RU2130667C1 - Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2130667C1 RU2130667C1 RU98100694A RU98100694A RU2130667C1 RU 2130667 C1 RU2130667 C1 RU 2130667C1 RU 98100694 A RU98100694 A RU 98100694A RU 98100694 A RU98100694 A RU 98100694A RU 2130667 C1 RU2130667 C1 RU 2130667C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- analyzer
- ions
- field
- hyperbolic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано для создания гиперболоидных масс-спектрометров с простыми анализаторами и высокими аналитическими показателями. Технический результат состоит в упрощении конструкции электродной системы анализаторов, повышении их срока службы, а также в улучшении параметров гиперболоидных масс-спектрометров. Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду заключается в ограничении по оси сортировки рабочего объема трехмерного гиперболоидного анализатора областью 0, где под действием переменного поля анализируемые ионы совершают периодические или близкие к периодическим однополярные колебания. Рабочие точки анализируемых ионов по оси сортировки располагают на границе зоны стабильности, а по другим координатам - в глубине зоны стабильности. Анализатор одномерного гиперболоидного масс-спектрометра состоит из двух осесимметричных гиперболоидных электродов с радиусами r1>r2, расположенных в полусфере Z>0, а также из экранирующего электрода в форме усеченного конуса и полупрозрачного корректирующего электрода. Образование ионов под воздействием электронного пучка происходит в рабочем объеме анализатора при нулевых напряжениях на электродах. Размеры полеобразующих электродов определeны с учетом свободного прохождения пучка электронов. Фаза переменного поля согласована с начальными координатами и скоростями частиц. Вывод отсортированных ионов происходит через отверстие в нижнем полеобразующем электроде. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к масс-спектрометрии и может быть использовано для создания гиперболоидных масс-спектрометров с простыми анализаторами и высокими аналитическими показателями.
В существующих геперболоидных масс-спектрометрах сортировку заряженных частиц по удельному заряду осуществляют по двум или трем координатам, а рабочие точки анализируемых ионов располагают в зоне стабильности [1, 2]. Анализаторы таких масс-спектрометров состоят из трех или более полеобразующих электродов и сложны в изготовлении и сборке. Монопольный масс-спектрометр с простой электродной системой имеет низкую разрешающую способность. За прототип принята трехмерная ионная ловушка [2]. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в упрощении конструкции электродной системы гиперболоидных анализаторов, повышении срока их службы, а также в увеличении скорости анализа гиперболоидных масс-спектрометров. Поставленная задача осуществляется в предлагаемом способе и устройстве.
Предлагаемый способ разделения частиц по удельному заряду основан на ограничении по оси сортировки Z рабочего объема трехмерного гиперболоидного анализатора областью r2<z<r1, где под действием переменного электрического поля анализируемые ионы совершают вдоль координаты Z периодические или близкие к периодическим колебаниям, описываемые решениями нулевого порядка ce0(t) и fe0(t) уравнения Хилла для границы стабильности a0(q) [1]. На основе однополярных свойств функций ce0(t) и fe0(t) осуществляется сортировка частиц по удельному заряду вдоль одной координаты Z. По другим координатам рабочая точка анализируемых ионов расположена в глубине зоны стабильности.
На фиг. 1 представлена электродная система одномерного однополярного анализатора частиц по удельному заряду. Анализатор состоит из двух осесимметричных гиперболоидных электродов 1 и 2 с радиусами r1>r2, расположенных в полусфере Z>0, экранирующего электрода 3 в форме усеченного конуса и полупрозрачного корректирующего электрода 4. Активная зона 5 анализатора имеет форму цилиндра с радиусом RA≤0,5r1, ограниченного по оси сортировки радиусами r1 и r2 полеобразующих электродов. Диаметр d2 нижнего электрода 1 выбран из условия d2≤ 2,82[(r1-dэ)2-r ]1/2, свободного прохождения между полеобразующими электродами ленточного пучка ионизирующих электронов 6 толщиной d2. Диаметр d1 оптимизирован по минимуму отклонения распределения потенциала в активной зоне анализатора от квадратичного. В центральной части электрода 2 находится отверстие диаметром dB=0,2r1, за которым расположен полупрозрачный электрод 4 с потенциалом φK. Между полеообразующими электродами приложено импульсное периодическое с периодом 2T напряжение U(t)=U1(t)-U2(t), начальная фаза которого согласована с координатами и начальными скоростями ионов (фиг. 2). На экранирующем электроде 3 напряжение равно оптимальному Uэ= (U1+U2)/2, при котором отклонения потенциала в активной зоне анализатора от идеального распределения минимальные.
