СПОСОБ АНАЛИЗА В ГИПЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ ТИПА "ТРЕХМЕРНАЯ ИОННАЯ ЛОВУШКА" Российский патент 2007 года по МПК H01J49/42 

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

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 образуют в рабочем объеме анализатора путем ионизации электронным потоком, после чего ионы сортируют 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 ионы вводят извне в рабочий объем анализатора и захватывают в широком диапазоне масс за счет соударений ионов с молекулами буферного газа [2]. В известном способе устраняются отмеченные выше недостатки.

Однако известный способ также обладает рядом недостатков, главным из которых является необходимость присутствия в рабочем объеме анализатора буферного газа при относительно высоком давлении (приблизительно 1 мТорр). Основной функцией буферного газа в известном способе является уменьшение кинетической энергии ионов посредством столкновений, в результате чего осуществляется снижение амплитуды колебаний ионов и происходит сжатие ионов к центру ловушки. Недостатки: низкая эффективность захвата ионов (при давлении 1 мТорр - порядка 0.2%) и дискриминация ионов по массам.

Известен способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ионной ловушки, по которому ионы вводят извне в объем ловушки одновременно с изменением амплитуды ВЧ напряжения, прикладываемого к электродам анализатора [3]. Известный способ позволяет снизить требуемое давление буферного газа, повысить эффективность захвата ионов более чем на порядок и компенсировать дискриминацию ионов по массам.

Однако известный способ обладает существенным недостатком. Изменение параметров электрического поля приводит к существенному изменению положения рабочих точек ионов на диаграмме стабильности. Таким образом, по известному способу увеличение чувствительности гиперболоидных масс-спектрометров сопровождается существенным уменьшением диапазона захватываемых масс в пределах одного скана.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатка известного способа, повышение чувствительности гиперболоидных масс-спектрометров типа "трехмерная ионная ловушка" без уменьшения диапазона захватываемых масс в пределах одного скана.

Указанная цель достигается тем, что в рабочий объем трехмерной ионной ловушки, к электродам которой прикладывается ВЧ напряжение, 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 ВЧ напряжения. При этом ввод ионов в объем ловушки производят одновременно с изменением во времени амплитуды и частоты ВЧ напряжения, прикладываемого к электродам анализатора. Изменение же амплитуды и частоты ВЧ напряжения осуществляют таким образом, чтобы рабочая точка анализируемого иона на диаграмме стабильности не изменяла своего положения. Такое изменение возможно при условии соблюдения следующего соотношения:

где U(t) - амплитуда и - частота ВЧ напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, соответственно.

В этом случае по предлагаемому способу амплитуда колебаний ионов, вводимых в объем анализатора гиперболоидного масс-спектрометра при одновременном увеличении амплитуды и квадрата частоты ВЧ напряжения, неизменно снижается для всех ионов, рабочие точки которых лежат внутри стабильной области. При этом, как показывают результаты анализа, эффективность захвата ионов по данному способу эквивалентна эффективности захвата по известному способу, однако диапазон захватываемых масс за один скан охватывает всю стабильную область. Таким образом, предлагаемый способ анализа позволяет производить захват ионов с высокой эффективностью без снижения диапазона захватываемых масс.

На чертеже приведены зависимости амплитуд колебаний ионов по r- и z-координатам при изменении параметров электрического поля внутри анализатора по предлагаемому способу. Видно, что амплитуды колебаний по r- и z-координатам непрерывно уменьшаются (данные получены для импульсного сигнала типа "меандр").

Предлагаемый способ анализа позволяет существенно (более чем на порядок) повысить чувствительность приборов без снижения диапазона захватываемых масс. Реализация предлагаемого способа не вызывает трудностей.

ЛИТЕРАТУРА

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

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

3. V.M.Doroshenko, R.J.Cotter. Method and apparatus for trapping ions by increasing trapping voltage during ion introduction. United States Patent №5399857, 1995.

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при создании приборов с высокой разрешающей способностью и чувствительностью. Способ анализа в гиперболоидном масс-спектрометре типа «трехмерная ионная ловушка» заключается в том, что ввод ионов в объем ловушки осуществляют одновременно с изменением параметров электрического поля (амплитуды и частоты). При этом изменение амплитуды и частоты ВЧ напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, осуществляют таким образом, чтобы рабочая точка анализируемого иона на диаграмме стабильности не изменяла своего положения , где U(t) - амплитуда размаха, - частота ВЧ напряжения. Технический результат: захват ионов с высокой эффективностью без снижения диапазона захватываемых масс, регистрируемых при снятии одного скана. 1 ил.

Способ анализа в гиперболоидном масс-спектрометре типа «трехмерная ионная ловушка», по которому в рабочий объем ловушки, к электродам которой прикладывается ВЧ напряжение, 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, отличающийся тем, что ввод ионов в объем ловушки осуществляют одновременно с изменением во времени амплитуды и частоты ВЧ напряжения, причем амплитуду и частоту ВЧ напряжения изменяют во времени таким образом, чтобы рабочая точка анализируемого иона на диаграмме стабильности не изменяла своего положения

где U(t) - амплитуда, - частота ВЧ напряжения.