Источник ионов масс-спектрометра, масс-спектрометр и способ ионизации с его использованием
Владельцы патента RU 2783921:
Общество с ограниченной ответственностью "Ионоскоп" (RU)
Изобретение относится к области газового анализа и анализа летучих органических веществ, предназначено для генерации ионов с мягкой ионизацией и может быть использовано в качестве источника ионов в газовых хроматографах (ГХ) с масс-спектрометрическим детектором и других аналитических приборах. Технический результат - обеспечение контролируемой фрагментации молекул, в том числе исключение нежелательной фрагментации молекул в процессе ионизации, увеличение чувствительности анализа молекул с последующей возможностью более легкой расшифровки масс-спектральной информации, обеспечение более высокого отношения сигнал/шум. Источник ионов масс-спектрометра содержит вакуумную камеру масс-спектрометра, канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, установленные в вакуумной камере средство формирования молекулярного потока из поступающего по каналу анализируемого материала и средство ионизации сформированного молекулярного потока. Средство формирования молекулярного потока выполнено в виде капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации. Также описаны масс-спектрометр с указанным источником ионов и способ ионизации с использованием масс-спектрометра. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области газового анализа и анализа летучих органических веществ, предназначено для генерации ионов с мягкой ионизацией и может быть использовано в качестве источника ионов в газовых хроматографах (ГХ) с масс-спектрометрическим детектором и других аналитических приборах.
Уровень техники
Газовый хроматограф с масс-спектрометрическим детектором (ГХ-МС) является одним из самых распространенных аналитических средств. Основным способом ионизации, который применяется в ГХ-МС - это электронный удар (ЭУ). Масс-спектрометр обычно состоит из вакуумной камеры, в которой расположены источник ионов, масс анализатор и детектор ионов. Газообразная проба ионизируется в источнике ионов, образовавшиеся ионы поступают в масс-анализатор, где разделяется по отношению их массы к заряду и затем регистрируются детектором.
Известен способ ионизации методом электронного удара, который является самым распространенным методом ионизации атомов и молекул в аналитических. Основным недостатком известного способа является невозможность преодолеть фрагментацию молекул в процессе ионизации. Нежелательная фрагментация сильно затрудняет интерпретацию полученных масс-спектров или делает невозможным анализ больших молекул, у которых порог диссоциации меньше порога ионизации. В результате ионизации электронным ударом таких молекул, молекулярный, неразрушенный ион практически отсутствует. Проблема усугубляется при анализе сложных проб, таких как нефти, природный газ, биологические жидкости. В этом случае в легкой части масс-спектра происходит интенсивное наложение осколков от тяжелых молекул на пики легких молекулярных ионов. Это приводит к затруднению расшифровки масс-спектральной информации и снижению чувствительности метода.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является масс-спектрометр с источником ионов, описанный в документе US5055677A, 08.10.1991. Масс-спектрометр согласно документу US5055677A содержит средство для отбора пробы при близком к атмосферному давлению, расположенный за ним формирователь сверхзвукового потока, направляющий сверхзвуковую струю в вакуумную камеру масс-спектрометра; средство для ионизации указанного материала в сверхзвуковом молекулярном пучке; средство для разделения ионов по их массе и средство для обнаружения указанных разделенных по массе ионов. В качестве предпочтительного средства для ионизации в документе указывается электронный удар. В этом изобретении проблема фрагментация молекул решается за счет формирования плотного молекулярного потока. В сформированный плотном молекулярном потоке колебательные степени свободы молекулы замораживаются, что снижает вероятность фрагментации в процессе электронного удара. Этот подход был назван авторами как EI-SMB-MS или ColdEI. Молекулярный поток в прототипе формируется следующим образом. На выходе из средства для отбора пробы или иначе говоря, из ГХ колонки, устанавливается сопло для формирования сверхзвукового потока. Для его формирования, дополнительно перед соплом подкачивается поток гелия в 50-100 раз превышающий поток пробы с газом носителем из ГХ колонки. Далее сверхзвуковая струя проходит скиммер, который вырезает из нее узкий молекулярный пучок. Недостатком этого подхода, является необходимость использования дополнительного потока газа для формирования сверхзвуковой струи нужной плотности. Соответственно, для поддержания рабочего давления в камере масс-спектрометра, необходимо применять дополнительную промежуточную вакуумную камеру и дополнительные мощные дорогостоящие вакуумные насосы на пути потока для организации дифференциальной откачки. Это увеличивает габариты и усложняет конструкцию ИИ, приводит к существенному удорожанию устройства.
