Циклический масс-спектрометр газовых частиц

Авторы патента:

H01J49/00 - Спектрометры элементарных частиц или разделительные трубки (для измерения давления газа H01J 41/10)

Владельцы патента RU 2504044:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований, и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения элементного состава собственной внешней атмосферы космического аппарата. Технический результат - расширение диапазона исследуемых масс с увеличением разрешающей способности. Циклический масс-спектрометр газовых частиц содержит приемник ионов, три тороидальных дефлектора, блок обработки ионных спектров и заземленные сетки, дополнительно снабжен ионным источником, подключенным к блоку обработки спектров, выталкивающей сеткой, подключенной к генератору выталкивающих импульсов, отклоняющим электродом, подключенным к генератору отклоняющих импульсов, генератором отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов, подключенным к внешним отражающим электродам, генераторы напряжений подключены к устройству синхронизации, тороидальные дефлекторы расположены друг за другом и обеспечивают циклический пролет ионов. В пространстве дрейфа установлены выравнивающие сетки и фокусаторы, представляющие собой квадруполи или фокусирующие кольца. 1 ил.

Известен прибор пылеударный масс-спектрометр (патент RU 2235386 С2, МПК H01J 49/40, опубл. 27.08.04), содержащий мишень, четыре тороидальных отклоняющих системы и приемник ионов.

Недостатками прибора являются единичное использование каждого дефлектора при пролете ионных пакетов и фиксированный диапазон исследуемых масс.

В качестве прототипа выбран пылеударный масс-спектрометр (патент RU 2326465 С2, МПК H01J 49/40, опубл. 20.01.08), содержащий полусферическую мишень, заземленную сетку, четыре приемника ионов, четыре тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внутреннего отражающего и внешнего отражающего электрода, источник напряжения, блок обработки ионных спектров, блок индикации, полусферическую сетку, цилиндрическую сетку, параболический отражатель и параболическую сетку.

Недостатком прототипа является фиксированные отклоняющие напряжения, а следовательно, ограниченный диапазон исследуемых масс.

В основу изобретения поставлена задача улучшения функциональных характеристик прибора (расширение диапазона исследуемых масс с сохранением или увеличением разрешающей способности прибора).

Задача решается тем, что циклический масс-спектрометр газовых частиц, содержащий приемник ионов, три тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внешнего отражающего электрода и внутреннего отражающего электрода, блок обработки ионных спектров и заземленные сетки, согласно изобретению дополнительно снабжен ионным источником, подключенным к блоку обработки спектров, выталкивающей сеткой, подключенной к генератору выталкивающих импульсов, отклоняющим электродом, подключенным к генератору отклоняющих импульсов, генератором отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов, подключенным к внешним отражающим электродам, генераторы напряжений подключенны к устройству синхронизации, тороидальные дефлекторы расположены друг за другом и обеспечивают циклический пролет ионов, в пространстве дрейфа установлены выравнивающие сетки и фокусаторы, представляющие собой квадруполи или фокусирующие кольца.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство определения элементного состава газов, состоит из блока обработки спектров 1, подключенного к устройству синхронизации 2 и приемнику ионов 3, источника ионов 4, подключенного к устройству синхронизации 2, генератора выталкивающих импульсов 5, подключенного к ускоряющей сетке 6 и устройству синхронизации 2, генератора отклоняющих импульсов 7, подключенного к отклоняющей сетке 8 и устройству синхронизации 2, генератора отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов 9, подключенного к внешним обкладкам- тороидальных дефлекторов 10 и устройству синхронизации 2, заземленных обкладок тороидальных дефлекторов 11, заземленного электрода отклоняющего промежутка 12, выравнивающих сеток 13, а также фокусаторов 14.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 1 подает управляющую команду в устройство синхронизации 2, команда содержит необходимые данные, включающие в себя уровни напряжений на внешних обкладках тороидальных дефлекторов 10, а также расчетное время подачи отклоняющего импульса. Устройство синхронизации 2 подает управляющий импульс источнику ионов 4, источник ионов ионизирует вещество внутри ускоряющего промежутка (между выравнивающей сеткой 13 и ускоряющей сектой 6). После чего устройство синхронизации 2 подает команду на генератор выталкивающих импульсов 5, который, в свою очередь, подает выталкивающий импульс на ускоряющую сетку 6. Также устройство синхронизации 2 подает команду на генератор отклоняющего напряжения 9, в соответствии с которой задается уровень напряжения на внешних обкладках тороидальных дефлекторов 10. Ионы, вылетев из ускоряющего промежутка, попадают в первый тороидальный дефлектор, внутри которого происходит сепарация ионов по массам. Ионы, не отвечающие заданному на обкладке 10 напряжению, оседают на одной из обкладок тороидального дефлектора, остальные ионы проходят через тороидальный дефлектор, выравнивающую сетку 13, которая обеспечивает равномерность поля в пространстве дрейфа, через фокусирующую систему 14, через еще одну выравнивающую сетку 13 в следующий тороидальный дефлектор, далее, ионы тем же путем пролетают через еще два тороидальных дефлектора и вновь попадают в первый, таким образом их траектория замыкается и цикл повторяется снова. При достижении расчетного времени подачи отклоняющего импульса устройство синхронизации 2 подает сигнал генератору отклоняющих импульсов 7, который в свою очередь передает отклоняющий импульс на отклоняющую сетку 8, пучок ионов разворачивается в приемник ионов 3. Варьируя напряжение на внешних обкладках тороидальных дефлекторах 10, а также расчетное время подачи отклоняющего импульса, можно производить сканирование масс во всем представляющем интерес диапазоне масс, при этом увеличивая время подачи отклоняющего импульса с сохранением заданного уровня напряжений на внешних обкладках тороидальных дефлекторов 10, можно увеличить время пролета ионов соответствующей массы, что в свою очередь позволяет увеличить разрешающую способность в данной области спектра.

