇ 2X is shown.
  • FIG. 34 and 35 in a three-dimensional form, two examples of the formation of electrode groups together with a boundary surface are shown:
  • FIG. 34 shows, with rotational symmetry, a four-electrode elongated COE EADc, which in principle is a forming part of the ion packet (OF) shown in FIG. 13 with rotational symmetry MS with TOF-F1 with mass-reflex type IB channel;
  • OF ion packet
  • FIG. 35 shows a two-symmetric four-electrode ECE EC ⁇ 2 ⁇ , which, in principle, is a forming part of the aforementioned two-symmetric MS with TOF IB channel of mass-reflex type, and includes: four local electrodes 261, 262, 263, 264; boundary surface PS1 in the form of a sector of the cylinder; two elongated input windows WC2X and WC22; electrode-diaphragm ⁇ with the output window ⁇ /.
  • the COE shown in FIG. 34 and FIG. 35, as well as other types, may further comprise, after the diaphragm electrode, at least one electrode.
  • An example of such a case is shown in FIG. 36, in the form of an EC125 CFU, which, after the diaphragm ⁇ , additionally contains two electrodes 265 and 266.
  • the presence of such electrodes in the previous figures is not shown and the subsequent figures will not be shown so as not to clutter the drawings, but we will always assume the possibility of the presence of such electrodes.
  • An OF can be formed on the basis of attaching a storage-ejecting chamber to any of the SC CFs shown in FIG. 28-33.
  • the forms of PF formation are very diverse, as well as the types of PP formation and access windows on them.
  • FIG. 37 and 38 in the projection onto the h-plane, two examples of the formation of RP are shown:
  • FIG. Figure 37 shows a step-wound phase element EL62 ⁇ i, which includes three groups of electrodes, each of which consists of a ⁇ / schreib Communication diaphragm electrode, four local electrodes and is connected to one of the three storage-ejection chambers i 61, i 62 and is 63.
  • FIG. 38 shows an elongated linear OF2 EL2 fi, which includes three groups of is2l, is22 and / 523 storage and ejection chambers, an ⁇ ⁇ extended diaphragm electrode, and four electrodes;
  • FIG. 38 also shows the structure of one of the storage-pushing chamber is2 ⁇ , which includes the exit window WL2 ⁇ of the component walls: two side walls of insulating material spl sp2; of the ejection electrode eE and the accumulating ions of volume iV, which is formed by the aforementioned walls of the ejection chamber is21
  • multi-path OFs with single-window storage-ejection cameras are shown.
  • the OF is single source.
  • two or more single-source single-window accumulative-ejection cameras can be made, in principle, in the form of a single multicon accumulative-ejection camera.
  • FIG. 39 and 40 in the projection onto the ⁇ -plane, for example, two types of such OFs are shown. 40 also shows an embodiment of the RP with an outlet pocket p1 for withdrawing the high-energy and low-energy parts of the stream 34 from the main analyzed part of the stream 34.
  • the electrode-diaphragm YlLQg is made mesh and after passing through it, the high-energy and low-energy parts of the flow of charged particles are deposited on the walls wl and w2 of the outlet pocket p1. It is advisable to consider the possibility of any
  • FIG. 41-65 are examples of using OF systems in MS.
  • An MS may include multiple channels, which may be the same or different.
  • the OF system in multichannel MSs can be implemented with the possibility of simultaneous or alternate direction of the ion flux of at least one shortened and one high-resolution IB channel.
  • the multi-channel translation includes two or more different types of channels and, using additional COE or additional electrodes, one or more ion paths are alternately transferred to different channels.
  • FIG. 41-44 are examples for the case where the ion source block includes at least two ion paths, while the MS is monotonous: single channel; multi-channel and all channels are the same.
  • the perpendicular dashed lines in these and subsequent figures show the time-of-flight focus planes Ptf.
  • FIG. 41 and 42 in the projection on% are shown, created on the basis of F22%, located outside the middle plane with double-row windows of a little block type MS:
  • FIG. 41 shows a linear type MS MSL2X with a TOF spatial drift channel IB
  • - in FIG. 42 shows a single-reflection (single-reflection) type MS MSM2X with a TOF IB channel of a single-reflection type.
  • FIG. 43 and 44 in a projection on h are shown, created on the basis of F ⁇ X with single-row windows located in the middle plane of a small block type MS:
  • FIG. 43 is a linear view of MS MSLPh with a TOF spatial drift channel IB;
  • FIG. 44 is a single-reflection view of MS MSMP i with a TOF IB channel of a single-reflection type.
  • FIG. 43, 44 and in the following figures where the drawings are presented in a ⁇ -plane so as not to clutter the drawings, only storage-pushing chambers and perpendicular to the axis of the electrode-diaphragm are shown from the electrodes.
  • the reflective COE is separate from the OF, for example, it can direct flow 34 at an angle with respect to the plane indicated in the figure.
  • FIG. 45-59 are examples for the case where the MS OF system includes at least two ion paths, while the MS is multi-channel and includes various types of channels, which in principle can work simultaneously or alternately.
  • OFs shown in FIG. 45-51 are part of a multi-channel MS, and ion flow paths directed to different MS channels are marked differently by crosses and triangles.
  • FIG. 45-47 in the projection onto the h-plane are shown, for example, three types of OF systems, multidirectional in the% plane: - in FIG. 45 ion paths emanating from the FCP4H RP and the FH24H RP, which are components of the FHClh RP system, are multidirectional at an angle of / 4 ⁇ 0
  • the ion paths emanating from the OF FL24X and OF FL64H, which are components of the FLL4H OF system, are multidirectional at an angle of / 5 ⁇ 0 - in FIG. 47 ion paths moving in and around the h-plane from two paths of the same FS2PH RP are multidirectional.
  • ion paths emanating from the RP OF FSl 1 AH and OF FS ⁇ 1.2%, which are components of the FS33X OF system, are multidirectional at an angle ⁇ ⁇ ;
  • FSl 1.2% are the same, their adjacent parts of the electrodes can be made common.
  • FIG. 50 and 51 shown OF, in which the ion paths are unidirectional in projection onto the X-plane.
  • Unidirectional in the projection onto the X-plane can be OF-systems.
  • any of the multi-channel MS can be executed: multi-channel translation; parallel-multi-channel; multidirectional, multichannel.
  • FIG. 52 and 53 as a continuation of one or more cross-linked ion paths from the OF system, two types of truncated -channels are indicated, respectively the TOF IB channel of spatial drift SLI and TOF GW channel of the single-reflection type SMI with the reflective form of the CFE Md ⁇ . Moreover, D ⁇ and D2 detectors, the total reflection angle ⁇ ⁇ 2 ⁇ 0 ⁇
  • FIG. 54-56, 58 and 59 as a continuation of one or more of the ion paths marked with triangles from the OF system, two types of high-resolution multi-reflective TOF IB channels are shown.
  • the symbols X and h in the designations of the detectors D2, D5 and D6 show, respectively, their projection onto the ⁇ -plane and h-plane.
  • the ion flux is directed at an angle ⁇ ⁇ ⁇ 0 vertically in the plane parallel to the H plane.
  • the reflective subsystem 3502? reflects the ion flux in the direction depending on the point of their interaction.
  • such a subsystem can be made in the form of two reflective views of the COE 33.1 and 33.3, as shown in FIG. 56 of the IB channel S9U 1X, which is a special case of the IB channel shown in FIG. 55.
  • FIG. 57 shows a reflective view of the CFE Md3, which serves as an intermediate for horizontal introduction into the TOF MR IB channel, and the path of the path of the ion path reflected from it.
  • FIG. 58 and 59 are shown, respectively, in the projection onto the SSVl-plane and the X-plane of 8 22X, TOF MR IB channel S $ ⁇ 2, including the reflective form of the CFE Md3, which serves as an intermediate for horizontal introduction of the ion flux into the TOF MR IB channel from the OF system.
  • the 2cly capacitor system in the projection onto the xy plane, the 2cly capacitor system is shown, consisting of two plane capacitors c ⁇ ⁇ y and c ⁇ 2y, symmetrically located relative to the yz plane of the Cartesian coordinate system xyz.
  • the filtering capacitor type COE 2c ⁇ Fz is shown, made on the basis of the 2c ⁇ capacitor system, where each flat capacitor is joined by the front ⁇ 1 and rear ⁇ 2 electrode-diaphragms.
  • FIG. 62 in the projection onto the y-plane, a cylindrical condenser ⁇ réelle is shown from the front part, consisting of two concentric cylinders Georgia31 Titan and 2êt, the axis of symmetry of which is aligned with z - the axis of the Cartesian coordinate system xyz.
  • the possibility of truncating the sector of a cylindrical capacitor szu with a central angle yv is shown.
  • 63 projected onto xz - the plane is shown with a face-in input-output filtering capacitor type KOE c3 ⁇ Fz, made on the basis of a cylindrical capacitor c3, where the cylindrical capacitor is joined by the front GIL and the rear GSh2 disk electrode-diaphragms.
  • FIG. 64 is a projection onto an xz plane showing, from the side, a sector of a cylindrical capacitor c32z.
