Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления



Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления
Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2618212:

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

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и направлено на совершенствование методов и устройств масс-разделения по времени пролета в линейных высокочастотных полях. Технический результат - повышение разрешающей способности и решение проблемы конструктивного совмещения устройств ввода и вывода радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов ионов. Для достижения результата предлагается минимизировать начальные координаты ионов по оси X и вводить ионы в анализатор с начальными скоростями по оси Z, обратно пропорциональными массам ионов. Способ реализуется в электродной системе с планарными дискретными электродами и заземленным электродом, в котором вдоль оси Z, симметрично относительно его середины, прорезаны две узкие щели для ввода и вывода ионов. Начальные скорости выбирают так, чтобы за время возвратного дрейфа по оси Y ионы по оси Z проходили расстояние, равное расстоянию между центрами щелей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и направлено на совершенствование методов и устройств масс-разделения ионов по времени пролета в линейных высокочастотных (ВЧ) электрических полях. В известных прототипах с планарными электродами с дискретно-линейными распределениями по оси Y ВЧ потенциалов ввод и вывод ионов осуществляется через апертуры в заземленном электроде, расположенные симметрично относительно оси Z на одинаковом расстоянии хщ<xa/2 от нее [1, 2], и на ионы с начальными координатами x0, y0=0, z0 и начальными скоростями ν0x≈0, ν0y>0, ν0z воздействует полем с линейными распределениями по осям X и Y высокочастотного потенциала масс-анализатора с размерами 2xa, ya, 2za по осям X, Y, Z, под действием которого ионы за время tA, пропорциональное массе ионов m, совершают возвратный по оси Y дрейф до конечной координаты yk=0. При этом начальные x0 и конечные xк координаты ионов определяются расстоянием апертур от оси Z x0=-xк≈хщ. При ненулевых начальных координатах ионов в радиочастотных времяпролетных масс-анализаторах возникает ряд проблем:

- из-за малых расстояний между входной и выходной апертурами конструктивно сложно совместить устройства ввода и вывода ионов;

- увеличиваются размеры анализатора по оси X;

- снижается разрешающая способность радиочастотного времяпролетного масс-анализатора из-за влияния на время дрейфа ВЧ составляющих колебаний ионов.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в улучшении аналитических параметров и усовершенствовании конструкции времяпролетных масс-анализаторов ионов с линейными ВЧ электрическими полями. За прототипы приняты времяпролетные масс-анализаторы ионов с планарными дискретными электродами [1, 2]. Предлагаемый способ состоит в том, что в пространство дрейфа масс-анализатора ионы вводятся по оси X с малыми координатами x0≈0, по оси Z с координатами -la-lb≤z0≤-lb, где la - размер по оси Z входной и выходной апертур, 2lb - расстояние между ними, и начальными скоростями ν0z, обратно пропорциональными массам ионов m, причем за время дрейфа tA конечные координаты ионов по осям X и Z принимают значения хк=-x0≈0, zк=-z0, совпадающие с координатами выходной апертуры анализатора.

Способ основан на независимости периода секулярных колебаний заряженных частиц в двумерных линейных электрических полях от начальных координат x0, z0 и скоростей ν0x, ν0z по осям X и Y [3].

где , 2xa, ya - размеры по осям X и Y масс-анализатора с планарными дискретными электродами, ω и V - частота и амплитуда ВЧ питающих напряжений U1=-U2=Vcosωt, e и m - заряд и масса ионов. В [3] показано, что расфокусировка времени возвратного дрейфа tA=T/2 из-за ВЧ составляющих колебаний ионов пропорциональна их начальным координатам x0:

где q=4eV/r02ω2m - параметр Матье.

Из (3) следует, что для увеличения разрешающей способности R=tA/Δt необходимо минимизировать начальные координаты x0 ионов. Это достигается при совмещении входной апертуры с осью Z. В этом случае начальные координаты будут лежать в диапазоне -d/2<x0<d/2, где d<<xa - ширина входной апертуры анализатора. Так как при возвратном дрейфе координаты ионов по оси X изменяют только знак хк=-x0, в случае x0≈0 выходная апертура как и входная должна лежать на оси Z.

Для полного пропускания ионов через анализатор необходимо выполнить условие zк=-z0, где zк - конечная координата ионов по оси Z при возвратном дрейфе. Из этого следует, что координата z ионов за время tA изменится на величину 2la=tAν0z. С учетом (1) условие выполняется для ионов с начальными скоростями:

Длина la входной и выходной апертур при заданных размерах анализатора xa и za ограничивается краевыми искажениями поля на границах z=±za электродной системы:

Устройство для времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле состоит из 2-х планарных в плоскостях x=±xa, с размерами ya, 2za по осям Y и Z, с дискретно-линейными, противофазными по оси Y, распределениями высокочастотных потенциалов, электродов и планарного в плоскости y=0 заземленного электрода с размерами 2ха, 2za по осям X и Z. Предлагаемое устройство отличается тем, что входная и выходная апертуры (щели) шириной d<<xa, длиной la<za-2xa, с расстоянием между щелями 2lb прорезаны в заземленном электроде вдоль оси Z симметрично относительно начала координат. Входная щель используется для ввода ионов от источника в анализатор, выходная для вывода ионов из анализатора на детектор. Размеры электродов xa, za и щелей la, lb, d выбираются с учетом параметров источников и детекторов ионов при выполнении условия (4).

