СПОСОБ МАСС-СЕЛЕКТИВНОГО АНАЛИЗА ИОНОВ ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА В ЛИНЕЙНОМ ВЧ ПОЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MASS SELECTIVE ANALYSIS OF IONS ON FLIGHT TIME IN LINEAR RF FIELD AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к области масс-селективного анализа заряженных частиц в двумерных линейных ВЧ полях и может быть использовано для улучшения аналитических, эксплуатационных и потребительских свойств масс-спектрометров времяпролетного типа. Времяпролетное разделение ионов по удельному заряду может осуществляться в линейных ВЧ полях, создаваемых плоскими электродами с дискретным линейным распределением ВЧ потенциала на них [1, 2]. Разрешающая способность времяпролетных масс-спектрометров возрастает при увеличении времени дрейфа заряженных частиц в рабочем пространстве анализаторов, которое ограничивается их линейными размерами L. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании способа масс-анализа заряженных частиц и конструкций анализаторов, использующих масс-селективное разделение ионов по времени пролета в линейных ВЧ полях.
0
Предлагаемый способ масс-селективного анализа состоит в формировании периодического с периодом 2х по оси Х двумерного линейного ВЧ поля и осуществления в нем времяпролетного разделения ионов по удельному заряду. Периодическое поле (Фиг.1) состоит из (n-2) элементарных двумерных линейных электрических ВЧ полей с распределением потенциала вида
0
где i=1, 2…(n-2) - порядковый номер элементарных полей,  - геометрический параметр, φ - потенциал на электродах анализатора. Элементарные поля в областях y>0 и y<0 сдвинуты относительно друг друга по оси Х на величину x.
0
0
0
0
Формирование элементарных полей с распределением потенциала (1) осуществляется с помощью системы из n плоских с размерами y и 4х по осям У и Z электродов с линейным дискретным распределением потенциала по координате у на них [2] (чертеж). Соседние электроды в каждой полусфере y≥0 и y≤0 расположены на расстоянии 2х друг от друга и к ним приложены противофазные ВЧ потенциалы φ и -φ. Системы электродов в положительной и отрицательной областях координаты у смещены по оси X относительно друг друга на величину x.
0
Н
0
Н
x
y
И
Анализируемые ионы с начальными координатами x/4<x<3х/4, у≈0 и начальными скоростями ν≈0, ν>0 в течении короткого интервала времени t импульсным пакетом через щель для ввода в заземленном электроде вводятся в рабочий объем анализатора. В каждом i-м элементарном поле анализатора траектории движения ионов по координатам х и у описываются периодическими с периодом Т=π/βω функциями
0
0
A
Н
K
0
H
где  е, m - заряд и масса ионов, V и ω - амплитуда и частота ВЧ питающего напряжения. В пространстве элементарного поля заряженные частицы по оси Y совершают возвратные колебания с начальной и конечной координатой y=0, а по оси Х их координата возрастает на величину 2х. При этом в координатах х, y ионы совершают близкие к периодическим с периодом 2х колебания. За время t=(n-2)T координаты заряженных частиц по оси Х изменяются от начальной х до конечной x=х(n-2)+х и ионы выводятся из анализатора. Полное время движения ионов в анализаторе с периодическим полем составляет
Таким образом время дрейфа заряженных частиц в пространстве анализатора с периодическими двумерными линейными ВЧ полями по сравнению с анализатором с элементарным полем увеличивается в (n-2) раза. Периодическое линейное ВЧ поле для заряженных частиц можно рассматривать как замедляющую систему, которая увеличивает время их пребывания в рабочем пространстве анализатора и тем самим повышает разрешающую способность масс-спектрометра.
0
0
B
H
При углах влета ионов |α|<0.5 arctg(x/y) и числе периодов поля n/2<5 периодическое линейное поле сохраняет свойство пространственно-временной фокусировки ионов с различными энергиями влета W и начальными координатами x присущее элементарному двумерному линейному полю.
Предлагаемый способ масс-селективного разделения заряженных частиц в периодических двумерных линейных ВЧ полях и устройство для его осуществления увеличивают время движения ионов в анализаторе, обладают свойством пространственно-временной фокусировки ионов с различными начальными координатами по осям Х и Z, энергиям и углам влета, что позволяет улучшить аналитические характеристики радиочастотных времяпролетных масс-спектрометров. Технологичная конструкция электродной системы предлагаемого масс-анализатора и простой способ его ВЧ питания улучшает эксплуатационные и потребительские качества приборов подобного типа.
На чертеже распределение потенциала во времяпролетном масс-анализаторе с периодическим двумерным линейным ВЧ полем |φ|=100 В и траектории движения заряженных частиц в плоскости XOY.
Литература
1. Гуров B.C., Мамонтов Е.В., Дягилев А.А. Электродные системы с дискретным линейным распределением ВЧ потенциала для масс-анализаторов заряженных частиц. // Масс-спектрометрия, 2007, том 4, №2. С.139-142.
2. Мамонтов Е.В., Филиппов И.В. Способ масс-селективного анализа ионов по времени пролета и устройство для его осуществления. // Решение о выдаче патента на изобретение по заявке №2006115270/28, 03.05.2006.