Масс-спектрометр с двукамерным источником ионов

Авторы патента:

Кретинина Александра Владимировна (RU)

H01J49/26 - масс-спектрометры или разделительные трубки (разделение изотопов с использованием таких трубок B01D 59/44;масс-спектрометры, специально предназначенные для колоночной хроматографии G01N 30/72)

Владельцы патента RU 2551369:

Федеральное государственное унитарное предприятие Экспериментальный завод научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для анализа масс-спектрального состава веществ с источниками ионов с напуском пробы с атмосферы. Технический результат - повышение точности определения площади хроматографического пика. В масс-спектрометре камера ионизации разделена на две части металлической газопроницаемой перегородкой, в каждой части камеры ионизации имеется свой катод, подающий в нее пучок электронов, ионно-оптическая система вытягивает ионы из первой части камеры, энергия электронов E, подаваемых с катода во вторую часть камеры, выбирается, исходя из соотношения E<I, где I - потенциал ионизации молекул или атомов газа-носителя. Ионы, образующиеся во второй части камеры, поступают на коллектор, расположенный так, чтобы на него не попадали ионизирующие или вторичные электроны, и регистрируются на нем. 1 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для анализа масс-спектрального состава веществ с источниками ионов с напуском пробы с атмосферы. Изобретение может быть использовано для газовой хроматографии в аналитической химии, нефтехимии, фармакологии, молекулярной и атомной физике, в геологии и геохронологии, в медицине, экологии и других областях для анализа молекулярного состава веществ в жидкой и газовой фазах.

Для идентификации компонентов сложных газовых смесей и одновременно количественного определения состава таких смесей масс-спектрометры широко применяются в системах ГХ-МС, в которых газовые смеси предразделяются с помощью газового хроматографа, после чего каждый вышедший из хроматографа пик анализируется с помощью масс-спектрометра (Ф. Карасек, Р. Клемент «Введение в хромато-масс-спектрометрию». М.: Мир. 1993 г., с.94-103).

Известны системы, состоящие из газового хроматографа и системы слабоизбирательных детекторов (например, плазменных, ионизационных) (Гиошон Ж., Гийемен К. Количественная газовая хроматография для лабораторных анализов и промышленного контроля. Перевод с англ. М.: Мир, 1991 г.), позволяющих зарегистрировать наличие детектируемого вещества по изменению тока через детектор. Общим недостатком таких систем является их неуниверсальность и существенная зависимость эффективности детектирования от типа вещества. Это заставляет использовать сложные методики, основанные на системе стандартов («свидетелей») (Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам. Часть 2. Под ред. О. Микеша, М.: Мир, 1982 г., с.620-621), которые, тем не менее, не гарантируют от ошибок даже при количественном определении известных веществ в составе сложных смесей и делают газовую хроматографию неэффективной, если в составе смеси присутствует хотя бы одно неизвестное вещество.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является система, состоящая из сопряженных газового хроматографа и масс-спектрометра в качестве детектирующего устройства, используемого для определения молекулярной массы веществ, выходящих из колонки, и их идентификации по форме масс-спектра. Такие системы находят широкое применение в аналитической химии и нефтехимии (Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003 г., с.15-20). В данном решении одиночное вещество или смесь небольшого числа индивидуальных веществ после разделения в колонке хроматографа вместе с газом-носителем поступает через термостатированную трубку интерфейса в ионизационную камеру масс-спектрометра, где подвергается воздействию пучка быстрых электронов, создаваемых катодом (обычно нагретым до температуры активной эмиссии электронов). Давление в камере может изменяться от близкого к атмосферному (режим хемоионизации (с.93-98 указанного издания)) до высокого вакуума (режим электронного удара (с.28-32 указанного издания)). Ионы, образующиеся при электронной бомбардировке и последующих ион-молекулярных реакциях, вытягиваются из ионизационной камеры через специальную щель, фокусируются системой ионных линз, ускоряются и поступают на вход масс-анализатора, где разделяются пространственно или во времени в зависимости от отношения массы к заряду, и регистрируются детектирующим устройством масс-спектрометра. Это устройство преобразует потоки ионов в электрические сигналы, которые усиливаются и обрабатываются аналоговыми или цифровыми электронными устройствами.