Предлагаемый способ и устройство позволяют улучшить конструкцию и уменьшить размеры электродной системы времяпролетных масс-анализаторов ионов с радиочастотными линейными электрическими полями, повысить их разрешающую способность и чувствительность.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления. Патент РФ №2327245. 2006.

2. Мамонтов Е.В., Гуров B.C., Дягилев А.А. Способ масс-разделения ионов по времени пролета и устройство для его осуществления. Патент РФ №2398308. 2009.

3. Мамонтов Е.В., Гуров B.C. Радиочастотные времяпролетные масс-анализаторы ионов. Москва, Горячая линия - Телеком 2012. 98 с.

4. Мамонтов Е.В. Способ образования двумерного линейного высокочастотного электрического поля и устройство для его осуществления. Патент РФ №2497226, 2012 г.

Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления

Фиг. 1. Схема радиочастотного времяпролетного масс-анализатора ионов с планарными дискретными электродами 1 - планарные дискретные электроды, 2 - планарный заземленный электрод, 3, 4 - входная и выходная апертуры, 5 - источник ионов, 6 - детектор, 7 - генератор высокой частоты, 8 - траектории ионов

1. Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном поле, заключающийся в воздействии на ионы с начальными координатами x0, y0=0, z0 и начальными скоростями ν0x≈0, ν0y>0, ν0z полем с линейными распределениями по осям X и Y высокочастотного потенциала масс-анализатора с размерами 2ха, уа, 2zа по осям X, Y, Z, под действием которого ионы за время tA, пропорциональное массе ионов m, совершают возвратный по оси Y дрейф до конечной координаты yk=0, отличающийся тем, что в пространство дрейфа масс-анализатора ионы вводятся по оси X с малыми координатами х0≈0, по оси Z с координатами -la-lb≤z0≤-lb, где la - размер по оси Z входной и выходной апертур, 2lb - расстояние между ними, и начальными скоростями ν0z, обратно пропорциональными массам ионов m, причем за время дрейфа tA конечные координаты ионов по осям X и Z принимают значения хк=-х0≈0, zк=-z0, совпадающие с координатами выходной апертуры анализатора.

2. Устройство для времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле, состоящее из планарных электродов, одного в плоскости у=0 с размерами 2ха, 2za по осям X и Z заземленного и двух в плоскостях х=±ха с размерами yа, 2za по осям Y, Z, с дискретно-линейными, противофазными по оси Y, распределениями высокочастотных потенциалов, отличающееся тем, что входную и выходную апертуры шириной d<<ха, длиной la<za-2ха, расстоянием между ними 2lb располагают в заземленном электроде на оси Z симметрично относительно начала координат, причем через входную апертуру ионы вводят в пространство дрейфа анализатора с линейным высокочастотным электрическим полем, а через выходную апертуру ионы выводятся на детектор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обнаружения веществ в образце, в частности к спектрометрам ионной подвижности. Устройство обнаружения, содержащее участок ионизации, ионный затвор, содержащий два электрода, ионный модификатор, содержащий два электрода, дрейфовую камеру и коллектор.

Изобретение относится к области газового анализа и предназначено для обнаружения малых концентраций целевых веществ в газовых средах со сложным составом примесей, концентрации которых превышают концентрации целевых веществ.

(57) Изобретение относится к области спектрометрии заряженных частиц и может быть использовано для измерения зарядового и массового состава ионов плазмы. Времяпролетный спектрометр содержит вакуумную камеру (1), в которой последовательно расположены труба дрейфа (2) и детектор ионов (7), на входном и выходном торцах трубы дрейфа (2) установлены электроды (3, 4), прозрачные для ионов и электрически связанные с ней, перед входным электродом (3) размещен заземленный электрод (5), труба дрейфа (2) электрически соединена с импульсным источником ускоряющего напряжения (8).

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований. Технический результат - повышение разрешения и чувствительности при анализе ионного нейтрального газа.

Изобретение относится к области газового анализа и предназначено для обнаружения микропримесей веществ в газовых средах, в частности атмосфере воздуха, имеет применение в газовой хроматографии в качестве чувствительного детектора.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в конструкторских разработках и в производстве приборов для быстрого масс-спектрометрического анализа твердотельных проб и сухих остатков растворов.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, в частности времяпролетной масс-спектрометрии. .

Изобретение относится к области газового анализа и может использоваться для определения микропримесей различных веществ в газах. .
Изобретение относится к области аналитического приборостроения для исследования и анализа веществ и преимущественно может быть использовано в целях испытаний, например, при проверке работоспособности приборов спектрометрии подвижности ионов, которые предназначены для обнаружения и идентификации паров следовых количеств органических веществ, прежде всего, наркотических, взрывчатых, психотропных, отравляющих или экологически опасных веществ.

Изобретение относится к устройству транспортировки заряженных частиц. .

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для обнаружения микропримесей веществ в газовых средах, в частности атмосфере воздуха. Устройство включает цилиндрический корпус, внешний и внутренний цилиндрические электроды, расположенные концентрически относительно цилиндрического корпуса и образующие аналитический канал спектрометра, диэлектрический цилиндр, изолирующий внешний цилиндрический электрод от корпуса, источник ионизации, расположенный на входе в аналитический канал, входную камеру, штуцера для ввода пробы исследуемой газовой фазы, штуцеры для ввода чистого газа носителя, обтекатель, установленный на входе в аналитический канал и изолированный от внутреннего цилиндрического электрода диэлектрической вставкой; выходной штуцер, апертурную сетку, электрод электрометра, кольцевой блокирующий электрод, фокусирующие электроды. Технический результат - снижение порога обнаружения целевого вещества. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх