Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2447539C2 - Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type) - Google Patents

Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type) Download PDF

Info

Publication number
RU2447539C2
RU2447539C2 RU2009119684/07A RU2009119684A RU2447539C2 RU 2447539 C2 RU2447539 C2 RU 2447539C2 RU 2009119684/07 A RU2009119684/07 A RU 2009119684/07A RU 2009119684 A RU2009119684 A RU 2009119684A RU 2447539 C2 RU2447539 C2 RU 2447539C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
quadrupole
electrode
electrodes
ions
tripole
Prior art date
Application number
RU2009119684/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009119684A (en
Inventor
Эрнст Пантелеймонович Шеретов (RU)
Эрнст Пантелеймонович Шеретов
Валерий Викторович Викулов (RU)
Валерий Викторович Викулов
Татьяна Борисовна Карнав (RU)
Татьяна Борисовна Карнав
Владимир Васильевич Иванов (RU)
Владимир Васильевич Иванов
Владимир Васильевич Петров (RU)
Владимир Васильевич Петров
Андрей Эрнстович Шеретов (RU)
Андрей Эрнстович Шеретов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Геркон-авто"
Эрнст Пантелеймонович Шеретов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Геркон-авто", Эрнст Пантелеймонович Шеретов filed Critical Закрытое акционерное общество "Геркон-авто"
Priority to RU2009119684/07A priority Critical patent/RU2447539C2/en
Publication of RU2009119684A publication Critical patent/RU2009119684A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2447539C2 publication Critical patent/RU2447539C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole, tripole type) relates to mass-spectrometry and can e used in designing high-resolution and high-sensitivity time-of-flight quadrupole mass-spectrometres. The analyser has a device for sorting ions according to specific charge, a device for inputting the analysed ions into the sorting device and a device for outputting the sorted ions from the sorting device. The input and output devices are in form of double-electrode quadrupole cells which, along with a quadrupolar field, can generate a longitudinal (along axis z) uniform electric field, the electrodes of which are electrically insulated from each other, where the working surfaces of the electrodes of the quadrupole cells are defined within the operating volume of the cell by certain ratios.
EFFECT: increased sensitivity and resolution of the analyser.
5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано при создании квадрупольных масс-спектрометров пролетного типа с высокой разрешающей способностью и чувствительностью.The invention relates to the field of mass spectrometry and can be used to create quadrupole mass spectrometers of the span type with high resolution and sensitivity.

Известны устройства анализаторов квадрупольных масс-спектрометров пролетного типа (монополь, триполь и фильтр масс) [1], которые состоят из трех систем: системы ввода анализируемых ионов в анализатор, системы сортировки ионов по удельным зарядам и системы вывода отсортированных ионов из анализатора в измерительное устройство. Система сортировки содержит набор электродов, создающих в рабочем объеме системы сортировки квадрупольное поле. При этом точность этого поля должна поддерживаться на очень высоком уровне (для этого электроды должны быть гиперболическими и располагаться в пространстве с высокой точностью). Система ввода ионов и система вывода в аналогах представляют собой плоские диафрагмы с малым отверстием, расположенным на оси (либо вблизи оси) электродной системы анализатора, имеющие потенциал, равный нулю. Недостатком известного устройства является появление искаженного квадрупольного поля в области ввода ионов в электродную систему анализатора и в области вывода (т.н. переходные поля). В этих полях происходит существенное неконтролируемое изменение параметров вводимого в анализатор ионного потока: увеличение разброса ионов потока по поперечным и по продольным скоростям, фазовые зависимости параметров потока и пр. Это приводит к существенному снижению чувствительности масс-спектрометра (вплоть до запирания ионного тока на выходе из анализатора) и значительному снижению разрешающей способности прибора.Known devices for analyzers of quadrupole mass spectrometers of the span type (monopole, tripole and mass filter) [1], which consist of three systems: a system for inputting the analyzed ions into the analyzer, a system for sorting ions by specific charges, and a system for outputting sorted ions from the analyzer to the measuring device . The sorting system contains a set of electrodes that create a quadrupole field in the working volume of the sorting system. Moreover, the accuracy of this field must be maintained at a very high level (for this, the electrodes must be hyperbolic and located in space with high accuracy). The ion input system and the output system in analogues are flat diaphragms with a small hole located on the axis (or near the axis) of the analyzer electrode system having a potential equal to zero. A disadvantage of the known device is the appearance of a distorted quadrupole field in the region of input of ions into the electrode system of the analyzer and in the region of output (the so-called transition fields). A significant uncontrolled change in the parameters of the ion flux introduced into the analyzer takes place in these fields: an increase in the spread of the flux ions along the transverse and longitudinal velocities, phase dependences of the flow parameters, etc. This leads to a significant decrease in the sensitivity of the mass spectrometer (up to blocking the ion current at the exit analyzer) and a significant decrease in the resolution of the device.