  • FIG. 65 in a projection onto the xy plane, a filter capacitor type CF32 c32Fy is shown with a side input-output, based on the sector of the cylindrical capacitor c32, where the cylindrical capacitor is joined by the front ⁇ réellecate1 and rear ⁇ 2 electrode diaphragms.
  • the dimensions of the considered filtering condenser type COE 2c ⁇ Fz and c32Fy in one of the direction of the coordinate axes are not limited physically, and with an end-in / outlet filtering capacitor type COE c3 ⁇ Fz, made on the basis of a cylindrical capacitor, can operate with a ring-shaped ion flow.
  • CFE 2c ⁇ Fz can be docked with software 20D; CFU c32Fy or 2c ⁇ Fz, in the absence of one of the flat capacitors c ⁇ y and c ⁇ 2y, you can dock with PP 20; COE sz IFz can be docked with 10V PP.
  • a condenser-type filtering COE can be directly coupled to a short-pulse-type sources 34, such as, for example, sources 34 using short-pulse laser radiation.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электронной аналитической технике по определению состава и структуры веществ, в частности к области анализаторов, включающих в себя, по меньшей мере, один масс-спектрометр (MS - mass spectrometer). Изобретение может быть использовано, например, в медицине, в биологии, в газовой и нефтяной промышленности, в металлургии, энергетике, геохимии, гидрологии, экологии. Основной задачей настоящего изобретения является увеличение разрешающей способности MS. Предложены устройства для формирования и введения в анализаторный IB-блок MS нескольких малого сечения ионных трактов, что увеличивает разрешающей способности MS. Изобретение дополнительно обеспечивает повышение чувствительности, точности и скорости измерения состава и структуры веществ, при одновременном расширении функциональных возможностей MS. Еще одной задачей дополнительно решенной в предлагаемом изобретении является расширение арсенала используемых средств. В изобретении для масс-спектрометрии предложены IO элементы со средней поверхностью, которые позволяют проводить одновременный или поочередный анализ веществ, по различным трактам и каналам.

Description

МАСС-СПЕКТРОМЕТР И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ
МАСС-СПЕКТРОМЕТР ЖЭНЕ ОНЬЩ ЭЛЕМЕНТЕР1
Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано, например, в электронной промышленности, системах корпускулярной оптики, медицине, материаловедении.
В материалах данной заявки на изобретения введены новые понятия и термины, связанные с новыми объектами, предложенными впервые, которые, в основном поясненены по ходу изложения формул, в пояснениях к приложенным фигурам и в описании заявки изобретения. Некоторые из них, для однозначного их истолкования требуют дополнительного пояснения, которые даны здесь.
Конденсаторного вида корпускулярно-оптический элемент (КОЭ) выбран из его видов: плоский конденсатор; цилиндрический конденсатор с торцовым вход- выходом; секторный цилиндрический конденсатор с секторным углом в пределах Я
— < β8 -< 2π с продольным вход-выходом. При этом понятие конденсаторного вида
6
КОЭ расширено на случаи, когда он и его пограничная поверхность совместно выполнены с обеспечением возможности проведения через себя потока заряженных частиц (34), по меньшей мере, одной из форм сечения: внеосевого; многотрактного; удлиненного - когда КОЭ выполнен в удлиненном виде (цельноудлиненном или массивоудлиненном виде - в виде массивов выполненного из конденсаторного вида КОЭ), например, в виде системы из двух плоских конденсаторов, симметрично расположенных относительно заданной плоскости.
Преломляющего вида КОЭ выбран из всех его известных видов симметрии: осесимметричный, двоякосимметричный, двумерный, включая их типы с постоянной высотой, поперечно разрывные конические. При этом понятие преломляющего вида КОЭ расширено на случаи, когда он и его пограничная поверхность выполнены с обеспечением возможности проведения через себя потока заряженных частиц, по меньшей мере, одной из формой сечения: внеосевого; вне средней плоскости; многотрактного; удлиненного - когда элемент выполнен в удлиненном в одном направлении виде (цельноудлиненном или массивоудлиненном виде - в виде массива выполненный из локальных преломляющего вида КОЭ).
Сечение тракта или пограничное окно преломляющего вида КОЭ называется осевым, внеосевым и вне средней плоскости в соответствии с их расположением: осевое и внеосевое, соответственно - пересекается и не пресекается с осью вращательной симметрии или с осью двух плоскостей симметрии КОЭ; вне средней плоскости - не пресекается со средней плоскостью симметрией КОЭ. Монооконным-источниковым ограничительно-формирователем (ОФ) называется ОФ, выполненный с одним пропускным окном на пограничной поверхности (ПП), на каждый источник 3 .
Мультиоконным-источниковым ОФ называется ОФ, выполненный, по мнеьшей мере, с двумя пропускными окнами на ПП, на каждый источник 3 ;
Моно- и мульти-оконным источниковым ОФ называется ОФ, выполненный не менее с тремя пропускными окнами на ПП и не менее двумя источниками 34, и при этом имеет место виды: с одним пропускным окном на ПП на каждый источник 34; по меньшй мере, с двумя пропускными окнами на ПП на каждый источник 34.
Корпускулярно-оптический элемент (КОЭ) выбранный из его конденсаторного вида КОЭ и преломляющего вида КОЭ, известен (WO/2012/005561).
К основным недостаткам известных, в том числе предложенных в WO/2012/005561 конденсаторного вида КОЭ относятся то, что не рассмотрены возможные виды конденсаторного вида КОЭ, которые могут быть использованы в качестве послеисточникового формирователя многотрактного потока заряженных частиц. В поисках пути увеличения разрешающей способности масс-спектрометра (MS) и других систем корпускулярной оптики целесообразно рассмотреть все варианты выполнения конденсаторного вида КОЭ и их свойства.
К основным недостаткам известных, в том числе предложенных в WO/2012/005561 удлиненных преломляющего вида КОЭ относятся то, что в нем рассмотрены не все возможные многообразия видов удлиненных КОЭ и не проведена их классификация. В поисках пути увеличения разрешающей способности MS и других систем корпускулярной оптики целесообразно рассмотреть все варианты выполнения удлиненных преломляющего вида КОЭ и их свойства. В настоящее время в зондах заряженных частиц, ускорителях 34, MS, электронных микроскопах и других корпускулярно-оптических системах, одной из проблем, ухудшающих их рабочие характеристики являются поперечные и продольные аберрации - дисперсия (пространственные и времяпролетные), связанные с энергетическим разбросом в пучке или в пакете 34. Эффективным способом уменьшения указанных хроматических аберраций в таких случаях является энергофильтрация (фильтрация по энергии) потока заряженных частиц. В известных корпускулярно-оптических системах энергетический разброс фильтрируется (сужается) с помощью диафрагмы (энергофильтрующая диафрагма), установленной в плоскости оптического изображения объектной щели, например, как это сделано в статическом масс-анализаторе с двойной фокусировкой WO2013002683 А1).
Эта работа имеет ряд недостатков. В работе WO2013002683 не рассмотрены возможности других видов устройств энергофильтрации, кроме энергофильтрующей диафрагмы, установленной в плоскости оптического изображения объектной щели. Кроме того, рассмотренный в WO2013002683 MS является одноканальным и однотрактным - выполнен с обеспечением возможности одновременного анализа только одного осевого трактного ионного потока.
Известны параллельно-многоканальные MS (содержащие в одном вакуумном объеме более одного канала), которые называются параллельными MS и выполнены одноступенчатыми квадрупольными. В патенте США (US Patent 7,381,947, публ. Jun. 3, 2008) описан одноступенчатый квадрупольный МС, включающий N, где N - целое число, больше 1, канал, состоящий из: ионно-источникового блока, включающего N ионно-источниковые IB-каналы, каждый из которых включает один источник ионов; стыковочного блочного звена, включающего предварительно-формирующий блок и распределительно-ускоряющий блок, каждый из которых содержит N ГВ-каналы; анализаторно-диспергирующий блок, содержащий N анализаторно-диспергирующих ГВ-каналов; детекторную систему, включающую N ионных детекторов; контроллерно-компьютерную систему. При этом анализаторно-диспергирующий блок, включает N связанного типа (имеющие межканальные общие электроды) квадрупольные IB-каналы, каждый из которых является однотрактным (однопоточным).
Данный аналог, как и все известные одиночные одноступенчатые MS с квадрупольной ионной ловушкой обладает невысокой точностью определения массы - < 20 ррт. Имеет относительно среднее разрешение - несколько десятков тысяч.
Известен MS (WO/2012/005561), содержащий:
(i) MS-блоки: ионно-источниковый блок; группу ионопроводящих блоков, включенных в стыковочно-блочное звено, а также анализаторно-диспергирующий блок, при этом блоки включают IB-каналы с ПП и с канальной IO подсистемой, в котором:
- IB-канал, соответствующий его блоку, является частью MS-канала, который объединяет ионопроводящие IB-каналы ионопроводящих блоков совместно с ионно- источниковым IB-каналом ионно-источникового блока;
- канальная 10 подсистема, соответствующая ее IB-каналу, является частью 10 системы MS-канала, которая объединяет IO системы ионопроводящих IB-каналов совместно с IO системой ионно-источникового IB-канала;
- ионопроводящие IB-каналы включают, по меньшей мере, две ПП, которые заданы выбранными из группы, состоящей из видов поверхности, заданной условно, поверхности, совпадающей с пограничным электродом канальной IO подсистемы, любой из которых выполнен, по меньшей мере, с одним пропускным окном (для прохождения канального ионного потока), в соответствии с выбором пограничной поверхности;
- IO подсистема, по меньшей мере, одного ионопроводящего IB-канала выполнена выбранной из ряда, состоящего из линейной, криволинейной, криволинейной с поперечной пространственной дисперсией по массе, и отражательной Ю подсистем;
(И) детекторную систему;
(iii) контроллерно-компьютерную систему.
выполненный с обеспечением возможности использовать, по меньшей мере, одну из особенностей (a)-(h), выбранную из ряда, включающего:
(a) использование его в канально-многотрактном режиме,
(b) использование его внеосевом канально-однотрактном режиме,
при которых, по меньшей мере, две пограничные поверхности (поверхность выхода ионно-источникового IB-канала блока и, по меньшей мере, одна поверхность выхода анализаторно-диспергирующего IB-канал блока) выполнены канально- многотрактными (включая многосвязно-поверхностные) либо внеосевыми канально- однотрактными (включая двухсвязно-поверхностные) пропускными окнами;
выполнение канальной ГО подсистемы его IB-канала, предпочтительно, электрической (безмагнитной) и включающей, по меньшей мере, один из членов ряда, содержащего:
(c) удлиненные трехмерные Р-узлы отражения, в том числе с двумерной зоной отражения;
(d) Р-многоотражатели плоского вида;
(e) трехмерные Р-многоотражатели; (f) многослойные типы многоотражающего вида;
использование подсистемы управления, включающей один или более Ю узлов:
(g) выполненные с обеспечением возможности выбора заданной пространственной ориентации Ю узла по отношению к другим Ю узлам (при их присутствии) и по отношению к направлению усредненного вектора поступающего в него ионного потока;
(h) выбранные из членов ряда, содержащего удлиненные Р-узлы преломления, трехмерные Р-узлы отражения, Р-узлы неоднородной высоты, Р-узлы отражения с двумерной зоной отражения.
В WO/2012/005561, в частности предложен IB-канал, канальная Ю подсистема которого выполнена с прямой осью в двухрежимном типе и включает расположенные вдоль его прямой оси симметрии поверхность входа, первую группу электродов, диафрагму-электрод, первую поверхность выхода с отверстием на оси для пропускания ионного потока в прямом направлении, вторую группу электродов, вторую поверхность выхода, причем лицевая сторона первой поверхности выхода направлена в сторону, противоположную поверхности входа (выход для обеспечения его рефлекторного режима работы), а лицевая сторона второй поверхности выхода направлена в сторону поверхности входа (выход для обеспечения его линейного режима работы).
Отдельно рассмотрены и приведены чертежи подобных систем для рефлекторного их вида (с IB-каналом рефлекторного типа) для осесимметричного с кольцевидными пропускными окнами (внеосевой) на ПП и детектором, и двоякосимметричного с двумя удлиненными пропускными окнами на ПП и детекторами, расположенными вне средней плоскости. На основе осесимметричного IB-канала рефлекторного вида создан времяпролетный масс-спектрометр (TOF MS-F1), выполненный с обеспечением возможности регулирования величины поперечной пространственной дисперсии по энергии, на основе которого TOF MS-F1 может работать в различных режимах, из которых отмечены два основные.
1. Получение масс-спектров при большом диаметре отверстия диафрагмы и низкой поперечной дисперсии по энергиям с пропусканием в отверстие практически всех ионов первоначального пакета. В этом случае, TOF MS-F1 работает в режиме получения масс-спектров в широком диапазоне энергетического спектра первоначального ионного пакета.
2. Получение масс-спектров при малом диаметре отверстия диафрагмы и высоких значениях поперечной дисперсии по энергиям. В этом режиме работы с соответствующим изменением потенциалов на составляющих элементах TOF MS-F1 можно получить масс-спектр в различных узких участках энергетического спектра первоначального ионного пакета.
В таких системах совокупность расположенных вдоль его прямой оси симметрии поверхности входа, первой группы электродов, диафрагма-электрод, по существу образуют корпускулярно-оптическую подсистему ОФ для ускорения и формирования ионного потока, выполненную с обеспечением возможности фильтрации по энергии и времяпролетной фокусировки по энергии.
На фиг. 1-14 в схематическом виде, показаны некоторые из чертежей технических решений предложенных в WO/2012/005561.
На фиг. 1-12 в проекции на вертикальную плоскость, совмещенную с xz - плоскостью прямоугольной декартовой системы координат xyz , показаны некоторые примеры формирования пропускных окон ШТ. - на фиг. 1-8 показаны их формирования для двоякосимметричной (ДС) и декартово-двумерной ПП, среднее плоскости симметрии которых совмещены с координатной yz -плоскостью;
- на фиг. 9-12 показаны их формирования для осесимметричной ПП.
На фиг. 1-12 показаны не все возможное разнообразие расположения пропускных (входных) окон, предложенных в WO/2012/005561. В некоторой мере, более полно, чем другие, на фиг. 1-6 показаны многооконные ПП с локальными окнами. Аналогично им выполняются ПП с удлиненными окнами. Для примера на фиг. 7 показана ПП с тремя удлиненными окнами 2\F , 22F и 2 F , которые показывают, что удлиненное вдоль средней плоскости симметрии двоякосимметричной ПП и пересекающийся со средней плоскости окно 2\F также является осевым. Многооконная ПП может содержать локальные и удлиненные окна, что нетрудно сконструировать из упомянутых форм расположения локальных и удлиненных окон, например, на фиг. 7 одно или два из любых трех удлиненных окон может быть заменено одним или более локальными окнами.
На ПП, показаных на фиг. 1, 2, 6, 7, 8, 9 и 12, пропускные (входные) окна включают осевые члены. При этом на фиг. 1, 2, 6, 7, 8, соответственно показаны со средней плоскостью ПП: на фиг. 1 - е одним осевым локальным окном; на фиг. 2 - е однорядным локальными окнами в средней плоскости; на фиг. 6 - е многорядными локальными окнами, включающая осевое окно; на фиг. 7 - е многорядными удлиненными окнами, включая осевое окно; на фиг. 8 - е четырехугольно-трубчатым и с локальным осевым окнами. На фиг. 9 и 12, показаны с вращательной симметрией ПП: на фиг. 9 - е одним осевым локальным окном; на фиг. 12 - е кольцевым и с локальным осевым окнами. На ПП, показанных на фиг. 3, 4, 5, 10 и 11, пропускные (входные) окна выполнены внеосевом виде. При этом на ПП, показаных на фиг. 3, 4 пропускные (входные) окна выполнены вне средней плоскости ПП: на фиг. 3 - е однорядными локальными окнами вне средней плоскости; на фиг. 4 - е двухрядными (многорядными) локальными окнами вне средней плоскости. На фиг. 10 и 11 показаны с вращательной симметрией ПП: на фиг. 10 - е кольцевым окном (двухсвязной областью); на фиг. 11 - е локальными внеосевыми окнами.
На фиг. 13 и 14 показаны, соответственно, объемное изображение корпускулярно- оптической подсистемы EADcR с вращательной симметрией с прямой осью рефлекторного вида TOF MS-F1 с TOF IB-каналом масс-рефлекторного типа, и его продольный разрез TOF MS— F\x с траекториями (сплошные линии со стрелками) ионного пакета в нем. На фиг. 13 показаный EADcR включает: ПП TID, кольцеобразное входное окно WDc , электрод-диафрагму ΠΖ)Θ с выходным окном Θο , которые совместно с первыми четырьмя электродами 61 , 62, 63 и 64, в принципе, является ОФ частью упомянутой EADcR . Остальные четыре электроды 65 , 66, 67 и 68, совместно с кольцеобразным детекторным входным окном Wdc и отражательным перпендикулярным электродом ИМ , представляют отражающей части (корпускулярное зеркало) упомянутой EADcR .
На фиг. 14, для примера, также показана структура накопительно- выталкивающей камеры isD, которая включает: выходное окно WDc пограничной поверхности типа Y1D ; две боковые стенки spl и sp2 из электроизоляционного материала; выталкивающий электрод еЕ и накапливающий ионов объем iV .
К основным недостаткам WO/2012/005561 относятся то, что в нем не рассмотрены в общем виде аспекты ОФ-системы. Не отмечены общая роль возможности времяпролетной фокусировки по энергии с помощью ОФ-системы, хотя это подразумевается, и использовано при разработке и создании TOF MS-F1 с TOF IB- каналом масс-рефлекторного типа. В общем виде не рассмотрены устройства фильтрации по энергии. Нет четких формулировок устройств ОФ-систем для многотрактного MS и для MS с многоотражающим TOF IB-каналом. Не рассмотрены возможности направления ионного потока из ОФ-системы в различные анализаторные IB-каналы, с целью изменения разрешения масс-спектроскопии.
