МНОГОЭЛЕКТРОДНАЯ ГАРМОНИЗИРОВАННАЯ ЛОВУШКА КИНГДОНА С МНОГОПОРТОВЫМ ВВОДОМ ЭЛЕКТРОНОВ И ИОНОВ Российский патент 2024 года по МПК H01J49/00 

Описание патента на изобретение RU2818310C1

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно описывает масс-спектрометр на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, реализованной с возможностью многопортового ввода электронов для ионизации молекул газа внутри ловушки и ионов, создаваемых в ионных источниках вне ловушки. Настоящее техническое решение может найти применение во многих областях техники.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современная масс-спектрометрия - чувствительный, быстрый и информативный метод атомарного и молекулярного анализа веществ, имеющий широчайшие применения во многих областях науки и техники. Использование масс-спектрометрии для идентификации молекул требует высокой разрешающей способности и высокой точности измерения масс. Долгое время таким требованиям удовлетворяла масс-спектрометрия ионного циклотронного резонанса (ИЦР) с преобразованием Фурье, однако, существенным недостатком этого метода является необходимость использования сверхпроводящих крио-магнитов с высокой (7 Тесла и выше) магнитной индукцией, что приводит к большим эксплуатационным расходам и большому размеру, а также весу, самого прибора. Другим типом масс-спектрометров, приближающимся по разрешению и точности к приборам на основе ИЦР, являются приборы, использующие принцип ионной ловушки Кингдона (далее в настоящем описании - ловушка Кингдона; Kingdon, K.H.: A method for the neutralization of electron space charge by positive ionization at very low gas pressures. Phys. Rev. 21, 408-418 (1923)). Примером такого масс-спектрометра является орбитальная ионная ловушка, в которой происходит захват и удержание вводимых внутрь ионной ловушки ионов с большой кинетической энергией (несколько килоэлектрон-вольт), при помощи электрических полей, впервые предложенная в работе Knight (Knight, R.D.: Storage of ions from laser produced plasmas. Appl. Phys. Lett. 38, 221-223 (1981)) в качестве масс-спектрометра. В последствии Макаровым был создан такой масс-спектрометр, названный им Орбитрэп (Orbitrap) (Eliuk, S., Makarov, A.: Evolution of Orbitrap mass spectrometry instrumentation. Annu. Rev. Anal. Chem. 8, 61-80 (2015)). В орбитальной ионной ловушке Орбитрэп электродами специальной формы создаётся осесимметричное статическое электрическое поле. Попадающие в поле ионы с достаточным для захвата моментом количества движения, вводимые извне перпендикулярно оси ловушки на некотором расстоянии от центра ловушки, после импульсного изменения потенциала центрального электрода, вызывающего изменение их момента количества движения, начинают двигаться по стабильным циклическим траекториям вокруг центрального электрода и одновременно осциллировать вдоль оси (ось z) центрального электрода в квадратичном потенциале, создаваемым электродами ловушки вдоль оси z. Вдоль оси z ионы совершают гармонические осцилляции с частотой обратно пропорциональной квадратному корню из отношения массы к заряду иона. В связи с тем, что электрический потенциал квадратично зависит от координаты z эта частота не зависит от амплитуды колебания ионов. Измеряемой величиной является разность потенциалов, наводимая движущимися ионами на внешних электродах. Благодаря тому, что частота аксиальной осцилляции ионов не зависит от их энергии и тому, что электрическое поле устанавливается с высокой точностью и стабильностью, может быть достигнуто высокое разрешение, и масса может быть определена с высокой точностью по измеренной частоте аксиальных колебаний. Орбитальная ловушка также характеризуется способностью одновременного захвата и измерения масс относительно большого количества ионов. В работах группы Ю.К. Голикова было показано, что ловушка Кингдона-Найта может содержать более одного внутреннего электрода и при этом иметь квадратичную зависимость электростатического поля в направлении, совпадающим с направлением внутренних электродов. Близкими аналогами предлагаемой нами МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ ГАРМОНИЗИРОВАННОЙ ЛОВУШКИ КИНГДОНА С МНОГОПОРТОВЫМ ВВОДОМ ЭЛЕКТРОНОВ И ИОНОВ являются: масс-спектрометр, раскрытый в патенте США № US 7989758 B2 (принадлежащий BRUKER DALTONIK GMBH и опубл. 02.08.2011 МПК B01D59/44; H01J49/00) содержащий так называемую ловушку Кассини; а также масс-спектрометр на основе мультиэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, раскрытый в патенте RU 2693570C1 (АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СКОЛКОВСКИЙ ИНСТИТУТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ" и опубл. 03.07.2019, МПК H01J49/42).

