СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ЗНАЧЕНИЙ РЕГУЛИРОВКИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРА ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЕ ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОГО ПИКА Российский патент 2017 года по МПК H01J49/00 

Изобретение относится к масс-спектрометрическому анализу газов, в частности к способу коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика.

Масс-спектрометры служат для анализа газов и используются, прежде всего, в течеискателе. При этом исследуемое вещество в газовой фазе ионизируют электронами и подают в анализатор. В масс-спектрометрах с секторным полем напряжение анодов определяет значение регулировки для положения массы.

Между катодом и анодом создают электрическое поле, которое ускоряет выходящие из катода электроны, которые ионизируют имеющиеся молекулы газа. Заряженные ионы ускоряются за счет потенциала анода и попадают, когда они прошли разделительную систему, к улавливателю. В разделительной системе находится магнитное поле, которое отклоняет ионы. Слишком тяжелые ионы магнитное поле отклоняет слишком незначительно, в то время как слишком легкие ионы отклоняются слишком сильно. Только ионы, которые

находятся в правильном масс-спектре, проходят через разделительную систему. Потенциал анода определяет массу, которая проходит через разделительную систему. В спектре массы возникает амплитуда сигнала, которая зависит от точного потенциала анода, такого рода, что амплитуда сигнала при слишком малом или слишком большом потенциале анода становится меньше, чем максимум. В других масс-спектрометрах, например, квадрупольных масс-спектрометрах отношения сравнимы, в результате чего может применяться тот же способ.

Коррекция требуется, чтобы соответственно получить максимально возможную амплитуду сигнала соответствующей массы. Чтобы настроить масс-спектрометр на максимум массы, обычно проводят сканирования массы с соответственно ок. 20-100 точек измерения. В определенной степени также измеряют прохождение амплитуд сигнала до соответствующих значений регулировки с частыми интервалами. После измерения определяют максимальное значение амплитуды измерения и вокруг него с частыми интервалами проводят повторное измерение с соответственно прим. 20-100 точек измерения. Таким образом, в нескольких последовательных измерениях определяют максимум прохождения амплитуды, пока разрешение измерения не будет иметь достаточную точность. Сканирование достаточного разрешения также возможно, но занимает много времени. Значение регулировки максимального значения амплитуды последнего измерения затем используется в качестве значения регулировки для идентификации молекулярной массы. На основании множества регистрируемых точек измерения и множества последовательно выполняемых измерений обычные способы определения максимума массы занимают слишком много времени.

В основу изобретения положена задача разработки более быстрого способа коррекции по молекулярной массы для масс-спектрометрии.

Эта задача решена в способе коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика, включающем: задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения регулировки; регистрацию соответствующей амплитуды сигнала; задание второго, соответствующего молекулярной массе значения регулировки, отличающегося

от первого значения регулировки; измерение соответствующей второй амплитуды сигнала; задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения регулировки, отличающегося от первого и второго значений регулировки; измерение соответствующей третьей амплитуды сигнала; определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений y и заданные значения регулировки в качестве значений x; и определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения x максимума.

Как указано выше, при осуществлении предлагаемого в изобретении способа регистрируют соответствующие значения сигналов по меньшей мере для трех различных значений регулировки или же напряжений анода. Если первое или последнее значение амплитуды является максимальным, то измерение для других значений регулировки повторяют до тех пор, пока измеренная амплитуда сигнала между первой и последней измеренной амплитудой сигнала не будет максимальной. Перед регистрацией каждой точки измерения, предпочтительным образом, выжидают, пока сигнал амплитуды не установится. Измеренные значения амплитуды и соответствующие значения регулировки сохраняют как точки измерения. Затем определяют квадратичную функцию, которая содержит точки измерения. Определяют максимум квадратичной функции и используют определения максимума значений регулировки желаемой молекулярной массы.

Измерение согласно изобретению проводится по меньшей мере с тремя различными значениями регулировки и с максимум десятью значениями регулировки. Предпочтительным образом, при измерении регистрируют только три точки измерения. То есть в отличие от обычных способов регистрируют явно меньше точек измерения, в результате чего измерения выполняются явно быстрее. К тому же за счет определения максимума квадратичной функции, содержащей точки измерения, отпадает необходимость в последовательных измерениях, что также приводит к более быстрому определению молекулярной массы. Изобретение основывается на идее, чтобы делать вывод о фактическом прохождении только на основании небольшого количества значений измерения, не измеряя прохождение полностью.

Квадратичная функция обычно является параболой типа у=ах²+bx+с. При этом значения х являются осью массы, то есть заданными значениями регулировки, и значения y - измеренными значениями амплитуды для каждого значения регулировки. Постоянные а и b после установки системы уравнения могут быть определены для точек измерения. Затем значение х максимума функции определяют путем образования первой производной квадратичной функции. Значение х, соответствующее максимуму, является значением регулировки искомой молекулярной массы.

Если первое или последнее зарегистрированное значение амплитуды является максимальным, то это является указанием того, что искомый максимум не расположен между двумя этими значениями измерения. Поскольку функция амплитуды не точно соответствует параболе, рекомендуется повторить измерение для нового спектра значений регулировки, причем первое значение регулировки соответствует последнему значению регулировки соответственно предшествующего измерения. Таким образом, измерения повторяют до тех пор, пока не установится максимальное значение измерения амплитуды между соответственно первым и соответственно последним значением регулировки одного измерения. При правильном выборе значений регулировки обычно уже при первом измерении среднее значение больше соседних значений. Для значений измерения последнего измерения затем определяют максимум согласно описанному выше способу.