Раскрытие изобретения
Техническая задача заключается в создании устройств и способа ионизации молекул без использования дополнительных дорогостоящих элементов (насосов, вакуумных камер и т.п.), что существенно снизит габариты и упростит конструкцию как масс-спектрометра в целом так и источника ионов в отдельности, позволит исключить нежелательную фрагментацию молекул в процессе ионизации, сделает возможным анализ больших молекул и в целом облегчит расшифровку масс-спектральной информации, а также даст возможность монтировать предлагаемый источник ионов без изменения конструкции масс-спектрометра, в который он устанавливается, что существенно упростит использование источника ионов конечным пользователем, в том числе в виде опции, позволит достичь мягкой ионизации и более высокого отношения сигнал/шум.
Технический результат заключается в упрощении конструкции, уменьшении массы и габаритов масс-спектрометра и источника ионов, обеспечении контролируемой фрагментации молекул, в том числе исключении нежелательной фрагментации молекул в процессе ионизации, увеличении чувствительности анализа молекул с последующей возможностью более легкой расшифровки масс-спектральной информации, упрощении установки и использования источника ионов без изменения конструкции масс-спектрометра, обеспечении более высокого отношения сигнал/шум.
Технический результат достигается за счет того, что источник ионов масс-спектрометра содержит вакуумную камеру масс-спектрометра, канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, установленные в вакуумной камере средство формирования молекулярного потока из поступающего по каналу анализируемого материала и средство ионизации сформированного молекулярного потока, причем средство формирования молекулярного потока выполнено в виде капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации.
Кроме того, канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, является капилляром газового хроматографа.
Кроме того, средство ионизации является ионизатором с электронным ударом или ионизатором с фотоионизацией.
Масс-спектрометр содержит вакуумную камеру, канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру, установленные в вакуумной камере средство формирования молекулярного потока из поступающего по каналу анализируемого материала, средство ионизации сформированного молекулярного потока и средство разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования, причем средство формирования молекулярного потока выполнено в виде капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации.
Кроме того, между средством ионизации и средством разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования дополнительно установлен элемент, отклоняющий ионы в сторону масс-анализатора.
Кроме того, средство ионизации и элемент, отклоняющий ионы, выполнены заодно.
Способ ионизации с использованием масс-спектрометра содержит следующие этапы:
вводят анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра через подводящий канал;
формируют молекулярный поток, содержащий анализируемый материал, с помощью средства формирования молекулярного потока;
направляют сформированный молекулярный поток в средство ионизации;
осуществляют ионизацию сформированного молекулярного потока с помощью средства ионизации;
образовавшиеся ионы направляют в средство разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования;
при этом формирование молекулярного потока осуществляют с помощью капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации.
Кроме того, перед направлением образовавшихся ионов после средства ионизации в средство разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования, отделяют нейтральную составляющую молекулярного пучка от ионизованных молекул.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Схема масс-спектрометра с источником ионов;
Фиг.2 - Схема масс-спектрометра с источником ионов с отклонением ионов;
Фиг.3 - Схема масс-спектрометра с источником ионов, являющимся частью времяпролетного масс-спектрометра;
Фиг.4 - Средство формирования молекулярного потока на основе капиллярной сборки.
Осуществление изобретения
Заявленный масс-спектрометр включает в себя вакуумную камеру 2, канал 1, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру 2 масс-спектрометра, средство 3 формирования молекулярного потока 5 из поступающего по каналу 1 анализируемого материала, установленное в вакуумной камере 2 и соединенное с подводящим каналом 1, средство 4 ионизации сформированного молекулярного потока 5, также установленное в вакуумной камере 2, средство 6 разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования.