Известно устройство анализаторов квадрупольных масс-спектрометров пролетного типа (например, фильтра масс) [2], в котором для уменьшения влияния переходной области на параметры прибора система ввода ионов выполнена в виде плоской диафрагмы, вдвинутой непосредственно в электродную систему фильтра масс, при этом диафрагма имеет потенциал, равный нулю. При такой конструкции системы ввода незначительно сокращается протяженность переходной области, что уменьшает разброс вводимых ионов по поперечным и продольным скоростям и позволяет несколько улучшить параметры квадрупольных масс-спектрометров.A device of analyzers of quadrupole mass spectrometers of the span type (for example, a mass filter) is known [2], in which, to reduce the influence of the transition region on the parameters of the device, the ion input system is made in the form of a flat diaphragm, inserted directly into the electrode system of the mass filter, while potential equal to zero. With this design of the input system, the length of the transition region is slightly reduced, which reduces the spread of the introduced ions at transverse and longitudinal velocities and allows us to slightly improve the parameters of quadrupole mass spectrometers.

Однако, хотя частично в известном устройстве удается уменьшить влияние переходной области на прохождение ионного потока через анализатор, все же свести к минимуму это влияние не удается, т.к. протяженность переходной области в прототипе уменьшается, но только до определенного предела, соответствующего бесконечно малому расстоянию между плоскостью диафрагмы и электродами анализатора.However, although partially in the known device it is possible to reduce the influence of the transition region on the passage of the ion flux through the analyzer, it is still not possible to minimize this effect, because the length of the transition region in the prototype decreases, but only to a certain limit, corresponding to an infinitely small distance between the plane of the diaphragm and the electrodes of the analyzer.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение разрешающей способности и чувствительности квадрупольных масс-спектрометров пролетного типа за счет существенного уменьшения влияния переходных областей в электродной системе фильтра масс (монополя и триполя) на параметры приборов.The aim of the invention is to increase the resolution and sensitivity of span-type quadrupole mass spectrometers by significantly reducing the effect of transition regions in the mass filter electrode system (monopole and tripole) on instrument parameters.

Указанная цель достигается тем, что в анализаторе квадрупольного масс-спектрометра (типа фильтр масс, «монополь», «триполь»), содержащего устройство сортировки ионов по удельным зарядам, выполненного в виде четырех гиперболических электродов для фильтра масс и «триполя» и двух гиперболических электродов для монополя, устройство ввода анализируемых ионов в устройство сортировки и устройство вывода отсортированных ионов из устройства сортировки, устройством ввода и устройством вывода являются двухэлектродные квадрупольные ячейки, способные наряду с квадрупольным полем создавать продольное (вдоль оси z) однородное электрическое поле. Электроды ячеек электрически изолированы друг от друга, причем рабочие поверхности электродов этих квадрупольных ячеек описываются (в пределах рабочего объема ячейки) соотношениями:This goal is achieved by the fact that in the analyzer of a quadrupole mass spectrometer (such as a mass filter, "monopol", "tripole") containing a device for sorting ions by specific charges, made in the form of four hyperbolic electrodes for the mass filter and "tripole" and two hyperbolic electrodes for a monopole, a device for inputting analyzed ions into a sorting device, and a device for outputting sorted ions from a sorting device, an input device and an output device are two-electrode quadrupole cells, sp sobnye along with quadrupole field to create a longitudinal (along the z-axis direction) uniform electric field. The electrodes of the cells are electrically isolated from each other, and the working surfaces of the electrodes of these quadrupole cells are described (within the working volume of the cell) by the relations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где y0 - «радиус поля» гиперболических электродов, создающих квадрупольное поле в рабочем объеме сортирующего устройства; l - длина двухэлектродной квадрупольной ячейки в направлении оси z; K0 - геометрический параметр электродной системы квадрупольной ячейки, задаваемый при конструировании. При этом электрод (1) электрически соединен с одним гиперболическим электродом устройства сортировки, а электрод (2) имеет потенциал, равный нулю, а вблизи точки y~0, x~0, z~0 в этом электроде выполнено отверстие для ввода и вывода ионов.where y 0 is the "field radius" of the hyperbolic electrodes creating a quadrupole field in the working volume of the sorting device; l is the length of the two-electrode quadrupole cell in the direction of the z axis; K 0 is the geometric parameter of the electrode system of the quadrupole cell, specified during design. In this case, the electrode (1) is electrically connected to one hyperbolic electrode of the sorting device, and the electrode (2) has a potential equal to zero, and near the point y ~ 0, x ~ 0, z ~ 0, a hole is made in this electrode for input and output of ions .

