Способ масс-анализа с преобразованием фурье

Изобретение относится к области масс-спектрометрии высокого разрешения. Технический результат - улучшение масс-габаритных и эксплуатационных характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье путем повышения давления в измерительных ячейках. Способ обеспечивает n-кратное сокращение длительности циклов масс-анализа с преобразованием Фурье и их периодическое с периодом T=Ta/n повторение в течение времени анализа Та. Сокращение в n раз длительности циклов позволяет в такое же число раз увеличивать давление в измерительных ячейках без изменения соотношения между сохранившимися и выбывшими при столкновениях ионами. Требуемое разрешение анализатора, определяемое временем Ta, обеспечивается n-кратным периодическим повторением циклов анализа. При вычислениях масс-спектров периодический режим масс-анализа учитывается введением в преобразования Фурье каждого цикла множителей, компенсирующих фазовые сдвиги гармоник и устраняющих периодическую амплитудную модуляцию наведенного тока. 1 ил.

 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии высокого разрешения и может быть использовано для улучшения масс-габаритных, эксплуатационных и коммерческих характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье. Высокое разрешение R>104 масс-спектрометров с преобразованием Фурье, магнитно-циклотронного резонанса и «Orbitrap» достигается при времени анализа от долей до десятков секунд [1, 2]. Время анализа ограничено процессами столкновения ионов с нейтральными молекулами остаточного газа в анализаторе. Из-за столкновений число анализируемых ионов во время масс-анализа убывает по экспоненциальному закону:

N ( t ) = N 0 e α t , ( 1 )

где N0 - начальное число анализируемых ионов, α - коэффициент затухания, пропорциональный давлению в измерительной ячейке (Фиг.1, а). Устойчивые колебания ионов в течение долей и единиц секунд поддерживаются при давлениях в измерительной ячейке 10-9-10-10 мм рт.ст. Для получения такого вакуума используются многоступенчатые средства откачки, что существенно усложняет вакуумные системы масс-спектрометрических приборов, увеличивает их стоимость и расходы на эксплуатацию [1, 2].

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении давления в измерительных ячейках масс-спектрометров с преобразованием Фурье с целью усовершенствования конструктивных, эксплуатационных и коммерческих характеристик приборов этого класса. Задача решается путем увеличения давления в измерительных ячейках до уровней 10-6-10-7 мм рт.ст., характерных для подавляющего большинства применяемых в настоящее время масс-спектрометрических приборов.

Масс-анализ ионов с преобразованием Фурье наведенных токов при повышенных давлениях становится возможным при разделении всего интервала измерения Ta на n циклов, длительностью T=Ta/n каждый (Фиг.1, б). При этом экспоненциальное снижение в соответствии с (1) числа ионов в процессе масс-анализа из-за большего в n раз давления компенсируется уменьшением в n раз по сравнению с общим временем анализа Ta длительности циклов T. Полная компенсация достигается при условии:

T a T = P T P a , ( 2 )

где Pa и PT - давления в измерительной ячейке при однократном и циклическом режимах масс-анализа.

Разрешающая способность R масс-спектрометров с преобразованием Фурье при заданных геометрических и электрических параметрах анализаторов пропорциональна времени анализа Ta [2]. При меньшей длительности циклов T=Ta/n требуемое разрешение достигается n-кратным на интервале Ta периодическим повторением циклов масс-анализа (Фиг.1, б). Так как циклы масс-анализа оказываются сдвинутыми во времени относительно друг друга, между гармоническими составляющими спектров наведенных токов соседних циклов возникают сдвиги фазы величиной Δφ=ωT. Для компенсации фазовых сдвигов в преобразование Фурье на каждом цикле вводится фазовый множитель exp(jωkT). Кроме того, из-за периодического экспоненциального спада наведенных токов ik(t) (Фиг.1, б) у каждой гармоники наведенного тока появятся модуляционные составляющие, искажающие масс-спектры анализируемых ионов. Такого рода искажения устраняются снятием модуляции наведенного тока путем введения в преобразование Фурье периодического множителя exp[α(t-kT)]. С учетом фазового и амплитудного множителей выражение для преобразования Фурье наведенного тока принимает вид:

S ( ω ) = k = 0 ( k + 1 ) T i k ( t ) e α T j ω ( t k T ) d t .

Таким образом, решается задача увеличения времени масс-анализа до величины, необходимой для получения требуемого разрешения, а уменьшение в n раз длительности циклов анализа позволяет повысить в n раз давление нейтрального газа в рабочих областях масс-анализаторов ионов с преобразованием Фурье.

Источники информации

1. Marshall A.G., Guan S. Advantages of High Magnetic Field for Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry // Rapid Communications Mass Spectrometry 10, 1996, pp.1819-1823.

