Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа ионной ловушки Советский патент 1987 года по МПК H01J49/42 

Изобрете/шс относится к ;,ииамической .iacc-ciieKTj)OMeTpHH н может быть использовано при разработе гинерболоидных масс- сиектрометров типа ионной ;|овушки с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Целью изобретения является уве;1ичеиие разреншюндей снособпости и чувствительности гин ерболоидного масс-снект)ометра тина трехмерной ионной ловушки, а также расширение его функциональных возможностей.

Анализ ионов в гиперболоидно.м масс- снектрометре по удельны.м зарядам, заклю- чаюнишся во введении в рабочий объем анализатора исследуемых ионов, сортировке их но удельным зарядам в высокочастотном поле, выводе в измерительное устройство и определение их числа, осушестиляют путем введения лазерного излучения в рабочий объем анализатора и избирательного воздействия их на сортируемь е ионы.

При этом избирательное воздействие лазерного излучения на сложные молекулярные ионы осуществляется путем их диссоциации, например через процессы, включаю- Н1,ие в себя двухступенчатый или )фо- тоиопный мехапизмы.

При этом для 1родиссоциировавн1их мо- лекуляр1из х ионов значение удельного заряда суп|ественно изменяется, и они удаляются из рабочего объема анализатора. Для осу- Н1ествле1шя этого способа лазерное излучение вводят в рабочий объем анализатора импулЕ.сно, а определение количества ионов с избранным удельным зарядом осуществляют по отношепию (либо разности) выходных сигналов, соответствующих наличию н отсутствию лазерного излучения.

Пзбн)ате.:1ьное действие лазерного излу- че1П1я на простые (атомные) ионы с избран- niiiM ул.ельп1)1м зарядом осу цествляют путе.м селективного возбуждения ионов, находя- нм хся в нроцессе сортировки в рабочем объеме ана.лизатора, и оиределяют их количество но измерению числа фотонов флуоресн,ен- ции, иснускае.мых ионами под действием лазерного излуче 1ия.

Суниюсть нредлагаемого способа анализа состоит в одновременном проведепии анализа и сортировке заряженных частиц в высокочастотном электрическом ноле н в no. ie лазерного излучения.

При иснользовании избирательной диссоциации молекулярных ионов дл я увеличе- 1Н1Я )азре1нающей способности масс-спектрометра избирательно воздействуют только на те ионы, которые трудно разделить в высокочастотном поле, папри.мер на ионы дуплетов. В этом случае иснользуется режим ма,того разрен1епия в выскокочастотиом поле, но высокой чувствительности, и режим высокого разреп1ения по избирательпому воздействию лазерным излучением. Таким образо.м, реа.лиз ется режн.м высокой чувствительное- гп я высокого разрегнения. При этом лазер

0

0

5

0

5

0

мое излучение вводят импульено н определяют наличие изб)анной компоненты по от- нон1ению выходных сигналов, соответствующих наличию и отсутствию излучения и известной степени диссоциации молекулярных ионов. В условиях перестройки лазер- излучения по частоте такой метод без масс-спектрометрического разделения дупле- гов позволяет определить их интенсивность.

При иснользованик избирательного флуоресцентного анализа простых ионов, сортируемых в гиперболоидно.м анализаторе, их число определяют по числу фотонов флуоресценции. Такой снособ определения числа простых ионов является одним из са.мых чувствите.чьных. Таким образом, и в этом c ly- чае параллельный анализ состава ионов дает возможность увеличить чувствительность и разрешающую снособность проводимого анализа.

Для увеличения э()фективности взаимодействия лазерного излучения с ионами необходимо иенользовать ввод лазерного излучения вдоль асимптот системы гипербо- .(оидных электродов, так как, в этом случае удаетея без ухудшения кофигурации электрического но;1я в анализаторе провести лазерный луч через н,ентр рабочего объе.ма без су- HtecTBenHbix нотерь. При этом каналы для ввода и вывода лазерного излучения можно выполнять вне рабочих поверхностей анализатора и поэтому делать их достаточно большими ( .мм) и исключить диафрагмирование лазерного излучения.