Единичный цикл масс-анализа состоит из ионизации, сортировки и регистрации (фиг. 2). Во время ионизации Tи под действием ленточного пучка электронов 6 при нулевых напряжениях на электродах анализатора в активной зоне 5 образуются ионы с начальными координатами Z0≈r1 и тепловыми начальными скоростями. Малый разброс начальных координат ионов ΔZ0/Z0 ≤ 0,05 достигается при толщине пучка электронов dэ≤0,1r1. Свободное прохождение через анализатор электронного пучка устраняет возможность попадания ионизирующих электронов на полеобразующие электроды, что снижает скорость образования на электродах диэлектрических пленок.
Сортировка заряженных частиц по удельному заряду происходит на интервале Tс под действием напряжения U(t). Для ионов с начальными координатами Z0≈r1 и малыми тепловыми начальными скоростями оптимальная начальная фаза φ01 = 0 установлена длительностью t1= T/2 и положительной полярностью первого импульса питающего напряжения U(t) (фиг.2). Из-за тепловых начальных скоростей траектории части ионов анализируемой массы m0 не являются строго периодическими, их огибающие убывают или нарастают в процессе сортировки по линейному закону. Доля удерживаемых в течение n периодов сортировки ионов оценивается коэффициентом η ≈ 0,1(Um/ρ0)1/2, где Um - амплитуда импульсного напряжения U(t), ρ0 - разрешающая способность анализатора по нулевому уровню массового пика. Зависимость коэффициента η, характеризующего чувствительность анализатора, от параметра ρ0 оказывается слабой, что важно при создании масс-спектрометров с высоким разрешением.
Ионы других масс m≠m0 при сортировке смещаются по координате Z в сторону одного из полеобразующих электродов и выводятся из анализатора. Малый разброс начальных координат частиц ΔZ0/Z0 ≤ 0,05 и свойства одномерной однополярной сортировки ионов улучшают форму массовых пиков и повышают скорость масс-анализа. Массовые пики имеют строго ограниченную протяженность, а скорость сортировки, оцениваемая соотношением n = (0,4÷0,7)ρ1/2, оказывается в 2-5 раз выше чем у других гиперболоидных масс-спектрометров.
Цикл сортировки завершается в фазе питающего напряжения φв = π/2 (фиг. 2), отсортированные ионы на интервале Tp через отверстие в электроде 2 и полупрозрачный электрод 4 выводятся из анализатора и поступают на блок регистрации.
Предлагаемый способ сортировки частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления улучшают форму массовых пиков, повышают скорость масс-анализа, упрощают конструкцию электродной системы анализатора и повышают срок его службы.
Литература
1. Г.И.Слабоденюк. Квадрупольные масс-спектрометры. - Атомиздат, 1974.
1. Г.И.Слабоденюк. Квадрупольные масс-спектрометры. - Атомиздат, 1974.
2. Э.П.Шеретов. Гиперболоидные масс-спектрометры. - Измерения, контроль, автоматизация, 1980, N 11-12.