Предлагаемое устройство ввода анализируемых ионов для фильтра масс может состоять из четырех двухэлектродных квадрупольных ячеек с продольным однородным электрическим полем, причем все электроды ячеек, описываемые соотношением (2), электрически соединены вместе, а электроды, описываемые соотношением (1), электрически соединены каждый с одним из четырех электродов электродной системы фильтра масс.The proposed input device of the analyzed ions for the mass filter can consist of four two-electrode quadrupole cells with a uniform longitudinal electric field, and all the electrodes of the cells described by relation (2) are electrically connected together, and the electrodes described by relation (1) are electrically connected to one of the four electrodes of the electrode system of the mass filter.

Для триполя устройство ввода анализируемых ионов может состоять из трех электродных квадрупольных ячеек. При этом все три электрода ячеек, описываемые соотношением (2), электрически соединены вместе и с уголковым электродом электродной системы анализатора «триполя», а три электрода, описываемые соотношением (1), электрически соединены каждый с одним из трех электродов устройства сортировки «триполя».For a tripole, the input device of the analyzed ions can consist of three electrode quadrupole cells. In this case, all three electrodes of the cells described by relation (2) are electrically connected together with the corner electrode of the electrode system of the Tripole analyzer, and the three electrodes described by relation (1) are electrically connected each with one of the three electrodes of the tripole sorting device .

К тому же для фильтра масс и «триполя» все четыре (для фильтра масс) и три (для «триполя») электрода, описываемые соотношением (2), могут быть выполнены в виде единого моноблока, а электроды, описываемые соотношением (1), механически скреплены каждый с соответствующим электродом устройств сортировки «фильтра масс» и «триполя». При этом для устройства ввода анализируемых ионов и для устройства вывода отсортированных ионов значения коэффициента K0 могут быть различны.In addition, for the mass filter and “tripole”, all four (for the mass filter) and three (for “tripole”) electrodes described by relation (2) can be made as a single monoblock, and the electrodes described by relation (1), each is mechanically bonded to the corresponding electrode of the “mass filter” and “tripole” sorting devices. Moreover, for the input device of the analyzed ions and for the output device of the sorted ions, the values of the coefficient K 0 can be different.

Использование двухэлектродных квадрупольных ячеек с продольным полем в качестве элементов систем ввода и вывода отсортированных ионов в квадрупольных масс-спектрометрах пролетного типа позволяет практически решить проблему переходного поля в таких приборах. При этом чувствительность и разрешение анализаторов становятся (с точностью до единиц %) соответствующими вводу и выводу ионов в идеальном квадрупольном поле, что является важнейшим фактором (после точности выполнения стержневой системы анализатора), открывающим возможность получения теоретически обоснованных значений чувствительности и разрешающей способности в таких приборах.The use of two-electrode quadrupole cells with a longitudinal field as elements of input and output systems of sorted ions in quadrupole mass spectrometers of the span type allows one to practically solve the problem of the transition field in such devices. In this case, the sensitivity and resolution of the analyzers become (to within units of%) corresponding to the input and output of ions in an ideal quadrupole field, which is the most important factor (after the accuracy of the rod system of the analyzer), opening up the possibility of obtaining theoretically justified values of sensitivity and resolution in such devices .

Конструктивно двухэлектродная квадрупольная ячейка с продольным полем является частью квадрупольной электродной системы, в которой в плоскости, перпендикулярной продольной оси z, поле является квадрупольным, а в продольном (вдоль оси z) направлении - постоянным, независимым от координаты z.Structurally, a two-electrode quadrupole cell with a longitudinal field is part of a quadrupole electrode system in which in the plane perpendicular to the longitudinal axis z, the field is quadrupole, and in the longitudinal (along the z axis) direction, it is constant, independent of the z coordinate.

Распределение потенциала в такой ячейке описывается соотношениемThe potential distribution in such a cell is described by the relation

Figure 00000003
Figure 00000003

Здесь U(1) - потенциал на электроде, описываемом соотношением (1) (см. формулу изобретения). Соотношения (1) и (2) получены после подстановки в (3) значения U(x,y,z)=0 или U(1). В плоскости z=0 профиль электрода 1 ячейки совпадает с профилем гиперболического электрода анализатора фильтра масс (либо «монополя», либо «триполя»). При увеличении z≠0 (1) описывает гиперболу. Координата точки пересечения этой гиперболы (х=0) с осью y-y00 с увеличением z увеличивается и гипербола как бы поднимается вверх по оси y. При z=l имеем

Figure 00000004
Так определяется геометрический параметр квадрупольной ячейки.Here U (1) is the potential at the electrode described by relation (1) (see the claims). Relations (1) and (2) were obtained after substituting in (3) the values U (x, y, z) = 0 or U (1) . In the z = 0 plane, the profile of the cell’s electrode 1 coincides with the profile of the hyperbolic electrode of the mass filter analyzer (either a “monopole” or a “tripole”). With increasing z ≠ 0 (1) describes a hyperbola. The coordinate of the intersection point of this hyperbola (x = 0) with the yy axis 00 increases with increasing z and the hyperbola rises, as it were, along the y axis. For z = l we have
Figure 00000004
This determines the geometric parameter of the quadrupole cell.