Таким образом, нри указанном способе анализа удается поддержать высокие аналитические параметры по сортировке ионов в Бысокочастотно.м ноле и добиться высокой эффективности доставки лазерного излуче- икя до сортируемых ионов нри пренебрежимо малом фоне рассеянного излучения от металлической поверхности системы электродов анализатора, что крайне важно для увеличения чувствительности флуоресцентного метода регистрации. При этом работа анализатора и лазера должна быть синхронизирована через блок управления высокочастотным генератором с номощью стандартного синхронизирующего блока.

При иснользовании ионио-флуоресцент- ного анализа канал счета фотонов флуоресценции необходимо также синхронизиниро- вать с работой высокочастотного генератора. В этом случае удается улучшить соотношение сигнал-щум и увеличить чувст- вительнос1ъ анализа.

Па чертеже иллюстрируется нредлагае- мый способ анализа и устройство для его реализации.

Предлагае.мое устройство состоит из электронного источника 1, анализатора, образованного кольцевым 2 и двумя торцовыми электродам 3, соединенными электрически, коллектора 4 электронов, детектора 5 ионов, В1)1сокочастотного генератора 6, выход которого подсоединен к электродам анализатора, блока 7 управления высокочастотным генератором, выходы которого подсоединены к электронному источнику 1, детектору ионов 5, входу высокочастотного генератора 6, входу синхронизирующего устройства 8 и входу блока 9 управления, детектора 10 фотонов, сипхронизируюи1.его устройства 8, выходы которого соединены с блоками запуска источников 11 и 12 лазерного излучения, системы 13 сбора и коллимации фотонов флуоресценции, детектора 10 фотонов, управление которым осуществляется через блок 9 управления, выход которого соединен с детектором 10 фотонов. В кольцевых электродах выполнены отверстия

14,а в торцовых электродах - отверстия

15.В электродах 2 выполнены каналы 16. Оптическая система согласования обозначена позицией 17.

Работа устройства, реализующего способ анализа ионов по удельным зарядам в гиперболоидном масс-спектрометре, осуществляется следующим образом.

Ввод анализируемых ионов в рабочий объем анализатора типа трехмерной ловущки осупдествляют путем ионизации атомов или молекул газа электронным потоком, формируемым электронным источником 1. Ионизирующий электронный поток, проходя через отверстия 14 кольцевого электрода 2, улавливается коллектором 4. Образовавщиеся в результате ионизации ионы сортируются в рабочем объеме анализатора, ограниченном кольцевым электродом 2 и торцовыми электродами 3, соединенными электрически, в высокочастотном поле, возникающем благодаря нодаче на эти электроды в. ч. с постоянной составляющей напряжения от высокочастотного генератора 6, от которого осуществляется управление электронным источником и детектором 5 ионов через блок 7 управления в. ч. генератором. Отсортированные ионы выводят в сторону детектора 5 ионов через отверстия 15, выполненные в торцовых электродах.

Во время сортировки ионов в рабочий объем анализатора через каналы 16 вводят (и выводят) лазерное излучение и избирательно воздействуют им на сортируемые частицы. Излучение вводится через оптические системы 17 согласования возбуждающих блоков 11 и 12, работа которых управляется блоком 8 синхронизации, вход которого соединен с выходом блока 7 управления в. ч. генератора 6 для согласования времени ввода излучения с фазами рабочего цикла масс-спектрометра, а выход соединен со входом запуска лазера. Лазерное излучение вводят вдоль асимптот электродной системы анализатора.

Настроив лазерное излучение на линию поглощения определенного вида ионов, удерживаемых анализатором, осуществляют их детектирование либо фотодиссоционным, либо флуоресцентным способом. При нспо.пь- зовании избирательной флуоресценции образующиеся фотоны проходят через отверстия 15 в торцовом электроде 3, собираются и

коллимируются системой 13 и улавливаются детектором 10 фотонов, работа которого управляется от блока 9 управления, выход, которого подключен к детектору 10 фотонов, а вход - к блоку 7 управления в. ч. генератора 6.