Заявленный источник ионов является частью масс-спектрометра и включает в себя вакуумную камеру 2 масс-спектрометра, подводящий канал 1, средство 3 формирования молекулярного потока и средство 4 ионизации.
Анализируемый материал (его пары вместе с газом-носителем, далее - анализируемый газ), поступает через подводящий канал 1 в вакуумную камеру 2 масс-спектрометра. Канал ввода 1 анализируемого газа является капилляром, например, газового хроматографа. Один конец канала соединен с хроматографической колонкой 8, а другой со средством 3 формирования молекулярного потока 5. Конец подводящего канала 1, соединенного со средством 3 формирования молекулярного потока 5, расположен в вакуумной камере 2. Средство 3 формирования молекулярного потока выполнено в виде капиллярной сборки. Далее анализируемый газ пропускается через капиллярную сборку 3. При этом на капиллярную сборку может подаваться только часть анализируемого газа или подводится дополнительный поток газа, предпочтительно гелия, но суммарный поток газа не должен превышать поток, который может откачать штатный насос без ухудшения вакуума в камере масс-спектрометра. В результате прохождения анализируемого газа через капиллярную сборку 3, на выходе из капиллярной сборки 3, формируется молекулярный поток 5. Сформированный молекулярный поток 5 поступает в средство ионизации 4, выполненное в виде ионизатора, который может использовать любой из известных способов ионизации, например, электронный удар или фотоионизацию.
Средство формирования молекулярного потока 3 установлено в вакуумной камере между средством 4 ионизации потока электронов и каналом 1, подводящим анализируемый материал (ГХ капилляром). Сформированный в капиллярной сборке молекулярный поток 5 направляется таким образом, чтобы он пересекался с потоком электронов, в котором анализируемый газ претерпевает ионизацию. Средство ионизации 4 может быть расположено в непосредственной близости со средством формирования молекулярного потока в вакуумной камере.
Далее, после ионизатора 4, образовавшиеся ионы направляются через другие элементы масс-спектрометра, не входящие в источник ионов, например, напрямую в средство 6 разделения ионов масс-спектрометра по отношению массы к заряду и их детектирования, которое, например, может иметь на входе фокусирующую ионную оптику для более эффективного транспорта ионов в область масс-анализатора. Упомянутое разделение может происходить любым известным способом, например, с помощью квадрупольного фильтра масс, времяпролетного или магнитного масс-анализатора.
Согласно изобретению, ключевым элементом заявленных устройств и способа ионизации, является средство 3 формирования молекулярного потока, установленное на конце канала, по которому поступает анализируемая проба (материал). В его основе лежит организация молекулярного режима течения в отдельных капиллярах. Отдельные капилляры собираются в сборку, которая может содержать два и более капилляра. Капиллярная сборка обеспечивает узконаправленный молекулярный поток анализируемого газа. Таким образом, в области молекулярного пучка в зоне ионизации создается область повышенного локального давления. За счет столкновения с газом носителем избыточная внутренняя энергия молекулы, полученная в результате ионизирующего воздействия, может уменьшиться ниже порога диссоциации и в результате молекула может сохранить свою целостность.
На фигуре 4 отдельно представлено средство формирования молекулярного потока, выполненное в виде капиллярной сборки. Геометрические параметры капиллярной сборки 3 могут варьироваться. Диаметр каналов, или внутренний диаметр капилляров, которые входят в состав капиллярной сборки, могут быть от 10-5 мм до 0.5 мм. Форма отдельного канала в сборке не имеет определяющей роли для осуществления изобретения. Она может быть круглой, треугольной, прямоугольной шестиугольной и т.д. Количество капилляров в сборке может быть 2, 3 и более. Их количество определяется площадью сечения капиллярной сборки и внешним диаметром отдельного канала. Например, количество отдельных капилляров в сборке круглой формы с круглыми капиллярами составляет Rarray2/Rcap2*k, где Rarray - площадь сечения сборки, Rcap - площадь сечения отдельного капилляра по внешнему диаметру (с учетом стенок), k - коэффициент заполнения, равный примерно k=0,9 для количества сгруппированных капилляров >100. Тогда, для предпочтительного внешнего диаметра сборки 2 мм, диаметра отдельного капилляра 20 мкм, количество капилляров в сборке составит 3.6⋅103 шт. Соответственно, максимальное количество капилляров ограничивается выбранной площадью сборки и диаметром капилляров и может доходить до 108.