При z=0 соотношение (2) описывает профиль уголка (x=y), совпадающего с асимптотами квадрупольного поля. При z>0 (т.е. при увеличении z) (2) опять же описывает гиперболу, вписанную в уголковый электрод и так же, как электрод (1), поднимающуюся вверх по оси y. Таким образом, электроды предлагаемой квадрупольной ячейки являются гиперболами, что приводит к тому, что во всем пространстве между двумя электродами поле квадрупольное, по параметрам совпадающее с полем между электродами фильтра масс (монополя либо триполя). Это является причиной, по которой квадрупольная ячейка практически не создает переходного поля на входе электродной системы фильтра масс. Анализируемый ионный поток вводят в анализатор и выводят из анализатора фильтра масс через малые отверстия, выполненные вблизи точки y≅0, x≅0, z≅0 электрода 2, т.е. в вершине квадрупольной ячейки.For z = 0, relation (2) describes the profile of the corner (x = y), which coincides with the asymptotes of the quadrupole field. For z> 0 (i.e., as z increases) (2) again describes a hyperbola inscribed in a corner electrode and in the same way as an electrode (1) rising up along the y axis. Thus, the electrodes of the proposed quadrupole cell are hyperbolas, which leads to the fact that in the entire space between the two electrodes the field is quadrupole, coinciding in parameters with the field between the electrodes of the mass filter (monopole or tripole). This is the reason why the quadrupole cell practically does not create a transition field at the input of the mass filter electrode system. The analyzed ion flux is introduced into the analyzer and removed from the mass filter analyzer through small holes made near the point y≅0, x≅0, z≅0 of electrode 2, i.e. at the top of the quadrupole cell.

На фиг.1a приведено сечение в плоскости y-z, предлагаемой нами двухэлектродной квадрупольной ячейки с продольным полем. Внутренний профиль электрода 1 на фиг.1а описывается соотношением (1) (см. формулу изобретения), а внутренний профиль электрода 2 на фиг.1а описывается соотношением (2). На этой же фигуре приведены пространственные изображения предлагаемой квадрупольной ячейки: 1 - электрод, внутренний профиль которого описывается соотношением (1); 2 - электрод, внутренний профиль которого описывается соотношением (2); А - отверстие для ввода (вывода) заряженных частиц; В - часть гиперболического электрода, с которого стыкуется (подсоединяется) электрод 1; С - уголковый электрод (в случае «монополя»), с которого стыкуется (подсоединяется) электрод 2.On figa shows a cross section in the y-z plane, we offer two-electrode quadrupole cells with a longitudinal field. The internal profile of the electrode 1 in FIG. 1a is described by the relation (1) (see the claims), and the internal profile of the electrode 2 in FIG. 1a is described by the ratio (2). The same figure shows spatial images of the proposed quadrupole cell: 1 - electrode, the inner profile of which is described by the relation (1); 2 - electrode, the internal profile of which is described by the relation (2); A - hole for input (output) of charged particles; B is the part of the hyperbolic electrode from which the electrode 1 is joined (connected); C - corner electrode (in the case of a "monopole"), from which electrode 2 is connected (connected).

На фиг.2а и 2b показаны сечения в плоскости y-z электродной системы анализатора фильтра масс с системой ввода в виде обычной диафрагмы, вдвинутой в электродную систему анализатора (фиг.2а) (прототип) и ионным источником, и электродной системой анализатора фильтра масс с предлагаемыми нами двухэлектродными квадрупольными ячейками с продольным полем и ионным источником (D) (фиг.2b).Figures 2a and 2b show sections in the yz plane of the electrode system of the mass filter analyzer with an input system in the form of a conventional diaphragm pushed into the electrode system of the analyzer (Fig. 2a) (prototype) and an ion source and electrode system of the mass filter analyzer with our proposed two-electrode quadrupole cells with a longitudinal field and an ion source (D) (fig.2b).

На фиг.3а приведена общая диаграмма стабильности фильтра масс при импульсном питании (высокочастотное импульсное напряжение, период состоит из двух разнополярных импульсов прямоугольной формы).On figa shows a General diagram of the stability of the mass filter during pulse power supply (high-frequency pulse voltage, the period consists of two opposite-polarity pulses of rectangular shape).

На фиг.3b приведена область общей диаграммы стабильности вблизи точки пересечения двух границ зон стабильности по x и y координатам. Показано положение рабочей точки иона (F), для которого проводились сравнительные расчеты эффективности удержания ионов в анализаторе фильтра масс при системе ввода, характерной для прототипа, и предлагаемой нами системы ввода с использованием двухэлектродной квадрупольной ячейки с продольным полем.Figure 3b shows the region of the general stability diagram near the point of intersection of the two boundaries of the stability zones along x and y coordinates. The position of the ion working point (F) is shown, for which comparative calculations of the ion retention efficiency in the mass filter analyzer were carried out with the input system characteristic of the prototype and our input system using a two-electrode quadrupole cell with a longitudinal field.