2. A. Makarov. Electrostatic Axially Harmonic Orbital Trapping: a High-Performance Technique of Mass Analysis // Analytical Chemistry 72, 2000, pp.1156-1162.

Фиг.1 Изменение амплитуды наведенного тока из-за столкновений ионов с нейтральными молекулами в измерительной ячейке масс-анализатора с преобразованием Фурье в различных режимах: а) - при давлении Pa и однократном режиме масс-анализа, б) - при давлении PT=nPa и циклическом режиме масс-анализа.

Способ масс-анализа с преобразованием Фурье, заключающийся в установлении в анализаторе с рабочим давлением Pa~1/Ta на ограниченном интервале Ta режима периодических колебаний ионов с частотами, зависящими от их масс, и измерении на электродах анализатора наведенных токов с последующим их преобразованием Фурье в спектры масс, отличающийся тем, что с целью повышения в n раз рабочего давления в анализаторах процесс масс-анализа длительностью Ta разбивается на n циклов с длительностью T=Ta/n каждый, с установлением в анализаторе режимов периодических колебаний, измерением наведенных токов и их преобразованием Фурье в спектры масс на каждом цикле, причем при выполнении циклических преобразований Фурье наведенные токи каждого цикла умножаются на функцию exp[α(t-kT)+jωT], где k=0, 1, 2…n-1 - номер цикла анализа, α - коэффициент затухания наведенного тока, ω - текущая частота спектра, j = 1 , и результаты преобразований Фурье наведенных токов всех циклов суммируются.



 

Похожие патенты:

Заявленное изобретение относится к трубке для измерения подвижности ионов. Заявленное устройство содержит камеру источника ионизации с центральным отверстием, впускной элемент для ионов, блок зоны дрейфа ионов с центральной камерой трубки, экранирующую сетку и диск Фарадея, причем камеру источника ионизации, впускной элемент для ионов, блок зоны дрейфа ионов, экранирующую сетку и диск Фарадея последовательно составляют вместе в направлении спереди назад.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения изотопного состава вещества, предназначенным для анализа изотопного состава примесей в матрицах сложного состава, в частности для изотопного анализа метана в полевых условиях в воздухе, воде, грунте, снеге и бурильном растворе.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к статическим приборам и устройствам для анализа масс-спектрального состава веществ. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контрольно-измерительной технике, а именно к многоколлекторным масс-спектрометрам, и может быть использовано в различных отраслях химической промышленности для определения изотопного состава веществ, в частности, на предприятиях ядерно-топливного цикла - для определения изотопного состава гексафторида урана (ГФУ).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к аналитическому оборудованию, а именно к разработке изотопных многоколлекторных масс-спектрометров, используемых для определения изотопного состава различных газообразных веществ.

Изобретение относится к физическим методам анализа состава и структуры вещества, а именно к применению метода вторично-ионной масс-спектрометрии для анализа структурно-энергетического состояния поверхностного слоя вещества, и может быть использовано в структурообразовании и повышении износостойкости новых материалов при изготовлении деталей ответственного назначения.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а конкретно к спектрометрам дрейфовой подвижности для обнаружения паров органических веществ в составе воздуха.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а более конкретно к дрейф-спектрометрам для обнаружения паров органических веществ в составе воздуха.

Изобретение относится к поверхностно-ионизационным источникам ионов органических соединений, применяемым, например, в дрейф-спектрометрах или иных аналитических устройствах.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для анализа масс-спектрального состава веществ с источниками ионов с напуском пробы с атмосферы. Технический результат - повышение точности определения площади хроматографического пика. В масс-спектрометре камера ионизации разделена на две части металлической газопроницаемой перегородкой, в каждой части камеры ионизации имеется свой катод, подающий в нее пучок электронов, ионно-оптическая система вытягивает ионы из первой части камеры, энергия электронов E, подаваемых с катода во вторую часть камеры, выбирается, исходя из соотношения E<I, где I - потенциал ионизации молекул или атомов газа-носителя. Ионы, образующиеся во второй части камеры, поступают на коллектор, расположенный так, чтобы на него не попадали ионизирующие или вторичные электроны, и регистрируются на нем. 1 ил.