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных ранее тем, что предложенное решение выполнено с возможностью многопортового ввода электронов и ионов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание масс-спектрометра на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, реализованной с возможностью многопортового ввода электронов для ионизации молекул газа внутри ловушки и ионов, создаваемых в ионных источниках вне ловушки.

Технический результат заключается в том, что конструкция ловушки позволяет работать с двумя независимыми источниками электронов, что повышает надежность прибора и увеличивает время работы без замены катода. Дополнительным техническим результатом является возможность ввода ионов в ловушку в нескольких направлениях.

Заявленные технические результаты достигаются за счет осуществления масс-спектрометра на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, реализованной с возможностью многопортового ввода электронов для ионизации молекул газа внутри ловушки и ионов, создаваемых в ионных источниках вне ловушки, где каждый порт может использоваться независимо друг от друга, и состоящей из двух внешних и четырех внутренних электродов, которые расположены симметрично, выполненных с возможностью возбуждения периодического движения ионов в ловушке вдоль оси симметрии и детектирования сигнала, наводимого осциллирующими в квадратичном потенциале внутри ловушки ионами, при этом на внутренние электроды подан потенциал, создающий вне этих электродов электрическое поле, величина потенциала которого квадратично зависит от координаты, направленной вдоль внутренних электродов оси ловушки, при этом квадратичность потенциала обеспечивается формой внутренних и внешних электродов, причем геометрия поверхностей внутренних электродов совпадает с геометрией эквипотенциальных поверхностей, соответствующих напряжению -4кВ на внутренних электродах, а внешний электрод имеет геометрию эквипотенциальной поверхности, проходящей на максимальном расстоянии от 20 мм до 90 мм от центра ловушки вдоль направления оси Х перпендикулярной оси симметрии; причем на внутренние электроды подаются импульсные потенциалы специального временного профиля для захвата ионов, образующихся внутри ловушки при ионизации молекул газа аналита электронами и импульсные потенциала временного профиля другой формы для захвата ионов, образуемых во внешних по отношению к ловушке ионных источников;

при этом масс-спектрометр может быть снабжен несколькими, расположенными вне ловушки Кингдона, источниками электронов, находящимся под отрицательным потенциалом U достаточным для ускорения электронов и их проникновения внутрь ловушки, и выполненным с возможностью ионизации молекул газа-аналита внутри ловушки электронами с величиной энергии изменяющейся от U в области вблизи внешних электродов, до нуля - в точке поворота электронов, где отрицательный потенциал поля ловушки, создаваемого внутренними электродами совпадает с потенциалом, приложенным к источнику электронов; при этом масс-спектрометр снабжен несколькими, расположенными вне ловушки Кингдона, источниками ионов; причем для каждого типа источника ионов может использоваться отдельный порт если источники ионов не комбинированные.

В одном из вариантов исполнения, один источник электронов может быть реализован с использованием автоэлектронной эмиссии.

В одном из вариантов исполнения, один источник ионов реализуется с использованием ионизации электронным ударом вне ионной ловушки Кингдона и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

В одном из вариантов исполнения один источник ионов реализуется с использованием полевой ионизации и транспортируется в ловушку ионно-оптической системой.

В одном из вариантов исполнения один источник ионов реализуется с использованием полевой десорбции и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

В одном из вариантов исполнения один источник ионов реализуется посредством МАЛДИ (матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация) и ионы транспортируется в ловушку ионно-оптической системой.

