Способ коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2633513:

ИНФИКОН ГМБХ (DE)

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика включает задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения (M1) регулировки, регистрацию соответствующей амплитуды (А1) сигнала, задание второго, соответствующего молекулярной массе значения (М2) регулировки, отличающегося от первого значения (M1) регулировки, измерение соответствующей второй амплитуды (А2) сигнала, задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения (М3) регулировки, отличающегося от первого (M1) и второго (М2) значений регулировки, измерение соответствующей третьей амплитуды (A3) сигнала, определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений у и заданные значения регулировки в качестве значений х, определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения х максимума. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к масс-спектрометрическому анализу газов, в частности к способу коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика.

Масс-спектрометры служат для анализа газов и используются, прежде всего, в течеискателе. При этом исследуемое вещество в газовой фазе ионизируют электронами и подают в анализатор. В масс-спектрометрах с секторным полем напряжение анодов определяет значение регулировки для положения массы.

Между катодом и анодом создают электрическое поле, которое ускоряет выходящие из катода электроны, которые ионизируют имеющиеся молекулы газа. Заряженные ионы ускоряются за счет потенциала анода и попадают, когда они прошли разделительную систему, к улавливателю. В разделительной системе находится магнитное поле, которое отклоняет ионы. Слишком тяжелые ионы магнитное поле отклоняет слишком незначительно, в то время как слишком легкие ионы отклоняются слишком сильно. Только ионы, которые

находятся в правильном масс-спектре, проходят через разделительную систему. Потенциал анода определяет массу, которая проходит через разделительную систему. В спектре массы возникает амплитуда сигнала, которая зависит от точного потенциала анода, такого рода, что амплитуда сигнала при слишком малом или слишком большом потенциале анода становится меньше, чем максимум. В других масс-спектрометрах, например, квадрупольных масс-спектрометрах отношения сравнимы, в результате чего может применяться тот же способ.

Коррекция требуется, чтобы соответственно получить максимально возможную амплитуду сигнала соответствующей массы. Чтобы настроить масс-спектрометр на максимум массы, обычно проводят сканирования массы с соответственно ок. 20-100 точек измерения. В определенной степени также измеряют прохождение амплитуд сигнала до соответствующих значений регулировки с частыми интервалами. После измерения определяют максимальное значение амплитуды измерения и вокруг него с частыми интервалами проводят повторное измерение с соответственно прим. 20-100 точек измерения. Таким образом, в нескольких последовательных измерениях определяют максимум прохождения амплитуды, пока разрешение измерения не будет иметь достаточную точность. Сканирование достаточного разрешения также возможно, но занимает много времени. Значение регулировки максимального значения амплитуды последнего измерения затем используется в качестве значения регулировки для идентификации молекулярной массы. На основании множества регистрируемых точек измерения и множества последовательно выполняемых измерений обычные способы определения максимума массы занимают слишком много времени.

В основу изобретения положена задача разработки более быстрого способа коррекции по молекулярной массы для масс-спектрометрии.

Эта задача решена в способе коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика, включающем: задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения регулировки; регистрацию соответствующей амплитуды сигнала; задание второго, соответствующего молекулярной массе значения регулировки, отличающегося

от первого значения регулировки; измерение соответствующей второй амплитуды сигнала; задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения регулировки, отличающегося от первого и второго значений регулировки; измерение соответствующей третьей амплитуды сигнала; определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений y и заданные значения регулировки в качестве значений x; и определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения x максимума.

Как указано выше, при осуществлении предлагаемого в изобретении способа регистрируют соответствующие значения сигналов по меньшей мере для трех различных значений регулировки или же напряжений анода. Если первое или последнее значение амплитуды является максимальным, то измерение для других значений регулировки повторяют до тех пор, пока измеренная амплитуда сигнала между первой и последней измеренной амплитудой сигнала не будет максимальной. Перед регистрацией каждой точки измерения, предпочтительным образом, выжидают, пока сигнал амплитуды не установится. Измеренные значения амплитуды и соответствующие значения регулировки сохраняют как точки измерения. Затем определяют квадратичную функцию, которая содержит точки измерения. Определяют максимум квадратичной функции и используют определения максимума значений регулировки желаемой молекулярной массы.

Измерение согласно изобретению проводится по меньшей мере с тремя различными значениями регулировки и с максимум десятью значениями регулировки. Предпочтительным образом, при измерении регистрируют только три точки измерения. То есть в отличие от обычных способов регистрируют явно меньше точек измерения, в результате чего измерения выполняются явно быстрее. К тому же за счет определения максимума квадратичной функции, содержащей точки измерения, отпадает необходимость в последовательных измерениях, что также приводит к более быстрому определению молекулярной массы. Изобретение основывается на идее, чтобы делать вывод о фактическом прохождении только на основании небольшого количества значений измерения, не измеряя прохождение полностью.