Значения а 1 и а 2 (см. фиг.3) определяются соотношениямиThe values of a 1 and a 2 (see figure 3) are determined by the relations

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000005
Figure 00000006

U1 и U2 - амплитуды разнополярных импульсов (В);U 1 and U 2 are the amplitudes of bipolar pulses (B);

T0 - период ВЧ напряжения (сек);T 0 - the period of the RF voltage (sec);

y0 - «радиус поля» электродной системы фильтра масс;y 0 - "field radius" of the electrode system of the mass filter;

e и m - заряд (Кл) и масса (кг) иона;e and m are the charge (C) and the mass (kg) of the ion;

β0x и β0y - параметры стабильности решения уравнения Хилла, соответствующих двум координатным осям. Рабочая прямая (Е) проходит через точку (F).β 0x and β 0y are the stability parameters of the solution of the Hill equation corresponding to two coordinate axes. The working line (E) passes through point (F).

На фиг.4 иллюстрируются фазовые плоскости с обозначенными на них эллипсами захвата ионов в поле анализатора при фазе, равной 0,75 (фиг.b, с и d), и область ввода на фазовой плоскости, соответствующая 100% трансмиссии. На фиг.4 также показаны области расположения фазовых точек ионов (зачерненные области) в начале процесса ввода ионов (фиг.4а) и после прохождения 8,75 периодов ВЧ поля (фиг.4b, 4с и 4d).Figure 4 illustrates the phase planes with ellipses of capture of ions in the analyzer field marked on them at a phase equal to 0.75 (Fig. B, c and d), and the input region on the phase plane corresponding to 100% transmission. Figure 4 also shows the region of the location of the phase points of the ions (blackened areas) at the beginning of the ion input process (Figure 4a) and after passing 8.75 periods of the RF field (Figure 4b, 4c and 4d).

Сравнение эффективности захвата ионов в поле анализатора при их вводе в анализатор фильтра масс осуществлялось следующим образом. В анализатор в течение одного периода ВЧ поля было «введено» 5·103 ионов с малыми начальными координатами (5 тыс. ионов распределены равномерно в диапазоне начальных координат ±0,011 относительных единиц) с малой поперечной скоростью, определяемой энергией ≈0,02 эВ и по фазам ввода в течение одного периода T0 шагом 10-2Т0. Общая «продольная» энергия 2,4 эВ. Фазовые точки всех ионов, таким образом, располагались в момент ввода в области 100% трансмиссии фильтра масс, расположенной на фазовой плоскости - сплошная зачерненная линия на фиг.4а. Траектории всех ионов просчитывались на ЭВМ до тех пор, пока ионы не выйдут за пределы переходной области, т.е. попадут в идеальное квадрупольное поле. Для этого потребовалось 8,75 периодов ВЧ поля. При фазе 8,75 периода фазовые точки всех ионов обозначались на фазовой плоскости вместе с соответствующим эллипсом захвата, характерного для идеального квадрупольного поля. Поскольку при вводе фазовые точки ионов располагались в зоне 100% трансмиссии, то в идеальном случае (отсутствия влияния искажений поля в переходной области на траектории ионов) фазовые точки всех ионов через время 8,75 периодов ВЧ должны располагаться в соответствующем эллипсе захвата. Этот случай иллюстрируется на фиг.4b. При этом коэффициент K0 (см. (1), (2) и (3)) равен 1. Видно, что все ионы после пролета переходной области фильтра масс остались в эллипсе захвата, а это значит, что они впредь не будут потеряны и дойдут до выходного устройства анализатора.The comparison of the ion capture efficiency in the analyzer field when they are introduced into the mass filter analyzer was carried out as follows. During one period of the RF field, 5 · 10 3 ions with small initial coordinates (5 thousand ions are distributed uniformly in the initial coordinate range ± 0.011 relative units) were “introduced” into the analyzer with a small transverse velocity determined by the energy ≈0.02 eV and by input phases during one period T 0 in increments of 10 -2 T 0 . The total "longitudinal" energy is 2.4 eV. The phase points of all ions were thus located at the time of entry into the region of 100% transmission of the mass filter located on the phase plane — the solid black line in Fig. 4a. The trajectories of all ions were calculated on a computer until the ions went beyond the transition region, i.e. fall into a perfect quadrupole field. This required 8.75 periods of the HF field. At a phase 8.75 phase, the phase points of all ions were indicated on the phase plane together with the corresponding capture ellipse, characteristic of an ideal quadrupole field. Since when entering the phase points of the ions were located in the 100% transmission zone, in the ideal case (there is no influence of field distortions in the transition region on the ion paths), the phase points of all ions should be located in the corresponding capture ellipse after 8.75 RF periods. This case is illustrated in fig.4b. In this case, the coefficient K 0 (see (1), (2) and (3)) is 1. It is seen that after passing the transition region of the mass filter, all ions remained in the capture ellipse, which means that they will not be lost in the future and reach the output device of the analyzer.