В поисках пути увеличения разрешающей способности MS и других систем корпускулярной оптики целесообразно рассмотреть все варианты выполнения устройств ОФ-систем и их свойств, а также возможности перехода ионного потока из одного канала, на определенных участках его прохождения, в другой канал.
Основной задачей настоящего изобретения является увеличение разрешающей способности MS.
Заявляемые MS и его элементы соответствуют критериям изобретения, так как на дату подачи заявки не выявлено аналогичных решений. Предложенные здесь новые виды MS и его элементы имеют ряд существенные отличий от известных MS.
Предлагаемые новые виды MS и его элементов могут быть реализованы на основе имеющегося оборудования с использованием освоенных в промышленности материалов, комплектующих и технологий.
Для осуществления основной задачи настоящего изобретения предложены различные виды конденсаторного вида КОЭ и с преломляющего вида КОЭ.
Основные отличия предлагаемых конденсаторного вида КОЭ и преломляющего вида КОЭ заключаются в том что, они выполнены с обеспечением возможности пропускания через себя многотрактного потока заряженных частиц (34), при этом преломляющего вида КОЭ выполнен удлиненным (цельноудленный или массивоудлиненный) и выбранным из группы, включающей следующие его виды: усреднено-линейный, ступенчатый, усредненно-ступенчатый, криволинейный (сечение поверхности второго порядка), усреднено-криволинейный.
Другие отличия предлагаемых конденсаторного вида КОЭ и преломляющего вида
КОЭ от известных аналогов заключаются в том, что включает пограничную поверхность (ПП), выполненную в виде пограничного электрода, при этом пограничный электрод, выполнен, по меньшей мере, с одним пропускным окном для входа потока заряженных частиц, где количество, формы и расположения пропускных окон, зависят от выбора ПП, причем симметрия расположения пропускных окон выполнена выбранной из группы, включающей его виды: осевой; внеосевой; вне средней плоскости.
Для осуществления основной задачи настоящего изобретения предложена ограничитель-формировательная система (ОФ-система), включающая, по меньшей мере, один ограничитель-формирователь (ОФ, для ускорения и формирования потока, образованного источником заряженных частиц (34)), который содержит:
(i) область вытяжки заряженных частиц, выбранную из ряда их видов: область ускорения; область накопления и выталкивания заряженных частиц, в частности выполненной в виде накопительно-выталкивающей камеры;
(И) корпу скулярно-оптическую подсистему, содержащую: по меньшей мере, один оэ.
Основное отличие предлагаемой ОФ-системы заключается в том, что ОФ выполнена включающей, по меньшей мере, одну из особенностей:
(а) выполнена выбранной из ряда: монооконно-источниковая, мультиокошю- источниковая, мономультиоконно-источниковая;
(Ь) включает, по меньшей мере, один КОЭ, выбранный из ряда конденсаторных видов КОЭ и преломляющих видов КОЭ, и выполнена с обеспечением одной из функциональных возможностей, выбранной из ее видов:
- формирование потока 34 с фильтрацией по энергии ионов формирователем- энергофильтром (формирователь-(Е));
- формирование потока 34 с созданием времяпролетного фокуса
(формирователь-ТОР(Р));
- формирование потока 34 с созданием времяпролетного фокуса с фильтрацией по энергии потока 34 (формирователь-ТОР(РЕ)). Другие отличия предлагаемой ОФ-система от известных ОФ-систем заключаются в том что:
- выполнена в одном из ее видов: одноисточниковой (однотрактной или многотрактной); многоисточниковой (многотрактной);
- в ней, по меньшей мере, один ОФ выполнен с отводным карманом для отвода высокоэнергетической и низкоэнергетической частей потока 34 от основной анализируемой части потока 3 ;
- в ней, в случае, когда сечение по средней плоскости ПП ОФ, со стороны поступления потока 34, имеет форму сектора сегмента окружности, расположение центра ее симметрии (ось симметрии, сектора сегмента окружности), совмещена с плоскостью, которая выбирается из группы, состоящей из ряда: плоскости отверстия диафрагмы ОФ; плоскости поверхности времяпролетной фокусировки ОФ; плоскости расположенной, между отверстием диафрагмы и времяпролетной фокусировки ОФ;
- в ее накопительно-выталкивающей камере потока 34 на выталкивающий электрод подается электрическое напряжение, с заданной закономерностью формирования выталкивающих импульсов между выталкивающим электродом и пограничным электродом накопительно-выталкивающей камеры, с обеспечением возможности направления тонких пакетов 34 для формирования времяпролетной фокусировки по энергии 34.
Для осуществления основной задачи настоящего изобретения использован масс- спектрометр (MS), содержащий: (i) MS-блоки: ионно-источниковый блок; группу ионопроводящих блоков, включенных в стыковочно-блочное звено, а также анализаторно-диспергирующий блок, при этом блоки включают IB-каналы с пограничными поверхностями и с канальной 10 подсистемой, в котором:
- IB-канал, соответствующий его блоку, является частью MS-канала, который объединяет ионопроводящие IB-каналы ионопроводящих блоков совместно с ионно- источниковым IB-каналом ионно-источникового блока;
- канальная IO подсистема, соответствующая ее IB-каналу, является частью 10 системы MS-канала, которая объединяет Ю системы ионопроводящих IB-каналов совместно с IO системой ионно-источникового IB-канала;
- ионопроводящие IB-каналы включают, по меньшей мере, две пограничные поверхности, которые заданы выбранными из группы, состоящей из видов поверхности, заданной условно, поверхности, совпадающей с пограничным электродом канальной Ю подсистемы, любой из которых выполнен, по меньшей мере, с одним пропускным окном (для прохождения канального ионного потока), в соответствии с выбором пограничной поверхности;
- IO подсистема, по меньшей мере, одного ионопроводящего IB-канала выполнена выбранной из ряда, состоящего из линейной, криволинейной, криволинейной с поперечной пространственной дисперсией по массе, и отражательной Ю подсистем;
(н) детекторную систему;
(ш) контроллерно-компьютерную систему,
выполненный однотратным или многотрактным. Основное отличие предлагаемого MS от известных MS заключается в том что, он выполнен включающим, по меньшей мере, одну особенность, выбранную из группы, включающей следующее:
- включает, по меньшей мере, один из упоянутых удлиненных (цельноудленных или массивоудлиненных) КОЭ,
- включает, по меньшей мере, один из упомянутых ОФ.
Другие отличия предлагаемого MS от известных MS заключаются в том что: он выполнен с обеспечением возможности использования, по меньшей мере, одного из режимов, выбранного из группы, состоящей из: одноступенчатый вид, MS I MS - вид, MS(n) - -вид, комбинации жидкостных хроматографов с масс- спектрометром LC I MS , и последовательного осуществления шагов перевода ионного потока по любому требуемому варианту уровня блочности, в том числе по расширенно-многоблочному варианту, который включает ионно-источниковый блок, предварительно-формирующий блок, распределительно-ускоряющий блок, блок ячейки измельчения, блок отбора ионов, блок дополнительного накопления ионов и анализаторно-диспергирующий блок;
- по меньшей мере, один его MS-канал выполнен с обеспечением возможности последовательного осуществления шагов перевода ионного потока по варианту, выбранному из группы вариантов уровня блочности (режимов использования):
- по первому варианту расширенно-многоблочного режима использования в случае расширенно-многоблочного выполнения MS;
- по второму варианту расширенно-многоблочного режима использования в случае расширенного многоблочного выполнения MS; - по варианту многоблочного режима использования, минуя Ш-канал дополнительного накопления ионов в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия IB-канала дополнительного накопления ионов в составе MS;
- по варианту среднего уровня блочности режима использования без отбора ионов, минуя IB-канал дополнительного накопления ионов и Ш-канала отбора ионов в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия Ш-канала дополнительного накопления ионов и Ш-канала отбора ионов в составе MS;
- по варианту среднего уровня блочности режима использования без измельчения ионов, минуя IB-канал дополнительного накопления ионов и Ш-канала ячейки измельчения в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия Ш-канала дополнительного накопления ионов и IB- канала ячейки измельчения в составе MS;
- по малоблочному варианту режима использования, минуя Ш-канал дополнительного накопления ионов, Ш-канала отбора ионов и Ш-канала ячейки измельчения в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия Ш-канала дополнительного накопления ионов, Ш-канала отбора ионов и Ш-канала ячейки измельчения в составе MS;
- в нем ионно-источниковый блок включает, по меньшей мере, один ионно- источниковый Ш-канал, позволяющий получить ионный поток любого выбранного вида и выполненный с обеспечением возможности использования его в одном из режимов, выбранных из группы, состоящей из: генерирования непрерывного ионного потока и генерирования импульсного ионного потока (ионные пакеты); - его анализаторно-диспергирующий блок включает, по меньшей мере, один анализаторно-диспергирующий IB-канал, выбранный из членов ряда, включающего: тороидальный и цилиндрический секторные электрические анализаторы; магнитный секторный анализатор; orbitrap анализатор; Фурье- анализатор ICR; с двойной фокусировкой, с кривой главной осью и поперечно- пространственного диспергирующего вида анализатор; TOF IB-канал пространственного дрейфа; TOF IB-канал масс-рефлекторного типа; гармонический (например, декартово-двумерный радиочастотный) TOF IB-канал ; по меньшей мере, однократно отражательный TOF 1В-канал;
- по меньшей мере, один из его предварительно-формирующего и распределительно-ускоряющего блоков, которые входят в стыковочно-блочное звено, включает, по меньшей мере, один из упомянутых ОФ;
- он выполнен с монооконно-одноисточниковой (однотрактовой) ОФ-системой и с обеспечением возможности работы в одном из режимов: одноканальный; переводно-разноканальный (поочередного направления ионного потока в IB- каналы);
- он выполнен с многотрактной ОФ-системой и с обеспечением возможности работы в одном из режимов: одноканальный; однообразно-многоканальный (все каналы одинаковые); переводно-разноканальный; параллельно-разноканальный; разнонаправленно-разноканальный;
- его ОФ-система выполнена с обеспечением возможности, одновременного или поочередного направления ионного потока в IB-каналы;
- его анализаторный блок включает, по меньшей мере, один укороченный и один высокоразрешающий анализаторные IB-каналы и выполнен с обеспечением возможности одновременного или поочередного направления ионного потока, по меньшей мере, по одному укороченному и по одному высокоразрешающему анализаторным IB-каналам;
- в нем все электрические поля КОЭ выполнены со средними плоскостями и с обеспечением возможности движения ионного потока около, по меньшей мере одной из их плоскостей симметрии, выбранной из ряда: средняя плоскость, вертикально- поперечная плоскость;
- он выполнен во времяпролетном и малоблочном виде и смежно с ОФ-системой включает анализаторно-диспергирующий TOF IB-канал, выбранный из ряда, включающего виды: TOF IB-канал пространственного дрейфа; TOF IB-канал масс- рефлекторного типа; гармонического типа TOF IB-канал; по меньшей мере, однократно отражательного типа TOF 1В-канал.