Квадратичная функция обычно является параболой типа у=ах²+bx+с. При этом значения х являются осью массы, то есть заданными значениями регулировки, и значения y - измеренными значениями амплитуды для каждого значения регулировки. Постоянные а и b после установки системы уравнения могут быть определены для точек измерения. Затем значение х максимума функции определяют путем образования первой производной квадратичной функции. Значение х, соответствующее максимуму, является значением регулировки искомой молекулярной массы.

Если первое или последнее зарегистрированное значение амплитуды является максимальным, то это является указанием того, что искомый максимум не расположен между двумя этими значениями измерения. Поскольку функция амплитуды не точно соответствует параболе, рекомендуется повторить измерение для нового спектра значений регулировки, причем первое значение регулировки соответствует последнему значению регулировки соответственно предшествующего измерения. Таким образом, измерения повторяют до тех пор, пока не установится максимальное значение измерения амплитуды между соответственно первым и соответственно последним значением регулировки одного измерения. При правильном выборе значений регулировки обычно уже при первом измерении среднее значение больше соседних значений. Для значений измерения последнего измерения затем определяют максимум согласно описанному выше способу.

Точность предлагаемого способа может быть повышена за счет того, что как только имеется максимальное значение амплитуды между первым и последним значением регулировки, вокруг этого значения регулировки регистрируют другие значения амплитуды для более тесно расположенных друг рядом с другом значений регулировки. То есть, говоря иначе, это означает, что расстояния значений регулировки повторного измерения до значения регулировки максимального значения амплитуды меньше, чем при соответственно предыдущем измерении.

Далее на основании фигуры подробнее разъясняется пример осуществления изобретения. На фигуре показано графическое представление предлагаемых значений изобретения.

Сначала измеряют устанавливающиеся значения A1, А2 и A3 амплитуды для трех различных значений M1, М2 и М3 регулировки. Измеренные значения A1, А2, A3 амплитуды сохраняют вместе с соответствующими значениями M1, М2, М3 регулировки как координатные пары (M1, A1), (М2, А2) и (М3, A3). Координатные пары нанесены на фигуру как точки в системе координат. В это координатной системе ось х соответствует значениям регулировки, т.е. оси М массы, а ось у - соответствующей оси А амплитуды.

На фигуре показано, что значение А2 амплитуды среднего значения М2 регулировки больше, чем значения А1 и A3 амплитуды первого значения M1 регулировки и последнего значения М3 регулировки. Это означает, что максимум искомого прохождения находится между первым значением M1 регулировки и третьим значением М3 регулировки. Если это было бы не так, то пришлось бы повторить измерение, причем первое значение M1 регулировки следующего измерения соответствовало бы значению М3 регулировки соответственно предыдущего измерения, чтобы не пропустить ни один спектр.

После регистрации трех точек (M1, A1), (М2, A3), (М3, A3) измерения ищут параболу, которая содержит эти точки измерения. В качестве параболы при этом устанавливают квадратичную функцию у=ах²+bx+с математическими постоянными а, b, с. Значения х соответствуют значениям регулировки, которые в масс-спектрометрах с секторным полем соответствует напряжению анода, а значения y - соответствующим значениям амплитуды. Затем создается система уравнений с использованием точек измерения и решается согласно постоянным а и b. При этом для b следует:

b=(((A1-A3)/(M1²-М3²))-((A1-А2)/(M1²-M2²)))/(((M1-М3)/(M1²-М3²))-((M1-M2)/(M1²-M2²))),

а также для постоянной а

а=(A1-А2-b(M1-М2))/(M1²-М2²).

Затем определения положения максимума устанавливают первую производную y'=2ах+b квадратичной функции у и решают после подстановки рассчитанных постоянных a, b по x, x в этом случае дает значение Mmax регулировки, при котором прохождение функции является максимальным. Значение регулировки максимума является Mmax=-b/2а. На основании этого значения регулировки амплитуда искомой молекулы становится максимальной.

