Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки Советский патент 1984 года по МПК H01J49/42 

Од

О

ю Изобретение относится к массспектрометрии, а конкретно к динами ческой масс-спектрометрии, и может быть использовано при создании гипе болоидных масс-спектрометров типа Трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью. Известен способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре ти трехмерной ловушки, при котором заряженные частицы вводят в рабочий объем датчика путем ионизации молекул остаточного газа электронным по током, вводимым в датчик, сортируют в высокочастотном поле, после чего измеряют число отсортированных ионо с помощью резонансного контура, вкл ченного между электродами анализатора Ci Недостатками такого способа анал за являются низкая чувствительность наличие дискриминации по массовому диапазону и сильное влияние пространственного заряда накопленных в ловушке ионов на результаты измерений. Кроме того, способ обладает ве сьма низкой экспрессностью и низким динамическим диапазоном измерений. Наиболее близким к предлагаемому является способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которому заряженные частицы вводят в а ёлизатор путем ионизации электронным потоком молекул остаточного газа в рабочем объеме датчика, сортируют по удельным зарядам в высокочастотном поле, после чего отсортированные частицы выводят в измерительное устройство путем подачи на торцовый электрод импульса напряжения отрица тельной полярности. В таком массспектрометре измерительным устройством, как правило, служит электрон ный умножитель. Использование вывод отсортированньос ионов в измерительное устройство позволяет резко увеличить чувствительность (за счет использования умножителя), устра.нить дискриминацию по массовому диапазону, увеличить экспрессность Недостатком известного способа является то, что датчик анализатора является мощным источником высокочастотных помех, что практически полностью исключает возможность использования в масс-спектрометре дл измерения числа отсортированных частиц метода счета ионов, который позволяет значительно увеличить предельную чувствительность анализа. Цель изобретения - увеличение чувствительности . Указанная цель достигается тем, что согласно способу анализа ионов, включающему разделение заряженных частиц по удельным зарядам в высокочастотном поле, вывод в измерительное устройство и регистрацию их,,вывод заряженных частиц из датчика в измерительное устройство осуществля.ют при постоянных либо медленно изменяющихся во времени напряжениях на электродах, а регистрацию числа выведенных частиц производят в промежуток времени меньший, чем время, отведенное на вывод, приэтом скорость изменения напряжения на электродах во время вывода не превышает величины Uo . . ту где Ug - порог срабатывания устройства счета ионов, пересчитанный на вход широкополосного усилителя (ШУ); - модуль входного сопротивления ШУ; с - максимальная эквивалентная паразитная емкость связи между электродами датчика и входом ШУ. На фиг. 1 показана блок-схема массспектрометра типа трехмерной ловушки; на фиг. 2 - форма высокочастотного напряжения, подаваемого на кольцевой электрод датчика. Блок-схема содержит торцовые электроды 1 датчика, кольцевой электрод 2, генератор 3 высокочастотного, например импульсного напряжения, источник 4 постоянного напряжения, схему 5 регистрации, например схему счета ионов, электронную пушку 6, коллектор 7 электронов. На фиг.2 обозначены Е - размах колебаний высокочастотного напряжения; Е напряжение, которое подается на электроды датчика во время вывода ионов в измерительное устройство, tco/)№. сортировки, врея вывода, tiM. - время регистрации астиц. Способ осуществляют следующим образом. Из электронной пушки 6 ионизирующий электронный поток вводят в рабочий объем датчика, состоящего из двух торцовых 1 и одного кольцевого электрода 2. Проведя электронный .