СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ОРГАНИЧЕСКИХ И БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В УСРЕДНЕННОМ ПО ВРАЩЕНИЯМ ИОНОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ

1. Способ разделения ионов органических и биоорганических соединений из внешнего источника в масс-анализаторе, содержащем орбитальную ионную ловушку, отличающийся тем, что упомянутая ловушка (называемая в дальнейшем динамическая ловушка) не имеет центрального электрода и включает в себя полый круговой цилиндр с секционированной внутренней поверхностью, по крайней мере один торцевой электрод со сферической поверхностью, выпуклой внутрь ловушки, либо с плоской секционированной поверхностью; вид, расположение секций и распределение электрических потенциалов по секциям упомянутых цилиндрической и плоской поверхностей, а также потенциал и радиус упомянутой сферической поверхности при регистрации наведенных сигналов от ионов, осциллирующих вдоль оси ловушки, на некоторые секции упомянутой цилиндрической поверхности таковы, чтобы обеспечить практически параболическое распределение потенциала электрического поля вдоль оси ловушки с минимумом в середине ловушки при усреднении вдоль круговых траекторий вокруг оси ловушки, что обуславливает квазигармонические осцилляции вдоль упомянутой оси быстро вращающихся пакетов ионов; на некоторые секции упомянутых поверхностей ловушки подаются постоянные или переменные потенциалы с относительно большими перепадами значений, обеспечивающие возникновение достаточного отталкивающего эффективного потенциала, препятствующего вращающимся ионам приближаться и гибнуть на упомянутых поверхностях ловушки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ввод анализируемых ионов внутрь динамической ловушки производится вдоль ее оси через круговое отверстие в центре одного из упомянутых торцевых электродов; на время ввода упомянутых ионов подбором потенциалов на секциях внутренней поверхности динамической ловушки и торцевом электроде или секциях торцевого электрода организуется распределение потенциала электрического поля вдоль оси динамической ловушки, обеспечивающее разворот движения некоторой доли упомянутых ионов, входящих в динамическую ловушку, в начальной по движению упомянутых ионов (входной) половине динамической ловушки; остальные ионы, проходящие через динамическую ловушку, регистрируются, например, вторично-электронным умножителем или последующим масс-анализатором; при контролируемом изменении максимального уровня потенциала на оси динамической ловушки (задерживающего потенциала) реализуется функция энергоанализа входящих ионов; численным дифференцированием зарегистрированного распределения ионного тока по величинам задерживающего потенциала получается энергетический спектр ионов, проходящих через динамическую ловушку; для повышения устойчивости результатов вычислений может использоваться построение сглаживающих сплайнов или квазисплайновая аппроксимация этого распределения ионного тока.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что упомянутый подбор потенциалов на время ввода упомянутых ионов создает близкое к параболическому радиальное распределение усредненных по круговым траекториям вокруг оси динамической ловушки электрических потенциалов с минимумом на этой оси для обеспечения возможности резонансной раскрутки ионов.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в течение некоторого времени от начала упомянутого ввода упомянутых ионов приложением соответствующих сдвинутых по фазе переменных напряжений к некоторым секциям внутренней поверхности динамической ловушки создается вращающее поле в динамической ловушке, выводящее упомянутые ионы на устойчивые орбиты вращения вблизи внутренней поверхности динамической ловушки; процесс регистрации наведенных сигналов от движущихся ионов на некоторых секциях внутренней поверхности динамической ловушки включается после выключения потенциалов, создающих вращающее поле, и задания постоянных (удерживающих) потенциалов на некоторых секциях внутренней поверхности динамической ловушки и на упомянутых торцевых электродах, обеспечивающих упомянутые квазигармонические колебания вдоль оси динамической ловушки быстро вращающихся пакетов ионов.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что внутренняя поверхность упомянутого торцевого электрода, через который происходит ввод анализируемых ионов, является секционированной плоской, к секциям которой приложены наряду с постоянными напряжениями, создающими вместе с потенциалами секций упомянутой цилиндрической поверхности близкое к параболическому распределение по радиусу динамической ловушки усредненных по круговым траекториям вокруг оси ловушки электрических потенциалов п.3, альтернированные напряжения, создающие отталкивательный эффективный потенциал для вращающихся вдоль поверхности ионов; перед процессом регистрации п.4 вместе с включением упомянутых удерживающих напряжений секций электродов упомянутые альтернированные напряжения на внутренней поверхности упомянутого торцевого электрода могут выключаться.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что упомянутое вращающее поле создается сложением гармонических вращающих полей с частотами, близкими к резонансным для выбранных ионов; такой выбор частот вращающего поля обеспечивает накопление выбранных ионов в динамической ловушке, ионы, отличающиеся по отношениям массы к заряду (m/z) от выбранных ионов, получают относительно малый радус раскрутки и выходят назад из динамической ловушки через выходное отверстие в торцевом электроде; после такого накопления в течение заданного времени входной поток ионов в динамическую ловушку прерывается заданием соответствующих потенциалов на пути ионов в динамическую ловушку; для улучшения усреднения полей по вращениям ионов частоты вращающего поля постепенно увеличиваются при сохранении «непрерывности» изменения этого поля до достижения значений частот, в несколько раз превышающих ожидаемые частоты колебаний ионов вдоль оси динамической ловушки, после чего включается режим регистрации п.4; при задании единственной частоты вращающего поля, близкой к резонансной частоте для выбранного иона, таким образом, осуществляется изоляция ионов соответствующего значения m/z в динамической ловушке, контроль изоляции выбранных ионов осуществляется регистрацией данных по п.4.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при достижении изоляции выбранных ионов с единственным значением m/z и установления частоты вращающего напряжения, достаточной для образования ионов-продуктов при однократном столкновении иона с атомом или молекулой остаточного газа, вращающее поле выключается, и с задержкой, необходимой для нужного числа ион-нейтральных столкновений, включается режим регистрации ионов п.4, и регистрируется масс-спектр ионов-продуктов столкновительно-индуцированной диссоциации.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что при достижении изоляции выбранных ионов с единственным значением m/z на короткое время, существенно меньшее периода вращения ионов, выключаются альтернированные напряжения на секциях внутренней поверхности ловушки, создающие отталкивательный эффективный потенциал для вращающихся ионов; при последующем исчезновении упомянутого эффективного потенциала эти ионы будут иметь преимущественно однократное косое столкновение с поверхностью, в результате чего с некоторой вероятностью будут образованы ионы-продукты; после восстановления упомянутого эффективного потенциала с минимально возможной задержкой включается режим регистрации ионов п.4 и регистрируется масс-спектр ионов-продуктов диссоциации, индуцированной столкновением с поверхностью.
