СПОСОБ ПИТАНИЯ ГИПЕРБОЛОИДНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА Российский патент 2003 года по МПК H01J49/42 

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке приборов данного типа с высокой чувствительностью и разрешающей способностью.

Известны гиперболоидные масс-спектрометры типа фильтра масс, в которых сортировка заряженных частиц определяется временем пролета ионов вдоль стержневой электродной системы, т.е. длиной электродной системы [1].

Известны способы питания гиперболоидных масс-спектрометров типа фильтра масс, по которым на стержни квадрупольной электродной системы подавали гармонический либо импульсный периодические сигналы со стабильными параметрами: частотой, амплитудой и в случае импульсного сигнала скважностью. Глубина сортировки заряженных частиц в таких приборах зависит от времени пролета ионов вдоль стержневой системы, т.е. от длины квадруполя. Существенным недостатком известного способа является чрезмерная требуемая длина электродной системы при необходимости достижения высокой относительной чувствительности прибора.

Известен способ питания гиперболоидных масс-спектрометров импульсным сигналом большой скважности, при котором изменением скважности удается в ограниченных пределах увеличивать эффективность сортировки за счет видоизменения конфигурации общей диаграммы стабильности [2].

Однако недостатком прототипа является то, что в нем не устраняется основная причина низкой эффективности сортировки заряженных частиц в гиперболоидных масс-спектрометрах. В ряде работ [3, 4] показано, что для нестабильной области решений уравнения Хилла характерно наличие т.н. базовых решений. Базовые решения порождают абсолютно сходящиеся траектории ионов, рабочие точки которых находятся в нестабильной области решений уравнения Хилла. Решения уравнения Хилла, близкие к базовым по начальным условиям, порождают траектории ионов, сходящиеся на ограниченном отрезке времени. Именно ионы с такими траекториями существенно уменьшают эффективность сортировки, значительно увеличивая время пребывания "нестабильного" иона в анализаторе масс-спектрометра. Базовые решения являются стационарными, но неустойчивыми. Малые случайные флюктуации формы основного питающего сигнала разрушают их.

Целью изобретения является создание способа питания гиперболоидного масс-спектрометра, при котором устраняется указанная выше основная причина, ограничивающая эффективность сортировки заряженных частиц в анализаторе гиперболоидного масс-спектрометра.

Указанная цель достигается тем, что по предлагаемому способу питания гиперболоидного масс-спектрометра на электроды анализатора подают высокочастотное с постоянной составляющей напряжение, а в рабочий объем анализатора вводят ионы, после чего их сортируют по отношению заряда к массе и выводят в измерительное устройство, в высокочастотное с постоянной составляющей напряжение вводят флюктуации его параметров (по отдельности или в комбинации): постоянной составляющей, амплитуды высокочастотного напряжения, периода и в случае импульсного сигнала скважности. Относительная амплитуда флюктуации выбирается в соответствии с требуемой разрешающей способностью и допустимым уменьшением чувствительности прибора.

На фиг. 1 приведены примеры базовых решений для идеального стабильного нефлюктуирующего питающего напряжения (импульсный сигнал) (фиг.1а и фиг.1б) и траектории для тех же точек диаграммы стабильности, но при наличии малых случайных флюктуаций амплитуды высокочастотного напряжения (фиг.1в и фиг.1г) в питающем импульсном сигнале. Введение флюктуаций параметров сигнала, как видно из фиг. , разрушает базовые решения и существенно уменьшает время сортировки частиц, движущихся по сходящимся траекториям.

На фиг. 2 приведена форма массовых пиков для трехмерной ионной ловушки при импульсном питающем сигнале типа "меандр", полученных при стабильном сигнале (кривая 1) и при сигнале, в который по предлагаемому изобретению введены малые случайные флюктуации амплитуды высокочастотного напряжения (кривая 2). Интенсивность каждого пика нормирована на ее значение в максимуме пика, а₂ - импульсная координата общей диаграммы стабильности. Разрушение базовых решений приводит к повышению эффективности сортировки заряженных частиц, рабочие точки которых находятся в нестабильной области общей диаграммы стабильности, и, как следствие, к уменьшению длительности фронтов массового пика и увеличению разрешающей способности.

Предлагаемый способ питания гиперболоидных масс-спектрометров может быть реализован, например, путем включения в схему питания гиперболоидных масс-спектрометров генератора случайного сигнала, напряжение которого является управляющим для задающего генератора.

Таким образом, использование предлагаемого способа питания гиперболоидных масс-спектрометров позволяет существенно повысить эффективность сортировки заряженных частиц в таких приборах и, таким образом, уменьшить требуемое время сортировки при неизменной разрешающей способности устройства.

Литература
1. Paul W., Steinwedel H. Apparatus for separating charged particles of different specific charges./ German Patent 944900, 1956; Patent 2939952, 7 June 1960.

2. Веселкин Н. В. Особенности движения заряженных частиц в импульсных электрических полях, создаваемых гиперболоидными электродными системами, и разработка масс-спектрометра с импульсным питанием: Дис. к. т. н. Рязань, 1985. 149 с.

3. Шеретов Э. П. О некоторых особенностях "нестабильных" траекторий в гиперболоидных масс-спектрометрах (ГМС).// Научное приборостроение: Межвуз. сб. научн. трудов, Рязань, 1994. С.30-37.

4. Sheretov E.P., Karnav T.B. Base Solutions of Hill's Equations and the Problem of Sorting of Ions in Ion Trap and Mass Filter. / Abstracts of 14th Mass Spectrometry Conference, August 25-29, Helsinki, 1997. P.229.

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при создании приборов с высокой степенью сортировки заряженных частиц. Техническим результатом является повышение эффективности сортировки "нестабильных" частиц и уменьшение требуемого времени сортировки в гиперболоидном масс-спектрометре. По заявляемому способу питания гиперболоидного масс-спектрометра в основной сигнал вводят малые случайные флюктуации его параметров по отдельности или в комбинации: постоянной составляющей, амплитуды высокочастотного напряжения и в случае импульсного сигнала скважности. 2 ил.

Способ питания гиперболоидного масс-спектрометра, по которому на электроды анализатора подают высокочастотное с постоянной составляющей напряжение, а в рабочий объем анализатора вводят ионы, после чего их сортируют по отношению заряда к массе и выводят в измерительное устройство, отличающийся тем, что в высокочастотное с постоянной составляющей напряжение вводят флюктуации его параметров (по отдельности или в комбинации): постоянной составляющей, амплитуды высокочастотного напряжения, периода и, в случае импульсного сигнала, скважности.