На фиг.4с иллюстрируется случай, характерный для прототипа (см. фиг.2а). Видим, что после прохождения переходного поля фазовые точки всех ионов вышли за пределы эллипса захвата. Это значит, ни один ион из введенных в поле не достигнет выходного устройства (это режим отсечки выходного тока и чувствительность прибора равна нулю). На фиг.4d иллюстрируется случай использования предлагаемой нами двухэлектродной квадрупольной ячейки с продольным полем в качестве входного устройства. Только 8% от введенного числа ионов оказались потерянными. Это и является доказательством преимущества использования предлагаемой нами двухэлектродной квадрупольной ячейки с продольным полем в качестве входного устройства фильтра масс. Расчет поля переходной области и траекторий ионов осуществлялся с использованием программы SIMION 8.0. Параметры рабочей точки ионов на диаграмме стабильности: а 1=3,6377349, а 2=2,9254; размах импульсного напряжения 500 В; разрешающая способность, определенная по точкам пересечения рабочей прямой (прямая Е на фиг.3а и 3b) с границами зон стабильности - 400; K0=1 для фиг.4b, K0=0 (диафрагма) для фиг.4с и K0=0,9 для фиг.4d.On figs illustrates a case characteristic of the prototype (see figa). We see that, after passing through the transition field, the phase points of all ions went beyond the capture ellipse. This means that none of the ions introduced into the field reaches the output device (this is the cutoff mode of the output current and the sensitivity of the device is zero). On fig.4d illustrates the case of using our proposed two-electrode quadrupole cell with a longitudinal field as an input device. Only 8% of the entered number of ions were lost. This is a proof of the advantage of using our proposed two-electrode quadrupole cell with a longitudinal field as an input device for the mass filter. The field of the transition region and ion trajectories were calculated using the SIMION 8.0 program. The parameters of the working point of the ions on the stability diagram: a 1 = 3.6377349, and 2 = 2.9254; peak-to-peak voltage 500 V; resolution, determined by the points of intersection of the working line (line E in figa and 3b) with the boundaries of the stability zones - 400; K 0 = 1 for FIG. 4b, K 0 = 0 (aperture) for FIG. 4c and K 0 = 0.9 for FIG. 4d.

Таким образом, численным моделированием показано, что предлагаемое устройство квадрупольных масс-спектрометров пролетного типа (монополя, триполя и фильтра масс) позволяет радикально уменьшить влияние переходной области анализаторов на параметры приборов, чем открывает перспективы значительного увеличения их чувствительности и разрешающей способности.Thus, numerical modeling showed that the proposed device of span-type quadrupole mass spectrometers (monopole, tripole, and mass filter) can radically reduce the influence of the transition region of analyzers on instrument parameters, which opens up prospects for a significant increase in their sensitivity and resolution.

Библиографические данныеBibliographic data

1. Paul W., Reinchard H.P., von Zahn U. Das elektrische Massenfilter als Massenspectrometer und Isotopentrener // Z. fur Physik. 1958. №152. S.143-182.1. Paul W., Reinchard H.P., von Zahn U. Das elektrische Massenfilter als Massenspectrometer und Isotopentrener // Z. fur Physik. 1958. No. 152. S.143-182.

2. Дубков М.В. Исследование особенностей работы квадрупольного фильтра масс и разработка анализаторов с тонкостенными гиперболическими электродами. Дисс… канд. техн. Наук. Рязань, 1997. 223 с.2. Dubkov M.V. Study of the features of the quadrupole mass filter and the development of analyzers with thin-walled hyperbolic electrodes. Diss ... cand. tech. Science. Ryazan, 1997.223 s.

