СПОСОБ МАСС-СЕЛЕКТИВНОГО АНАЛИЗА ИОНОВ ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА В ЛИНЕЙНОМ ВЧ ПОЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H01J49/22 

Изобретение относится к области масс-селективного анализа заряженных частиц в двумерных линейных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств масс-спектрометров времяпролетного типа. Времяпролетное разделение ионов по удельному заряду может осуществляться в линейных ВЧ полях, создаваемых плоскими электродами с дискретным линейным распределением ВЧ потенциала на них [1, 2]. Разрешающая способность времяпролетных масс-спектрометров возрастает при увеличении времени дрейфа заряженных частиц в рабочем пространстве анализаторов, которое ограничивается их линейными размерами L. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании способа масс-анализа заряженных частиц и конструкций анализаторов, использующих масс-селективное разделение ионов по времени пролета в линейных ВЧ полях.

Предлагаемый способ масс-селективного анализа состоит в формировании периодического с периодом 2х₀ по оси Х двумерного линейного ВЧ поля и осуществления в нем времяпролетного разделения ионов по удельному заряду. Периодическое поле (Фиг.1) состоит из (n-2) элементарных двумерных линейных электрических ВЧ полей с распределением потенциала вида

где i=1, 2…(n-2) - порядковый номер элементарных полей, - геометрический параметр, φ - потенциал на электродах анализатора. Элементарные поля в областях y>0 и y<0 сдвинуты относительно друг друга по оси Х на величину x₀.

Формирование элементарных полей с распределением потенциала (1) осуществляется с помощью системы из n плоских с размерами y₀ и 4х₀ по осям У и Z электродов с линейным дискретным распределением потенциала по координате у на них [2] (чертеж). Соседние электроды в каждой полусфере y≥0 и y≤0 расположены на расстоянии 2х₀ друг от друга и к ним приложены противофазные ВЧ потенциалы φ и -φ. Системы электродов в положительной и отрицательной областях координаты у смещены по оси X относительно друг друга на величину x₀.

Анализируемые ионы с начальными координатами x₀/4<x_Н<3х₀/4, у_Н≈0 и начальными скоростями ν_x≈0, ν_y>0 в течении короткого интервала времени t_И импульсным пакетом через щель для ввода в заземленном электроде вводятся в рабочий объем анализатора. В каждом i-м элементарном поле анализатора траектории движения ионов по координатам х и у описываются периодическими с периодом Т=π/βω функциями

где е, m - заряд и масса ионов, V и ω - амплитуда и частота ВЧ питающего напряжения. В пространстве элементарного поля заряженные частицы по оси Y совершают возвратные колебания с начальной и конечной координатой y=0, а по оси Х их координата возрастает на величину 2х₀. При этом в координатах х, y ионы совершают близкие к периодическим с периодом 2х₀ колебания. За время t_A=(n-2)T координаты заряженных частиц по оси Х изменяются от начальной х_Н до конечной x_K=х₀(n-2)+х_H и ионы выводятся из анализатора. Полное время движения ионов в анализаторе с периодическим полем составляет

Таким образом время дрейфа заряженных частиц в пространстве анализатора с периодическими двумерными линейными ВЧ полями по сравнению с анализатором с элементарным полем увеличивается в (n-2) раза. Периодическое линейное ВЧ поле для заряженных частиц можно рассматривать как замедляющую систему, которая увеличивает время их пребывания в рабочем пространстве анализатора и тем самим повышает разрешающую способность масс-спектрометра.

При углах влета ионов |α|<0.5 arctg(x₀/y₀) и числе периодов поля n/2<5 периодическое линейное поле сохраняет свойство пространственно-временной фокусировки ионов с различными энергиями влета W_B и начальными координатами x_H присущее элементарному двумерному линейному полю.