Плотность потока газа на выходе из капиллярной сборки будет определяться общей проводимостью капиллярной сборки и подводимого на ее вход потока газа.
Сечение капиллярной сборки может быть круглым, прямоугольным, кольцевидным или другой формы. В этих случаях можно формировать молекулярный поток, имеющий в сечении форм капиллярной сборки. Форму и размер сечения капиллярной сборки целесообразно выбирать таким образом, чтобы оно было меньше сечения потока ионизирующих частиц, например меньше сечения пучка ионизирующих электронов. В этом случае проба будет расходоваться максимально эффективно и чувствительность будет выше.
Длина капиллярной сборки может варьироваться от 0.2 мм до 10 см. Если нужно получить молекулярный поток с узким угловым распределением, то оптимальные диаметр и длина капилляров подбирается таким образом, чтобы на большей части их длины имел место молекулярный режим течения. Длина, на которой имеет место молекулярный режим течения целесообразно выбрать такой, чтобы она составляла 20-100 диаметров капилляра. В этом случае на выходе из такой системы образуется направленный молекулярный поток с узким угловым распределением. Но это соотношение может варьироваться в широких пределах как в большую, так и меньшую сторону. Это соотношение влияет на расходимость молекулярного пучка и на сопротивление поступающему газовому потоку. Для меньших значений расходимость молекулярного потока будет увеличиваться, для больших значений, будет расти сопротивление потоку анализируемого газа с газом носителем.
Режим течения определяется числом Кнудсена Kn. Молекулярный режим будет иметь место в случае, когда Kn>1.
,
где kb - постоянная Больцмана, T - температура потока, Dg - диаметр молекулы газа носителя, P - давление в капилляре, D - внутренний диаметр капилляра.
Исследование углового распределения потока на выходе из отдельных капилляров и капиллярных сборок при разных давлениях на входе показало, что для капиллярной сборки с каналами 50 мкм, диаметром сборки 0.9 мм, длиной 5 мм и диапазоне давлений близких к тем, что используются в ГХ-МС, телесный угол выходящего молекулярного пучка гелия составлял 5-6 градусов. Давление в эксперименте перед капиллярной сборкой менялось в диапазоне 0.01-5 Торр при давлении в вакуумной камере на выходе из капиллярной сборки поддерживалось ~ 10-5-10-4 Торр. В указанном диапазоне давлений расходимость молекулярного пучка из капиллярной сборки была в 3-10 раз меньше, чем на выходе из одиночного капилляра, с близкой проводимостью.
Таким образом, струя газа на выходе из капиллярной сборки будет представлять собой слабо расходящийся поток молекул.