Настоящее изобретение может быть осуществлено во многих вариантах, и только некоторые варианты конструкции, содействующие лучшему пониманию предложенных технических решений, будут описаны посредством примеров, представляемых в сопровождающих чертежах. Чертежи представлены в схематическом виде.
На фиг. 15-23 в проекции на среднюю плоскость, показаны некоторые примеры формирования пропускных окон на удлиненной ПП и направлении траектории потоков заряженных частиц исходящих из них.
На фиг. 15 показана неразрывная криволинейная (сечение поверхности второго порядка) ПП ПС1 с удлинённым пропускным окном WC\ ; На фиг. 16-19 показаны разрывные массивоудлиненные криволинейные (сечение поверхности второго порядка) ПП, каждая из которых состоит из нескольких разрывных локального вида ПП, включающими локального вида окно:
- на фиг. 16 показана ПП ПС2 , с составляющими ПП с окнами WC2X , WC22 и WC23 ;
на фиг. 17 показана усреднено-криволинейная ПС4 , включающая прямолинейных ПП с окнами WC41 , WC 2 и WC '43 ;
- на фиг. 18 показана правосторонняя усреднено-криволинейная ПС6 , включающая криволинейных ПП с окнами WC61 , WC62 и WC63 ;
- на фиг. 19 показана левосторонняя усреднено-криволинейная ПС8 включающая криволинейных ПП с окнами WC81, WC%2 и WC&3.
На этих и во всех последующих фигурах пунктирными и сплошными линиями со стрелками показаны траектории потока заряженных частиц из соответствующих окон.
Не трудно аналогично построит формирования пропускных окон на удлиненной линейной (ПП - на фиг. 20 показана, для пример, разрывная ПП YIL2 , включающая разрывных локальных прямолинейных ПП с локального вида окнами WL2\ , WL22 , WL23.
На фиг. 21 и 22 показаны массивоудлиненные ступенчатого вида ПП, каждая из которых состоит из трех локального вида ПП, при этом каждая из локального вида ПП включает локального вида окно:
- на фиг. 21 показана разрывная ступенчатая пограничная поверхность YIH2 с разрывными прямолинейными составляющими с окнами WH21 , WH 22 и WH 23 ; - на фиг. 22 показана разрывная усреднено-ступенчатая ПП Т1Н 6 с разрывными криволинейными составляющими с окнами WH6X , WH62 и WH 63.
Как из видно фигур 21 и 22, любой из ступенчатой и усреднено-ступенчатой ПП, содержит, по меньшей мере, два локальные однотрактные каналы и они (направления выхода потока 34 из них), расположены под углами, в частности под одинаковыми углами / 0 , по отношению к нормали к усредненной плоскости расположения удлиненного КОЭ.
На фиг. 16-22 показаны массивоудлиненные криволинейные ПП, каждая из которых состоит из трех отдельных локального вида ПП. Отметим, что каждая из массивоудлиненных криволинейных ПП может иметь еще два типов с неразрывными локального вида ПП: на основе интерполяционного соединения всех смежных локального вида ПП; на основе прямолинейного соединения всех смежных локального вида ПП. Для примера на фиг. 23 показана массивоудлиненная усрединено-линейная ПП ПХ7 , с окнами WL71 , WL12 и WL73 , включающая соединенных между собой (неразрывных) локального вида ПП, на основе прямолинейного соединения всех смежных локального вида ПП.
На предыдущих и во всех последующих фигурах на одном ряду показаны три локального вида окна, на самом деле количество локального вида окон на одном ряду произвольно - по меньшей мере, два.
Виды формирования электродной группы совместно с удлиненной ПП и образования удлиненного КОЭ имеет широкое разнообразие. ПП типа Π 1 и ПС1 могут быть сформированы совместно с цельноудлиненными электродами и образовать удлиненные КОЭ. Любой из остальных типов ПП может сформирован совместно с любой из цельноудлиненной так и группой локальных электродов и может образовать, соостветственно, как цельноудлиненный так и массивоудлиненный КОЭ.
На фиг. 24-59 для отчетной системы координат введены понятия X -плоскости и h -плоскости.
Плоскостью основания или X -плоскостью Ю системы/подсистемы называется плоскость, которая параллельна усредненной средней плоскости или усреднённой продольно-вертикальной плоскости, в зависимости по какому из этих плоскостей более упорядочено расположены Ю средства в IO подсистеме. Удлинённые оси удлиненных Ю средств отражения в отражательной Ю подсистеме расположены перпендикулярно к плоскости основания отражательной IO подсистеме. В плоскоотражательной Ю подсистеме локальные 10 средства отражения расположены в одной плоскости, и плоскость основания параллельна этой плоскости.
Шаговой осью или Й -осью 10 системы/подсистемы называется ось, которая перпендикулярна к ее плоскости основания. Шаговой плоскостью или ,- плоскостью Ю системы/подсистемы называется плоскость которая перпендикулярна к ее плоскости основания и проходит через продольный геометрический центр Ю системы/подсистемы и в частном случае является вертикально-продольной плоскостью 10 системы/подсистемы. На фиг. 24-59 - плоскость соответствует усреднённой средней плоскостью Ю системы/подсистемы.
На фиг. 24-27 в схематическом виде, в проекции на Ь, -плоскость, показаны некоторые примеры формирования электродных групп совместно с удлиненной ПП и траектории потоков заряженных частиц в них: - на фиг. 24 показаны четыре удлиненные пластинчатые горизонтальные электроды 51Н , 52h , 53h и 54Й, которые совместно с ПП Π 6 образует цельноудлиненный КОЭ EL6\ ;
- на фиг. 25 показаны три группы, каждая из которых включает по четыре локальные пластинчатые горизонтальные электроды, которые совместно с ПП ПХ2 образует с прямолинейными составляющими массивоудлиненный КОЭ EL23h ;
- на фиг. 26 показаны три группы, каждая из которых включает по четыре локальные пластинчатые горизонтальные электроды, которые совместно с ПП UH2 образует с прямолинейными составляющими ступенчатый массивоудлиненный КОЭ ЕН2 Ш .
- на фиг. 27 показаны пять удлиненные диафрагмавидные электроды, которые совместно с ПП YIL2 образует цельноудлиненный КОЭ EL25H .
На фиг. 28-32 в схематическом виде, в проекции на X -плоскость, показаны некоторые примеры формирования четырех электродных групп совместно с ПП и траектории потоков заряженных частиц в них:
- на фиг. 28 показан конический поперечноразрывной КОЭ Е\2% с однорядными окнами, расположенными в средней плоскости;
- на фиг. 29 показан КОЭ Е2 \Х с однорядными окнами, расположенными в вне средней плоскости;
- на фиг. 30 показан КОЭ Е22Х с двухрядными окнами, расположенными вне средней плоскости;
- на фиг. 31 показан КОЭ ЕЪ 1λ с трехрядными окнами;
- на фиг. 32 показан КОЭ Е15Х с диафрагмавидными электродами и расположенными в средней плоскости однорядными окнами. На фиг. 33 в проекции на X -плоскость показан часть массива из нескольких КОЭ тЕ\2Х .