Claims (2)
1. Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду заключается в воздействии на находящиеся в анализаторе с квадратичным распределением потенциала ионы переменным электрическим полем, отличающийся тем, что путем ограничения области сортировки по оси Z положительными значениями r2<r<r1, где r1 и r2 - радиусы граничных эквипотенциалей электрического поля, область стабильности по координате сортировки Z преобразуют в линию, совпадающую с границей устойчивости, а по другим координатам рабочую точку анализируемых ионов располагают в глубине области стабильности, и на заряженные частицы, образованные с близкими к r1 начальными координатами и малым начальными скоростями, воздействуют импульсным электрическим полем с оптимальной начальной фазой.
2. Одномерный однополярный анализатор частиц по удельному заряду с квадратным распределением потенциала, содержащий электродную систему, отличающийся тем, что в качестве электродной системы анализатора используют два осесимметричных гиперболоидных электрода с r1>r2, расположенных в положительной области оси сортировки Z>0, с диаметром нижнего электрода d2≤ 2,82[(r1-dэ)2-r ]1/2, где dэ - толщина ленточного пучка ионизирующих электронов, причем в центральной части нижнего электрода имеется отверстие диаметром dВ≤0,2 r1, по границам гиперболоидных электродов установлен экранирующий электрод в форме усеченного конуса, а за нижним полеобразующим электродом расположен плоский полупрозрачный корректирующий электрод диаметром dк≤3 dв.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98100694A RU2130667C1 (ru) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98100694A RU2130667C1 (ru) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2130667C1 true RU2130667C1 (ru) | 1999-05-20 |
Family
ID=20201209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98100694A RU2130667C1 (ru) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2130667C1 (ru) |
-
1998
- 1998-01-05 RU RU98100694A patent/RU2130667C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Шеретов Э.П. Гиперболоидные масс-спектрометры. Измерения, контроль, автоматизация. - М., 1980, N 11 - 12, c.68. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1249078A (en) | Method of mass analyzing a sample over a wide mass range by use of a quadrupole ion trap | |
EP0292187B1 (en) | Method of using an ion trap in the chemical ionization mode | |
EP0237268B1 (en) | Method of mass analysing a sample | |
US7932491B2 (en) | Quantitative measurement of isotope ratios by time-of-flight mass spectrometry | |
US9778224B2 (en) | Dielectric barrier discharge ionization source for spectrometry | |
EP0215615A2 (en) | Method of operating a quadrupole ion trap | |
JP2001522508A (ja) | 回転場の質量・速度分析器 | |
RU2345441C2 (ru) | Масс-спектрометр и соответствующие ионизатор и способы | |
Coggeshall | Studies of Metastable Ion Transitions with a 180° Mass Spectrometer | |
US5120958A (en) | Ion storage device | |
RU2130667C1 (ru) | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
Geno et al. | 252Cf Plasma desorption mass spectrometry at low acceleration voltages using the electrostatic particle guide | |
KR101819534B1 (ko) | 이온화 소스 및 그를 포함하는 이차이온 질량분석기 | |
RU2276426C1 (ru) | Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
RU2159481C1 (ru) | Способ разделения ионов по удельному заряду и устройство для его осуществления | |
Johnson et al. | Kinetic energies and angular distributions of H+ ions produced by electron impact on H+ | |
US3297894A (en) | Apparatus for ionizing particles in a mass spectrometer | |
US2752501A (en) | Method and apparatus for mass separation | |
US2768305A (en) | Mass spectrometer | |
US2795701A (en) | Mass spectrometry | |
EP0720207B1 (en) | Magnetic field type mass spectrometer | |
US3831025A (en) | Ion source for providing a supply of charged particles having a controlled kinetic energy distribution | |
SU1460747A1 (ru) | Способ энерго-масс-спектрометрического анализа вторичных ионов и устройство дл энергомасспектрометрического анализа вторичных ионов | |
RU2133519C1 (ru) | Способ ввода анализируемых ионов в рабочий объем анализатора гиперболоидного масс-спектрометра типа трехмерной ловушки | |
RU2171707C2 (ru) | Устройство для разделения заряженных частиц по массам |