Циклический масс-спектрометр газовых частиц, содержащий приемник ионов, три тороидальных дефлектора, каждый из которых состоит из внешнего отражающего электрода и внутреннего отражающего электрода, блок обработки ионных спектров и заземленные сетки, отличающийся тем, что дополнительно снабжен ионным источником, подключенным к блоку обработки спектров, выталкивающей сеткой, подключенной к генератору выталкивающих импульсов, отклоняющим электродом, подключенным к генератору отклоняющих импульсов, генератором отклоняющего напряжения тороидальных дефлекторов, подключенным к внешним отражающим электродам, генераторы напряжений подключенны к устройству синхронизации, тороидальные дефлекторы расположены друг за другом и обеспечивают циклический пролет ионов, в пространстве дрейфа установлены выравнивающие сетки и фокусаторы, представляющие собой квадруполи или фокусирующие кольца.

Изобретение относится к области анализа смесей химических соединений на основе разделения ионов, выведенных из приосевой зоны, в линейной радиочастотной ловушке с газовым потоком вдоль оси этой ловушки по отношениям массы к заряду и на базе различий в устойчивости ионов к столкновительно-индуцированной диссоциации.

Метод масс-спектрометрического секвенирования пептидов и определения их аминокислотных последовательностей // 2498443

Метод масс-спектрометрического секвенирования пептидов и определения их аминокислотных последовательностей основан на фрагментировании в ионном источнике масс-спектрометра между соплом и скиммером молекулярных ионов пептидов под воздействием электрического поля управляемой величины и на последующем анализе масс-спектров фрагментов.

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления // 2496178

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств пространственно-временной фокусировки и масс-разделения заряженных частиц.

Изотраекторный масс-спектрометр // 2490749

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и нано-электроники методами вторично-ионной и лазерной масс-спектрометрии.

Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений в усредненном по вращениям ионов электрическом поле секционированной цилиндрической ячейки // 2474917

Изобретение относится к масс-спектрометрии. .

Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений в сверхзвуковом газовом потоке, предварительной регистрации и транспортировки этих ионов в последующий масс-анализатор // 2474916

Изобретение относится к разделению ионов в линейной радиочастотной ловушке с газовым потоком вдоль оси этой ловушки на базе различий этих ионов в энергиях появления, в массах, зарядах, подвижности, сечениях захвата медленных электронов и метастабильно возбужденных частиц, а также в эффективности образования путем перезарядки на ионах буферного газа при воздействии на эти ионы переменных и постоянных электрических полей, создаваемых внутри ловушки, в том числе и зарядами ионов с относительно малыми m/z, сфокусированных вокруг оси ловушки.