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к статическим магнитным масс- спектрометрическим анализаторам со 180-градусным поворотом и двойной магнитной фокусировкой, и может быть использовано в газовых течеискателях, в том числе гелиевых, предназначенных для испытания на герметичность различных систем и объектов, допускающих откачку внутренней полости до глубокого вакуума или заполнение ее гелийсодержащей смесью или другим пробным газом под избыточным давлением. Технический результат - повышение надежности и увеличение срока службы масс-спектрометрического анализатора; снижение вакуумных требований. Масс-спектрометрический анализатор газового течеискателя содержит вакуумную камеру с присоединительными фланцами, внутри которой размещены: источник ионов пробного газового вещества, состоящий из источника электронов и камеры ионизации; магнитная система, обеспечивающая разделение ионов по массам; приемник ионов. При этом в качестве источника электронов использован плазменный катод на основе плазмы тлеющего разряда, представляющий собой помещенную в аксиальное магнитное поле ячейку Пеннинга с эмиттером электронов, выполненным в виде щели для формирования ленточного электронного пучка в антикатоде ячейки, со стороны камеры ионизации. Предпочтительно, чтобы в центральной части анода ячейки Пеннинга были выполнены отверстия для «подкачки» остаточного газа из вакуумной камеры. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области времяпролетной масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении задач органической и биоорганической химии, токсикологии, криминалистики, иммунологии и медицины при ионизации молекул исследуемых веществ методами электронный удар, «электроспрей». Устройство ортогонального ввода ионов во времяпролетный масс-спектрометр (ВПМС) включает канал транспортировки поступающего из источника непрерывного пучка ионов, сформированный двумя электродами, ориентированными параллельно направлению движения непрерывного ионного пучка и предназначенными для создания импульсного электрического поля, выталкивающего ионы в направлении, перпендикулярном непрерывному пучку, и электроды для электростатического ускорения ионов, расположенные вне указанного канала. В промежуток между электродами, формирующими канал транспортировки заряженных частиц, введены дополнительные электроды, ориентированные параллельно направлению движения непрерывного ионного пучка, а приложенные к этим электродам статические электрические потенциалы обеспечивают сжатие непрерывного ионного пучка в направлении импульсного выталкивания ионов из канала. Технический результат - увеличение чувствительности ВПМС. 3 ил.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источникам ионов с ионизацией при атмосферном давлении (фотоионизация, химическая ионизация при атмосферном давлении в коронном разряде и другие), и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, токсикологии и экологии, проведении анализов в криминалистике и следового анализа наркотиков и их метаболитов. Способ основан на формировании газовой, транспортирующей ионы, струи, коаксиально обдувающей область образования ионов закрученной вихревой струей с образованием объемного закрученного потока с осевым течением, и дополнительного газового потока, формирующего вихревую пробоотборную струю в виде составного вихря, фокусирующего ионы на оси пробоотборного потока в центре вихревого ядра. Особенностью способа являются равенство линейных скоростей ламинарных потоков: газа-носителя из хроматографической колонки и внешнего коаксиального потока газа; при этом суммарный объемный поток, транспортирующий ионы, должен немного превышать поток газа с транспортируемыми ионами, поступающего в интерфейс масс-спектрометра. Техническим результатом является обеспечение транспортировки ионных потоков без дискриминации ионов по массам, уменьшения плотности ионов в транспортируемом потоке, потери хроматографического разделения при нормальных условиях, не прибегая к нагреву внешнего газа носителя, что существенно упрощает реализацию метода в широком диапазоне объемных скоростей потоков газа-носителя, при этом ионный ток анализируемых веществ хроматографической фракции поступает в анализатор без примесей из лабораторного воздуха. 1 ил.

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистики, протеомики, метаболомики, медицины, экологии и охраны окружающей среды. Устройство непрерывного стабильного электрораспыления растворов в источнике ионов при атмосферном давлении выполнено в виде коаксиально расположенных капилляров, ориентированных вертикально. По внутреннему металлическому капилляру подается анализируемый раствор, к этому же капилляру прикладывается напряжение от высоковольтного источника питания. С торца этого капилляра происходит электрораспыление вертикально вверх. Для непрерывного стабильного электрораспыления вводимых проб (анализируемых растворов в узел электораспыления) и стабильного процесса распыления в канал подачи растворов устанавливается инжектор, например кран-переключатель с петлевым вводом пробы, позволяющий проводить ввод пробы без разрыва потока жидкости, а следовательно, и без переходных неустойчивых процессов выхода на стабильный режим распыления. В канал откачки парогазовой смеси из зазора между коаксиальными капиллярами устанавливается осушитель. Излишки нераспыленного раствора отделяются от парогазовой смеси и осушенный лабораторный воздух откачивается воздушным насосом. Технический результат - увеличение времени непрерывного стабильного распыления раствора, а следовательно. устойчивой работы прибора и стабильности регистрируемых спектров, уменьшение частоты обслуживания устройства распыления и источника ионов для их чистки. 4 ил.