Точность предлагаемого способа может быть повышена за счет того, что как только имеется максимальное значение амплитуды между первым и последним значением регулировки, вокруг этого значения регулировки регистрируют другие значения амплитуды для более тесно расположенных друг рядом с другом значений регулировки. То есть, говоря иначе, это означает, что расстояния значений регулировки повторного измерения до значения регулировки максимального значения амплитуды меньше, чем при соответственно предыдущем измерении.

Далее на основании фигуры подробнее разъясняется пример осуществления изобретения. На фигуре показано графическое представление предлагаемых значений изобретения.

Сначала измеряют устанавливающиеся значения A1, А2 и A3 амплитуды для трех различных значений M1, М2 и М3 регулировки. Измеренные значения A1, А2, A3 амплитуды сохраняют вместе с соответствующими значениями M1, М2, М3 регулировки как координатные пары (M1, A1), (М2, А2) и (М3, A3). Координатные пары нанесены на фигуру как точки в системе координат. В это координатной системе ось х соответствует значениям регулировки, т.е. оси М массы, а ось у - соответствующей оси А амплитуды.

На фигуре показано, что значение А2 амплитуды среднего значения М2 регулировки больше, чем значения А1 и A3 амплитуды первого значения M1 регулировки и последнего значения М3 регулировки. Это означает, что максимум искомого прохождения находится между первым значением M1 регулировки и третьим значением М3 регулировки. Если это было бы не так, то пришлось бы повторить измерение, причем первое значение M1 регулировки следующего измерения соответствовало бы значению М3 регулировки соответственно предыдущего измерения, чтобы не пропустить ни один спектр.

После регистрации трех точек (M1, A1), (М2, A3), (М3, A3) измерения ищут параболу, которая содержит эти точки измерения. В качестве параболы при этом устанавливают квадратичную функцию у=ах²+bx+с математическими постоянными а, b, с. Значения х соответствуют значениям регулировки, которые в масс-спектрометрах с секторным полем соответствует напряжению анода, а значения y - соответствующим значениям амплитуды. Затем создается система уравнений с использованием точек измерения и решается согласно постоянным а и b. При этом для b следует:

b=(((A1-A3)/(M1²-М3²))-((A1-А2)/(M1²-M2²)))/(((M1-М3)/(M1²-М3²))-((M1-M2)/(M1²-M2²))),

а также для постоянной а

а=(A1-А2-b(M1-М2))/(M1²-М2²).

Затем определения положения максимума устанавливают первую производную y'=2ах+b квадратичной функции у и решают после подстановки рассчитанных постоянных a, b по x, x в этом случае дает значение Mmax регулировки, при котором прохождение функции является максимальным. Значение регулировки максимума является Mmax=-b/2а. На основании этого значения регулировки амплитуда искомой молекулы становится максимальной.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика включает задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения (M1) регулировки, регистрацию соответствующей амплитуды (А1) сигнала, задание второго, соответствующего молекулярной массе значения (М2) регулировки, отличающегося от первого значения (M1) регулировки, измерение соответствующей второй амплитуды (А2) сигнала, задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения (М3) регулировки, отличающегося от первого (M1) и второго (М2) значений регулировки, измерение соответствующей третьей амплитуды (A3) сигнала, определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений у и заданные значения регулировки в качестве значений х, определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения х максимума. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ коррекции значений регулировки масс-спектрометра по молекулярной массе для масс-спектрометрического определения массового пика, включающий:

- задание для масс-спектрометра первого, соответствующего молекулярной массе значения (M1) регулировки,

- регистрацию соответствующей амплитуды (А1) сигнала,

- задание второго, соответствующего молекулярной массе значения (М2) регулировки, отличающегося от первого значения (M1) регулировки,

- измерение соответствующей второй амплитуды (А2) сигнала,

- задание третьего, соответствующего молекулярной массе значения (М3) регулировки, отличающегося от первого (M1) и второго (М2) значений регулировки,

- измерение соответствующей третьей амплитуды (A3) сигнала,

- определение квадратичной функции, содержащей измеренные значения амплитуды в качестве значений у и заданные значения регулировки в качестве значений х,

- определение максимума квадратичной функции, причем искомое значение регулировки определяют для молекулярной массы из значения х максимума.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что квадратичная функция

является параболой типа y=ах²+bx+с, значения х которой соответствуют заданным значениям регулировки, а значения у - измеренным значениям амплитуды, и причем a, b и с являются математическими постоянными.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что значения амплитуды измеряют по меньшей мере для трех различных значений регулировки и максимум десяти значений регулировки.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после измерения трех значений (A1, А2, A3) амплитуды и до определения параболы проверяют, больше ли второе значение (А2) амплитуды, чем первое (А1) значение амплитуды и третье (A3) значение амплитуды, причем измерения при необходимости повторяют так часто, пока второе значение (А2) амплитуды не будет больше первого (А1) и третьего (A3) значения амплитуды одного измерения.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что первое значение (M1) регулировки повторенного измерения соответствует третьему значению (М3) регулировки соответственно предшествующего измерения.

6. Способ по пп. 1, 2 или 5, отличающийся тем, что измерение первого (А1) и третьего значения (A3) регулировки повторяют со значениями (M1, М3) регулировки, расстояние которых до второго значения (М2) регулировки меньше, чем при соответственно предыдущем измерении.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при повторении измерения используют максимум, найденный при первом измерении, в качестве второго значения (М2) регулировки.

8. Способ по пп. 1, 2 или 5, отличающийся тем, что перед каждым измерением значения амплитуды после задания соответствующего значения регулировки сначала выжидают, пока сигнал амплитуды не установится.