На фиг. 34 и 35 в объемном виде показаны два примера формирования электродных групп совместно с пограничной поверхностью:
- на фиг. 34 показан с вращательной симметрией четырехэлектродный удлиненнный КОЭ EADc , который в принципе является формирующей частью пакета ионов (ОФ) показанного на фиг. 13 с вращательной симметрией MS с TOF-F1 с IB-каналом масс-рефлекторонного типа;
- на фиг. 35 показан двокосимметричный четырехэлектродный КОЭ ЕС\2\ , который в принципе является формирующей частью упомянутого двокосимметричного MS с TOF IB-каналом масс-рефлекторонного типа, и включает: четыре локальные электроды 261 , 262 , 263 , 264 ; пограничную поверхность ПС1 в форме сектора цилиндра; два удлиненные входные окна WC2X и WC22 ; электрод- диафрагму ΠΙΘ с выходным окном Θ/ .
КОЭ показанные на фиг. 34 и фиг. 35, а также других типов могут дополнительно содержать, после электрода-диафрагмы, по меньшей мере, один электрод. Пример такого случая показан на фиг. 36, в виде КОЭ ЕС125 , которой после диафрагмы ΠΧΘ содержит дополнительно два электрода 265 и 266. Присутствие таких электродов в предыдущих фигурах не показано и последующих фигурах не будут показано, чтобы не загромождать чертежи, но будем всюду предполагать возможность присутствие таких электродов.
ОФ может быть формирован на основе присоединения накопительно- выталкивающей камеры, к любой из ПП КОЭ показанных на фиг. 28-33. Конечно, виды формирования ОФ весьма разнообразны, также как и виды формирования ПП и пропускных окон на них. На фиг. 37 и 38 в проекции на h -плоскость показаны два примера формирования ОФ:
- на фиг. 37 показан ступенчатый ОФ EL62†i , который включает три группы электродов, каждая из которых состоит из электрода-диафрагмы Π/Θ , четырех локальных электродов и состыкована с одной из трех накопительно-выталкивающих камер i 61 , i 62 и is 63.
- на фиг. 38 показан удлиненный линейный ОФ EL2 fi , который включает трех групп накопительно-выталкивающих камер is2l , is22 и /523 , удлиненную электрода-диафрагму Π Θ и четыре электрода;
На фиг. 38, для примера, также показана структура одной из накопительно- выталкивающей камеры is2\ , которая включает выходное окно WL2\ составляющих стенок: две боковые стенки из электроизоляционного материала spl sp2 ; выталкивающего электрода еЕ и накапливающего ионов объема iV , который образован упомянутыми составляющими стенок выталкивающей камеры is21.
На фиг. 37 и 38 в проекции на fi -плоскость показаны многотрактные ОФ с монооконными накопительно-выталкивающими камерами. В случае, когда все тракты потока 34 сформированы из одного источника 34 ОФ является одноистчниковым. При этом, два или более одноисточниковые монооконные накопительно-выталкивающие камеры могут быть выполнены, в принципе, в виде одной мультиконной накопительно-выталкивающей камеры.
На фиг. 39 и 40 в проекции на λ -плоскость показаны, для примера, два вида из таких ОФ. На 40 также показан вариант выполнения ОФ с отводным карманом р\ для отвода высокоэнергетическую и низкоэнергетическую частей потока 34 от основной анализируемой части потока 34. Для этого электрод-диафрагма YlLQg выполнен сеточным и после прохождения его высокоэнергетическая и низкоэнергетическая части потока заряженных частиц оседают на стенках wl и w2 отводного кармана р\ . Целесообразно учитывать возможность выполнения любого
ОФ с отводным карманом.
На фиг. 41-65 приведены примеры использования ОФ-систем в MS.
MS может включать нескольких каналов, которые могут быть одинаковыми или неодинаковыми. ОФ-система в многоканальных MS может быть выполнена с обеспечением возможности, одновременного или поочередного направления ионного потока, по меньшей мере, по одному укороченному и по одному высокоразрешающему IB-каналам. Переводно-разноканальный включает два или более разнообразные виды каналов и с помощью дополнительного КОЭ или дополнительных электродов, поочередно переводят один или более ионных трактов в разные каналы.
На фиг. 41-44 приведены примеры для случая, когда ионно-источниквый блок включает, по меньшей мере, два ионные тракты, при этом MS однообразно- трактовый: одноканальный; многоканальный и все каналы одинаковые. Перпендикулярными пунктирными линиями, на этих и последующих фигурах, показаны плоскости времяпролетной фокусировки Ptf .
На фиг. 41 и 42 в проекции на % показаны, созданный на основе F22% , расположенные вне средней плоскости с двухрядными окнами мало блочного вида MS:
- на фиг. 41 показан линейного типа MS MSL2X с TOF IB-каналом пространственного дрейфа; - на фиг. 42 показан одноотражательного (однократно отражательного) типа MS MSM2X с TOF IB-каналом одноотражательного типа.
На фиг. 43 и 44 в проекции на h показаны, созданный на основе F\ \Х с однорядным окнами, расположенными в средней плоскости мало блочного вида MS:
- на фиг. 43 показан линейного вида MS MSLPh с TOF IB-каналом пространственного дрейфа;
- на фиг. 44 показан одноотражательного вида MS MSMP i с TOF IB-каналом одноотражательного типа.
При этом на фиг. 43, 44 и на последующих фигурах, где чертежи представлены в -плоскости, чтобы не загромождать чертежи, из электродов показаны только накопительно-выталкивающие камеры и перпендикулярные к оси электрод- дифрагмы.
В MS MSM2 и MSMPH отражательного вида КОЭ выполнен отдельно от ОФ, например, он может направить поток 34 под углом по отношению плоскости, указанной на фигуре.
На фиг. 45-59 приведены примеры для случая, когда ОФ-система MS включает, по меньшей мере, два ионных трактов, при этом MS разноканальный и включает разнообразные виды каналов, которые в принципе могут работать одновременно или поочередно. ОФ показанные на фиг. 45-51 являются частью разноканального MS и тракты ионного потока, направленные в разные MS-каналы, отмечены по разному - крестиками и треугольниками.
На фиг. 45-47 в проекции на h -плоскость показаны, для примера, три вида ОФ- систем, разнонаправленные в % -плоскости: - на фиг. 45 ионные тракты, исходящие от ОФ FCP4H и ОФ FH24H , которые являются составляющими ОФ-системы FHClh , разнонаправлены на угол /4 ^ 0
- на фиг. 46 ионные тракты, исходящие от ОФ FL24X и ОФ FL64H , которые являются составляющими ОФ-системы FLL4H , разнонаправлены на угол /5 ^ 0 - на фиг. 47 ионные тракты, движущихся в и около h -плоскости от двух трактов одного ОФ FS2PH разнонаправлены.
На фиг. 45 и 46 показанные ОФ, в проекции на вертикально-продольную плоскость ( -плоскость) могут быть выполнены однонаправлеными или разонаправлеными. В частном случае, углы у 4 = 0 , /5 = 0.
На фиг. 48 и 49 показанные ОФ разнонаправлены в проекции на X -плоскость:
- на фиг. 48 ионные тракты, исходящие от ОФ ОФ FSl 1 АХ и ОФ FS\ 1.2% , которые являются составляющими ОФ-системы FS33X , разнонаправлены на угол γβ θ ;
- на фиг. 49 два ионные тракты в одном ОФ FS22X разнонаправлены в λ - плоскости.
На фиг. 48, в частном случае угол /6 = 0. При этом, если ОФ FSl 1.1% и ОФ
FSl 1.2% одинаковые, их смежные части электродов могут быть выполнены общими.
На фиг. 50 и 51 показанные ОФ, в которых ионные тракты однонаправлены в проекции на X -плоскость. Однонаправлеными в проекции на X -плоскость могут быть ОФ-системы.
На основе выбора из подобных, показанных на фиг. 45-51 примеров и с учетом замечаний относительно них, могут быть выполнены любой из многоканальных MS: переводно-разноканальный; параллельно-разноканальный; разнонаправленно- разноканальный.
На фиг. 52 и 53, как продолжения одного или более отмеченных крестиками ионных трактов из ОФ-системы, показании два вида укороченных -каналов, соответственно TOF IB-канал пространственного дрейфа SLI и TOF ГВ-канал одноотражательного типа SMI с отражательного вида КОЭ Md\ . При этом D\ и D2 детекторы, полный угол отражения θ^2 ^ 0 ·
На фиг. 54-56, 58 и 59, как продолжения одного или более отмеченных треугольниками ионных трактов из ОФ-системы, показанны два вида высокоразрешающих многоотражательных TOF IB-каналов. На этих фигурах символы X и h при обозначениях детекторов D2 , D5 и D6 показывают, соответственно их проекции на -плоскость и h -плоскость. На фиг. 54-56 из ОФ- системы в IB-канал S911 ионный поток направлен под углом θβ η 0 вертикально в плоскости параллельной Н -плоскости. На этих фигурах отражательная подсистема 3502? отражает ионный поток в направлении в зависимости от точки их взаимодействия. В частности такая подсистема может быть выполнена в виде двух отражательного вида КОЭ 33.1 и 33.3 , как показано на фиг. 56 IB-канала S9U 1X, который является частным случаем IB-канала , показанного на фиг. 55.