В указанной системе (Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003 г. с.28-32) источник ионов состоит из ионизационной камеры, в которую поступает газ, катода, испускающего внутрь камеры пучок электронов., и системы линз, вытягивающих образовавшиеся ионы и направляющих их в область масс-анализа. Недостатком известного решения является недостаточная точность количественного определения состава смеси. Концентрация любого компонента смеси пропорциональна площади, занимаемой пиком данного вещества, выходящим из хроматографа. При этом оконтуривание хроматографического пика происходит дискретно - каждой точке на хроматограмме соответствует один масс-спектр. Для получения приемлемой точности необходимо многократно снимать масс-спектр за время выхода хроматографического пика (1-3 сек), что технически трудно реализуемо. Обычно удается осуществить максимум десятикратное снятие масс-спектра, и количественные определения проводятся по грубой аппроксимации истинного хроматографического пика суммой масс-спекрометрических измерений.

Задачей изобретения является реализация детектирования хромато-масс-спектрограммы одновременно по двум каналам: при измерении тока ионов на коллектор, находящийся непосредственно в камере ионизации, и при стандартном измерении с с помощью масс-спектрометра. Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности определения площади хроматографического пика.

Поставленная задача решается конструкцией масс-спектрометра, содержащего камеру ионизации, систему ввода газа в камеру, систему ионно-оптических линз для вытягивания ионов, масс-анализатор и систему детектирования ионов, отличающегося тем, что камера ионизации разделена на две части металлической газопроницаемой перегородкой, в каждой части камеры ионизации имеется свой катод, подающий в нее пучок электронов, ионно-оптическая система вытягивает ионы из первой части камеры, энергия электронов Е, подаваемых с катода во вторую часть камеры, выбирается, исходя из соотношения E<I, где I - потенциал ионизации молекул или атомов газа-носителя, ионы, образующиеся во второй части камеры, поступают на коллектор, расположенный так, чтобы на него не попадали ионизирующие или вторичные электроны, и регистрируются на нем.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой изображены коллектор 1 для регистрации ионов, образовавшихся в камере, вторая камера 2, катоды первой и второй камер 3, газопроницаемая металлическая перегородка 4, первая камера 5, ионно-оптическая система 6, масс-анализатор 7.

При попадании пробы в ионизационную камеру она распределяется между ее обеими частями 2, 5 и ионизируется; при этом в первой части камеры 5 ионизируются все попадающие туда компоненты, включая газ-носитель. Образующиеся ионы вытягиваются ионно-оптической системой 6 и поступают на вход масс-анализатора 7.

Во второй части камеры ионизируются только примесные компоненты, при этом атомы или молекулы газа-носителя не ионизируются. Это происходит потому, что в качестве газа-носителя используются инертные или мало реакционные газы (гелий, аргон), обладающие высокими потенциалами ионизации. При этом соотношение E<I не позволяет ионизоваться газу-носителю, но обеспечивает ионизацию подавляющего большинства практически важных примесей. Регистрация ионов на коллектор 1 позволяет «оконтуривать» хроматографический пик с большой точностью, что повышает общую точность количественного анализа.

Таким образом, одновременно осуществляется сразу два измерения: за счет ионов из первой камеры происходит масс-анализ, позволяющий определить состав выходящей фракции, и одновременно за счет ионов, образующихся во второй камере, происходит непрерывная регистрация хроматографического пика в течение времени выхода вещества по сумме всех образовавшихся ионов примеси, содержащихся в данной фракции.

Масс-спектрометр, содержащий камеру ионизации, систему ввода газа в камеру, систему ионно-оптических линз для вытягивания ионов, масс-анализатор и систему детектирования ионов, отличающийся тем, что камера ионизации разделена на две части металлической газопроницаемой перегородкой, в каждой части камеры ионизации имеется свой катод, подающий в нее пучок электронов, ионно-оптическая система вытягивает ионы из первой части камеры, энергия электронов Е, подаваемых с катода во вторую часть камеры, выбирается, исходя из соотношения E<I, где I - потенциал ионизации молекул или атомов газа-носителя, ионы, образующиеся во второй части камеры, поступают на коллектор, расположенный так, чтобы на него не попадали ионизирующие или вторичные электроны, и регистрируются на нем.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии высокого разрешения. Технический результат - улучшение масс-габаритных и эксплуатационных характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье путем повышения давления в измерительных ячейках.