В одном из вариантов исполнения один источник ионов реализуется посредством электроспрея, и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

В одном из вариантов исполнения, по меньшей мере, один источник ионов реализуется посредством одного из методов атмосферной ионизации, и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:

Фиг. 1 иллюстрирует эффективность захвата ионов в плоскости z=0,75 или фотоионизация в разных областях ловушки.

Фиг. 2 иллюстрирует моделирование движения ионов после ионизации при z=0.

Фиг. 3 иллюстрирует траектории ионов, созданных в областях -0.1mm<x<0.1mm, 77mm<y<90mm и -0.1mm<y<0.1mm, 77mm<x<90mm.

Фиг. 4 иллюстрирует колебания ионов вдоль оси z после возбуждения или инжекции при z≠0 (возбуждение SWIFT 600-60 кГц 20 В, 13 мс).

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако квалифицированному в предметной области специалисту будет очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. В описании данного изобретения термины «включает» и «включающий» интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего». Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из». Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.

Создавать ионы для их анализа по массам в гармонизированной ловушке Кингдона можно несколькими путями. Можно осуществлять ионизацию газообразных веществ вне ловушки, например, в стандартном ионном источнике Нира, и вводить ионы в ловушку из этого источника захватывая их полем во время пролета через ловушку, как это делается в Орбитрэпах. Преимущество такого метода состоит в том, что можно использовать стандартную энергию ионизации 70 вольт, что позволяет идентифицировать молекулы, используя базы данных по масс-спектрам электронного удара и использовать магнитное поле для коллимирования ионизующих электронов. Недостатком метода является необходимость в устройстве накопления ионов перед выбросом их в ловушку, так как иначе эффективность отбора ионов для масс анализа будет очень низкой.

Другим способом ионизации является ионизация внутри самой ловушки. Это можно делать двумя способами: с заземлением всех электродов ловушки, что позволяет фиксировать энергию электронов, и с рабочими потенциалами на электродах. В первом случае duty cycle буден ничтожно маленьким, так как могут быть захвачены ионы, находящиеся в ловушке только в момент ионизации (микросекунды), а во втором случае будет большой разброс в энергиях ионизации, так как она зависит от места рождения иона, которое находится на пути ионизирующих электронов. Траектории электронов не совпадают с силовыми линиями электрического поля внутри ловушки, разброс по энергиям электронов в момент ионизации составляет до 400 электрон вольт (энергия электронов в ловушке составляет от 0 до 400 eV). Получаемые при такой ионизации масс-спектры не будут в общем случае совпадать с масс-спектрами, полученными при стандартной энергии ионизации, и будут требовать коррекции. Образованные при таком способе ионизации ионы будут захватываться ловушкой. Моделирование процесса ионизации показывает, что эффективность захвата составляет от 10 до 60%. Как показывают эксперименты, время жизни ионов в ловушке после их образования и захвата составляет более 1000 миллисекунд.

Для получения сигнала необходимо возбудить движение ионов в направлении, в котором потенциал имеет квадратичную зависимость от координаты, а именно вдоль внутренних электродов ловушки. Это можно делать в случае ввода ионов из накопительного устройства вводя ионы не по центру ловушки, как в ловушке Орбитрэп. Тогда ионы попадают в поле с квадратичным потенциалом не по его центру, где потенциал минимален, а в область потенциала выше потенциала в центре и начинают совершать гармонические колебания в этом квадратичном потенциале. В случае ввода ионов по центру их движение в квадратичном потенциале необходимо возбуждать либо прикладывая переменное напряжение с частотой, совпадающей с резонансными частотами гармонических колебаний ионов в квадратичном поле, к внешним электродам ловушки либо к внутренним, для чего электроды должны быть разрезаны по вертикальной плоскости симметрии. Амплитуда напряжения настраивается экспериментально для получения максимальной амплитуды сигнала от ионов и разрешающей способности. Для избирательного возбуждения ионов определенных масс может быть использован метод SWIFT, как в FT ICR масс-спектрометрии. В этом методе синтезируется спектр частот, преобразование которого дает временной сигнал необходимой частоты и амплитуды для возбуждения ионов в определенном диапазоне масс или ионов определенных масс. Запрограммированный SWIFT временной сигнал подается из ЦАП через усилитель на электроды возбуждения. При внешнем вводе ионов в ловушку Кингдона можно использовать любые виды источников ионов, что позволяет ионизировать газовые, жидкие и твердые вещества. В случае анализа газов ионы можно создавать непосредственно в самой ловушке Кингдона используя ионизацию электронным ударом, и фото-ионизацию.

