RU2451364C1 - Apparatus for orthogonal input of ions into ion-drift or mass-spectrometer - Google Patents
Apparatus for orthogonal input of ions into ion-drift or mass-spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451364C1 RU2451364C1 RU2010147334/07A RU2010147334A RU2451364C1 RU 2451364 C1 RU2451364 C1 RU 2451364C1 RU 2010147334/07 A RU2010147334/07 A RU 2010147334/07A RU 2010147334 A RU2010147334 A RU 2010147334A RU 2451364 C1 RU2451364 C1 RU 2451364C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- input
- ions
- drift
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии и медицины при ионизации исследуемых веществ методом «электроспрей» и других. Метод «электроспрей» является одним из современных методов «мягкой» ионизации, который позволяет переводить в газовую фазу и одновременно ионизировать большие биологические молекулы, такие как пептиды, белки и полинуклеотиды. Однако у существующих масс- и ион-дрейфовых спектрометров с прямым соосным вводом ионов имеется ряд факторов, ограничивающих их работоспособность. Наличие больших неиспарившихся капель, летящих из источника, приводит, как правило, к засорению и закупориванию входных интерфейсов, зарядке их элементов, увеличению шумов в регистрируемом спектре.The alleged invention relates to the field of ion-drift and mass spectrometry and will find wide application in solving problems of organic and bioorganic chemistry, immunology, biotechnology and medicine in the ionization of the studied substances by the method of "electrospray" and others. The method of "electrospray" is one of the modern methods of "soft" ionization, which allows you to translate into the gas phase and simultaneously ionize large biological molecules such as peptides, proteins and polynucleotides. However, the existing mass and ion drift spectrometers with direct coaxial ion input have a number of factors limiting their operability. The presence of large unevaporated droplets flying from the source leads, as a rule, to clogging and clogging of the input interfaces, charging of their elements, and an increase in noise in the recorded spectrum.
Известен ион-дрейфовый спектрометр с источником ионов типа «электроспрей» [1], где источник и дрейфовая область располагаются на одной оси. В этом случае в ион-дрейфовый спектрометр попадают и крупные капли, что усложняет анализ, а также функционирование прибора.Known ion-drift spectrometer with a source of ions of the type "electrospray" [1], where the source and the drift region are located on the same axis. In this case, large drops fall into the ion-drift spectrometer, which complicates the analysis, as well as the operation of the device.
Ближайшим из известных, выбранным в качестве прототипа, является устройство ортогонального ввода ионов [2] - неосевая конфигурация электроспрея, когда ось источника располагается под углом ко входу. Такое устройство ввода позволяет избежать засорения или закупоривания входного отверстия при введении ионов в анализатор масс-спектрометра, так как при использовании неосевой конфигурации электроспрея большие капли пролетают мимо. Таким образом масс-спектрометр предохраняется от попадания больших капель вовнутрь, а ионы затягиваются электрическим полем. Однако в этом устройстве ионы вводятся непосредственно в откачиваемую область масс-спектрометра без предварительной сепарации ионов.The closest known one, chosen as a prototype, is an orthogonal ion input device [2] - non-axial configuration of the electrospray when the source axis is at an angle to the input. Such an input device avoids clogging or clogging of the inlet when introducing ions into the mass spectrometer analyzer, since when using an off-axis configuration of the electrospray, large droplets fly by. Thus, the mass spectrometer is prevented from dropping large droplets inside, and the ions are pulled by an electric field. However, in this device, ions are introduced directly into the pumped area of the mass spectrometer without preliminary ion separation.
Наличие за входным скиммером масс-спектрометра изогнутых каналов [3] также способствует решению поставленной задачи. При наличии изогнутых каналов тяжелые капли, вследствие большей инерции, не могут вписаться в поворот и теряются на стенке канала. Однако вследствие пониженного давления в системе, эффективность такого способа не реализуется в полной мере.The presence of curved channels behind the input skimmer of the mass spectrometer [3] also helps to solve the problem. In the presence of curved channels, heavy drops, due to greater inertia, cannot fit into the rotation and are lost on the channel wall. However, due to the reduced pressure in the system, the effectiveness of this method is not fully implemented.
