Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки

 

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 .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„1104602 Д зуд Н 01 J 49/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

1 е Г -,7..-:,--и:: <".", t с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ляют 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, при этом скорость изменения напряжения на электродах во время вывода не превышает величины (21) 3387218/18-21 (22) 19.02.82 (46) 23.07. 84. Бюл. К 27 (72) Э.П. Шеретов, Н.В. Веселкин и Б.И. Колотилин (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621. 384 (088.8) (56) 1. Fisher Е. Z. Physjk 1959

26, 1561.

2. Патент США У 352739, кл. 250-4 1.9, 1970 (прототип). (54)(57) СПОСОБ АНАЛИЗА ИОНОВ В

П1ПЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ

ТИПА ТРЕХМЕРНОЙ ЛОВУШКИ, по которому заряженные частицы разделяют по удельным зарядам в высокочастотном поле, выводят в измерительное устройство и регистрируют их, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, вывод заряженных частиц из датчика в измерительное устройство осуществгде U0 — порог срабатывания устройства счета ионов, пересчитанный на вход широкополосного усилителя; с — максимальная эквивалентная паразитная емкость связи между электродами датчика и входом широкополосного усилителя;

/Z / — модуль входного сопротивле6Х ния широкополосного усилителя.

1104602 3

Изобретение относится к массспектрометрии, а конкретно к динамической масс-спектрометрии, и может .быть использовано при создании гиперболоидных масс-спектрометров типа

5 трехмерной ловушки с высокой разрешающей способностью и чувствитель" костью.

Известен способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа 10 трехмерной ловушки, при котором заряженные частицы вводят в рабочий объем датчика путем ионизации молекул остаточного газа электронным потоком, вводимым в датчик, сортируют в высокочастотном поле, после чего измеряют число отсортированных ионов с помощью резонансного контура, включенного между электродами анализатора 1 ).

Недостатками такого способа анализа являются низкая чувствительность, наличие дискриминации по массовому диапазону и сильное влияние пространственного заряда накопленных в

25 ловушке ионов на результаты измерений. Кроме того, способ обладает весьма низкой экспрессностью и низким динамическим диапазонбм измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которому заряженные частицы вводят в анализатор путем ионизации электронным потоком молекул остаточного газа в 55 рабочем объеме датчика, сортируют по удельным зарядам в высокочастотном поле, после чего отсортированные частицы выводят в измерительное устройство путем подачи на торцовый 4О электрод импульса напряжения отрицательной полярности. В таком массспектрометре измерительным устройством, как правило, служит электронный умножитель. Использование вывода 45 отсортированных ионов в измерительное устройство позволяет резко увеличить чувствительность (за счет использования умножителя), устранить дискриминацию по массовому 50 диапазону, увеличить экспрессность(2).

Недостатком известного способа является то, что датчик анализатора является мощным источником высокочастотных помех, что практически 55 полностью исключает возможность использования в масс-спектрометре для 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 иэ датчика в измерительное устройство осуществляют 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, при этом скорость изменения напряжения на электродах во время вывода не превышает величины

Uî

72, /с где U — порог срабатывания устройст- ва счета ионов, пересчитанный на вход широкополосного усилителя (ШУ);

/2 „/ — 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 Е1 — размах колебаний высокочастотного напряжения; Е, ннпряжение, которое подается на электроды датчика во время вывода ионов в измерительное устройство, teopm. время сортировки, t g — время вывода, t . — время регистрации частиц.

Способ осуществляют следующим образом.

Из электронной пушки 6 ионизирующий электронный поток вводят в рабочий объем датчика, состоящего из двух торцовых 1 и одного кольцевого

1 10460.2

50 з 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.

Пфи этом анализируемые частицы остаются в объеме датчика, а все другие (с отличными от выбранного значениями e/m, где e — заряд; т — масса 10 частицы) рассеиваются на полеобразующие электроды. По прошествии времени. сортировки (Сщ ) форма напряжения, поступающего с генератора 3 изменяется (фиг. 2) и вследствие этого 15 отсортированные ионы выплескиваются в измерительное устройство.

В т ече ние времени с ор тир ов ки и олезный сигнал на входе схемы 5 регистрации отсутствует, в то же время ве- 20 лик уровень наводок от высокочастотного сигнала, подаваемого на электроды датчика. При использовании импульсного сигнала наводка на входе схемы регистрации присутствует в 25 виде импульсов, соответствующих переднему и заднему фронтам рабочего сигнала, получающихся из-за его дифференцирования на цепочке, состоящей из паразитной емкости связи электрод- 30 ной системы с входом широкополосного усилителя С и его входного сопротивления 2 „ в общем случае являющегося комплексной величиной. Эта наводка выступает в виде фонового сигнала.

Поскэльку частота рабочего сигнала от нескольких сот килогерц до нескольких мегагерц, то фон оказывается недопустимо ВысОким (10 10 . Имп/c) °

В такой ситуации приходится исполь- 40 зовать, с одной стороны, сложные системы многократной экранировки входа широкополосного усилителя, а с другой, увеличивать уровень дискриминации, что неизбежно приводит к 45 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 поступали 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 (1 „) меньшее, чем время. вывода (с ). В таком еь<е случае фон, связанный с .наводкой на входе шиоокополосного чсилителя. отсчтствчет, 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 воевода), определяется параметрами входной щели широкополосного усилителя, эквивалентной паразитной емкостью связи входа широкополосного усилителя с электродной системой и заданным порогом срабатывания счетного . устройства, пересчитанным на вход широкополосного усилителя (V ). Эту предельную скорость можно оценить соотношением !1V o Vo

dt„7zZc где /Z>„ / — модуль входного сопротивления 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 =

10 раз, что в соответствующее число раз повышает предельную чувствительность масс-спектрометров.

1104602

ВНИИПИ Зеиаэ 5314/40 Тараи 683 Подписное фыпиал П Патеит r.Óèãîðîä, ул.Проектная, 4