Четырехэлектродная симметричная гармонизированная ловушка Кингдона имеет четыре плоскости, проходящие между индивидуальными внутренними электродами, в которых возможен ввод ионов и электронов в ловушку. Эти плоскости эквивалентны. Благодаря этому обстоятельству можно использовать такую ловушку с несколькими типами источников ионов в одном масс-спектрометре. Среди них могут быть источники ионов с ионизацией внутри ловушки такие как источник электронным ударом, источник с лазерной фотоионизацией, источники с полевой десорбцией и полевой ионизацией, могут быть также источники с ионизацией вне ловушки, такие как МАЛДИ источник, электроспрейные источника, и любые другие источники с ионизацией при атмосферном давлении.

Настоящий масс-спектрометр реализован на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, и выполнен с возможностью многопортового ввода электронов для ионизации молекул газа внутри ловушки и ионов, создаваемых в ионных источниках вне ловушки. В настоящем техническом решении каждый порт может использоваться независимо друг от друга. Изобретение содержит два внешних и четыре внутренних электрода, которые расположены симметрично. Внешние электроды выполнены с возможностью возбуждения, и с их помощью осуществляется периодическое движение ионов в ловушке вдоль оси симметрии и детектирование сигнала, наводимого осциллирующими в квадратичном потенциале внутри ловушки ионами. На внутренние электроды подан потенциал, создающий вне этих электродов электрическое поле, величина потенциала которого квадратично зависит от координаты вдоль внутренних электродов оси ловушки. Квадратичность потенциала обеспечивается формой внутренних и внешних электродов. Геометрия поверхностей внутренних электродов совпадает с геометрией эквипотенциальных поверхностей, соответствующих напряжению -4кВ на внутренних электродах (это напряжение определяет частоту колебаний ионов вдоль оси z и может варьироваться в пределах от -500 В до -10 кВ в случае положительных ионов и такого же диапазона напряжения положительной полярности в случае отрицательных ионов). Внешний электрод имеет геометрию эквипотенциальной поверхности, проходящей на расстоянии от 20 мм до 90 мм от центра ловушки вдоль направления оси Х перпендикулярной оси симметрии. На внутренние электроды подаются импульсные потенциалы специального временного профиля для захвата ионов, образующихся внутри ловушки при ионизации молекул газа аналита электронами и импульсные потенциала временного профиля другой формы для захвата ионов, образуемых во внешних по отношению к ловушке ионных источников.

Масс-спектрометр может быть снабжен несколькими, расположенными вне ловушки Кингдона, источниками электронов, находящимся под отрицательным потенциалом U достаточным для ускорения электронов и их проникновения внутрь ловушки, и выполненными с возможностью ионизации молекул газа-аналита внутри ловушки электронами с величиной энергии изменяющейся от U в области вблизи внешних электродов, до нуля - в точке поворота электронов, где отрицательный потенциал поля ловушки, создаваемого внутренними электродами совпадает с потенциалом, приложенным к источнику электронов. Масс-спектрометр может быть снабжен несколькими, расположенными вне ловушки Кингдона, источниками ионов. Необходимо отметить, что для каждого типа источника ионов используется отдельный порт если источники ионов не комбинированные (как например, МАЛДИ и электроспрейные источники при использовании ионной воронки).

Ионизирующие электроны в источнике электронов могут создаваться посредством автоэлектронной эмиссии; ионы могут создаваться методами полевой ионизации; полевой десорбции; матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (МАЛДИ); электроспрея, а также посредством одного из методов атмосферной ионизации.

