способ масс-разделения ионов по времени пролета и устройство для его осуществления
Классы МПК: | H01J49/36 радиочастотные спектрометры, например спектрометры Беннета, спектрометры Рэдгеда |
Автор(ы): | Мамонтов Евгений Васильевич (RU), Гуров Виктор Сергеевич (RU), Дягилев Александр Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-05-20 публикация патента:
27.08.2010 |
Изобретение относится к области масс-анализа ионов в двумерных линейных электрических ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических и конструкционо-технологических характеристик динамических масс-спектрометров. Способ масс-разделения ионов по времени пролета заключается в совмещении области образования ионов с входной апертурой радиочастотного времяпролетного масс-спектрометра, при этом анализируемые ионы ускоряются и вводятся в пространство дрейфа под действием ВЧ электрического поля. Для этого начальные координаты хo ионов по оси X берутся соизмеримыми с амплитудами уm колебаний заряженных частиц по оси дрейфа Y. Для получения высокой линейности электрического поля в области дрейфа ионов используется замкнутая в плоскости XOY электродная система из трех плоских электродов с дискретно-линейными распределениями потенциала и одного плоского заземленного электрода со щелями для ввода-вывода ионов. Технический результат: усовершенствование системы ввода ионов и конструкции масс-анализаторов времяпролетного типа с двумерными линейными ВЧ электрическими полями. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Способ масс-разделения ионов по времени пролета, заключающийся в воздействии на заряженные частицы линейным электрическим ВЧ полем, отличающийся тем, что анализируемые ионы образуются во входной апертуре масс-анализатора размером х<<ха или транспортируют в нее с начальными координатами х0 ха/2, уо 0, где ха - размер анализатора по оси X, а затем ускоряются в направлении оси Y и вводятся в пространство дрейфа под действием двумерного линейного ВЧ электрического поля времяпролетного анализатора в определенные фазы ВЧ поля.
2. Устройство для масс-разделения ионов по времени пролета, содержащее электродную систему для формирования двумерного электрического ВЧ поля, отличающееся тем, что используют анализатор из трех плоских с дискретно-линейным с шагом распределением потенциала электродов, два из которых с размером уа по оси Y расположены в плоскостях x=±x a и ограничены плоскостью у=0, а третий электрод с размером 2ха по оси X расположен в плоскости y=ya , и заземленного четвертого электрода с размером 2ха по оси X с рабочей поверхностью в плоскости y=0, причем в четвертом электроде имеются две протяженные по оси Z щели шириной x<<xa с координатами центров ха /2 и -xa/2 для ввода и вывода ионов.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области масс-анализа ионов в двумерных линейных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических и конструкторско-технологических характеристик динамических масс-спектрометров. В радиочастотных времяпролетных масс-спектрометрах при образовании заряженных частиц в ионном источнике и их транспортировке в область входной апертуры анализатора из-за разброса начальных скоростей происходит временная расфокусировка пакета ионов, величина которой оказывается пропорциональна начальным координатам y0 частиц по оси Y, что снижает разрешающую способность масс-спектрометров [1]. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании систем ввода ионов и конструкции масс-анализаторов времяпролетного типа с двумерными линейными ВЧ электрическими полями.
Задача решается путем совмещения области образования ионов с входной апертурой радиочастотного времяпролетного масс-анализатора. При этом ионы образуются во входной апертуре (или транспортируются в нее) с начальными координатами y0 0 по оси Y и x0 xa/2 по оси X, а затем под действием ВЧ электрического поля анализатора ускоряются и вводятся в пространство дрейфа радиочастотного времяпролетного масс-спектрометра. Схема времяпролетного масс-анализатора с двумерным линейным ВЧ электрическим полем с образованием ионов во входной апертуре показана на чертеже.
Электродная система из плоских с дискретно-линейным с шагом распределением потенциала электродов 1, 2, 3 и плоского со щелями для ввода вывода ионов заземленного электрода 4 создает в области дрейфа ионов анализатора -xa<x<x a, 0<y<ya двумерное линейное ВЧ поле с распределением потенциала
Низкочастотные (секулярные) компоненты траекторий движения ионов в линейном ВЧ поле при y 0 и начальной фазе ВЧ поля = описывается выражениями
где ox, oy - проекции начальных скоростей ионов на оси X и Y, V, и - амплитуда, частота и фаза ВЧ питающего напряжения, m - масса анализируемых ионов. Из (2) видно, что при выполнении условия
колебания ионов в рабочей области анализатора по оси Y дрейфа имеют возвратный характер (см. чертеж), соответствующий колебаниям заряженных частиц в радиочастотном времяпролетном масс-спектрометре [3].
Условие (3) выполняется для всех положительных значений проекций начальных скоростей ионов oy 0 и отрицательных значений, модуль которых не превышает величины . Таким образом из (2) следует, что ввод ионов в пространство дрейфа радиочастотного времяпролетного масс-анализатора может осуществляться без их ускорения в ионном источнике. Начальное ускорение ионов в этом случае происходит под действием компоненты Ey электрического поля анализатора, имеющей в первую четверть периода ВЧ поля при фазе = положительное значение
Размер xа по оси Х радиочастотного времяпролетного анализатора должен выбираться с учетом выполнения условия (3), а величина ya исходя из максимальной амплитуды колебаний ионов вдоль оси дрейфа Y
где oy max - максимальное значение проекции начальной скорости ионов на ось Y.
Так как размеры 2x a, ya электродной системы по осям Х и Y оказываются соизмеримыми, для получения высокой линейности поля рабочая область анализатора в плоскости XOY должна быть замкнутой, что достигается введением электрода 3.
Предлагаемый способ и устройство масс-разделения ионов по времени пролета в двумерных линейных ВЧ электрических полях позволяют упростить конструкцию радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров и повысить их разрешающую способность.
Литература
1. Мамонтов Е.В., Гуров В.С., Филиппов И.В., Дягилев А.А. Способ ввода заряженных частиц в радиочастотный времяпролетный масс-анализатор и устройство для его осуществления // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2007106273/28(006819), 19.02.2007.
2. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления // Патент № 2327245. Приоритет изобретения 03.05.2006.
3. Мамонтов Е.В., Гуров В.С., Филиппов И.В., Дятлов Р.Н. Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2005124794/28, 03.08.2005.
Класс H01J49/36 радиочастотные спектрометры, например спектрометры Беннета, спектрометры Рэдгеда