Задачей изобретения является существенное снижение степени загрязнения входной системы как ион-дрейфового спектрометра, так и масс-спектрометра каплями растворителя при возможности увеличения интенсивности потока и уменьшения шумов в регистрируемом дрейфовом спектре.The objective of the invention is to significantly reduce the degree of contamination of the input system of both the ion-drift spectrometer and the mass spectrometer with solvent droplets, with the possibility of increasing the flow intensity and reducing noise in the recorded drift spectrum.
Поставленная задача решается посредством сепарации ионов непосредственно при атмосферном давлении в области перед входными устройствами ион-дрейфового или масс-спектрометров. Устройство ввода ионов выполнено ортогональным в виде Т-образного сочленения газодинамического и входного каналов, последний состоит из диафрагмы и элементов электростатической линзовой системы. В этом случае крупные распыленные капли сносятся газовым потоком дальше по каналу и тем самым не попадают во входную систему, а ионы затягиваются туда электрическим полем.The problem is solved by separating ions directly at atmospheric pressure in the area in front of the input devices of ion-drift or mass spectrometers. The ion input device is made orthogonal in the form of a T-shaped joint of the gas-dynamic and input channels, the latter consists of a diaphragm and elements of an electrostatic lens system. In this case, large atomized droplets are carried by the gas stream further down the channel and thereby do not enter the input system, and the ions are drawn into it by the electric field.
На фиг.1 показан общий вид (в разрезе) устройства ортогональной сепарации и ввода ионов в ион-дрейфовый или масс-спектрометр вместе с характерными траекториями ионов.Figure 1 shows a General view (in section) of the device orthogonal separation and input of ions into the ion-drift or mass spectrometer together with the characteristic trajectories of the ions.
На фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства. Устройство ввода ионов (фиг.1, 2) состоит из источника ионов типа «электроспрей» (не показан), цилиндрического канала 1, ортогонального входного канала с диафрагмой 2, линзовой системой 3-7 и сетки 8 (затвор Бредбери-Нильсена ион-дрейфового спектрометра либо на месте сетки располагается входной скиммер масс-спектрометра).Figure 2 shows a diagram of the proposed device. The ion input device (FIGS. 1, 2) consists of an electrospray type ion source (not shown), a cylindrical channel 1, an orthogonal input channel with a diaphragm 2, a lens system 3-7, and a grid 8 (Bradbury-Nielsen ion-drift shutter spectrometer or in place of the grid is the input skimmer of the mass spectrometer).
На фиг.3 проиллюстрирован физический принцип функционирования устройства: показаны характерные траектории ионов в зависимости от их близости ко входу дрейфовой области при различных значениях прикладываемого тянущего потенциала.Figure 3 illustrates the physical principle of the device: the characteristic ion paths are shown depending on their proximity to the entrance of the drift region at different values of the applied pulling potential.