Поле ловушки и форма электродов

В предлагаемом техническом решении внутренние электроды разнесены по углам куба и расположены симметрично. Внутренние электроды образованы эквипотенциальными поверхностями, соответствующими напряжению -4кВ, а внешний электрод образован эквипотенциальной поверхностью, проходящей на расстоянии от 20 мм до 90 мм от центра ловушки вдоль направления Х.

Размеры электродов ловушки определяются требованиями достижения максимально возможной точности при их изготовлении. От напряжения на внутренних электродах зависит частота колебаний ловушки. При этом область обрабатываемой поверхности должна составлять не более 200мм × 200мм × 200мм, т.е. не более объема рабочей зоны наиболее прецизионных фрезерных станков. Чем больше размер рабочей зоны у станка, тем большее влияние оказывают термические расширения и тем хуже точность изготовления при прочих равных условиях.

Предлагаемое техническое решение позволяет вводить в ловушку ионы в нескольких направлениях. В случае ионизации электронным ударом внутри ловушки конструкция ловушки позволяет работать с двумя независимыми источниками электронов, что повышает надежность прибора и увеличивает время работы без замены катода.

На Фиг. 1 проиллюстрирована эффективность захвата ионов в плоскости z=0,75 в разных областях ловушки, где 1, 2 и 3 - это линии фотоионизации.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.

Похожие патенты RU2818310C1

название год авторы номер документа
ЧЕТЫРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛОВУШКА КИНГДОНА С РАВНОУДАЛЕННЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ 2023
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
  • Горбатов Сергей Викторович
  • Семенов Александр Сергеевич
  • Лиознов Антон Валерьевич
  • Борисовец Петр Юрьевич
RU2806730C1
МАСС-СПЕКТРОМЕТР С ИОНИЗАЦИЕЙ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ НА ОСНОВЕ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ ГАРМОНИЗИРОВАННОЙ ЛОВУШКИ КИНГДОНА 2022
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
  • Горбатов Сергей Викторович
  • Семенов Александр Сергеевич
RU2797722C1
МНОГОЭЛЕКТРОДНАЯ ГАРМОНИЗИРОВАННАЯ ИОННАЯ ЛОВУШКА КИНГДОНА СО СЛИВШИМИСЯ ВНУТРЕННИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ 2018
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Фурсова Анастасия Валерьевна
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Борисовец Петр Юрьевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
RU2693570C1
СПОСОБ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОДА ОРБИТАЛЬНОЙ ИОННОЙ ЛОВУШКИ 2019
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Борисовец Петр Юрьевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
  • Лиознов Антон Валерьевич
RU2713910C1
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ОРГАНИЧЕСКИХ И БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В УСРЕДНЕННОМ ПО ВРАЩЕНИЯМ ИОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ 2011
  • Разников Валерий Владиславович
  • Козловский Вячеслав Иванович
  • Сулименков Илья Вячеславович
RU2474917C1
ОТКРЫТАЯ ДИНАМИЧЕСКИ ГАРМОНИЗИРОВАННАЯ ИОННАЯ ЛОВУШКА ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРА ИОННОГО ЦИКЛОТРОННОГО РЕЗОНАНСА 2020
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Лиознов Антон Валерьевич
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
RU2734290C1
СПОСОБ СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ОРГАНИЧЕСКИХ И БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО И КИНЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ЭТИХ СОЕДИНЕНИЙ 2009
  • Разников Валерий Владиславович
  • Зеленов Владислав Валерьевич
  • Апарина Елена Викторовна
  • Разникова Марина Олеговна
  • Пихтелев Александр Робертович
  • Сулименков Илья Вячеславович
  • Чудинов Алексей Владимирович
  • Савенков Геннадий Николаевич
  • Тихомиров Леонид Алексеевич
RU2402099C1
СПОСОБ АНАЛИЗА ПРИМЕСЕЙ В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ ПРИ ИХ НАПУСКЕ В ВИДЕ ВНЕОСЕВОГО СВЕРХЗВУКОВОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА ЧЕРЕЗ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОННОЙ ИОНИЗАЦИИ И РАДИОЧАСТОТНЫЙ КВАДРУПОЛЬ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВЫВОДОМ ИОНОВ В МАСС-АНАЛИЗАТОР 2014
  • Разников Валерий Владиславович
  • Зеленов Владислав Валерьевич
  • Чудинов Алексей Владимирович
  • Сулименков Илья Вячеславович
  • Пихтелев Александр Робертович
  • Разникова Марина Олеговна
  • Савенков Геннадий Николаевич
RU2576673C2
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ОРГАНИЧЕСКИХ И БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В СВЕРХЗВУКОВОМ ГАЗОВОМ ПОТОКЕ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ РЕГИСТРАЦИИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭТИХ ИОНОВ В ПОСЛЕДУЮЩИЙ МАСС-АНАЛИЗАТОР 2011
  • Разников Валерий Владиславович
  • Зеленов Владислав Валерьевич
  • Апарина Елена Викторовна
  • Разникова Марина Олеговна
  • Пихтелев Александр Робертович
  • Сулименков Илья Вячеславович
  • Чудинов Алексей Владимирович
RU2474916C2
ИОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С МНОГОКРАТНЫМ ОТРАЖЕНИЕМ 2008
  • Голиков Юрий Константинович
  • Соловьев Константин Вячеславович
  • Судаков Михаил Юрьевич
  • Кумасиро Сумио
RU2481668C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 818 310 C1

