Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки Советский патент 1988 года по МПК H01J49/42 

со

О)

00

со

Изобретение относится к масс-спек- трометрии поможет быть использовано при создании гиперболоидных масс- спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Целью изобретения является разработка способа анализа, при котором осколочные ионы вьгоодились бы из рабочего объема анализатора до начала : процесса сортировки и тем самым существенно подавлялись бы в спектре i масс их пики.

Указанная цель достигается тем, что в процессе ионизации и до начала процесса сортировки дополнительно сепарируют накапливаемые ионы по начальным скоростям, оставляя в рабочем объеме анализатора преимущественно .с тепловыми скоростями. Это возможно осуществить путем ступенчатого уменьшения частоты, амплитуды и постоянной составляющей ВЧ- напряжения, подаваемого на электроды анализатора, при этом возможны режимы, при которых полозйение рабочей точки анализируемых ионов на диаграмме стабильности оставляют неизменным; отсутствует постоянная составляющая питающего сигнала либо на все электроды ана- лизатора подают один и тот же потенциал. Особенностью предлагаемого способа является то, что дополни- тельную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скоростям осуществляют при частоте ВЧ-напряжения (f ), связанной с частотой ВЧ-нап10

20

ДСП ряжения

роды анализатора в процессе сортировки соотношением

легчит индентификацию веществ и повысит чувствительность анализа к микропримесям.

При работе по известному способу в процессе ионизации частиц в рабочем объеме анализатора происходит накопление ионов, образовавшихся с малыми (тепловыми) скоростями и осколочных ионов, образовавшихся с большими начальными скоростями, полученных ими в результате диссоциации молекул. При этом в рабочем объеме осуществляются условия, характерные 15 для квазистатической трехмерной потенциальной ямы. Максимальные ско- рости частиц, захватываемых в такой яме, определяются ее глубиной. Чем меньше глубина потенциальной ямы, тем меньше возможные скорости частиц, накапливаемых в ней. Как показьшают расчеты, глубина квазистатической ямы, образуемой в объеме анализатора типа трехмерной ловушки в процес- 25 се ионизации (по известному способу она равна глубине ямы в процессе сортировки) , зависит от подаваемых на злектроды напряжений, от положения рабочей точки захватьюаемых ионов на диаграмме стабильности и от фазы захвата частиц полем. Таким образом, реализация предлагаемого способа возможна, если в процессе ионизации (накопления) мы ступенчато умень- 35 шим глубину квазистатической ямы. Это можно сделать, если в процессе ионизации уменьшить частоту, амплитуду и постоянную составляющую подаваемого на электроды анализатора напряже30

К.

Чоп

-сорт

подаваемого на элект-40 ния. Возможны два предельных случая

и, соответственно, промежуточные.

Можно уменьшить w,U и Uj. так, что положение рабочей точки частицы на диаграмме стабильности останется не- 45 изменным. Для реализации этого режима необходимо 11 и U- (амплитуду и постоянную составляющую ВЧ-напря- жёния) уменьшать в одно и то же число раз, а частоту (Л изменить так, чтобы величина оставалась постоянной. Во втором предельном случае можно осуществлять накопление ионов в анализаторе, подавая на все его , электроды один и тот же потенциал. По мере накопления ионов в объеме в этом случае будет непрерьшно уменьшаться процентное содержание быстрых ионов. Этот способ может оказаться единственно возможным, если стогде К - целое число, а переход от режима дополнительной сепарации к режиму сортировки осуществляют вблизи фазы О либо тг ВЧ- напряжения, соответствующего процессу сортировки.

Предлагаемый способ позволяет в совокупности решить проблему эффективной очистки спектра масс от осколочных ионов, что открьшает перспективы создания масс-спектрометра, в спектре которого присутствуют только пики, соответствующие молекулярным ионам, что существенно об50

55

0

0

легчит индентификацию веществ и повысит чувствительность анализа к микропримесям.

При работе по известному способу в процессе ионизации частиц в рабочем объеме анализатора происходит накопление ионов, образовавшихся с малыми (тепловыми) скоростями и осколочных ионов, образовавшихся с большими начальными скоростями, полученных ими в результате диссоциации молекул. При этом в рабочем объеме осуществляются условия, характерные 5 для квазистатической трехмерной потенциальной ямы. Максимальные ско- рости частиц, захватываемых в такой яме, определяются ее глубиной. Чем меньше глубина потенциальной ямы, тем меньше возможные скорости частиц, накапливаемых в ней. Как показьшают расчеты, глубина квазистатической ямы, образуемой в объеме анализатора типа трехмерной ловушки в процес- 5 се ионизации (по известному способу она равна глубине ямы в процессе сортировки) , зависит от подаваемых на злектроды напряжений, от положения рабочей точки захватьюаемых ионов на диаграмме стабильности и от фазы захвата частиц полем. Таким образом, реализация предлагаемого способа возможна, если в процессе ионизации (накопления) мы ступенчато умень- 5 шим глубину квазистатической ямы. Это можно сделать, если в процессе ионизации уменьшить частоту, амплитуду и постоянную составляющую подаваемого на электроды анализатора напряже0