Предлагаемое устройство работает следующим образом (фиг.2, 3). Ионы и крупные распыленные капли, образуемые в источнике «электроспрей», двигаются в газовом потоке вдоль цилиндрического канала - трубки 1. При атмосферном давлении скорость ионов принимается равной скорости газового потока Ugas. Перпендикулярно оси трубки располагается входной канал ион-дрейфового или масс-спектрометра. На входную диафрагму 2 (фиг.2) ион-дрейфового канала подается тянущий электростатический потенциал. За входной диафрагмой располагается линзовая система 3-7 (фиг.2). Когда ионы, увлекаемые газовым потоком, подходят к области расположения входного отверстия ион-дрейфового канала, на них начинает действовать электрическое поле Е входной диафрагмы 2. Появляется составляющая скорости движения, определяемая коэффициентом подвижности иона k0 - U=k0E. Таким образом, полная скорость движения иона будет складываться из движения в газовом потоке и движения в появляющемся электрическом поле входной системы - Uion=Ugas+k0E. Характерные результирующие траектории ионов, полученные с помощью программы SIMION [4] и подпрограммы [5], показаны на фиг.2. Для определенности коэффициент подвижности ионов полагается равным 2 см2/(В·c). В данном примере скорость газового потока Ugas=12 см/с, потенциал входной диафрагмы 2 относительно потенциала трубки V2=-100 В, соответственно V3=-500 В, V4=-600 В, V5=-700 В, V6=-800 В, V7=-900 В. Потенциал сетки 8 (затвор Бредбери-Нильсена ион-дрейфового спектрометра либо располагаемый на месте сетки входной скиммер масс-спектрометра) составляет V8=-1000 В. Диффузия иона в газе определяется из соотношения Эйнштейна [6], связывающего коэффициент подвижности k0 с коэффициентом диффузии D:The proposed device operates as follows (figure 2, 3). Ions and large atomized droplets formed in the electrospray source move in a gas stream along a cylindrical channel — tube 1. At atmospheric pressure, the ion velocity is taken to be equal to the gas gas velocity U gas . Perpendicular to the axis of the tube is the input channel of an ion-drift or mass spectrometer. A pulling electrostatic potential is supplied to the input diaphragm 2 (Fig. 2) of the ion-drift channel. Behind the input diaphragm is a lens system 3-7 (figure 2). When the ions carried away by the gas flow approach the region of the inlet of the ion-drift channel, the electric field E of the input diaphragm 2 begins to act on them. A component of the velocity of motion appears, determined by the ion mobility coefficient k 0 - U = k 0 E. Thus, total velocity of ion motion will consist of the motion in the gas stream and motion in an electric field input system - U ion = U gas + k 0 E. characteristic resulting ion trajectories obtained by SIMION program [4] and podprog Amma [5] are shown in Figure 2. For definiteness, the ion mobility coefficient is assumed to be 2 cm 2 / (V · s). In this example, the gas flow velocity U gas = 12 cm / s, the potential of the input diaphragm 2 relative to the tube potential V 2 = -100 V, respectively V 3 = -500 V, V 4 = -600 V, V 5 = -700 V, V 6 = -800 V, V 7 = -900 V. The potential of grid 8 (the Bradbury-Nielsen gate of the ion-drift spectrometer or the input skimmer of the mass spectrometer located in place of the grid) is V 8 = -1000 V. The diffusion of the ion in the gas is determined from the Einstein relation [6], which relates the mobility coefficient k 0 to the diffusion coefficient D:
где kB - постоянная Больцмана, Т - температура, Ze - заряд иона. Тогда равновероятное по направлениям смещение иона за Δt, обусловленное диффузией, будет равно (6DΔf)½. Диффузия приводит к незначительному искажению траектории движения иона.where k B is the Boltzmann constant, T is the temperature, Ze is the ion charge. Then, the ion displacement beyond Δt due to diffusion equiprobable in directions will be equal to (6DΔf) ½ . Diffusion leads to a slight distortion of the trajectory of the ion.