Реферат патента 2024 года МНОГОЭЛЕКТРОДНАЯ ГАРМОНИЗИРОВАННАЯ ЛОВУШКА КИНГДОНА С МНОГОПОРТОВЫМ ВВОДОМ ЭЛЕКТРОНОВ И ИОНОВ

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Технический результат - возможносить работать с двумя независимыми источниками электронов, что повышает надежность прибора и увеличивает время работы без замены катода, а также возможность ввода ионов в ловушку в нескольких направлениях. Масс-спектрометр на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, реализованной с возможностью многопортового ввода электронов для ионизации молекул газа внутри ловушки и ионов, создаваемых в ионных источниках вне ловушки, где каждый порт может использоваться независимо друг от друга, состоит из двух внешних и четырех внутренних электродов, которые расположены симметрично, выполненных с возможностью возбуждения периодического движения ионов в ловушке вдоль оси симметрии и детектирования сигнала, наводимого осциллирующими в квадратичном потенциале внутри ловушки ионами. На внутренние электроды подан потенциал, создающий вне этих электродов электрическое поле, величина потенциала которого квадратично зависит от координаты вдоль внутренних электродов оси ловушки. Геометрия поверхностей внутренних электродов совпадает с геометрией эквипотенциальных поверхностей, соответствующих напряжению -4кВ на внутренних электродах, а внешний электрод имеет геометрию эквипотенциальной поверхности, проходящей на расстоянии от 20 мм до 90 мм от центра ловушки вдоль направления оси Х, перпендикулярной оси симметрии. На внутренние электроды подаются импульсные потенциалы специального временного профиля для захвата ионов, образующихся внутри ловушки при ионизации молекул газа аналита электронами, и импульсные потенциала временного профиля другой формы для захвата ионов, образуемых во внешних по отношению к ловушке ионных источников. Масс-спектрометр снабжен несколькими расположенными вне ловушки Кингдона источниками электронов, находящимися под отрицательным потенциалом U, достаточным для ускорения электронов и их проникновения внутрь ловушки, и выполненными с возможностью ионизации молекул газа аналита внутри ловушки электронами с величиной энергии, изменяющейся от U в области вблизи внешних электродов, до нуля - в точке поворота электронов, где отрицательный потенциал поля ловушки, создаваемого внутренними электродами, совпадает с потенциалом, приложенным к источнику электронов. Масс-спектрометр снабжен несколькими расположенными вне ловушки Кингдона источниками ионов, причем для каждого типа источника ионов может использоваться отдельный порт, если источники ионов некомбинированные. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 818 310 C1

