СПОСОБ АНАЛИЗА В ГИПЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ ТИПА "ТРЕХМЕРНАЯ ИОННАЯ ЛОВУШКА" Российский патент 2005 года по МПК H01J49/42 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано при создании гиперболоидных масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью.

Известен способ анализа в гиперболоидном масс-спектрометре типа \трехмерная ионная ловушка\, по которому путем подбора параметров электрического поля ограничивают возможный диапазон захватываемых масс. За счет этого реализуется необходимая разрешающая способность прибора. По этому способу ионы вводятся в рабочий объем анализатора (извне либо путем ионизации электронным потоком, вводимым в анализатор), после ввода ионы сортируются некоторое время, необходимое для достижения нужной степени сортировки, а потом выводят в измерительное устройство [1].

Известный способ обладает рядом недостатков, основной из которых - низкая эффективность использования пробы и вводимого в анализатор электронного потока. Это приводит к существенному уменьшению скорости сканирования массового диапазона и непомерной электронной нагрузке на электроды прибора, приводящей к быстрому загрязнению последних и ограничению срока службы анализатора.

Известен способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ионной ловушки, по которому вводимые ионы захватываются в широком диапазоне масс, а потом последовательно выводятся из анализатора путем изменения параметров электрического поля (частоты, амплитуды либо формы). При этом рабочие точки ионов в процессе развертки спектра масс последовательно совмещают с границей зоны стабильности. В известном способе устраняется отмеченный выше недостаток (низкая скорость сканирования спектра) и малый коэффициент использования пробы [2].

Однако известный способ обладает рядом недостатков, главный из которых - необходимость присутствия в рабочем объеме анализатора буферного газа. Необходимость наличия буферного газа объясняется следующим. При известном способе анализа разрешающая способность прибора в большой степени зависит от размеров области локализации ионов перед началом их вывода из анализатора в измерительное устройство, а буферный газ способствует за счет трения потере энергии ионов и их локализации вблизи центра электродной системы. Однако такой способ локализации ионов требует в реальных приборах достаточно большого времени, что уменьшает достижимую скорость развертки спектра масс.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков известного способа, повышение разрешения гиперболоидных масс-спектрометров типа \трехмерная ионная ловушка\ и скорости сканирования спектра масс.

Указанная цель достигается тем, что в рабочий объем трехмерной ионной ловушки вводят ионы, накапливают их там, при этом рабочие точки анализируемых ионов располагают в стабильной области общей диаграммы стабильности, и выводят накопленные ионы из объема ловушки в детекторную систему путем перевода их рабочих точек в нестабильную область изменением параметров электрического поля: амплитуды или частоты высокочастотного напряжения или формы. При этом изменение параметров электрического поля (развертку спектра масс) начинают одновременно с началом ввода ионов в объем ловушки и заканчивают ввод ионов, когда рабочая точка иона, соответствующего одной из границ рабочего диапазона масс, достигают границы зоны стабильности, с использованием которой ионы выводятся из объема ловушки.

На фиг.1 иллюстрируется предлагаемый способ анализа. На фиг.1 приведена общая диаграмма стабильности (ионная осесимметричная ловушка) для импульсного сигнала \меандр\. Если положим, что развертка спектра масс осуществляется таким образом, что постоянная составляющая в высокочастотном напряжении отсутствует (такой режим является типичным для подобных приборов), то рабочие точки всех ионов находятся на линии развертки, обозначенной на фиг.1 индексом b₀. При осуществлении развертки спектра масс рабочие точки ионов перемещаются по прямой b₀.

По предлагаемому способу рабочую точку самого легкого иона рабочего диапазона масс перед началом развертки помещают в точку а_2нач. При этом все рабочие точки ионов с большей массой располагаются слева от точки а_2нач (между а_2нач и а₂=0) После этого включают развертку спектра масс и начинают ввод ионов в анализатор. При этом рабочие точки ионов начинают перемещаться по прямой b₀ и приближаться к точке а₂=а_2гр, соответствующей переходу в нестабильную зону диаграммы стабильности. По мере движения рабочих точек вдоль линии развертки по предлагаемому способу амплитуда колебаний образовавшихся в объеме ионов как по z-, так и по r-координатам непрерывно уменьшается. Это приводит к тому, что по мере образования все ионы стягиваются к центру системы. Особенно этот процесс эффективен при вводе ионов через кольцевой электрод узким ленточным потоком, имеющим малый размер вдоль оси z.

Время ввода ионов выбирают таким, чтобы оно было близко к времени подхода рабочей точки легкого иона к границе зоны стабильности (точка а_2гр на фиг.1).

На фиг.2 приведены зависимости амплитуд колебаний ионов по r- и z-координатам при развертке спектра масс по предлагаемому способу. Видно, что при движении рабочей точки иона в сторону границы зоны стабильности амплитуды колебаний по r- и z-координатам непрерывно уменьшаются (данные получены для импульсного сигнала типа \меандр\).

Предлагаемый способ анализа позволяет существенно уменьшить необходимое давление буферного газа; устранить мертвое время, необходимое для сжатия ионного облака, поскольку в данном способе сжатие облака осуществляется путем изменения электрического поля в процессе накопления ионов. При этом существенно сокращается время анализа и увеличивается разрешающая способность и скорость сканирования спектра масс.

Реализация предлагаемого способа не вызывает трудностей.

Литература

1. Шеретов Э.П., Зенкин В.A., Болигатов О.И. Трехмерный квадрупольный масс-спектрометр с накоплением /Приборы и техника эксперимента, 1971, №1.

2. G.C. Staflord, P.E. Kelly, J.E.P Syka, W.Reynolds, J.E.J. Todd, Int. J. Mass Spectrom. Ion Proces. 60 (1984) 85.

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при создании приборов с высокой разрешающей способностью и скоростью сканирования спектра масс. Способ анализа заряженных частиц в гиперболоидном масс-спектрометре типа \трехмерная ионная ловушка\ заключается в том, что изменение параметров электрического поля (развертку спектра масс) начинают одновременно с началом ввода ионов в объем ловушки, а заканчивают ввод ионов, когда рабочая точка иона, соответствующего одной из границ рабочего диапазона масс, достигает границы зоны стабильности, с использованием которой ионы выводятся из объема ловушки. Это позволяет существенно сократить время анализа и улучшить аналитические характеристики прибора. 2 ил.

Способ анализа в гиперболоидном масс-спектрометре типа \трехмерная ионная ловушка\, по которому в рабочий объем ловушки вводят ионы, накапливают там, при этом рабочие точки анализируемых ионов располагают в стабильной области общей диаграммы стабильности, и выводят накопленные ионы из объема ловушки в детекторную систему путем перевода их рабочих точек в нестабильную область изменением параметров электрического поля: амплитуды, или частоты, или формы высокочастотного напряжения, отличающийся тем, что параметры электрического поля начинают изменять одновременно с началом ввода ионов в объем ловушки и заканчивают ввод, когда рабочая точка иона, соответствующего одной из границ рабочего диапазона масс, достигает границы зоны стабильности.