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике, метаболомике при электрораспылении растворов исследуемых лабильных веществ. Устройство образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением выполнено в виде коаксиально расположенных капилляров. Внутренний металлический капилляр находится под потенциалом земли, по нему подается жидкостным насосом анализируемый раствор. На торце этого капилляра образуется мениск, с поверхности которого происходит образование ионного потока при электрораспылении. Коаксиальный зазор между капиллярами подключен к воздушному регулируемому откачивающему насосу. Напротив мениска расположен плоский противоэлектрод с отверстием в центре закрытый скользящей заслонкой, которые электрически соединены между собой и подключены к высоковольтному регулируемому источнику питания. Скользящая заслонка перекрывает попадание капель в анализатор ионного потока в начале процесса электрораспыления и при его завершении, когда процесс не стационарен. В варианте горизонтальной ориентации оси отверстия в противоэлектроде капилляр, в торце которого расположен мениск распыляемого раствора, устанавливается под углом к оси в горизонтальной плоскости для компенсации деформации симметрии конической формы мениска под воздействием силы тяжести. Технический результат - получение бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением при нормальных условиях, а следовательно, непрерывного стабильного распыления, устойчивой работы анализатора и стабильности регистрируемых спектров, уменьшение частоты обслуживания устройства транспортировки ионного потока в анализатор для его чистки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ позволяет получать непрерывный стабильный поток заряженных частиц электрораспылением для больших объемных скоростей растворов анализируемых веществ, без образования крупных капель в начале электрораспыления новой пробы, что существенно упрощает процесс получения непрерывного стабильного и монодисперсного потока заряженных частиц в широком диапазоне объемных скоростей потоков распыляемой жидкости и соответственно стабильный ионный ток анализируемых веществ, поступающих в анализатор, а также долговременную работу источника без разборки и чистки. Особенностями способа являются введение жидкой пробы в область распыления без прерывания потока элюента и осушение откачиваемой парогазовой смести излишков нераспыленного элюента и газа. Режим непрерывной стабильной эмиссии заряженных частиц (ионный ток) существует сколь угодно долго только при условии, что каждая подаваемая в область распыления проба не приводит к разрыву потока жидкости. Так же на непрерывный стабильный режим эмиссии заряженных частиц влияет долговременная стабильная откачка парогазовой смеси из области распыления, что довольно легко достигается осушением парогазовой смеси от элюента. При этом регулируемые параметры распыления - величина электрического напряжения, подаваемого на противоэлектрод, и поток отбираемого газа из коаксиального канала между капиллярами после настройки на стабильный режим не изменятся во все время работы источника ионов при неразрывной подаче жидкой пробы в область электрораспыления. Техническим результатом является возможность получения непрерывного долговременного стабильного тока заряженных частиц электрораспылением в широком диапазоне объемных скоростей растворов анализируемых веществ при нормальных условиях при последовательном вводе пробы в область распыления и соответственно стабильного ионного тока анализируемых веществ, поступающих в анализатор.

Изобретение относится к способам и устройствам для анализа образцов с использованием масс-спектрометрии индуктивно связанной плазмы, полученной лазерной абляцией (LA-ICP-MS). Способ масс-цитометрического анализа на основе лазерной абляции с использованием лазерно-абляционного масс-цитометра содержит этапы, при которых: направляют импульсы лазерного пучка на множество участков образца; захватывают каждую абляционную струю по отдельности; переносят каждую из захваченных по отдельности абляционных струй в индуктивно связанную плазму (ICP); ионизируют каждую из по отдельности захваченных и перенесенных абляционных струй в ICP, генерируя ионы для масс-цитометрического анализа. Причем лазерно-абляционный масс-цитометр содержит инжектор, выполненный с возможностью переноса абляционных струй в ICP; инжектор имеет впускной канал инжектора, расположенный в лазерно-абляционном источнике, впускной канал инжектора выполнен с возможностью захвата абляционных струй. Способ дополнительно содержит этапы, при которых: вводят поток газа захвата для введения абляционных струй в конус образца инжектора; и вводят поток газа переноса отдельно от потока газа захвата в инжектор для переноса абляционных струй из конуса образца в IPC. Технический результат - повышение точности клеточного анализа. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии высокого разрешения. Технический результат - улучшение масс-габаритных и эксплуатационных характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье путем повышения давления в измерительных ячейках. Способ обеспечивает n-кратное сокращение длительности циклов масс-анализа с преобразованием Фурье и их периодическое с периодом TTan повторение в течение времени анализа Та. Сокращение в n раз длительности циклов позволяет в такое же число раз увеличивать давление в измерительных ячейках без изменения соотношения между сохранившимися и выбывшими при столкновениях ионами. Требуемое разрешение анализатора, определяемое временем Ta, обеспечивается n-кратным периодическим повторением циклов анализа. При вычислениях масс-спектров периодический режим масс-анализа учитывается введением в преобразования Фурье каждого цикла множителей, компенсирующих фазовые сдвиги гармоник и устраняющих периодическую амплитудную модуляцию наведенного тока. 1 ил.

Наверх