1. Масс-спектрометр на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона, реализованный с возможностью многопортового ввода электронов для ионизации молекул газа внутри ловушки и ионов, создаваемых в ионных источниках вне ловушки, где каждый порт используется независимо друг от друга, состоящий из двух внешних и четырех внутренних электродов, которые расположены симметрично, выполненных с возможностью возбуждения периодического движения ионов в ловушке вдоль оси симметрии и детектирования сигнала, наводимого осциллирующими в квадратичном потенциале внутри ловушки ионами, при этом на внутренние электроды подан потенциал, создающий вне этих электродов электрическое поле, величина потенциала которого квадратично зависит от координаты вдоль внутренних электродов оси ловушки, при этом квадратичность потенциала обеспечивается формой внутренних и внешних электродов, причем геометрия поверхностей внутренних электродов совпадает с геометрией эквипотенциальных поверхностей, соответствующих напряжению на внутренних электродах, а внешний электрод имеет геометрию эквипотенциальной поверхности, проходящей на расстоянии от 20 мм до 90 мм от центра ловушки вдоль направления оси Х, перпендикулярной оси симметрии; причем на внутренние электроды подаются импульсные потенциалы для захвата ионов, образующихся внутри ловушки при ионизации молекул газа аналита электронами, и импульсные потенциалы для захвата ионов, образуемых во внешних по отношению к ловушке ионных источников;

при этом масс-спектрометр снабжен несколькими расположенными вне ловушки Кингдона источниками электронов, находящимися под отрицательным потенциалом U, достаточным для ускорения электронов и их проникновения внутрь ловушки, и выполненными с возможностью ионизации молекул газа аналита внутри ловушки электронами с величиной энергии, изменяющейся от U в области вблизи внешних электродов, до нуля – в точке поворота электронов, где отрицательный потенциал поля ловушки, создаваемого внутренними электродами совпадает с потенциалом, приложенным к источнику электронов; при этом масс-спектрометр снабжен несколькими расположенными вне ловушки Кингдона источниками ионов; причем для каждого типа источника ионов используется отдельный порт, если источники ионов некомбинированные.

2. Масс-спектрометр по п.1, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один источник электронов может быть реализован с использованием автоэлектронной эмиссии.

3. Масс-спектрометр по п.1, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один источник ионов реализуется с использованием ионизации электронным ударом вне ионной ловушки Кингдона, и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

4. Масс-спектрометр по п.1, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один источник ионов реализуется с использованием полевой ионизации, и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

5. Масс-спектрометр по п.1, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один источник ионов реализуется с использованием полевой десорбции, и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой.

6. Масс-спектрометр по п.1, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один источник ионов реализуется посредством МАЛДИ, и ионы транспортируется в ловушку ионно-оптической системой.

7. Масс-спектрометр по п.1, характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один источник ионов реализуется посредством электроспрея, и ионы транспортируются в ловушку ионно-оптической системой

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2818310C1

US 7989758 B2, 02.08.2011
МНОГОЭЛЕКТРОДНАЯ ГАРМОНИЗИРОВАННАЯ ИОННАЯ ЛОВУШКА КИНГДОНА СО СЛИВШИМИСЯ ВНУТРЕННИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ 2018
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Фурсова Анастасия Валерьевна
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Борисовец Петр Юрьевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
RU2693570C1
МАСС-СПЕКТРОМЕТР С ИОНИЗАЦИЕЙ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ НА ОСНОВЕ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ ГАРМОНИЗИРОВАННОЙ ЛОВУШКИ КИНГДОНА 2022
  • Николаев Евгений Николаевич
  • Харыбин Олег Николаевич
  • Владимиров Глеб Николаевич
  • Горбатов Сергей Викторович
  • Семенов Александр Сергеевич
RU2797722C1
US 2016148795 A1, 26.05.2016
US 2014175274 A1, 26.06.2014
US 10170292 B2, 01.01.2019.

RU 2 818 310 C1

Авторы

Николаев Евгений Николаевич

Харыбин Олег Николаевич

Владимиров Глеб Николаевич

Даты

2024-05-02Публикация

2023-08-23Подача