Спектрометры подвижности ионов // 2474915

Источник ионизации на основе барьерного разряда // 2472246

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к технике генерации заряженных ионов в воздушной среде или в других газах, и может быть использовано в качестве источника ионов в спектрометрах ионной подвижности, масс-спектрометрах и других аналитических приборах.

Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений по приращению ионной подвижности и транспортировки этих ионов внутрь сверхзвукового газового потока // 2468464

Изобретение относится к спектрометрии ионной подвижности в газах и масс-спектрометрии. .

Устройство для манипулирования заряженными частицами // 2465679

Изобретение относится к области оптики заряженных частиц и масс-спектрометрии, а именно к радиочастотным системам транспортировки и манипулирования заряженными частицами.

Способ аккумуляции энергии потока заряженных частиц // 2559288

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технологии получения заряженных частиц больших энергий, и предназначено для применения в области ядерной физики и технологии. Технический результат - повышение плотности энергии потока заряженных частиц. Способ осуществляется путем выполнения во времени последовательности процессов: генерации потока заряженных частиц, ускорения, фокусировки, замедления и дефокусировки, причем процессы в указанном порядке осуществляются периодически с частотой изменения величины магнитного поля, а вывод потока частиц на мишень происходит за счет изменения индукции магнитного поля на стационарной траектории в сторону увеличения или уменьшения. Все перечисленные процессы осуществляются под действием одного и того же переменного аксиально-симметричного магнитного поля бетатронного типа, параметры которого позволяют проводить процессы в согласованном режиме и определяются следующим образом: индукция магнитного поля в области стационарной траектории уменьшается пропорционально расстоянию ρ от оси симметрии по закону В ~ ρ-α, где α=0,5, индукция магнитного поля В0 на стационарной траектории, окружности радиуса ρ0, составляет половину среднего значения магнитного поля Bcp внутри этой окружности B0=0,5·Bcp; частота изменения В0, в зависимости от вида ускоряемых частиц - электронов или ионов, составляет ν=105-109; изменение B0 во времени подчинено условию периодичности B(t+2T)=B(t), B(t+T)=-B(t), где T=ν-1 - полупериод изменения величины индукции магнитного поля. 3 ил.

Когерентный супергетеродинный спектрометр электронного парамагнитного резонанса // 2579766

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при изготовлении спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Спектрометр содержит сигнальный 1 и гетеродинный 2 генераторы СВЧ, измерительный аттенюатор 3, смеситель опорного 4 и сигнального 5 каналов, циркулятор 6, измерительный резонатор 7 с элементом перестройки его резонансной частоты 8, УПЧ опорного 9 и сигнального 10 каналов, фазочастотные дискриминаторы 11 и 12, делители частоты 13 и 14, синхронные детекторы 15 и 16, опорный генератор 17, устройство синтеза частот 18, трехпозиционный переключатель 19, импульсный модулятор фазы 20, усилитель переменного тока 21 и импульсный демодулятор 22. Технический результат - повышение точности работы системы автоподстойки частоты сигнального генератора и резонансной частоты измерительного резонатора. 1 ил.

Способ управления длительностью прошедшего ионного пакета (импульса) через затвор бредбери-нильсена // 2585249

Изобретение относится к области спектрометрии ионной подвижности. Технический результат - увеличение разрешающей способности анализатора, например, по ионной подвижности в широком диапазоне времени открывающего затвор основного импульса. Особенностями способа являются эпюры напряжений, подаваемых на электропроводящие нити затвора, или их комбинация. Применяемые эпюры напряжений или их комбинация позволяют сузить ионный пакет (импульс) по времени на полувысоте за счет «поджатия» заднего фронта ионного пакета и увеличить его интенсивность, не влияя на состояние заряженных частиц. 9 ил.