9. Способ по п.6, отличающийся тем, что при раскрутке ионов вращающим полем единственной частоты регистрируются полные токи ионов, выходящих из динамической ловушки, например, с помощью вторично-электронного умножителя быстро вращающихся пакетов ионов, сопряженного с динамической ловушкой, или токи ионов с m/z, соответствующих частоте упомянутого вращающего поля, с помощью последующего масс-анализатора в виде трех-, четырех- или пятимерного массива при пошаговом выборочном сканировании частоты, амплитуды вращающего напряжения, величины упомянутого задерживающего потенциала в средней части динамической ловушки и амплитуд альтернированных напряжений, создающих эффективные потенциалы, отталкивающие вращающиеся ионы от поверхностей ловушки; находятся локальные максимумы модулей градиентов изменения упомянутых токов ионов по всему упомянутому массиву этих измерений; относительные величины компонент упомянутого градиента в точке максимума его модуля принимаются как соответствующие определенному типу ионов; положение упомянутого максимума и относительные величины компонент упомянутых градиентов в этом положении, характеризуют соответствующие ионы и используются для их идентификации; для повышения устойчивости результатов вычислений градиентов распределений токов ионов может использоваться построение сглаживающих сплайнов или квазисплайновая аппроксимация этих распределений по всем координатам упомянутых распределений.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для поиска целевого соединения после регистрации упомянутого массива токов ионов и вычисления векторов градиента для этого массива, в том числе и при использовании упомянутой сплайновой или квазисплайновой аппроксимации, строится линейный цифровой фильтр с единичной суммой квадратов коэффициентов фильтра, максимально подавляющий в среднем все векторы градиента в этом массиве токов ионов при заданном подавлении вектора градиента для тока ионов целевого соединения в точке максимума квадрата этого градиента; степень последнего подавления определяется получением максимального отношения сигнал/шум для максимального значения квадрата градиента после фильтрации, принимая за шумовой уровень среднее значение квадратов градиентов после фильтрации в упомянутом массиве, не превышающих некоторой доли (например, 10%) упомянутого максимального значения квадрата градиента; критериями обнаружения целевого соединения являются близкая к ожидаемой локализация упомянутого максимального значения квадрата градиента либо его некоторого локального максимума, т.к. глобальный максимум упомянутого квадрата градиента может соответствовать некоторому близкому изомеру целевого соединения, и достигнутый уровень упомянутого отношения сигнал/шум; количественные параметры этих критериев и оценки относительного содержания целевого соединения в анализируемой смеси вырабатываются на основе описанного анализа смесей известного состава, содержащих целевые соединения и их изомеры.
11. Способ по п.4, отличающийся тем, что после окончания регистрации наведенных сигналов от ионов для получения спектра частот осцилляции ионов в относительно широком интервале частот производится быстрое Фурье-преобразование и шкала частот преобразуется в шкалу m/z ионов с помощью стандартной процедуры, принятой в спектрометрах с орбитальной ионной ловушкой; для выбранных достаточно узких интервалов m/z или соответствующих частот производится производится преобразование зарегистрированных данных с целью подавления частот, выходящих за пределы выбранного интервала частот, например, произведя быстрое обратное Фурье-преобразование данных после прямого Фурье-преобразования с приравненными 0 их значениями вне выбранного интервала частот; производится разложение преобразованных таким образом данных на экспоненциально затухающие синусоидальные вклады; найденные частоты упомянутых синусоидальных вкладов и характеристические времена их затухания преобразуются известными способами в m/z ионов и их сечения столкновений с атомами и молекулами остаточного газа, если давление и состав остаточных газов известны.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для разложения упомянутых преобразованных данных на упомянутые экспоненциально затухающие синусоидальные вклады находятся порядок и коэффициенты оптимального линейного прогноза, пресказывающего с минимальной и устойчивой погрешностью последнее в ряду равноотстоящих значений упомянутых преобразованных данных по предыдущим значениям; составляется характеристическое уравнение с найденными коэффициентами прогноза и находятся его комплексные корни; через действительную и мнимую части этих корней вычисляются частоты упомянутых синусоидальных вкладов и находятся характеристические времена экспоненциального затухания этих вкладов; амплитуды этих вкладов находятся из наилучшей в среднеквадратичном аппроксимации упомянутых преобразованных данных.