Одним из основных ограничений, которое накладывается на конкретный выбор параметров капиллярной сборки, является условие, чтобы ее общая проводимость не создавала значительного сопротивления потоку газа носителя, поступающего с ГХ колонки. Например, типичный поток газа носителя ГХ составляет 1-2 мл/мин. Таким образом, проводимость капиллярной сборки должна быть такой, чтобы обеспечить соответствующий объемный поток через капилляры. Проводимость отдельного капилляра в молекулярном режиме течения Ucap=38.1 Dcap3 (Tcap/m)1/2/Lcap , где Dcap - внутренний диаметр капилляра, Tcap - температура газа, m - масса молекул газа в аем , Lcap - длина капилляра. Проводимость всей сборки составит Uarray= Ucap (Darrey/Dcap)2 Kf, где Darrey - внешний диаметр всей сборки, Kf - коэффициент заполнения, примерно равный 0.8 для капиллярных сборок данного типа. Рассмотрим несколько характерных вариантов. Если уменьшать длину капилляров, увеличивать их диаметр, сохраняя внешний диаметр капиллярной сборки в пределах сечения пучка электронов, например Darrey=1,5 мм, в определенный момент поток на выходе из капилляров перейдет в сверхзвуковое течение. При этом режиме расход газа не изменяется при увеличении давления на входе сборки. Началом перехода в такой режим течения является условие, когда отношение давления в выходной части капилляра P1 к давлению в камере P2, где располагается источника ионов, будет меньше приведенного ниже соотношения,
где γ - показатель адиабаты газа носителя. Для одноатомных газов, например, для гелия γ=1,67. Соответственно, начиная с значения P2/P1~1.8, течение переходит в сверхзвуковой режим. Точные аналитические расчеты параметров довольно трудоемки, т.к. возникает самосогласованная задача, в которой нужно учитывать проводимость капиллярной сборки и смешенный (молекулярно-вязкостный) режим течения. Проведенное моделирование показало, что, например, для Dcap=20 мкм, давления на входе сборки Pin~5 Торр и длине Lcap=0.5 мм, на выходе из капилляров образуется бочка Маха. При выбранном наборе параметров капиллярной сборки и давлений, имеет место смешанный, молекулярный и частично вязкостный режим течения, а на выходе капилляров образуется сверхзвуковой поток. Объемный поток по результатам моделирования через отдельный капилляр составляет Q1кап ≈1.4E-10 м3/сек. Таким образом, чтобы капиллярная сборка не создавала значительного сопротивления потоку газа ГХ Qгх~1 норм. мл/мин, необходима сборка из более чем Qгх / Q1кап≈250 шт. таких капилляров.
Для капилляров малого диаметра, например, Dcap=5 мкм, будет иметь место молекулярный режим течения, до давлений на входе вплоть до 20 Торр. Проводимость капилляров можно оценить по формуле Ucap=38.1 Dcap3(Tcap/m)1/2/Lcap. Чтобы сборка не создавала существенное сопротивление потоку газа из ГХ, ее проводимость должна быть больше объемного потока из ГХ, т.е. отношение (38.1 Dcap Darrey (Tcap/m)1/2/Lcap Qгх)>1. Это отношение выполняется, например, при следующих параметрах, Dcap=5 мкм, Darrey=0.5 мм, Lcap=2 мм.
Для формирования узконаправленного молекулярного потока предпочтительнее выбирать капилляры с меньшим диаметром. Угол на половине ширины можно оценить по θ1/2= Dcap/ MFP, где MFP - длина свободного пробега атома или молекулы в капилляре.
Источник ионов с такой капиллярной сборкой может использоваться в любых масс-спектрометрах, в том числе, без существенного изменения их конструкции. Например, на фиг.2 представлена схема масс-спектрометра, использующего заявленный источник ионов, где дополнительно предусмотрен элемент 7, отклоняющий ионы, расположенный между средством ионизации 4 и средством 6 разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования. На схеме видна капиллярная сборка 3, на выходе из которой струя газа представляет собой слабо расходящийся поток 5 молекул, проходящий через средство ионизации 4 и далее направленный на отклоняющий ионы элемент 7.
Основная функция отклоняющего ионы элемента - отделение нейтральной составляющей молекулярный пучка 5, включающей в себя неионизованные молекулы и кластеры пробы, а также газ носитель, от ионизованных молекул пробы и направление полученных ионов в средство 6 (масс-анализатор). За счет совместной работы заявленного источника ионов и отклоняющего элемента нейтральная составляющая выходит из области ионизации и при этом не оседает на близлежащие поверхности средства ионизации 4, что уменьшает фон прибора.