На фиг. 57 показан отражательного вида КОЭ Md3 , служащий промежуточным звеном для горизонтального введения в TOF MR IB-канал, и ход траектории отраженного от него ионного тракта. На фиг. 58 и 59 показаны, соответственно в проекции на -плоскость SSVl и на X -плоскость 8 22Х , TOF MR IB-канал S${2 , включающий отражательного вида КОЭ Md3 , служащего промежуточным звеном для горизонтального введения ионного потока в TOF MR IB-канал из ОФ-системы. При этом относительно исходящего от ОФ-системы, отмеченного треугольником, ионного потока можно отметить два случая: ионный поток лежит в плоскости параллельной X -плоскости TOF MR IB-канала SSH2 (θβΙΛ = 0 ) - горизонтально- одноуревневое введение ионного потока; ионный поток входит под острым углом к X -плоскости TOF MR IB-канал £*9?2 (^ι^ ^ Ο ) - горизонтально-косое введением ионного потока. В любом случае θ^ 0.
Перейдем к рассмотрению конденсаторного вида КОЭ, некоторые, из которых представлены на фиг. 60-65, где траектории трактов ионного потока показаны сплошными линиями со стрелкой.
На фиг. 60 в проекции на ху -плоскость показана конденсаторная система 2cly , состоящая из двух плоских конденсаторов с\ \у и с\2у , симметрично расположенные относительно yz - плоскости декартовой системы координат xyz . На фиг. 61 в проекции на xz -плоскость показан фильтрующий конденсаторного вида КОЭ 2c\Fz , выполненный на основе конденсаторной системы 2с\ , где каждый плоский конденсатор состыкованы передним ΠΘ1 и задним ΠΘ2 электрод- диафрагмами.
На фиг. 62 в проекции на у -плоскость показан с торцовой части цилиндрический конденсатор сЗу, состоящий из двух концентричных цилиндров с31у и с 2у , ось симметрии которых совмещена с z - осью декартовой системы координат xyz . При этом показана возможность усечение сектора цилиндрического конденсатора сЗу с центральным углом уЪу . На фиг. 63 в проекции на xz - плоскость показан с торцовым вход-выходом фильтрующий конденсаторного вида КОЭ c3 \Fz , выполненный на основе цилиндрического конденсатора сЗ , где цилиндрический конденсатор состыкован передним ГИЛ и задним ГШ2 дисковыми электрод-диафрагмами.
На фиг. 64 в проекции на xz -плоскость показан с боковой части сектор цилиндрического конденсатора c32z. На фиг. 65 в проекции на ху -плоскость показан с боковым вход-выходом фильтрующий конденсаторного вида КОЭ c32Fy, выполненный на основе сектора цилиндрического конденсатора с32 , где цилиндрический конденсатор состыкованы передним ΠΘ1 и задним ΠΘ2 электрод- диафрагмами.
Размеры рассмотренных фильтрующих конденсаторного вида КОЭ 2c\Fz и c32Fy в одном из направлении координатных осей физический не ограничены, а с торцовым вход-выходом фильтрующий конденсаторного вида КОЭ c3 \Fz , выполненный на основе цилиндрического конденсатора может работать с кольцевой формы ионным потоком. Эти их особенности при соответствующих стыковках их с упомянутыми ПП и выборе симметрии входных окон позволяют использовать их для многократного потока заряженных частиц. Например: КОЭ 2c\Fz можно стыковать с ПП 20D ; КОЭ c32Fy или 2c\Fz , при отсутствии одной из плоских конденсаторов с\ \у и с\ 2у , можно стыковать с ПП 20 ; КОЭ сЗ IFz можно стыковать ПП 10В .
Фильтрующий конденсаторного вида КОЭ можно непосредственно стыковать с коротко импульсного вида источниками 34, каковыми, например, являются источники 34 с применением коротко импульсного лазерного излучения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Корпускулярно-оптический элемент (КОЭ) выбранный из конденсаторных видов КОЭ й из преломляющих видов КОЭ, отличающийся тем, что он выполнен с обеспечением возможности пропускания через себя многотрактного потока заряженных частиц (34), при этом преломляющего вида КОЭ выполнен удлиненным (цельноудленный или массивоудлиненный) и выбранным из группы, включающей следующие его виды: усреднено-линейный, ступенчатый, усредненно-ступенчатый, криволинейный (сечение поверхности второго порядка), усреднено-криволинейный.
2. Корпускулярно-оптический элемент по п. 1, отличающийся тем, что включает пограничную поверхность (ПП), выполненную в виде пограничного электрода, при этом пограничный электрод, выполнен, по меньшей мере, с одним пропускным окном для входа потока заряженных частиц, где количество, формы и расположения пропускных окон, зависят от выбора ПП, причем симметрия расположения пропускных окон выполнена выбранной из группы, включающей его виды: осевой; внеосевой; вне средней плоскости.
3. Ограничитель-формировательная система (ОФ-система), включающая, по меньшей мере, один ограничитель-формирователь (ОФ, для ускорения и формирования потока, образованного источником заряженных частиц (34)), который содержит:
(Г) область вытяжки заряженных частиц, выбранную из ряда их видов: область ускорения; область накопления и выталкивания заряженных частиц, в частности выполненной в виде накопительно-выталкивающей камеры;
(ii) корпускулярно-оптическую подсистему, содержащую: по меньшей мере, один
КОЭ;
отличающаяся тем, что ОФ выполнена включающей, по меньшей мере, одну из особенностей: (a) выполнена выбранной из ряда: монооконно-источниковая, мультиоконно- источниковая, мономультиоконно-источниковая;
(b) включает, по меньшей мере, один КОЭ, выбранный из ряда конденсаторных видов КОЭ и преломляющих видов КОЭ, и выполнена с обеспечением одной из функциональных возможностей, выбранной из ее видов:
- формирование потока 34 с фильтрацией по энергии ионов формирователем- энергофильтром (формирователь-(Е));
формирование потока 34 с созданием времяпролетного фокуса (формирователь-ТОР(Р));
- формирование потока 34 с созданием времяпролетного фокуса с фильтрацией по энергии потока 34 (формирователь-ТОР(РЕ)).
4. ОФ-система по п. 3, отличающаяся тем, что выполнена в одном из ее видов: одноисточниковой (однотрактной или многотрактной); многоисточниковой (многотрактной).
5. ОФ-система по п. 4, отличающаяся тем, что в ней, по меньшей мере, один ОФ выполнен с отводным карманом для отвода высокоэнергетической и низкоэнергетической частей потока 34 от основной анализируемой части потока 34.
6. ОФ-система по любому из п.п. 4 и 5, отличающаяся тем, что в ней, в случае, когда сечение по средней плоскости ПП ОФ, со стороны поступления потока 34, имеет форму сектора сегмента окружности, расположение центра ее симметрии (ось симметрии, сектора сегмента окружности), совмещена с плоскостью, которая выбирается из группы, состоящей из ряда: плоскости отверстия диафрагмы ОФ; плоскости поверхности времяпролетной фокусировки ОФ; плоскости расположенной, между отверстием диафрагмы и времяпролетной фокусировки ОФ.
7. ОФ-система по любому из п.п. 4-6, отличающаяся тем, что в ее накопительно- выталкивающей камере потока 34 на выталкивающий электрод подается электрическое напряжение, с заданной закономерностью формирования выталкивающих импульсов между выталкивающим электродом и пограничным электродом накопительно-выталкивающей камеры, с обеспечением возможности направления тонких пакетов 34 для формирования времяпролетной фокусировки по энергии 34.
8. Масс-спектрометр (MS), содержащий:
(i) MS-блоки: ионно-источниковый блок; группу ионопроводящих блоков, включенных в стыковочно-блочное звено, а также анализаторно-диспергирующий блок, при этом блоки включают IB-каналы с пограничными поверхностями и с канальной Ю подсистемой, в котором:
- IB-канал, соответствующий его блоку, является частью MS-канала, который объединяет ионопроводящие IB-каналы ионопроводящих блоков совместно с ионно- источниковым IB-каналом ионно-источникового блока;
- канальная Ю подсистема, соответствующая ее IB-каналу, является частью 10 системы MS-канала, которая объединяет Ю системы ионопроводящих -каналов совместно с Ю системой ионно-источникового -канала;
- ионопроводящие IB-каналы включают, по меньшей мере, две пограничные поверхности, выбранные из группы, состоящей из видов: поверхностей, заданных условно; поверхностей, совпадающих с пограничным электродом канальной Ю подсистемы, причем любой из них выполнена, по меньшей мере, с одним пропускным окном (для прохождения канального ионного потока), в соответствии с выбором пограничной поверхности;
- Ю подсистема, по меньшей мере, одного ионопроводящего IB-канала выполнена выбранной из ряда, состоящего из: линейной, криволинейной, криволинейной с поперечно-пространственной дисперсией по массе, и отражательной IO подсистем;
(ii) детекторную систему;
(Hi) контроллерно-компьютерную систему,
выполненный однотрактным или многотрактным,
и отличающийся, тем что он выполнен включающим, по меньшей мере, одну особенность, выбранную из группы, включающей следующее:
- включает, по меньшей мере, один из упоянутых удлиненных (цельноудленных или массивоудлиненных) КОЭ,
- включает, по меньшей мере, один из упомянутых ОФ.
