Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1413683 А 1

159 4 Н 01 J 49/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н явто скоьм свидкткльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l ) 4179197/24-2! (22) 15,12.86 (46) 30. 07.88. Бюл. N 28 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Э.П.Шеретов, Б.И.Колотилин, С,П.Овчинников и И.В.Филиппов (53) 621.384 (088.8) (56) Шеретов Э.П., Зенкин В.А., Болигатов О.И. ПТЭ, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1267512, кл. Н 01 J 49/42, 1985. (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ИОНОВ В ГИНЕРБОЛОИДНОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ ТИПА

ТРЕХМЕРНОЙ ЛОВУШКИ (57) Изобретение относится к массспектрометрии. Способ анализа ионов в гиперболоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которо-. му частицы иониэируют в рабочем объеме анализатора, сепарируют накапливаемые ионы по начальным скоростям, оставляя в рабочем объеме анализато" 1 ра преимущественно тепловые ионы, а затем сортируют по удельным зарядам и выводят на детектор ионов. Это возможно осуществить путем ступенчатого. уменьшения частоты, амплитуды и постоянной составляющей высокочастотного напряжения. Способ позволяет . практически полностью подавить ики осколочных ионов в спектре масс гипербо- с ф лошадного масс-спектрометра.4 з.п.ф-лы.

1413683

15 о Аоь сьрт

Изобретение относится к масс-спектрометрии и,может быть использовано при создании гиперболоидных массспектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Целью изобретения является разработка способа анализа, при котором осколочные ионы выводились бы из ра- 10 бочего объема анализатора до начала процесса сортировки и .тем самым существенно подавлялись бы в спектре 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 qQ объеме анализатора преимущественно с тепловыми скоростями. Это возможно осуществить путем ступенчатого уменьшения частоты, амплитуды и постоянной составляющей ВЧ- напряжения, 25 подаваемого на электроды анализатора, при этом возможны режимы, при которых положение рабочей точки анализируемых ионов на диаграмме стабильности оставляют неизменным; отсутствует 30 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-нап- . ряжения (f„ ), подаваемого на злект- 4О роды анализатора в процессе сортировки соотношением где К вЂ” целое число, а переход от режима дополнительной сепарации к режиму сортировки осуществляют вблизи фазы О либо ВЧнапряжения, соответствующего процессу сортировки.

Предлагаемый способ позволяет в совокупности решить проблему эффективной очистки спектра масс от осколочных ионов, что открывает перспективы создания масс-спектрометра, в спектре которого присутствуют только пики, соответствующие молекулярным ионам, что существенно облегчит 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 для квазистатической трехмерной потенциальной ямы. Максимальные скорости частиц, захватываемых в такой яме, определяются ее глубиной. Чем меньше глубина потенциальной ямы, тем меньше возможные скорости частиц, накапливаемых в ней. Как показывают расчеты, глубина кваэистатической ямы, образуемой в объеме анализатора типа трехмерной ловушки в процессе ионизации (по известному способу она равна глубине ямы в процессе сортировки), зависит от подаваемых на электроды напряжений, от положения рабочей точки захватываемых ионов на диаграмме стабильности и от фазы захвата частиц полем. Таким образом, реализация предлагаемого способа возможна, если в процессе ионизации (накопления) мы ступенчато уменьшим глубину квазистатической ямы. Это можно сделать, если в процессе ионизации уменьшить частоту, амплитуду и постоянную составляющую подаваемого на электроды анализатора напряжения. Возможны два предельных случая и, соответственно, промежуточные.

Можно уменьшить и,U и U так,,что положение рабочей точки частицы на, диаграмме стабильности останется неизменным. Для реализации этого режима необходимо П и U (амплитуду и постоянную составляющую ВЧ-напряжения) уменьшать в одно и то же число раз, а частоту я изменить так, чтобы величина П / я 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 непрерывно уменьшаться процентное содержание быстрых ионов. Этот способ может оказать" ся единственно возможным, если сто1413683

15

5U = 3. 10 — — (В)

hU 24 10 U (В) 20

30

U с 1,66 (В) р Дон со т . ит задача ионизации в рабочем объеме молекул строго моноэнергетичным пучком электронов. В общем случае глубина кваэистатической 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:

Если положить q = 1,24, то

В таком случае, если в процессе ионизации мы хотим отсеять все ионы начальной энергией больше тепло3 kT вой (U ) то полагая U — — — и

7 т

Ч 2.

Т 300 К получаем П = 4 10 (В) и полагая Г, = hU, получаем оценку требуемой амплитуды ВЧ-напряжения

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

40 от процесса дополнительной сепарации

iso энергиям к процессу сортировки.

Наиболее оптимальными являются фазы

0 и Т сигнала сортировки. Для реа"лизации оптимального режима перехода следует выполнять условие

В этом случае можно легко осуществить переход от одного режима к дру" гому в фазы 0 либо и для обоих сигналов. Это непременное условие максимальной чувствительности анализа.

Реализация укаэанного способа анализа достигается при питании электродной системы анализатора напряжением от генератора высокой частоты, у которого на время ионизации 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 массспектрометра. При этом такой режим осуществляется изменением только электрического режима работы прибора.

Кроме того, в несколько раз увеличивается чувствительность масс-спектрометра эа счет реализации режима накопления в глубине зоны стабильности; расширяются функциональные возможности прибора за счет реализации режима ионизации в условиях практически бесполевого пространства, на" пример применяется резонансный метод образования отрицательных ионов; расширяются функциональные воэможности 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 гипербслоидном масс-спектрометре типа трехмерной ловушки, по которому частицы ионизируют в рабочем объеме анализатора, сортируют по удельным зарядам и выводят 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, остав-, ляя в рабочем объеме анализатора пре" имущественно тепловые ионы.

2. Способ по п.l о т л и ч а юшийся тем,что дополнительную се. парацию 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.

1413683

4оп сорт

Составитель В.Кащеев

Техред А.Кравчук Корректор В.Гирняк

Редактор М.Бандура

Заказ 3791/54 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 тю

Производственно-подиграфичебкое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, Что дополнительную сепарацыо накапливаемых ионов осуществляют при питающем сигнале, в котором постоянная составляющая равна нулю.

4. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по 10 начальным скоростям осуществляют при частоте ВЧ-сигнала Ед,„ (Гц), связан:ной с частотой ВЧ-напряжения f, (Гц),. подаваемого на электроды анализатора в процессе сортировки, соот-15 ношением где К вЂ” целое число, а переход от режима дополнительной сепарации к режиму сортировки осуществляют при Фазах О либо Т ВЧ-напряжения, соответствующего процессу сортировки.

5; Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительную сепарацию накапливаемых ионов по . начальным скоростям осуществляют путем подачи на все электроды анали- . затора одного и того же потенциала.