Способ масс-анализа с преобразованием фурье



Способ масс-анализа с преобразованием фурье

 


Владельцы патента RU 2542723:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

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.
Наверх