На тяжелые или незаряженные капли «проваливающееся» электрическое поле входной системы не будет оказывать существенного влияния и они, увлекаемые газовым потоком, пройдут мимо. При этом ионы будут затягиваться во входную систему. Пространственная конфигурация проваливающегося в газодинамический канал электрического поля способствует фокусировке ионов на оси независимо от ординаты движения иона в потоке. Видно, что следуя силовым линиям поля, ионы огибают край входной системы. Эффективность захвата иона электрическим полем зависит как от прикладываемого потенциала, так и от координаты движения иона относительно сечения канала. На фиг.3 показывается эффективность захвата ионов в зависимости от их начального положения и напряженности затягивающего электрического поля (-90, -150, -180, -210 В на входной диафрагме, потенциал цилиндрического канала 0 В) и постоянной скорости газового потока 24 см/с. Видно, что ионы, двигающиеся вдоль дальней стенки, слабее отклоняются в проваливающемся в канал электрическом поле. По мере роста потенциала входной системы повышается эффективность захвата ионов по сечению. При потенциале -210 В (фиг.3) все ионы попадают во входную систему ион-дрейфового или масс-спектрометра. Однако слишком сильное поле может привести к затягиванию вовнутрь крупных капель, что нежелательно.The “falling through” electric field of the input system will not have a significant effect on heavy or uncharged droplets and they, carried away by the gas stream, will pass by. In this case, the ions will be drawn into the input system. The spatial configuration of an electric field falling into the gas-dynamic channel facilitates the focusing of ions on the axis, regardless of the ordinate of the ion in the flow. It can be seen that following the field lines of force, the ions envelope the edge of the input system. The efficiency of ion capture by an electric field depends both on the applied potential and on the coordinate of motion of the ion relative to the channel cross section. Figure 3 shows the efficiency of ion capture, depending on their initial position and the magnitude of the addictive electric field (-90, -150, -180, -210 V at the input diaphragm, the potential of the cylindrical channel 0 V) and a constant gas flow rate of 24 cm / from. It can be seen that ions moving along the far wall are weaker deflected in the electric field that sinks into the channel. As the potential of the input system grows, the efficiency of ion capture over the cross section increases. At a potential of -210 V (FIG. 3), all ions enter the input system of an ion-drift or mass spectrometer. However, too strong a field can lead to pulling in large drops, which is undesirable.
Таким образом, предложенное устройство ортогонального ввода ионов во входную систему ион-дрейфового или масс-спектрометра способствует достижению поставленной цели, а именно уменьшению засорения элементов входных интерфейсов, зарядке их элементов, уменьшению шумов в регистрируемом спектре.Thus, the proposed device for orthogonal input of ions into the input system of an ion-drift or mass spectrometer helps to achieve this goal, namely, to reduce clogging of the elements of the input interfaces, charging their elements, and reducing noise in the recorded spectrum.
Источники информацииInformation sources
1. Tang X., Bruce J.E., Hill H.H. Characterizing electrospray ionization using atmospheric pressure ion mobility spectrometry // Anal. Chem. 2006, v.78, p.7751-7760.1. Tang X., Bruce J.E., Hill H.H. Characterizing electrospray ionization using atmospheric pressure ion mobility spectrometry // Anal. Chem. 2006, v. 78, p. 7751-7760.
2. Apffel J.A., Werlich M.H., Bertsch J.L., Goodley P.C. Orthogonal ion sampling for electrospray LC/MS. US patent: 5495108, date of patent Feb.27, 1996. (прототип)2. Apffel J.A., Werlich M.H., Bertsch J.L., Goodley P.C. Orthogonal ion sampling for electrospray LC / MS. US patent: 5495108, date of patent Feb. 27, 1996. (prototype)
3. Bajic S. Electrospray and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and ion source. US patent: 5756994, date of patent May 26,1998.3. Bajic S. Electrospray and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and ion source. US patent: 5756994, date of patent May 26.1998.
4. Dahl D.A. SEMION 7 User's Manual. Idaho National Engineering Lab., 2000, 657 p.4. Dahl D.A. SEMION 7 User's Manual. Idaho National Engineering Lab., 2000, 657 p.
5. Курнин И.В., Самокиш В.А., Краснов H.B. Моделирование работы ион-дрейфового спектрометра с затвором Бредбери-Нильсена // Научное приборостроение, 2010, т.20, №3 (в печати).5. Kurnin I.V., Samokish V.A., Krasnov H.B. Modeling the work of an ion-drift spectrometer with a Bradbury-Nielsen shutter // Scientific Instrument Engineering, 2010, v.20, No. 3 (in press).