ния. Возможны два предельных случая

45

50

ит задача ионизации в рабочем объеме молекул строго моноэнергетичным пучком электронов. В общем случае глубина квазистатической ямы, т.е. положение рабочей точки частицы в процессе дополнительной сепарации по начальным скоростям, выбирается в соответствии с поставленной задачей. Например, при питании анализатора гармоническим сигналом усредненная по фазам ввода частиц глубина потенциальной ямы определяется приближенным соотношением:

. (В) Ч

Если положить q 1 24, то fvU 2,4-10 и (В)

вой (и), то полагая U

и

В таком случае, если в процессе ионизации мы хотим отсеять все ион f начальной энергией больше тепло3 kT 2ё

Т 300 К получаем (B) и полагая 1 Ml, получаем оценку требуемой амплитуды ВЧ-напряжения

и 1,66 (В)

В этих условиях в объеме анализатора будут к началу процесса сортировки находиться только тепловые ионы.

Для эффективного захвата накопленных ионов в процессе сортировки весьма важным является фаза перехода от процесса дополнительной сепарации ino энергиям к процессу сортировки.

Наиболее оптимальными являются фазы

I .. . О и Т сигнала сортировки. Для реа- лизации оптимального режима перехода следует выполнять условие

0 АОП

Сорт

В этом случае можно легко осуществить переход от одного режима к другому в фазы О либо « для обоих сигналов . Это непременное условие максимальной чувствительности анализа.

Реализация указанного способа анализа достигается при питании электродной системы анализатора напряжением от генератора высокой частоты, у которого на время ионизации

о .

10

15

20

а и

25

30

35

40

45

о

50

55

происходит одновременное изменение амплитуды, частоты ВЧ-напряжения и его постоянной составляющей таким образом, чтобы положение рабочей точки на диаграмме стабильности оставалось неизменным.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет практически полностью подавить пики осколочных ионов в спектре масс гиперболоидного масс- спектрометра. При этом такой режим осуществляется изменением только электрического режима работы прибора. Кроме того, в несколько раз увеличивается чувствительность масс-спектрометра за счет реализации режима накопления в глубине зоны стабильности; расширяются функциональные возможности прибора за счет реализации режима ионизации в условиях практически бесполевого пространства, например применяется резонансный метод образования отрицательных ионов; расширяются функциональные возможности масс-спектрометра, так как появляется возможность использовать различные режимы работы прибора и по усмотрению оператора получать научную информацию о процессах ионизации и диссоциации сложных молекул.

Формула изобретения

1.Способ анализа ионов в гипер- бслоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которому частицы ионизируют в рабочем объеме анализатора, сортируют по удельным зарядам и вьшодят на детектор ионов, отличающийся тем, что,

с целью уменьшения в спектре масс пиков осколочных ионов, в процессе ионизации до начала сортировки дополнительно сепарируют накапливаемые ионы по начальным скоростям, оставляя в рабочем объеме анализатора преимущественно тепловые ионы.

2.Способ ПОП.1, о тлич ающ и и с я тем,что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скоростям осуществляют путем одновременного ступенчатого уменьшения частоты, амплитуды и постоянной составляющей ВЧ-напряжения, подаваемого на электроды анализатора при стабилизации положения рабочей точки анализируемых ионов на диаграмме стабильности.

3.Способ по п., отличающийся тем, 1то дополнительную сепарацию накапливаемых ионов осуществляют при питающем сигнале, в котором постоянная составляющая равна нулю.

4,Способ по п., о тлич аю- щ и и с я тем, что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скоростям осуществляют при

частоте ВЧ сигнала fд (Гц), связан |ной с частотой ВЧ-напряжения сорт ХГц), подаваемого на электроды ана- лизатора в процессе сортировки, соот ) ношением

К„ f

Доп

сорт

где KO целое число, а переход от режима дополнительной сепарации к режиму сортировки осуществляют при фазах О либо IT ВЧ-напряжения, соответствующего процессу сортировки.

5: Способ по п.1,0 тлич а ю- щ и и с я тем, что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по начальным скоростям осуществляют путем подачи на все электроды анализатора одного и того же потенциала.

Изобретение относится к массспектрометрии. Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которо-г му частицы ионизируют в рабочем объеме анализатора, сепарируют накапливаемые ионы по начальным скоростям, оставляя в рабочем объеме анализато i pa преимущественно тепловые ионы, а затем сортируют по удельным зарядам и вьшодят на детектор ионов. Это возможно осуществить путем ступенчатого. уменьшения частоты, амплитуды и постоянной составляющей высокочастотного напряжения. Способ позволяет практически полностью подавить пики осколочных ионов в спектре масс гипербо- g ло-адного масс-спектрометра.4 з.п.ф-лы. (Л