Трубка для измерения подвижности ионов // 2518055

Заявленное изобретение относится к трубке для измерения подвижности ионов. Заявленное устройство содержит камеру источника ионизации с центральным отверстием, впускной элемент для ионов, блок зоны дрейфа ионов с центральной камерой трубки, экранирующую сетку и диск Фарадея, причем камеру источника ионизации, впускной элемент для ионов, блок зоны дрейфа ионов, экранирующую сетку и диск Фарадея последовательно составляют вместе в направлении спереди назад.

Способ определения изотопного состава метана // 2461909

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения изотопного состава вещества, предназначенным для анализа изотопного состава примесей в матрицах сложного состава, в частности для изотопного анализа метана в полевых условиях в воздухе, воде, грунте, снеге и бурильном растворе.

Статический масс-анализатор ионов // 2456700

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к статическим приборам и устройствам для анализа масс-спектрального состава веществ. .

Способ определения изотопного состава гексафторида урана с помощью многоколлекторного масс-спектрометра // 2337428

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контрольно-измерительной технике, а именно к многоколлекторным масс-спектрометрам, и может быть использовано в различных отраслях химической промышленности для определения изотопного состава веществ, в частности, на предприятиях ядерно-топливного цикла - для определения изотопного состава гексафторида урана (ГФУ).

Способ определения эффекта "дискриминации" изотопного состава вещества в узлах многоколлекторного масс-спектрометра // 2337427

Изобретение относится к области электротехники, в частности к аналитическому оборудованию, а именно к разработке изотопных многоколлекторных масс-спектрометров, используемых для определения изотопного состава различных газообразных веществ.

Способ масс-спектрометрического анализа различных химических соединений // 2321850

Способ масс-спектрометрического анализа твердого вещества // 2315388

Изобретение относится к физическим методам анализа состава и структуры вещества, а именно к применению метода вторично-ионной масс-спектрометрии для анализа структурно-энергетического состояния поверхностного слоя вещества, и может быть использовано в структурообразовании и повышении износостойкости новых материалов при изготовлении деталей ответственного назначения.

Блок коллектора спектрометра дрейфовой подвижности ионов // 2293978

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а конкретно к спектрометрам дрейфовой подвижности для обнаружения паров органических веществ в составе воздуха.

Спектрометр ионной подвижности // 2293977

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а более конкретно к дрейф-спектрометрам для обнаружения паров органических веществ в составе воздуха.

Масс-спектрометрический анализатор газового течеискателя // 2554104

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к статическим магнитным масс- спектрометрическим анализаторам со 180-градусным поворотом и двойной магнитной фокусировкой, и может быть использовано в газовых течеискателях, в том числе гелиевых, предназначенных для испытания на герметичность различных систем и объектов, допускающих откачку внутренней полости до глубокого вакуума или заполнение ее гелийсодержащей смесью или другим пробным газом под избыточным давлением. Технический результат - повышение надежности и увеличение срока службы масс-спектрометрического анализатора; снижение вакуумных требований. Масс-спектрометрический анализатор газового течеискателя содержит вакуумную камеру с присоединительными фланцами, внутри которой размещены: источник ионов пробного газового вещества, состоящий из источника электронов и камеры ионизации; магнитная система, обеспечивающая разделение ионов по массам; приемник ионов. При этом в качестве источника электронов использован плазменный катод на основе плазмы тлеющего разряда, представляющий собой помещенную в аксиальное магнитное поле ячейку Пеннинга с эмиттером электронов, выполненным в виде щели для формирования ленточного электронного пучка в антикатоде ячейки, со стороны камеры ионизации. Предпочтительно, чтобы в центральной части анода ячейки Пеннинга были выполнены отверстия для «подкачки» остаточного газа из вакуумной камеры. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство ортогонального ввода ионов во времяпролетный масс-спектрометр // 2564443