Предлагаемый способ масс-селективного разделения заряженных частиц в периодических двумерных линейных ВЧ полях и устройство для его осуществления увеличивают время движения ионов в анализаторе, обладают свойством пространственно-временной фокусировки ионов с различными начальными координатами по осям Х и Z, энергиям и углам влета, что позволяет улучшить аналитические характеристики радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров. Технологичная конструкция электродной системы предлагаемого масс-анализатора и простой способ его ВЧ питания улучшает эксплуатационные и потребительские качества приборов подобного типа.

На чертеже распределение потенциала во времяпролетном масс-анализаторе с периодическим двумерным линейным ВЧ полем |φ|=100 В и траектории движения заряженных частиц в плоскости XOY.

Литература

1. Гуров B.C., Мамонтов Е.В., Дягилев А.А. Электродные системы с дискретным линейным распределением ВЧ потенциала для масс-анализаторов заряженных частиц. // Масс-спектрометрия, 2007, том 4, №2. С.139-142.

2. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления. // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2006115270/28, 03.05.2006.

Изобретение относится к области масс-селективного анализа заряженных частиц в двумерных линейных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств масс-спектрометров времяпролетного типа. Способ масс-селективного анализа состоит в формировании двумерного линейного периодического по оси Х ВЧ поля и осуществления в нем времяпролетного разделения ионов по удельному заряду. Периодическое поле состоит из элементарных двумерных линейных электрических ВЧ полей в областях у>0 и у<0, сдвинутых относительно друг друга по оси Х на величину х₀. Анализируемые ионы вводятся в рабочий объем анализатора и совершают в плоскости XOY(n-2)/2 близких к периодическим с периодом 2х₀ колебаний. Время дрейфа ионов в анализаторе оказывается пропорциональным массе заряженных частиц и числу (n-2) элементарных ВЧ полей. Способ и устройство масс-селективного разделения заряженных частиц в периодических двумерных линейных ВЧ полях увеличивают время движения ионов в анализаторе, обладают свойством пространственно-временной фокусировки ионов с различными начальными координатами по осям Х и Z, энергиям и углам влета, что позволяет улучшить аналитические характеристики радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров и усовершенствовать их конструкцию. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета в линейном ВЧ поле, отличающийся тем, что с помощью системы из двух наборов по n/2 в положительной у>0 и отрицательной у≤0 полусферах граничных поверхностей x=(i-1)x₀, где i=1, 3…(n-1) при у≥0 и i=2, 4…n при у≤0, с размерами L_y>>x₀ и L_z>4x₀ по осям Y и Z, с противофазными дискретно-линейными по оси Y распределениями ВЧ потенциала на них, и одной заземленной поверхности у=0, формируются (n-2) периодических областей с двумерными линейными ВЧ полями и на ионы, образованные с начальными координатами х_Н≈х₀/2, y_H=0, |z_H|<x₀/2 и начальными скоростями по осям Х и Y, ν_x≈0, ν_y>0 воздействуют линейным по координатам х и у периодическим с периодом 2х₀ по оси Х ВЧ полем, при этом ионы за время t_A, пропорциональное их массе m и числу периодов (n-2)/2, совершают на плоскости XOY (n-2)/2 циклов близких к гармоническим с периодом 2х₀ колебаний с конечными координатами х(t_A)=х_H+(n-2)х₀ и у(t_A)=0.

2. Устройство для масс-селективного анализа ионов по времени пролета, содержащее электродную систему для формирования двумерного линейного ВЧ поля, отличающееся тем, что в качестве электродной системы используют n ограниченных плоскостью у=0 дискретных по оси Y с шагом d электродов с размерами L_y и L_z по осям Y и Z, расположенных в полуплоскостях x=(i-1)x₀, у≥0 при нечетных i и у≤0 при четных i, выполненных в виде равномерно распределенных по оси Y с шагом d плоских металлических пластин, и заземленного электрода с рабочей поверхностью в плоскости у=0, причем в заземленном электроде имеются щели с координатами центров x=x₀(1+2i)/2, шириной Δх<<х₀, длиной Δz<x₀/2 для ввода-вывода и перевода ионов из одной области периодического поля в другую.