Claims (5)

1. Анализатор пролетного квадрупольного масс-спектрометра (типа фильтр масс, «монополь», «триполь»), содержащий устройство сортировки ионов по удельным зарядам, выполненного в виде четырех гиперболических электродов для фильтра масс и «триполя» и двух гиперболических электродов для монополя, устройство ввода анализируемых ионов в устройство сортировки и устройство вывода отсортированных ионов из устройства сортировки, отличающийся тем, что устройство ввода и устройство вывода выполнены в виде двухэлектродных квадрупольных ячеек, способных наряду с квадрупольным полем создавать продольное (вдоль оси z) однородное электрическое поле, электроды которых электрически изолированы друг от друга, при этом рабочие поверхности электродов квадрупольных ячеек описаны в пределах рабочего объема ячейки соотношениями:
Figure 00000007

Figure 00000008

где y0 - «радиус поля» гиперболических электродов устройства сортировки, l - длина двухэлектродной квадрупольной ячейки с продольным полем, K0 - геометрический параметр электродной системы квадрупольной ячейки с продольным однородным полем, задаваемый при конструировании, при этом электрод, описываемый соотношением (1), электрически соединен с одним гиперболическим электродом устройства сортировки, а электрод, описываемый соотношением (2), заземлен и вблизи точки у~0, х~0, z~0 выполнено отверстие для ввода и вывода ионов.
1. An analyzer of a quadrupole span mass spectrometer (such as a mass filter, "monopol", "tripole") containing a device for sorting ions by specific charges, made in the form of four hyperbolic electrodes for the mass filter and "tripole" and two hyperbolic electrodes for the monopole, a device for inputting analyzed ions into a sorting device and a device for outputting sorted ions from a sorting device, characterized in that the input device and the output device are made in the form of two-electrode quadrupole cells, along with a quadrupole field, create a longitudinal (along the z axis) uniform electric field, the electrodes of which are electrically isolated from each other, while the working surfaces of the electrodes of the quadrupole cells are described within the cell’s working volume by the relations:
Figure 00000007

Figure 00000008

where y 0 is the “field radius” of the hyperbolic electrodes of the sorting device, l is the length of the two-electrode quadrupole cell with a longitudinal field, K 0 is the geometric parameter of the electrode system of the quadrupole cell with a longitudinal uniform field, specified during construction, while the electrode described by the relation (1) is electrically connected to one hyperbolic electrode of the sorting device, and the electrode described by relation (2) is grounded and an opening for input and output of ions is made near the point y ~ 0, x ~ 0, z ~ 0.
2. Анализатор пролетного квадрупольного масс-спектрометра (типа фильтр масс) по п.1, отличающийся тем, что устройство ввода анализируемых ионов содержит четыре двухэлектродные квадрупольные ячейки с продольным однородным электрическим полем, причем все электроды ячеек, описываемые соотношением (2), электрически соединены вместе, а электроды, описываемые соотношением (1), электрически соединены каждый с одним из четырех электродов электродной системы фильтра масс.2. The analyzer of a passing quadrupole mass spectrometer (such as a mass filter) according to claim 1, characterized in that the input device for the analyzed ions contains four two-electrode quadrupole cells with a uniform longitudinal electric field, all cell electrodes described by relation (2) are electrically connected together, and the electrodes described by relation (1) are each electrically connected to one of the four electrodes of the mass filter electrode system. 3. Анализатор пролетного квадрупольного масс-спектрометра (типа «триполь») по п.1, отличающийся тем, что устройство ввода анализируемых ионов содержит три электродные квадрупольные ячейки с продольным однородным электрическим полем, при этом все три электрода ячейки, описываемые соотношением (2), электрически соединены вместе и с уголковым электродом электродной системы анализатора «триполя», а три электрода, описываемые соотношением (1), электрически соединены каждый с одним из трех электродов устройства сортировки «триполя».3. The analyzer of a quadrupole span mass spectrometer (tripol type) according to claim 1, characterized in that the input device for the analyzed ions contains three electrode quadrupole cells with a uniform longitudinal electric field, while all three cell electrodes described by relation (2) are electrically connected together with the corner electrode of the electrode system of the Tripole analyzer, and the three electrodes described by relation (1) are each electrically connected to one of the three electrodes of the Tripoli sorting device. 4. Анализатор пролетного квадрупольного масс-спектрометра (типа фильтр масс и «триполь») по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что все четыре (для фильтра масс) и три (для «триполя») электрода, описываемые соотношением (2), выполнены в виде единого моноблока, а электроды, описываемые соотношением (1), механически скреплены каждый с соответствующим электродом анализаторов устройств сортировки «фильтра масс» и «триполя».4. The analyzer of a quadrupole span mass spectrometer (such as a mass filter and a tripole) according to claim 1, 2, or 3, characterized in that all four (for a mass filter) and three (for a tripole) electrodes described relation (2), made in the form of a single monoblock, and the electrodes described by relation (1) are mechanically fastened each with the corresponding electrode of analyzers of sorting devices "mass filter" and "tripole". 5. Анализатор пролетного квадрупольного масс-спектрометра (типа фильтр масс, «монополь», «триполь») по п.1, отличающийся тем, что значения коэффициента K0 для устройства ввода анализируемых ионов и для устройства вывода отсортированных ионов различны. 5. The analyzer of a flying quadrupole mass spectrometer (such as a mass filter, "monopol", "tripole") according to claim 1, characterized in that the values of the coefficient K 0 for the input device of the analyzed ions and for the output device of the sorted ions are different.
RU2009119684/07A 2009-05-25 2009-05-25 Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type) RU2447539C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119684/07A RU2447539C2 (en) 2009-05-25 2009-05-25 Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119684/07A RU2447539C2 (en) 2009-05-25 2009-05-25 Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009119684A RU2009119684A (en) 2010-11-27
RU2447539C2 true RU2447539C2 (en) 2012-04-10