Например, для разделения дунлета 28 а. е. м. (СО и N2) можно использовать флуоресцентный способ анализа. Для этого необходимо возбуждать либо ионы азота N2 на длине волны /. 392,7 нм, либо ионы СО+ на длине волны А. 482,3 нм излучением лазера на красителе с накачкой от N2 лазера (.нак 337 нм). При импульсной мощности лазера на красителе Р-.шп ШОкВт и длительности импульса генерации 10 не все ионы азота (или СО+) будут флуоресцировать и по числу фотонов, излученных ими за время действия лазерного излучения, можно судить об их количестве. Расчетное значение разрешающей способности

5

0

- 7 6000. При этом чувстви/Мсо пМг/

тельность анализа выше за счет флуоресцентного способа регистрации числа удерживаемых ионов.

Для разделения дуплета 118 а. е. м. (СС1з и FC1O4) можно использовать фото- диссоционный способ анализа. Для этого необходимо произвести многофотонную диссоциацию молекулярного иона CClI в мощном ИК-поле излучения TEA СО2 лазера, настро енного на частоту поглощения иона СС1.)

Эз 1037 , лежащую в диапазоне частот генерируемых СО2 лазером.

Требуемые параметры излучения СО2 лазера следующие: импульсная мощность Р„ 1 МВт, длительность импульсов генерации 100-500 НС. Количество молекулярных ио0 нов СС1з можно определить путем сравнения числа удерживаемых ионов без и в присутствии лазерного излучения, зная степень многофотонной диссоциации. Разрешающая способность в этом случае достигает значений р 1500, а чувствительность повы шается на порядок за счет использования работы гинерболоидного масс-спектрометра в режиме низкого разрешения и высокой чувствительности.

Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства для его реализации позволяет осуществить резкое (как видно из приведенных выше расчетов до 6000) увеличение paзpeпJaюн eй способности гиперболоидных масс-спектрометров по ряду веществ при высокой чувстви5 тельности анализа,; расширить возможности использования гиперболоидных масс-спектрометров для исследования особенностей нелинейного селективного взаимодействия

ионов с лазерным излучением; расширить возможности использования анализаторов гиперболоидных масс-спектрометров для исследования диссоциации молекул с образованием ионов и влияния на эти процессы мощного лазерного излучения.

Формула изобретения

1. Способ анализа ионов в гипер- болоидном масс-спектрометре типа ионной ловушки, по которому анализируемые ионы в рабочем объеме анализатора сортируют по удельным зарядам в высокочастотном

поле, выводят из объема анализатора и детектируют, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и разрешающей способности, на сортируемые ионы селективно воздействуют лазерным излучением и измеряют отношение выходных сигналов, соответствующих наличию и отсутствию лазерного излучения, либо измеряют число фотонов флуоресценции.

2. Способ по п. 1, отличаюи ийся тем, что лазерное излучение вводят в объем анализатора по асимптотам электродной системы.

Изобретение относится к области динамической масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке гиперболоид- ных масс-спектрометров типа ионной ловушки с высокой разрешающей способнсотью и чувствительностью. Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и чувствительности данного масс-спектрометра, а также расширение его функциональных возможностей. Сущность способа состоит в одновременном проведении анализа и сортировки заряженных частиц в высокочастотном электрическом ноле и поло лазерного излучения. Устройство, реализующее способ, состоит из электронного источника 1, анализатора, образованного кольцевым 2 и двумя торцовыми электродами 3, коллектора 4 ионов, детектора 5 ионов, блока 7 управления высокочастотным генератором 6, синхронизирующего устройства 8, блока 9 управления, детектора 10 фотонов, источников 11 и 12 лазерного излучения, системы 13 сбора и коллимации фотонов. В кольцевых электродах выполнены отверстия 14, а в торцовых электродах-отверстия 15. Способ позволяет резко увеличить разрешающую способность масс-спектрометров данного типа по ряду веохеств при высокой чувствительности анализа, использовать их для исследования особенностей нелинейного селективного взаимодействия ионов с лазерным излучением. 1 з.н.ф-лы. 1 ил. i (Л С оо о 4 СО со