Также заявленный источник ионов может использоваться в составе времяпролетного масс-спектрометра, схематично изображенного на фигуре 3. В этом случае - способ реализации является самым простым и не требует существенных изменений конструкции масс-спектрометра и, по сути, минимальное необходимое требование реализации способа - это размещение формирователя молекулярного пучка 3 на выходе из канала ввода анализируемого газа 1. Узкий сформированный молекулярный поток 5 поступает в имеющийся штатный источник ионов времяпролетного масс-спектрометра, где подвергаются ионизации, например, с помощью электронного удара. Нейтральная составляющая молекулярного пучка проходит дальше, а полученные ионы выталкиваются в направлении средства 6 разделения и детектирования ионов, т.е. масс-анализатора. В этом случае, средство ионизации 4 и элемент, отклоняющий ионы 7, выполнены заодно и, по сути, элемент 7 представляет собой импульсный формирователь ионных пакетов для времяпролетного масс-анализатора. В этом случае, один электрод представляет из себя сетку, а на другой электрод подается выталкивающий импульс. Так же, может быть реализован вариант, когда ионизация пробы происходит до элемента, отклоняющего ионы 7, в этом случае, элемент 7 работает как ортогональный ускоритель ионов для времяпролетного масс-спектрометра.
Газ-носитель предпочтительно представляет собой гелий, но может быть водородом, аргоном, азотом, или CO2 или NH3 или другим газом, с которым работает хроматограф. Масс-спектрометр может быть, например, на основе квадрупольного, времяпролетного масс-анализатора или любым другим известным видом масс-спектрометра.
В отличие от известных из уровня техники решений для обеспечения мягкой ионизации, в предлагаемом изобретении, молекулярный поток формируется существенно более простым способом, чем в прототипе. Например, в прототипе молекулярный поток, задается следующим образом. На выходе из ГХ колонки формируется сверхзвуковая струя с помощью сопла особой конфигурации. Для этого на выходе из ГХ колонки, перед соплом, дополнительно подкачивается поток гелия, в 50-90 раз превышающий исходный поток из ГХ колонки. Далее сформированная сверхзвуковая струя проходит скиммер, который вырезает из нее узкий молекулярный пучок. В этом молекулярном потоке у молекул пробы колебательные степени свободы “замораживаются” и в результате последующей ионизации электронным ударом вырастает доля нефрагментированных молекулярных ионов. Для реализации этого способа необходимо использование дополнительной камеры откачки с дорогостоящим турбомолекулярным насосом.
В предлагаемом изобретении поток, в котором происходит ионизация, формируется капиллярной сборкой и направляется ей в устройство ионизации (и далее в сторону масс-анализатора). Для этого поток газа носителя с пробой, который поступает с ГХ капилляра, напрямую направляется в капиллярную сборку. На выходе из нее, поток газа имеет узкое угловое распределение. При этом нет необходимости использования дополнительного потока гелия и, соответственно, нет необходимости дополнительной вакуумной камеры с дорогостоящим насосом для откачки формирующего потока. Общий поток, выходящий из капиллярной сборки, имеет в несколько раз меньший угол расхождения чем выходящий из одиночного капилляра известных из уровня техники решений.
За счет применение изобретения достигается контролируемая фрагментация молекул, а также изобретение позволяет увеличить отношения сигнал/шум и, соответственно, увеличить чувствительность анализа по ряду причин:
1) За счет локального увеличения парциальных давлений пробы в области ионизации. В связи с тем, что сформированный молекулярный поток на выходе из капиллярной сборки имеет угол расходимости примерно в 10 раз меньше, по сравнению потоком, который формируется на конце ГХ капилляра. Таким образом, большее количество материала пробы попадает в объем, где проходит ионизирующий поток электронов.
2) За счет снижения фона прибора. Поток из капилляра, в силу малой расходимости, будет в меньшей степени загрязнять окружающие близлежащие поверхности средства ионизации 4.
3) Энергия ионизованных молекул пробы будет выше энергии ионов фона и фон можно отсекать за счет энергетического фильтра.
Применение изобретения не требует использования дополнительного потока гелия и дополнительной камеры откачки с дорогостоящим насосом. Конструкция источников ионов, в том числе уже находящихся у пользователей, очень сильно упрощается, может не затрагивать базовых элементов конструкции и работать за счет применения капиллярной сборки, установленной на кончик хроматографической колонки, которую можно использовать с уже имеющимся в приборе средством ионизации.
Кроме этого, в случае применения изобретения для времяпролетного масс-спектрометра будет иметь место увеличение разрешающей способности масс-анализатора за счет уменьшения так называемого времени разворота ионов в выталкивающем промежутке источника ионов, что приводит к уменьшению начальной длительности ионного пакета. Это достигается за счет уменьшения начального разброса скоростей ионов в направлении выталкивания в слаборасходящемся молекулярном пучке.
