Датчик квадрупольного фильтра масс

 

Датчик квадрупольного фильтра масс относится к области масс-спектрометрии. Техническим результатом является увеличение разрешающей способности и чувствительности квадрупольного фильтра масс. Предлагаемое устройство представляет собой составную электродную систему, состоящую из отдельных последовательно соединенных квадрупольных секций так, что по крайней мере одна секция расположена таким образом, что ее продольная ось находится под углом к оси соседней секции. 2 ил.

Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано при создании квадрупольных масс-спектрометров с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.

Известны датчики квадрупольного фильтра масс [1], состоящие из четырех стержней круглого или гиперболического сечения, образующих квадрупольную электродную систему. В рабочем объеме такого датчика создается электрическое поле с квадратичным распределением потенциала по двум поперечным координатам, поле вдоль продольной оси отсутствует. Для получения высоких аналитических характеристик фильтра масс необходимо обеспечить высокое качество электрического поля в датчике. Для этого необходимо, чтобы суммарная погрешность изготовления, сборки и юстировки электродной системы не превышала нескольких микрометров, что для обычной длины электродной системы 150-300 мм является очень сложной технологической задачей. Для повышения точности сборки электродной системы и устранения peгулярной ошибки, связанной с изготовлением протяженных электродов, квадрупольная электродная система может выполняться из большого числа деталей со случайным отклонением размеров от номинального [2].

В известном датчике квадрупольного фильтра масс [3] электродная система квадрупольного фильтра масс выполняется из отдельных идентичных последовательно соединенных квадрупольных секций-моноблоков так, что продольные оси каждой секции совпадают.

Однако известное устройство, обеспечивая высокое качество поля, не лишено существенного недостатка. Анализируемые ионы, летящие вдоль оси электродной системы, практически не испытывают действия сортирующего электрического поля, которое квадратично зависит от координаты, и беспрепятственно пролетают в регистрирующее устройство, ухудшая форму массового пика, т.е. разрешающую способность квадрупольного фильтра масс. Уменьшая энергию анализируемых ионов, можно увеличить время их нахождения в поле и увеличить тем самым разрешающую способность, но при этом резко уменьшается чувствительность анализа.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение разрешающей способности и чувствительности квадрупольного фильтра масс за счет устранения указанного выше недостатка.

Указанная цель достигается тем, что датчик квадрупольного фильтра масс выполнен в виде отдельных последовательно соединенных квадрупольных секций так, что по крайней мере одна секция расположена таким образом, что ее продольная ось находится под углом к оси соседней секции.

Такое устройство датчика при высоком качестве формируемого электрического поля позволяет увеличить разрешающую способность и чувствительность за счет: - обязательного попадания приосевых анализируемых ионов в область сортирующего электрического поля после прохождения области сочленения между квадрупольными секциями с угловой несоосностью; - развязки оптических осей источника и приемника ионов, уменьшения фоновой засветки и улучшения за счет этого соотношения сигнал/шум.

На фиг. 1 показаны возможные варианты конструкции предлагаемого датчика квадрупольного фильтра масс; на фиг. 2 представлены результаты численного эксперимента, подтверждающие эффективность работы предлагаемого датчика.

Предлагаемый датчик квадрупольного фильтра масс состоит, фиг. 1, из нескольких квадрупольных секций-моноблоков длиной l. Моноблок представляет собой четыре полеобразующих электрода круглого или гиперболического сечения, механически скрепленных между собой и электрически изолированных друг от друга. Число n квадрупольных секций выбирается из требуемой длины h всей электродной системы, n=L/l. Случай, когда датчик состоит из двух квадрупольных секций 1 и 2, продольные оси z и z' которых составляют между собой малый, несколько градусов, угол α, показан на фиг. 1а. В области АВС идеальное квадратичное распределение потенциала нарушается. Однако, как показали специальные расчеты, область искаженного поля не превышает 0,1r₀, где r₀ - радиус поля, равный половине наименьшего расстояния между противоположными полеобразующими электродами, и практически не сказывается на прохождении ионами этой области. Возможные варианты датчиков квадрупольного фильтра масс, выполненных из несоосных квадрупольных секций-моноблоков, представлены на фиг. 1б и 1в.

Численное моделирование процессов сортировки ионов в квадрупольном фильтре масс известной и предлагаемой конструкции показало высокую эффективность предлагаемого устройства. На фиг. 2 представлены две расчетные формы массового пика для известного (3) и предлагаемого (4) фильтров масс. Из приведенных зависимостей видно, что форма массового пика предлагаемого фильтра масс обладает более крутыми фронтами и позволяет получить более высокую разрешающую способность на уровнях 10^-2÷10^-5, что чрезвычайно важно при проведении микроанализа.

ЛИТЕРАТУРА 1. Г. И. Слободенюк. Квадрупольные масс-спектрометры. М.: Атомиздат, 1974.

2. А.С. СССР 702430, опубл. 15.10.1979 г. в БИ 45.

3. Заявка на патент 97115782 от 29.09.1997 г. Датчик квадрупольного фильтра масс, заявитель Э.П. Шеретов.

Формула изобретения

Датчик квадрупольного фильтра масс, электродная система которого выполнена в виде отдельных последовательно соединенных квадрупольных секций, отличающийся тем, что по крайней мере одна секция расположена таким образом, что ее продольная ось находится под углом к оси соседней секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2