Способ анализа примесей в жидкостях при их просачивании через трековую мембрану с формированием и транспортировкой анализируемых ионов через радиочастотную линейную ловушку в масс-анализатор при воздействии сверхзвукового газового потока с возможным содержанием в нём метастабильно возбуждённых атомов // 2601294

Изобретение относится к области химического анализа примесных соединений и ионов в растворах. Основой изобретения является экстракция ионов или их образование из раствора, просачивающегося в вакуумную часть газодинамического интерфейса через трековую мембрану под действием атмосферного давления и электрического поля в каналах мембраны. Испарение жидкости поддерживается электрическим нагревом при пропускании тока через проводящее напыление на поверхности мембраны. Выход и образование ионов стимулируется воздействием струй сверхзвукового газового потока при возможном содержании в нем метастабильно возбужденных атомов, образованных при прохождении потока через источник электронной ионизации или область газового разряда. Возможно предварительное накопление, разделение и столкновительно-индуцированная диссоциация выбранных ионов, поступающих в линейную радиочастотную ловушку газодинамического интерфейса вместе с другими струями сверхзвукового газового потока, создающими относительно небольшую дополнительную плотность газа вблизи оси этой ловушки. Ловушка сопряжена с масс-анализатором, например времяпролетным масс-спектрометром с ортогональным вводом ионов. Технический результат - возможность характеризации биомолекул в растворах по равновесным вероятностям удерживания различных носителей заряда их отдельными ионогенными группами. 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

Устройство стабильного электрораспыления при атмосферном давлении растворов веществ для источников ионов // 2608362

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач в органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике при исследовании лабильных веществ с использованием метода «электроспрей». Устройство стабильного электрораспыления при атмосферном давлении растворов веществ для источников ионов выполнено в виде металлического капилляра, по которому подается раствор. На торце этого капилляра образуется мениск жидкости, из которого происходит эмиссия заряженных частиц под воздействием электрического напряжения подаваемого на противоэлектрод. Снаружи металлического капилляра устанавливается коаксиальная насадка из химически стойкого, не-смачиваемого, непористого диэлектрика. Торец насадки со стороны мениска имеет форму усеченного конуса с диаметром сечения и внутренним каналом, равным двум диаметрам капилляра, на котором расположен мениск. Внутренний канал расположен по оси прямого усеченного конуса и имеет переменное сечение, длина внутреннего канала в его узкой части равна диаметру сечения конуса и составляет пять его диаметров. Внутренний канал в его широкой части имеет диаметр много больше диаметра в его узкой части. Вершина конуса имеет угол не более 90 градусов. Плоский противоэлектрод электрически присоединен к высоковольтному источнику питания, а металлический капилляр заземлен. Коаксиальный зазор между капилляром и насадкой подключен к воздушному откачивающему насосу для устранения излишков нераспыленного раствора вместе с лабораторным воздухом. Технический результат - увеличение времени режима стабильного электрораспыления при атмосферном давлении растворов веществ для источников ионов, уменьшение шумов в регистрируемых спектрах, отсутствие ложных пиков в спектрах из-за электрохимической эрозии, повышение электрической прочности узла электрораспыления на пробои. 4 ил.

Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением // 2613429

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ образования бескапельного непрерывного стабильного ионного потока при электрораспылении растворов анализируемых веществ в источниках ионов с атмосферным давлением характеризуется отсутствием образования капель в начале процесса электрораспыления, что существенно упрощает процесс получения непрерывного стабильного и монодисперсного потока заряженных частиц в широком диапазоне объемных скоростей потоков распыляемой жидкости и, соответственно, стабильным ионным током анализируемых веществ, поступающих в анализатор, а также долговременной работой источника ионов без разборки и чистки. Особенностями способа являются: наличие сплошной управляемой скользящей задвижки из проводящего материала, соединенной с противоэлектродом электрически, при этом противоэлектрод в исходном состоянии закрыт задвижкой. Кроме того, величина потока газа, прокачиваемого через коаксиальный канал перед началом процесса электрораспыления, устанавливается больше необходимого для получения стабильного бескапельного потока ионов. При горизонтальной ориентации оси входа в анализатор ионов мениск, с вершины которого происходит эмиссия заряженных частиц в режиме бескапельного непрерывного стабильного ионного потока, устанавливается под углом к горизонтальной плоскости на оси входа в анализатор ионов. Техническим результатом является возможность образования бескапельного непрерывного стабильного ионного потока при электрораспылении растворов анализируемых веществ в источниках ионов с атмосферным давлением при нормальных условиях в момент начала и окончания процесса распыления раствора с учетом деформации формы жидкого мениска под воздействием силы тяжести. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Масс-спектрометрическая идентификация соединений ряда v-газов // 2616595