поток через рабочий объем, его улавливают коллектором 7. В течение времени сортировки заряженные частицы, образовавшиеся в объеме, сортируются по удельным зарядам в рабочем объеме njfti этом анализируемые частицы останзтся в объеме датчика, а все другие (с отличными от выбранного значениями е/т, где е - заряд; m - масса частицы) рассеиваются на полеобразую щие электроды. По прошествии времени сортировки (tp|j) форма напряжения, поступающего с генератора 3 изменяется (фиг. 2) и вследствие этого отсортированные ионы выплескиваются в измерительное устройство. В течение времени сортировки полезный сигнал на входе схемы 5 регистрации отсутствует, в то же время ве лик уровень наводок от высокочастотного сигнала, подаваемого на электроды датчика. При использовании импульсного сигнала наводка на входе схемы регистрации присутствует в виде импульсов, соответствующих пере нему и заднему фронтам рабочего сигнала, получающихся из-за его дифференцирования на цепочке, состоящей из паразитной емкости связи электрод ной системы с входом широкополосного усилителя С и его входного сопротивления Z(y,, в общем случае являющегося комплексной величиной. Эта наводка выступает в виде фонового сигнала. Поскольку частота рабочего сигнала от нескольких сот килогерц до нескол ких мегагерц, то фон оказывается недопустимо высоким (10 - 10 имп/с) В такой ситуации приходится использовать, с одной стороны, сложные системы многократной экранировки входа широкополосного усипителя, а с другой, увеличивать уровень дискри минации, что неизбежно приводит к потере значительной доли информации и, соответственно, к уменьшению чувствительности масс-спектрометра. Полезный сигнал на входе схемы регистрации появляется через некоторое время (порядка периода высокочастотного напряжения) после начала вывода ионов. Поэтому целесообразно открывать схему регистрации (либо схему счета ионов) на время/вывода. При этом необходимо, чтобы во время, когда тракт схемы регистрации открыт, на ее вход не поступгши бы фоновые импульсы. В этом случае чувствительность анализа будет максимальной. Этого достигают тем, что, во-первых, осуществляют вывод ионов в измерительное устройство при постоянных либо медленно меняющихся во времени напряжениях на электродах (фиг. 2) и, во-вторых, открывают тракт-смены регистрации на время () меньшее, чем время .вывода (tg,,) В таком случае фон, связанный с навопкой на входе ШИРОКОПОЛОСНОГО усилителя, отсутствует, так как медленно меняющееся напряжение по-существу не передается через малую паразитную емкость и исключается возможность попадания в канал счета импульсов, соответствующих переднему и заднему фронтам импульса вывода. Предельная скорость изменения напряжений, подаваемых на электроды датчика во время регистрации (во время вйвода), определяется параметрами входной щели широкополосного усилителя, эквивалентной паразитной емкостью связи входа широкополосного усилителя с электродной системой и заданным порогом срабатьшания счетного . устройства, пересчитанньм на вход широкополосного усилителя (U). Эту предельную скорость можно оценить соотношением dUo Uo пред вх / - модуль входного сопротивгде /Z ления широкополосного усилителя. Использование предлагаемого способа анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки по сравнению с.известным позволяет уменьшить уровень фонового сигнала на выходе счета ионов в 10 раз, что в соответствующее число раз повышает предельную чувствительность масс-спектрометров.

СПОСОБ АНАЛИЗА ИОНОВ В ПШЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ ТИПА ТРЕХМЕРНОЙ ЛОВУШКИ, по которому заряженные частицы разделяют по удельным зарядам в высокочастотном поле,выводят в измерительное устройство и регистрируют их, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, вывод заряженных частиц из датчика в измерительное устройство осуществляют при постоянных либо медленно изменяющихся во времени напряжениях на электродах, a регистрацию числа выведенных частиц производят в промежуток времени меньший, чем время, отведенное на вывод, при этом скорость изменения напряжения на электродах во время вывода не превышает величины и„ где UQ - порог срабатьшания устройства счета ионов, пересчитанный на вход широкополое ного усилителя; i. с максимальная эквивалентная паразитная емкость связи (/ между электродами датчика С и входом широкополосного усилителя; а модуль входного сопротивле л ния широкополосного усилителя.