Ионно-циклотронный резонансный масс-спектрометр Советский патент 1987 года по МПК H01J49/38 

Изобретение относится к научному приборостроению, а именно к технике измерения масс ионов для исследования ионно-молекулярных реакций в газовой фазе, например для ионов тяжелых био логических молекул, и может быть использовано при прецезионных измерениях масс ионов, для получения информации об энергии покоя стабильных и нестабильных ядер.

Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых масс и увеличение разрешающей способности ионно-циклотронного масс-спектрометра за счет детектирования на частоте, кратной циклотронной.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Пластины 1 и 2 удержания ионов расположены по торцам устройства перпендикулярно оси, электроды 3 и 4 возбуждения ионов, выполненные в виде полуцилиндров, установлены в одной плоскости торцами друг к другу источник ионов 5 установлен на оси перед одной из пластин (1 или 2), а электроды 6 и 7 размещены по окружности с центром на оси и гальваничес

ки соединены в два набора, имеющих соответственно клеммы 8 для подключения к системе детектирования сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Источник ионов 5 создает жгут ионов, расположенный в центре измерительной ячейки. На пластины удержания ионов 1 и 2 подают постоянный потенциал, обеспечивающий удержание ионов в ячейке. В результате действия переменного радиочастотного напряжения, приложенного к электродам 3 и 4, образуется вращающийся жгут ионов, который создает наведенный заряд на электродах детектора 6 и 7 что приводит к появлению вькодного тока детектора ионов, снимаемого с клемм 8, который колеблется с частотой, в п раз большей по сравнению с циклотронной частотой движения ионов.

Такое умножение частоты, достигнутое за счет специального соединения электродов детектора, позволяет расширить диапазон исследуемых масс повьш1ает отношение сигнала к шуму в спектрах, так как на высоких частотах электронная схема усилителя шуO

5

5

15

0

МИТ меньше в 1/п по мощности для так называемого фликер-шума.

Повьш1ение разрешающей способности в ИЦР спектрометре с предлагаемой ячейкой, является прямым следствием увеличения частоты регистрируемого сигнала. Действительно, огибающая регистрируемого сигнала имеет вид экспоненты, следовательно, Фурье- преобразование такого сигнала будет колоколообразная Лоренцева кривая с полушириной, обратно пропорциональной времени затухания сигнала (т.е. изменения его амплитуды в е раз). Считая два пика разрешенными, если оно отстоят на ширину линии пика в Фурье-спектр€, можно видеть, что увеличение частоты сигнала в п -раз увеличивает разрешаюш,ую способность

30

3.5

40

соответствующее количество

W U W

раз. Время затухания в существующих |Приборах определяется не потерей электрической мощности в детектируемой цепи, а несовершенством системы удержания ионов, поэтому время затухания, а следовательно, и uw останутся практически такими же даже при десятикратном увеличении частоты.

В спектрометре ИЦР, позволяющем удвоить частоту регистрируемого сигнала, для достижения указанных целей применима четырехэлектродная схема детектора ионов. При движении жгута ионов происходит перераспределение зарядов на электродах 3 и 4 детектора, и возникает ток, поступающий с клемм 8 детектора ионов в электронную систему управления экспериментом , и обработки данньос. Величина этого тока определяется из условия равенства потенциалов на электродах детектора

§2.Cg,Wo д2

г де Сд - емкостной коэффициент, постоянный для данного устройства;

w - частота циклотронного движения жгута ионов;

А - отношение радиуса вращения жгута ионов к радиусу ячейки.

Из выражения для регистрируемого тока .видно, что действительно, происходит удвоение частоты в устройстве, а следовательно, расширяется в 2 раза диапазон исследуемых масс и удваивается разрешающая способность прибора.

Применение предлагаемого спектрометра позволяет изучить малоисследованные ионно-молекулярные реакции с участием биологических молекул, провести прецезионные измерения энергии покоя стабильных и нестабильных ядер, уточнить шкалу масс нуклидов в целом, а также существенно расширить возможности прибора; увеличить диапазон исследуемых масс ионов, повысить разрешающую способность прибора без какого-либо ухудшения других характерис тик прибора.

-

Составитель Нестерович .Редактор А. Гулько Техред В.Кадар Корректорам.Шароши

1637/50

Тираж 699 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж -35, Раушская наб., д.4/5

Производ(:тг1енно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

fO

15

20

Увеличение разрешающей способности достигнуто без увеличения времени измерения и без потерь в чувствительности. Формула изобретения

Ионно-циклотронный резонансный масс-спектрометр, содержащий измерительную ячейку с источником ионов, электродами возбуждения, пластинами удержания ионов и детектором ионов, а также электронную систему управления и обработки данных, о т л и ч а - ю щ и- и с я тем, что, с целью расширения диапазона регистрируемых масс ионов и повьш1ения разрешакяцей способности прибора, детектор ионов вьтол- нен в виде четного числа электродов, соединенных электрически в две группы так, что два соседних электрода расположены в разных группах.

Изобретение относится к области ионноплазменной техники. Ионно-цикло- тронный резонансный масс-спектрометр (ИЦМС) содержит пластины 1, 2 удержания ионов (И), расположенные по торцам перпендикулярно оси ИЩС, электроды (Э) 3, 4 возбуждения И в виде полуцилиндров, установленных в одной плоскости торцами друг к другу, детектор 5 И и электронную систему управления и обработки данных. Вьтол- нение дет ектора 5 И в виде четного числа Э 6, 7, размещенных по окружности с центром на оси ИЦМС и гальванически соединенных в две группы таким образом, что -два соседних Э расположены в разных группах, позволяет расширить диапазон исследуемых масс и увеличить -разрешающую способность ИЦМС за счет детектирования сигнала на частоте, кратной циклотронной. Изобретение позволяет иссле- .довать ионно-молекулярные реакции в газовой фазе, особенно И тяжелые биологических молекул. 1 ил. .Q S (Л 4: ;о N3