1. Способ коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика, включающий:

- задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения (M1) регулировки,

- регистрацию соответствующей амплитуды (А1) сигнала,

- задание второго, соответствующего молекулярной массе значения (М2) регулировки, отличающегося от первого значения (M1) регулировки,

- измерение соответствующей второй амплитуды (А2) сигнала,

- задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения (М3) регулировки, отличающегося от первого (M1) и второго (М2) значений регулировки,

- измерение соответствующей третьей амплитуды (A3) сигнала,

- определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений у и заданные значения регулировки в качестве значений х,

- определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения х максимума.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что квадратичная функция

является параболой типа y=ах²+bx+с, значения х которой соответствуют заданным значениям регулировки, а значения у - измеренным значениям амплитуды, и причем a, b и с являются математическими постоянными.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что значения амплитуды измеряют по меньшей мере для трех различных значений регулировки и максимум десяти значений регулировки.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после измерения трех значений (A1, А2, A3) амплитуды и до определения параболы проверяют, больше ли второе значение (А2) амплитуды, чем первое (А1) значение амплитуды и третье (A3) значение амплитуды, причем измерения при необходимости повторяют так часто, пока второе значение (А2) амплитуды не будет больше первого (А1) и третьего (A3) значения амплитуды одного измерения.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что первое значение (M1) регулировки повторенного измерения соответствует третьему значению (М3) регулировки соответственно предшествующего измерения.

6. Способ по пп. 1, 2 или 5, отличающийся тем, что измерение первого (А1) и третьего значения (A3) регулировки повторяют со значениями (M1, М3) регулировки, расстояние которых до второго значения (М2) регулировки меньше, чем при соответственно предыдущем измерении.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при повторении измерения используют максимум, найденный при первом измерении, в качестве второго значения (М2) регулировки.

8. Способ по пп. 1, 2 или 5, отличающийся тем, что перед каждым измерением значения амплитуды после задания соответствующего значения регулировки сначала выжидают, пока сигнал амплитуды не установится.

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).

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.

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 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.

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».

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.

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.

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.

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.

Способ анализа примесей в жидкостях или газах при их микроканальном истечении в вакуум под воздействием сверхзвукового газового потока, содержащего ионы и метастабильно возбуждённые атомы, с формированием и транспортировкой анализируемых ионов в радиочастотной линейной ловушке, сопряжённой с масс-анализатором // 2640393

Изобретение относится к способу структурно-химического анализа примесных соединений в растворах или газах. В способе предусмотрена экстракция ионов или их образование из раствора или газа, поступающего внутрь радиочастотной линейной ловушки газодинамического интерфейса через капилляр микронного размера. Испарение жидкости поддерживается притоком тепла от сверхзвуковой газовой струи, выходящей из подогреваемого канала. Струя направлена на выходной конец капилляра, который окружен цилиндрической оболочкой с входным отверстием для ввода струи, стимулирующей выход или образование анализируемых ионов. Возможно предварительное разделение анализируемых ионов из раствора по их изоэлектрическим точкам перед входом в капилляр и по подвижностям при движении внутри капилляра под действием электрического поля. Также ионы из газовой смеси и из раствора могут быть выделены благодаря различиям в адсорбируемости соответствующих соединений на стенках камеры и при различиях в скоростях выхода этих соединений из капилляра. Ловушка сопряжена с масс-анализатором, например времяпролетным масс-спектрометром с ортогональным вводом ионов. Техническим результатом является возможность характеризации биомолекул в растворах по равновесным вероятностям удерживания различных носителей заряда их отдельными функциональными группами. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Спектрометр с емкостным трансимпедансным усилителем со смещением // 2641614

Изобретение относится к детекторному устройству, а именно к детекторам для спектрометров, которые могут быть использованы для обнаружения таких веществ как взрывчатка, наркотики, отравляющих веществ кожно-нарывного и нервнопаралитического действия и т.п. Согласно изобретению спектрометры включают интегральные емкостные детекторы, при этом интегральный емкостной детектор интегрирует ионный ток из коллектора с получением изменяющегося напряжения. Детектор имеет в своем составе коллектор, сконфигурированный для приема ионов в спектрометре, диэлектрик и пластину, перекрывающую коллектор, с противоположной стороны от диэлектрика. Детектор также имеет в своем составе усилитель. Предложен емкостной детектор со смещением. Изобретение обеспечивает возможность расширения динамического диапазона и снижение уровня шумов. 3 н. и 35 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ формирования массовой линии ионов во времяпролетном масс-спектрометре // 2644578

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, преимущественно для космических исследований и для применения в других областях при условиях жестких ограничений массы и габаритов. Способ основан на выталкивании ионов из ускоряющего промежутка нелинейным полем и отклонении ионов в бесполевом пространстве двумя парами отклоняющих пластин, формирующих динамическое электрическое поле. Технический результат - повышение разрешающей способности и чувствительности времяпролетных масс-спектрометров, работающих в режиме сепарации массовых линий. 2 ил.