Согласно изобретению, источник ионов с мягкой ионизацией может использоваться в виде отдельной опции, которая может устанавливаться в камеру масс-спектрометра. Реализация изобретения в предложенном варианте не требует изменения конструкции камер масс-спектрометра и можно обойтись без дополнительных каналов DC или RF питания. Для реализации необходимо соединить канал (1), по которому поступает анализируемая проба с капиллярной сборкой, сборка (3) при этом располагается перед устройством ионизации 4. Для соединения можно дополнительно использовать переходник, в который с одной стороны монтируется капиллярная сборка, а другая сторона адаптируется для стыковки с трансфером газового хроматографа. Во избежание потерь пробы, соединение капиллярной сборки (3) с каналом (1) предпочтительнее производить герметично. В одном из вариантов изобретения, в качестве устройства ионизации 4 используются детали штатного источника ионов, включая катод для генерации электронов, магнит для фокусировки потока электронов, фокусирующую ионную оптику. Но также, изобретение можно реализовать, используя специально изготовленное устройство ионизации, например на основе источника ионов с электронным ударом открытого типа. Для каждого типа масс-спектрометров задача размещения источника ионов с мягкой ионизацией решается отдельно. Например, для времяпролетных ГХ-МС размещение капиллярной сборки может решаться максимально просто. В этом случае, на выходе ГХ трансфера, или канала (1) достаточно установить переходник с капиллярной сборкой (3).
1. Источник ионов масс-спектрометра, содержащий вакуумную камеру масс-спектрометра, канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, установленные в вакуумной камере средство формирования молекулярного потока из поступающего по каналу анализируемого материала и средство ионизации сформированного молекулярного потока, характеризующийся тем, что средство формирования молекулярного потока выполнено в виде капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации.
2. Источник ионов масс-спектрометра по п.1, характеризующийся тем, что канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, является капилляром газового хроматографа.
3. Источник ионов масс-спектрометра по п.1, характеризующийся тем, что средство ионизации является ионизатором с электронным ударом или ионизатором с фотоионизацией.
4. Масс-спектрометр, содержащий вакуумную камеру, канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру, установленные в вакуумной камере средство формирования молекулярного потока из поступающего по каналу анализируемого материала, средство ионизации сформированного молекулярного потока и средство разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования, характеризующийся тем, что средство формирования молекулярного потока выполнено в виде капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации.
5. Масс-спектрометр по п.4, характеризующийся тем, что канал, подводящий анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, является капилляром газового хроматографа.
6. Масс-спектрометр по п.4, характеризующийся тем, что средство ионизации является ионизатором с электронным ударом или ионизатором с фотоионизацией.
7. Масс-спектрометр по п.4, характеризующийся тем, что между средством ионизации и средством разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования дополнительно установлен элемент, отклоняющий ионы.
8. Масс-спектрометр по п.4, характеризующийся тем, что средство ионизации и элемент, отклоняющий ионы, выполнены заодно.
9. Способ ионизации с использованием масс-спектрометра, характеризующийся тем, что содержит следующие этапы:
вводят анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра через подводящий канал;
формируют молекулярный поток, содержащий анализируемый материал, с помощью средства формирования молекулярного потока;
направляют сформированный молекулярный поток в средство ионизации;
осуществляют ионизацию сформированного молекулярного потока с помощью средства ионизации;
образовавшиеся ионы направляют в средство разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования;
при этом формирование молекулярного потока осуществляют с помощью капиллярной сборки, состоящей из по меньшей мере двух капилляров, соединенной с каналом, подводящим анализируемый материал в вакуумную камеру масс-спектрометра, и расположенной между указанным подводящим каналом и средством ионизации.
10. Способ ионизации по п.9, характеризующийся тем, что перед направлением образовавшихся ионов после средства ионизации в средство разделения ионов по отношению массы к заряду и их детектирования отделяют нейтральную составляющую молекулярного пучка от ионизованных молекул.
