Способ измерения масс-спектров в магнитном резонансном масс-спектрометре Советский патент 1986 года по МПК H01J49/30 

Изобретение относится к масс- спеткрометрйи и может быть использовано в различных магнитных резо нансных масс-спектрометрах, применяемых в научных и практических цел для проведения масс-спектрометричес кого анализа веществ в газовой фазе

Целью изобретения является повышение точности измерения отношений ионных токов известных пиков масс- спектра и упрощение измерения масс- спектра в широком диапазоне массовых чисел за счет предварительной настройки на исследуемые пики сложнго полигармонического спектра магнитного резонансного масс-спектромера управлением частотой генератора и магнитным полем.

На фиг. 1 схематически представлен анализатор МРМС, помещенный в зазор электромагнита, вариант; на фиг.2 - полигармонический спектр мультиплета; на фиг.З - зависимость выходного тока для ионов одной массы от изменения магнитного поля.

На фиг.1 обозначены источник 1, модулятор 2, генератор 3, вьюод- ной конденсатор 4 и щели 5, 6, 7 и 8 источника, модулятора, пространства дрейфа и вьшодного конденсатора соответственно.

Выходящие из щелей 8 и 5 источни ка 1 ионы разделяются по отношению массы к заряду как в обычном .180-градусном магнитном статическом масс-спектрометре (первая ступень разделения ионов). Выделенные щелью 6 и модулятора 2 ионы лежат в узком диапазоне масс. Уравнение движения ионов в однородном магнитном поле определяется вьфажением

pV 2U

J

(1)

где

М

е

н и

р

-отношение массы иона М к его заряду е;

-напряженность магнитног,о поля;i

-ускорящее напряжение;

-радиус круговой траектории.

Вторая ступень - магнитный резонансный анализатор, в котором разделение ионов мультиплета масс происходит по времени пролета ими кругвой траектории в однородном магнит- ном поле.

х

I2I84262

Время пролета Тц одной окружности составляет

22 И( Н.с

(2)

o

5

0

Ионы, попавшие в щель 6 модулятора, подвергаются воздействию высокочастотного синусоидального напряжения генератора 3. Часть ионов, получивших в модуляторе достаточное приращение энергии, проходят , щель дрейфа 7 и вновь попадают в щель 6 модулятора.

Второй раз ионы проходят в модулятор в виде коротких ионных пакетов, вырезанных щелью 7. На измеритель ионного тока через щель 8 и вьшодной конденсатор 4 попадают %1оны, вторично ускоренные в модуляторе. За счет разности времен пролета по орбите дрейфа и большой крутизны изменения высокочастотного поля модулятора ионы даже с малой разностью масс (малой разностью времен пролета) получают различшле приращения энергии, в результате чего двигаются по круговым траекториям с различными радиусами.

Частота напряжения, питаницего модулятор, связана с отношением длины окружности орбиты дрейфа к геометрическим размерам модулятора соотношением

(3)

0

5

где

L

Г

S

0

5

- частота напряжения генератора, питающего модулятор ;

Тц - циклотронный период ионов К - номер гармоники /целое

число при резонансном режиме работы и К К, t ei, при компенсационном; 1 - целое число, ni 0,25 . Настройка на пик определенной массы в МРМС в отличие от статических масс-спектрометров зависит от соотношения т рех параметров U, Н и.

Из выражений (1) ,(2), (З) при постоянной энергии ионов (11 const) и постоянной радиусе их траектории на орбите дрей4)а (Pz const:., фиг,1) следует, что

tj 4Fo ;

-2

1,.н

ko-B,

где A и В - постоянные величины;

М-,НдИ Kg- масса ионов, напряженность магнитного поля и номер гармоники, соответствующие совместному вьтолнению условий СМ и (5).

Следовательно, выбрав определен- ньй номер гармоники К и определив экспериментально для какой-либо известной массы произведение А, можно для ионов с любой другой известной из таблиц массой вычислить значения соответствующих частот.

Если при определенном значении i,изменить магнитное поле, то зависимость вькодного тока для ионов одной массы от изменения магнитного поля будет выглядеть, как это представлено на фиг.З, так как при изменении Н, как следует из (2),

изменяется Тц lf К ° мере уменьшения Н устаноттенная неизменная частота совпадает с резонансными частотами пиков со все более увеличивающимися номерами гармоник.

Падение интенсивности выходных токов при изменении Н относительно Нд, соответствующего условиям (4) и (5) обусловлено тем, что в первой ступени прибора ионный луч сходит со щели 6 модулятора (фиг.1).

Таким образом, при молях меньших Н, и больших Н ток ионов с массой Mj не появляется.

i

Чем больше разрешающая способность первой ступени R( , тем меньше & Н Hg- Hg Н . Следовательно, для получения однозначной настройки прибора на выбранный компенсационный пик при поле Нр необходимо достаточно большое R, . Минимальное значение разрешаюп1ей способности первой ступени прибора, отвечающее этому условию, может быть получено, если -rr--V ( выражеП .К

ния (5), а АК (из выражения 3). Так как из (1)

2ip,

HO Р

р л J l .PI

где R, - разрешающая способность

по основанию пика первой ступени, то для однозначной настройки по Н на пик с данной массой, отвечающей условиям (41 и (5) необходимр иметь R. 4 К „

Это условие технически выполнимо так как обычно К 20-100. На фиг.2

5 показан полигармонический спектр мультиплета приР,4 К о и однозначный спектр при R, 4К,.

Таким образом, при выполнении условия (б) однозначная развертка

20 спектра по заданным массам сводится к вычислению соответствующих значений f изменению магнитного поля так, чтобы оно проходило поле Нд для исследуемых ионов. При этом

25 не требуется измерение или вычисление точных значений Н , что является технически трудной задачей.

I

;Формула изобретения 30

Способ измерения масс-спектров в магнитном резонансном масс-спектрометре, по которому производят развертку масс-спектра мультиплета изменением магнитного поля масс- анализатора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения отношений ионных токов известных пиков масс-спект- .Q ра и упрощения измерения масс спектра в щироком диапазоне массовых чисел, производят настройку на реперный пик одного из мультипле- тов путем одновременного изменения магнитного поля и частоты напряжения модуляции, измеряют произве- дение значения массового числа мультиплета на значение частоты напряжения модуляции и поддерживают пос« тоянным указанное произведение

35

45

50

в процессе развертки спектра масс.

/Л/Х

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Цель изобретения - повьшение точности измере ния отношения ионных токов известных пиков масс-спектра и упрощение измерения масс-спектра в широком диапазоне массовых чисел. Производят настройку на реперный пик одного из мультиплетов. Для этого одновременно изменяют магнитное поле и частоту напряжения модуляции. Измеряют произведение значения массового числа мультиплета на значение частоты напряжения модуляции. В процессе развертки масс-спектра мультиплета .. путем изменения магнитного поля масс-анализатора указанное произведе ние поддерживают постоянным. В описании приведено устройство, реализующее способ. Устройство содержит источник 1 с щелью 5, модулятор 2 с щелью 6, щель 7 дрейфа и выводной конденсатор 4 с щелью 8. 3 шт. i (Л ю 00 4 ГС О5 (риг./