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов путем определения их химических или физических свойств и может быть использовано для хромато-масс-спектрометрической идентификации контролируемых токсичных химикатов в сложных смесях в рамках мероприятий по выполнению Конвенции о запрещении производства, накопления и применения химического оружия, а также его уничтожении. Способ идентификации на основе метода масс-спектрометрии заключается в том, что на первом этапе из полного масс-спектра электронной ионизации происходит определение характеристической составляющей масс-спектра нейтральной молекулы НХ (характеристического субспектра) исследуемого соединения и его структуры с установлением полной структуры 2-диалкил-аминоэтиловой группы. Далее проводят анализ с регистрацией отрицательно заряженных ионов при энергии ионизации 4 эВ. К наибольшему по интенсивности пику в масс-спектре отрицательно заряженных ионов прибавляют массу выделенной 2-диалкил-аминоэтиловой группы и устанавливают молекулярную массу соединения. Далее из молекулярной массы вычитают массу максимального (по массовому числу) пика масс-спектра отрицательно заряженных ионов, устанавливая, таким образом, массу и строение О-алкильного радикала. В последнюю очередь устанавливается масса алкильного радикала путем вычитания из характерного иона, установленного по масс-спектру положительно заряженных ионов, массы О-алкильного радикала и фосфонотиолятной группы (PO2S). Технический результат – повышение достоверности идентификации соединений ряда О-алкил (Н или <С10, включая циклоалкилы) S-2-диалкил (Me, Et, n-Pr или i-Pr)-аминоэтил алкил (Me, Et, n-Pr или i-Pr) фосфонотиолятов в сложных смесях, расширение функциональных возможностей масс-спектрометрического метода. На базе полученных результатов возможно появление программного продукта для автоматической идентификации указанной группы соединений. 1 табл., 4 ил.

Стенд для калибровки устройства для масс-спектрометрического измерения газовых потоков // 2616927

Изобретение относится к вакуумной технике, масс-спектрометрической технике и может быть использовано в области исследования газовой проницаемости материалов и задач, сопряженных с точным измерением газовых потоков. Стенд для калибровки устройства масс-спектрометрического измерения газовых потоков содержит камеру напуска газа, соединенную с датчиком давления, не чувствительным к роду газа, камеру регистрации газового потока, соединенную с масс-спектрометром и комбинированным полнодиапазонным датчиком давления газа, системы вакуумной откачки камер, камеры напуска газа и регистрации газового потока соединены магистралью с вентилем, при этом на конце магистрали, введенном в камеру напуска газа, установлена газопроницаемая мембрана, кроме того, камеры напуска газа и регистрации газового потока соединены магистралью с двумя вентилями, между которыми установлена калиброванная течь с молекулярным режимом течения газового потока. Изобретение обеспечивает калибровку масс-спектрометрометрического устройства в широком диапазоне измеряемых газовых потоков. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ пробоподготовки биоорганических образцов // 2617364

Изобретение относится к методам пробоподготовки биоорганических, в том числе медицинских образцов для определения в них изотопного соотношения 14С/12С и 14С/13С с помощью ускорительного масс-спектрометра (УМС). Процесс проводят с использованием системы жидкофазного окисления, содержащей в качестве окислителя пероксид водорода и катализатор разложения пероксида водорода. Выделяющийся в результате окисления диоксид углерода в случае необходимости подвергают дополнительной процедуре очистки и осушки путем последовательных операций: адсорбции СО2 на сорбенте, десорбции СО2 с сорбента при нагревании, замораживанием диоксида углерода и вакуумированием с последующим размораживанием СО2 и направлением очищенного газа на анализ на ускорительном масс-спектрометре. В случае необходимости очищенный углекислый газ подвергают каталитической графитизации с последующим прессованием и получением углеродной таблетки. Обеспечивается получение газообразного или твердого образца для анализа на ускорительном масс-спектрометре. 3 з.п. ф-лы, 7 пр., 1 ил.

Времяпролетный масс-спектрометр с нелинейным источником ионов // 2623729

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, преимущественно для космических исследований и для применения в других областях при условиях жестких ограничений массы и габаритов. Времяпролетный масс-спектрометр снабжен ионным источником с нелинейным ускоряющим промежутком, выполненным в виде набора кольцевых электродов, приемником и источником ионов. Изобретение позволяет повысить разрешающую способность прибора за счет уменьшения временной дисперсии ионных пакетов в плоскости приемника. 1 ил.