СПОСОБ МАСС-РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MASS-SEPARATION OF IONS BASED ON TIME OF FLIGHT AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

0
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 y 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.
0
0
a
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 y≈0 по оси Y и x≈x/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.
a
a
a
Электродная система из плоских с дискретно-линейным с шагом Δφ распределением потенциала электродов 1, 2, 3 и плоского со щелями для ввода вывода ионов заземленного электрода 4 создает в области дрейфа ионов анализатора -x<x<x, 0<y<y 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 φ=π описывается выражениями
ox
oy
где ν, ν - проекции начальных скоростей ионов на оси X и Y,  V, ω и φ - 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].
oy
y
Условие (3) выполняется для всех положительных значений проекций начальных скоростей ионов ν≥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 E электрического поля анализатора, имеющей в первую четверть периода ВЧ поля при фазе φ=π положительное значение
а
a
Размер x по оси Х радиочастотного времяпролетного анализатора должен выбираться с учетом выполнения условия (3), а величина y исходя из максимальной амплитуды колебаний ионов вдоль оси дрейфа Y
oy max
где ν - максимальное значение проекции начальной скорости ионов на ось Y.
a
a
Так как размеры 2x, y 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.