Изобретение относится к области времяпролетной масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении задач органической и биоорганической химии, токсикологии, криминалистики, иммунологии и медицины при ионизации молекул исследуемых веществ методами электронный удар, «электроспрей». Устройство ортогонального ввода ионов во времяпролетный масс-спектрометр (ВПМС) включает канал транспортировки поступающего из источника непрерывного пучка ионов, сформированный двумя электродами, ориентированными параллельно направлению движения непрерывного ионного пучка и предназначенными для создания импульсного электрического поля, выталкивающего ионы в направлении, перпендикулярном непрерывному пучку, и электроды для электростатического ускорения ионов, расположенные вне указанного канала. В промежуток между электродами, формирующими канал транспортировки заряженных частиц, введены дополнительные электроды, ориентированные параллельно направлению движения непрерывного ионного пучка, а приложенные к этим электродам статические электрические потенциалы обеспечивают сжатие непрерывного ионного пучка в направлении импульсного выталкивания ионов из канала. Технический результат - увеличение чувствительности ВПМС. 3 ил.

Способ транспортировки ионных потоков в источниках ионов с ионизацией при атмосферном давлении для хромато-масс-спектрометров гх-мс // 2584272

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источникам ионов с ионизацией при атмосферном давлении (фотоионизация, химическая ионизация при атмосферном давлении в коронном разряде и другие), и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, токсикологии и экологии, проведении анализов в криминалистике и следового анализа наркотиков и их метаболитов. Способ основан на формировании газовой, транспортирующей ионы, струи, коаксиально обдувающей область образования ионов закрученной вихревой струей с образованием объемного закрученного потока с осевым течением, и дополнительного газового потока, формирующего вихревую пробоотборную струю в виде составного вихря, фокусирующего ионы на оси пробоотборного потока в центре вихревого ядра. Особенностью способа являются равенство линейных скоростей ламинарных потоков: газа-носителя из хроматографической колонки и внешнего коаксиального потока газа; при этом суммарный объемный поток, транспортирующий ионы, должен немного превышать поток газа с транспортируемыми ионами, поступающего в интерфейс масс-спектрометра. Техническим результатом является обеспечение транспортировки ионных потоков без дискриминации ионов по массам, уменьшения плотности ионов в транспортируемом потоке, потери хроматографического разделения при нормальных условиях, не прибегая к нагреву внешнего газа носителя, что существенно упрощает реализацию метода в широком диапазоне объемных скоростей потоков газа-носителя, при этом ионный ток анализируемых веществ хроматографической фракции поступает в анализатор без примесей из лабораторного воздуха. 1 ил.

Устройство непрерывного стабильного электрораспыления растворов в источнике ионов при атмосферном давлении // 2587679

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистики, протеомики, метаболомики, медицины, экологии и охраны окружающей среды. Устройство непрерывного стабильного электрораспыления растворов в источнике ионов при атмосферном давлении выполнено в виде коаксиально расположенных капилляров, ориентированных вертикально. По внутреннему металлическому капилляру подается анализируемый раствор, к этому же капилляру прикладывается напряжение от высоковольтного источника питания. С торца этого капилляра происходит электрораспыление вертикально вверх. Для непрерывного стабильного электрораспыления вводимых проб (анализируемых растворов в узел электораспыления) и стабильного процесса распыления в канал подачи растворов устанавливается инжектор, например кран-переключатель с петлевым вводом пробы, позволяющий проводить ввод пробы без разрыва потока жидкости, а следовательно, и без переходных неустойчивых процессов выхода на стабильный режим распыления. В канал откачки парогазовой смеси из зазора между коаксиальными капиллярами устанавливается осушитель. Излишки нераспыленного раствора отделяются от парогазовой смеси и осушенный лабораторный воздух откачивается воздушным насосом. Технический результат - увеличение времени непрерывного стабильного распыления раствора, а следовательно. устойчивой работы прибора и стабильности регистрируемых спектров, уменьшение частоты обслуживания устройства распыления и источника ионов для их чистки. 4 ил.