9. MS по п. 8, отличающийся тем, что он выполнен с обеспечением возможности использования, по меньшей мере, одного из режимов, выбранного из группы, состоящей из: одноступенчатый вид, MS / MS - вид, MS{ri) - -вид, комбинации жидкостных хроматографов с масс-спектрометром LC I MS , й последовательного осуществления шагов перевода ионного потока по любому требуемому варианту уровня блочности, в том числе по расширенно-многоблочному варианту, который включает ионно-источниковый блок, предварительно-формирующий блок, распределительно-ускоряющий блок, блок ячейки измельчения, блок отбора ионов, блок дополнительного накопления ионов и анализаторно-диспергирующий блок.
10. MS по п. 9, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один его MS-канал выполнен с обеспечением возможности последовательного осуществления шагов перевода ионного потока по варианту, выбранному из группы вариантов уровня блочности (режимов использования):
- по первому варианту расширенно-многоблочного режима использования в случае расширенно-многоблочного выполнения MS; - по второму варианту расширенно-многоблочного режима использования в случае расширенного многоблочного выполнения MS;
по варианту многоблочного режима использования, минуя IB-канал дополнительного накопления ионов в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия IB-канала дополнительного накопления ионов в составе MS;
- по варианту среднего уровня блочности режима использования без отбора ионов, минуя IB-канал дополнительного накопления ионов и IB-канала отбора ионов в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия IB-канала дополнительного накопления ионов и IB-канала отбора ионов в составе MS;
- по варианту среднего уровня блочности режима использования без измельчения ионов, минуя IB-канал дополнительного накопления ионов и IB-канала ячейки измельчения в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия IB-канала дополнительного накопления ионов и IB-канала ячейки измельчения в составе MS;
по малоблочному варианту режима использования, минуя IB-канал дополнительного накопления ионов, IB-канала отбора ионов и IB-канала ячейки измельчения в случае расширенного многоблочного выполнения MS, включая случай отсутствия IB-канала дополнительного накопления ионов, IB-канала отбора ионов и IB-канала ячейки измельчения в составе MS.
11. MS по п. 10, отличающийся тем, что в нем ионно-источниковый блок включает, по меньшей мере, один ионно-источниковый IB-канал, позволяющий получить ионный поток любого выбранного вида и выполненный с обеспечением возможности использования его в одном из режимов, выбранных из группы, состоящей из: генерирования непрерывного ионного потока и генерирования импульсного ионного потока (ионные пакеты).
12. MS по п. 11, отличающийся тем, что его анализаторно-диспергирующий блок включает, по меньшей мере, один анализаторно-диспергирующий 1В-канал, выбранный из членов ряда, включающего: тороидальный и цилиндрический секторные электрические анализаторы; магнитный секторный анализатор; orbitrap анализатор; Фурье-анализатор ICR; с двойной фокусировкой, с кривой главной осью и поперечно-пространственного диспергирующего вида анализатор; TOF IB-канал пространственного дрейфа; TOF IB-канал масс-рефлекторного типа; гармонический (например, декартово-двумерный радиочастотный) TOF IB-канал; по меньшей мере, однократно отражательный TOF 1В-канал.
13. MS по п. 12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из его предварительно-формирующего и распределительно-ускоряющего блоков, которые входят в стыковочно-блочное звено, включает, по меньшей мере, один из упомянутых ОФ.
14. MS по п. 13, отличающийся тем, что он выполнен с монооконно-одноисточниковой (однотрактовой) ОФ-системой и с обеспечением возможности работы в одном из режимов: одноканальный; переводно-разноканальный (поочередного направления ионного потока в 1В-каналы).
15. MS по п. 13, отличающийся тем, что он выполнен с многотрактной ОФ-системой и с обеспечением возможности работы в одном из режимов: одноканальный; однообразно- многоканальный (все каналы одинаковые); переводно-разноканальный; параллельно- разноканальный; разнонаправленно-разноканальный.
16. MS по п. 15, отличающийся тем, что его ОФ-система выполнена с обеспечением возможности, одновременного или поочередного направления ионного потока в IB- каналы.
17. MS по n. 16, отличающийся тем, что его анализаторный блок включает, по меньшей мере, один укороченный и один высокоразрешающий анализаторные IB- каналы и выполнен с обеспечением возможности одновременного или поочередного направления ионного потока, по меньшей мере, по одному укороченному и по одному высокоразрешающему анализаторным IB-каналам.
18. MS по любому из п.п. 12-17, отличающийся тем, что в нем все электрические поля КОЭ выполнены со средними плоскостями и с обеспечением возможности движения ионного потока около, по меньшей мере одной из их плоскостей симметрии, выбранной из ряда: средняя плоскость, вертикально-поперечная плоскость.
19. MS по любому из п.п. 12-18, отличающийся тем, что он выполнен во времяпролетном и малоблочном виде и смежно с ОФ-системой включает анализаторно-диспергирующий ТОГ IB-канал, выбранный из ряда, включающего виды: TOF IB-канал пространственного дрейфа; TOF IB-канал масс-рефлекторного типа; гармонического типа TOF IB-канал; по меньшей мере, однократно отражательного типа ТОГ 1В-канал.
PCT/KZ2014/000021 2013-10-18 2014-10-17 Масс-спектрометр и его элементы WO2015057042A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ2013/1392.1 2013-10-18
KZ20131392 2013-10-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2015057042A2 true WO2015057042A2 (ru) 2015-04-23
WO2015057042A3 WO2015057042A3 (ru) 2015-06-11

Family

ID=52828822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2014/000021 WO2015057042A2 (ru) 2013-10-18 2014-10-17 Масс-спектрометр и его элементы

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015057042A2 (ru)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7667195B2 (en) * 2007-05-01 2010-02-23 Virgin Instruments Corporation High performance low cost MALDI MS-MS
RU2393579C1 (ru) * 2009-08-17 2010-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория инновационных аналитических технологий" Масс-спектрометр
DE112011102315T5 (de) * 2010-07-09 2013-06-20 Aldan Asanovich Sapargaliyev Verfahren der Massenspektrometrie und Einrichtung für seine Ausführung
RU2474916C2 (ru) * 2011-05-16 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики Российской академии наук (ИНЭПХФ РАН) Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений в сверхзвуковом газовом потоке, предварительной регистрации и транспортировки этих ионов в последующий масс-анализатор
RU2456700C1 (ru) * 2011-06-30 2012-07-20 Вячеслав Данилович Саченко Статический масс-анализатор ионов

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015057042A3 (ru) 2015-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8598516B2 (en) Method of mass-spectrometry and a device for its realization
JP6907226B2 (ja) 飛行時間質量分析法のためのマルチモードイオンミラープリズム及びエネルギーフィルタリング装置及びシステム
CN108352292B (zh) 用于成像的改进的离子镜和离子光学透镜
RU2481668C2 (ru) Ионно-оптическое устройство с многократным отражением
EP2002461B1 (en) Mass spectrometer
JP2008529221A (ja) イオン光学システム
WO2006130149A2 (en) Mass spectrometer and methods of increasing dispersion between ion beams
CN102714127B (zh) 质谱仪和离子分离和检测的方法
AU2014204936B2 (en) Mass spectrometer with optimized magnetic shunt
Toyoda Development of multi-turn time-of-flight mass spectrometers and their applications
US20060163473A1 (en) Ion optics systems
JP2018514909A (ja) 正及び負の同時イオン化による分析物の質量分析のための装置
AU2014204935B2 (en) Mass spectrometer with improved magnetic sector
US20160018368A1 (en) Mass spectrometry method and devices
WO2015057042A2 (ru) Масс-спектрометр и его элементы
US8330099B2 (en) Mass spectrometer and mass analyzer comprising pulser
US6791079B2 (en) Mass spectrometer based on the use of quadrupole lenses with angular gradient of the electrostatic field
Selby et al. Reducing grid dispersion of ions in orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometry: advantage of grids with rectangular repeat cells
Spivak‐Lavrov et al. Time‐of‐flight mass spectrometers based on a wedge‐shaped electrostatic mirror with a two‐dimensional field
UA146562U (uk) Електростатичний електронний спектрометр - спіратрон
Bhatia et al. A novel variable dispersion zoom optics for isotope ratio sector field mass spectrometer
RU136921U1 (ru) Модуль для анализа состава нанослоев
Enloe et al. Novel bandpass electrostatic analyzer
Dunn et al. Electron Impact Dissociative Excitation and Ionization of Molecular Ions
Khursheed et al. Redesign of the scanning electron microscope for parallel energy spectral acquisition

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14854217

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14854217

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2