Family

ID=44057339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009119684/07A RU2447539C2 (en) 2009-05-25 2009-05-25 Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2447539C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465679C1 (en) * 2011-05-05 2012-10-27 Александр Сергеевич Бердников Apparatus for manipulating charged particles

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2198449C2 (en) * 1997-09-24 2003-02-10 Шеретов Эрнст Пантелеймонович Method and device for mass-spectrometer analyses of ions in quadruple mass filter
RU2199793C2 (en) * 1998-10-23 2003-02-27 Шеретов Эрнст Пантелеймонович Technique for analysis of charged particles in hyperboloid mass spectrometer
EP1051730B1 (en) * 1998-01-30 2003-04-09 Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd. Quadrupele ion trap and time-of fligt spectrometer with such an ion trap
RU2281580C2 (en) * 2002-02-14 2006-08-10 Эрнст Пантелеймонович Шеретов Method for introducing ions to be analyzed into mass-analyzer working space of hyperboloid mass-spectrometer of three-dimensional trap type
EP1220291B1 (en) * 2000-11-29 2007-02-28 Micromass UK Limited Mass spectrometer and method of mass spectrometry
EP1944791A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-16 Hitachi, Ltd. Mass-spectrometer and method for mass-spectrometry

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2198449C2 (en) * 1997-09-24 2003-02-10 Шеретов Эрнст Пантелеймонович Method and device for mass-spectrometer analyses of ions in quadruple mass filter
EP1051730B1 (en) * 1998-01-30 2003-04-09 Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd. Quadrupele ion trap and time-of fligt spectrometer with such an ion trap
RU2199793C2 (en) * 1998-10-23 2003-02-27 Шеретов Эрнст Пантелеймонович Technique for analysis of charged particles in hyperboloid mass spectrometer
EP1220291B1 (en) * 2000-11-29 2007-02-28 Micromass UK Limited Mass spectrometer and method of mass spectrometry
RU2281580C2 (en) * 2002-02-14 2006-08-10 Эрнст Пантелеймонович Шеретов Method for introducing ions to be analyzed into mass-analyzer working space of hyperboloid mass-spectrometer of three-dimensional trap type
EP1944791A1 (en) * 2005-10-31 2008-07-16 Hitachi, Ltd. Mass-spectrometer and method for mass-spectrometry

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009119684A (en) 2010-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107078019B (en) Multiple reflection ToF analysis instrument
CN101005002B (en) Optimizing field type four pole rod
US8395114B2 (en) Ion trap, multiple electrode system and electrode for mass spectrometric analysis
US11682546B2 (en) System for separating ions including an orbitrap for measuring ion mass and charge
US9728391B2 (en) Orthogonal acceleration coaxial cylinder time of flight mass analyser
US20230013173A1 (en) Mass spectrometer with charge measurement arrangement
GB2602682A (en) Mass spectrometer and method
CN104681392A (en) Linear ion trap with fold-line-shaped electrodes
RU2447539C2 (en) Time-of-flight quadrupole mass-spectrometre analyser (mass filter, monopole and tripole type)
Blaum et al. Peak shape for a quadrupole mass spectrometer: comparison of computer simulation and experiment
CN101211742B (en) Quadrupole rods system and ion trap for mass spectrometry
US20230352292A1 (en) Cycloidal mass spectrometer and method for adjusting resolution thereof
Almazov et al. Acceptance and transmission of a quadrupole mass filter with a prefilter
US8134130B2 (en) Ion source with corner cathode
US20240290605A1 (en) Mass spectrometer and method
CN213958904U (en) Stepped three-dimensional ion trap mass analyzer
Janulyte et al. Performance assessment of a portable mass spectrometer using a linear ion trap operated in non‐scanning mode
RU2368980C1 (en) Ion trap, multipolar electrode system and electrode for mass-spectrometric analysis
Giannakopulos et al. The OrbiTOF Mass Analyzer: Time-of-Flight Analysis via an Orbitrap Quadro-Logarithmic Field with Periodic Drift Focusing.
JP7535671B2 (en) Mass spectrometer and method
RU2713910C1 (en) Method of designing surface of external electrode of orbital ion trap
Hirahara et al. Satellite borne energetic ion mass spectrometer for three‐dimensional measurement of velocity distribution
Kumar et al. Development of an indigenous multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometer
Bhatia et al. A novel variable dispersion zoom optics for isotope ratio sector field mass spectrometer
JP2001283768A (en) Time of flight type mass spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160526