Устройство образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением // 2608361

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике, метаболомике при электрораспылении растворов исследуемых лабильных веществ. Устройство образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением выполнено в виде коаксиально расположенных капилляров. Внутренний металлический капилляр находится под потенциалом земли, по нему подается жидкостным насосом анализируемый раствор. На торце этого капилляра образуется мениск, с поверхности которого происходит образование ионного потока при электрораспылении. Коаксиальный зазор между капиллярами подключен к воздушному регулируемому откачивающему насосу. Напротив мениска расположен плоский противоэлектрод с отверстием в центре закрытый скользящей заслонкой, которые электрически соединены между собой и подключены к высоковольтному регулируемому источнику питания. Скользящая заслонка перекрывает попадание капель в анализатор ионного потока в начале процесса электрораспыления и при его завершении, когда процесс не стационарен. В варианте горизонтальной ориентации оси отверстия в противоэлектроде капилляр, в торце которого расположен мениск распыляемого раствора, устанавливается под углом к оси в горизонтальной плоскости для компенсации деформации симметрии конической формы мениска под воздействием силы тяжести. Технический результат - получение бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением при нормальных условиях, а следовательно, непрерывного стабильного распыления, устойчивой работы анализатора и стабильности регистрируемых спектров, уменьшение частоты обслуживания устройства транспортировки ионного потока в анализатор для его чистки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ непрерывного стабильного электрораспыления растворов в источнике ионов при атмосферном давлении // 2612324

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ позволяет получать непрерывный стабильный поток заряженных частиц электрораспылением для больших объемных скоростей растворов анализируемых веществ, без образования крупных капель в начале электрораспыления новой пробы, что существенно упрощает процесс получения непрерывного стабильного и монодисперсного потока заряженных частиц в широком диапазоне объемных скоростей потоков распыляемой жидкости и соответственно стабильный ионный ток анализируемых веществ, поступающих в анализатор, а также долговременную работу источника без разборки и чистки. Особенностями способа являются введение жидкой пробы в область распыления без прерывания потока элюента и осушение откачиваемой парогазовой смести излишков нераспыленного элюента и газа. Режим непрерывной стабильной эмиссии заряженных частиц (ионный ток) существует сколь угодно долго только при условии, что каждая подаваемая в область распыления проба не приводит к разрыву потока жидкости. Так же на непрерывный стабильный режим эмиссии заряженных частиц влияет долговременная стабильная откачка парогазовой смеси из области распыления, что довольно легко достигается осушением парогазовой смеси от элюента. При этом регулируемые параметры распыления - величина электрического напряжения, подаваемого на противоэлектрод, и поток отбираемого газа из коаксиального канала между капиллярами после настройки на стабильный режим не изменятся во все время работы источника ионов при неразрывной подаче жидкой пробы в область электрораспыления. Техническим результатом является возможность получения непрерывного долговременного стабильного тока заряженных частиц электрораспылением в широком диапазоне объемных скоростей растворов анализируемых веществ при нормальных условиях при последовательном вводе пробы в область распыления и соответственно стабильного ионного тока анализируемых веществ, поступающих в анализатор.

Анализ образцов для масс-цитометрии // 2637795

Изобретение относится к способам и устройствам для анализа образцов с использованием масс-спектрометрии индуктивно связанной плазмы, полученной лазерной абляцией (LA-ICP-MS). Способ масс-цитометрического анализа на основе лазерной абляции с использованием лазерно-абляционного масс-цитометра содержит этапы, при которых: направляют импульсы лазерного пучка на множество участков образца; захватывают каждую абляционную струю по отдельности; переносят каждую из захваченных по отдельности абляционных струй в индуктивно связанную плазму (ICP); ионизируют каждую из по отдельности захваченных и перенесенных абляционных струй в ICP, генерируя ионы для масс-цитометрического анализа. Причем лазерно-абляционный масс-цитометр содержит инжектор, выполненный с возможностью переноса абляционных струй в ICP; инжектор имеет впускной канал инжектора, расположенный в лазерно-абляционном источнике, впускной канал инжектора выполнен с возможностью захвата абляционных струй. Способ дополнительно содержит этапы, при которых: вводят поток газа захвата для введения абляционных струй в конус образца инжектора; и вводят поток газа переноса отдельно от потока газа захвата в инжектор для переноса абляционных струй из конуса образца в IPC. Технический результат - повышение точности клеточного анализа. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.