6. Смирнов Б.М. Диффузия и подвижность ионов в газе.// УФН, 1967, т.92, вып.1, с.75-103.6. Smirnov B.M. Diffusion and mobility of ions in a gas.// UFN, 1967, vol. 92, issue 1, pp. 75-103.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147334/07A RU2451364C1 (en) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Apparatus for orthogonal input of ions into ion-drift or mass-spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147334/07A RU2451364C1 (en) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Apparatus for orthogonal input of ions into ion-drift or mass-spectrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2451364C1 true RU2451364C1 (en) | 2012-05-20 |
Family
ID=46230887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010147334/07A RU2451364C1 (en) | 2010-11-10 | 2010-11-10 | Apparatus for orthogonal input of ions into ion-drift or mass-spectrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451364C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5495108A (en) * | 1994-07-11 | 1996-02-27 | Hewlett-Packard Company | Orthogonal ion sampling for electrospray LC/MS |
US5756994A (en) * | 1995-12-14 | 1998-05-26 | Micromass Limited | Electrospray and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and ion source |
WO2000048228A1 (en) * | 1999-02-11 | 2000-08-17 | Masslab Limited | Ion source for mass analyser |
RU88209U1 (en) * | 2009-08-17 | 2009-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория инновационных аналитических технологий" | MASS SPECTROMETER |
RU2393579C1 (en) * | 2009-08-17 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория инновационных аналитических технологий" | Mass spectrometre |
-
2010
- 2010-11-10 RU RU2010147334/07A patent/RU2451364C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5495108A (en) * | 1994-07-11 | 1996-02-27 | Hewlett-Packard Company | Orthogonal ion sampling for electrospray LC/MS |
US5756994A (en) * | 1995-12-14 | 1998-05-26 | Micromass Limited | Electrospray and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and ion source |
WO2000048228A1 (en) * | 1999-02-11 | 2000-08-17 | Masslab Limited | Ion source for mass analyser |
RU88209U1 (en) * | 2009-08-17 | 2009-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория инновационных аналитических технологий" | MASS SPECTROMETER |
RU2393579C1 (en) * | 2009-08-17 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория инновационных аналитических технологий" | Mass spectrometre |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1738398B1 (en) | Mass spectrometer | |
DE112018001812T5 (en) | Multi-reflecting time-of-flight mass spectrometer | |
CN109003876B (en) | Ion mobility analyzer and analysis method | |
US8373118B2 (en) | Atmospheric pressure ionization inlet for mass spectrometers | |
US20080296493A1 (en) | Enriichment tube for sampling ions | |
JP2018522211A (en) | Oversampled time-of-flight mass spectrometry | |
JP6746617B2 (en) | Mass filter with extended service life | |
EP3073509A1 (en) | Pre-filter fragmentation | |
CN108597980A (en) | It is quantitative that sample is carried out using micro mass spectrometer instrument | |
EP2808888B1 (en) | Mass analysis device | |
US10371665B2 (en) | Mobility selective attenuation | |
JP2016526168A (en) | How to calibrate an ion signal | |
US9536719B2 (en) | Methods for broad-stability mass analysis using a quadrupole mass filter | |
US9997345B2 (en) | Orthogonal acceleration coaxial cylinder mass analyser | |
RU2451364C1 (en) | Apparatus for orthogonal input of ions into ion-drift or mass-spectrometer | |
US20190393023A1 (en) | Method of separating different ions having similar mass to charge ratios | |
CN107437492B (en) | High-effect ionic capture | |
GB2534431A (en) | Mobility selective attenuation | |
US9899200B2 (en) | Multi-dimensional ion separation | |
JP6290452B2 (en) | Mass spectrometer | |
Hauschild et al. | The novel synchronous ion shield mass analyzer | |
GB2561052A (en) | Multi-dimensional ion separation | |
JP2017533429A (en) | Method and system for crosstalk rejection in a continuous beam mobility-based spectrometer | |
RU2744235C2 (en) | Method of transformation of uninterrupted ion flux in ionization sources under atmospheric pressure into pulse flux | |
US20220099627A1 (en) | Ion filtering devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151111 |