Ионно-циклотронный резонансный масс-спектрометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Н 011 СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КИЗОБРПЕНИЯМ И ОИ ГКНТ СССР ТЕТЫТИЯМ Ч д1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ проб ай,198 поиеречн ды возбу ге тромет ч мерительная ячеи жит торцовые пла а чн стины 1,2 удерэлектроды 3роваццн, источклеммы 5,6 цеодцые клеммы масс-спектногы тект анин ионов,озбуждения и ик 4 иОнОВ) и возбужденможет быть едования-молекуго измере- дентифиые я, в тиров ает следующим иэом, Источни с онов 4 эдверт жгут центре изме оженныйки, Н ионов, распо рительной яч пластины 1,т пос тгяцннп одаю ржания и иержаге ва есле е, В тецци;ы э,6к гецерс частотоге Яс дные нлемдключакг в я озб ионо я и пи ременного н вной циклот емых ионов,яжецин тор той исс онцой чз В реэучв ге леи цог(т 1 а адочвременного ия в ячей ствия напря сце и 1 ВТОРСНОМУ СВИДЕТ(71) Институт энергетическиххимической физики АН СССР(56) Авторское свидетельствоУ 1307492, кл, Н 0149/38,(54) ИОННО-ЦИКЛОТРОННЪР РЕЗОНАНСНЬЭМАСС-СПЕКЕРОМЕРР Изобретение относится кприборостроению, к техникерометрии и преимущественноиспользовано в технике исслмеханизмов и кинетики ионнлярных реакций, препезионнния масс ионов, анализа икации веществ и их смесей,Целью изобретения являе чение чувствительности и разрешающеи способности и улучшение воспроизводимости результатов, а также упрощение интерпретации масс-спектров,На фиг, 1 показан общий вид предлагаемого устройства, на фиг, 2 - поперечное сечение измерительной ячейки спектрометра (в плоскости, перпендикулярной сгл вым линиям магнитного поля В), а также схема соединения боковых электродов (для случая и = 24).(57) Изобретение относится к цаучцо - му приборостроению, Бель изобрете - ция - увеличение чувствительности и разрешающей способцосги и улучшецис воспроизводимости результатов, П ставленная цель достигается выполнением боковых электродов детектирования и возбуждения, равномерно распределенных по цилиндрической поверх - ности измерительной ячейки с расстоянием между электродами мгцьшм ихых раэмерон, причен электрождения - электрически диаметрально симметричные группы, 2 ил, 1684831разуется вращающийся жгут ионов,который создает назеденный заряд вдетектирующей цепи, Наведенный зарядпри движении жгута ионов перераспре 5деляется по системе боковых электродов, что приводит к наличию выходного переменного тока с частотой в и/4раз больше, чем циклотронная частотаионов. Выходной ток снимается с клемм 107,8 детектирующей цепи и попадаетв электронную систему обработки данных,Такое расположение детектирующихи возбуждающих электродов, а такжеих электрическое соединение позволяетулучшить воспроизводимость результатов и упростить интерпретацию массспектров, так как это устраняет асимметрические гармонические составляющие в сигнале ИЦР,Наличие в устройстве цепи возбуждения, состоящей из п/2 боковых электродов, позволяет создать электрическое поле, которое осуществляет равномерное раскручивание ионов во всемобъеме измерительной ячейки, При таком возбуждении возможно получитьвращающийся недеформированный жгутионов для радиусов вращения сравнимых с радиусом ячейки, что повьппаетразрешающую способность прибора, Приэтом возникает необходимость удержания вращающегося жгута ионов на периферии ячейки, Такое удержание возможно только при отсутствии заметного35провисания электрических полей, создаваемых боковыми электродами и торцовыми пластинами удержания, натраектории движения ионов с К - г,где Д - расстояние между электродами;г - радиус вращения жгутаионов,Увеличение радиуса циклотронногодвижения вызывает резкое увеличениесигнала ИЦР, а следовательно, и чувствительности тогда когда расстоя50ние до детектирующих электродов меньше их поперечных размеров К-г с огдепоперечный размер электродов,Повьппение чувствительности прибора требует раскручивания ионов допериферийных областей ячейки спектро 55метра и огределяет требование на ееконструкциюЬК-гна (8,П р и м е р, Рассмотрим предлагаемое устройство с восемью боковыми электродами (и = 8). С целью выяснения и оптимизации основных метрологических характеристик устройства (разрешающей способности, чувствительности) проводилось моделирование электрических полей на ЭВМ, Для возбуждения циклотронного движения ионов х клеммам возбуждающей цепи подводится переменное радиочастотное напряжение в результате которого в ячейке возникает электрическое поле, величина которого определяется граничными условиями на электродах ячейки и уравнением Лапласса,Эффективность поля возбуждения огределяется величиной энергии приобретаемой ионами за период обраше ияИ(г) "(огай Ц с 1)сгде интегрирование производится по окружаности Сг, Численное моделирование показывает, что величина приобретаемой ионом энергии эа период в пределах 107 не зависит от радиуса вращения ионов г (при изменении г от 0 до 957 от радиуса ячейки К) и следовательно в предлагаемом устройстве возможно раскручивать ионы до орбит с радиусом вращения, близким к радиусу ячейкиДвижение ионов на периферии ячейки также моделировалось численно на ЭВМ с целью улучшения удерживающих свойств измерительной ячейки, а следовательно, и увеличения разрешающей способности устройства при этом варьировались размеры боковых электродов, Показано, что увеличение разрешающей способности приводит к условию на расстояние между электродами)где г а - максимальный радиус удержания ионов.Таким образом предлагаемое устройство позволяет осуществлять возбуждение циклотронного движения дорадиусов, близких к радиусу ячейки,и эффективно удерживать вращающийсяжгут ионов,Рассмотрим теперь процесс регистрации сигнала ИЦР, При движениижгута ионов происходит перераспределение зарядов на детектирующихэлектродах, которое вьзывает ток вцепи, поступающий с клемм в электрон1 б 848 ную систему управления экспериментом и обработки данных, 11 етектируемыц ток определяется из условия равенства потенциалов ца боковых электродах спектрометра и колеблется с частотой5 в два раза больше циклотронной40 Ыс г1(г) = - (-) вз.п(2(д,г +( ), г а: В,Игде Ц - суммарный заряп ионов н жгуте,10Для амплитуды регистрируемого сигнала справедлива следующая оценка: Ионно-циклотронцый резонансный 20 масс-спектрометр по авт,св, У 1307492,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения чувствительностии разрешающей способности и улучшения воспроизводимости результатон, 25 электроды возбуждения расположенымежду детектирующими электродами исоединены в две диаметрально симметричные группы, количество электродонвозбуждения равно количеству электро дов детектирования, при этом в цепидетектирования между двумя детектирующими электродами из одной группырасположены два возбуждающих и одиндетектирующий электрод из другойгруппы, а в цепи возбуждения мЕждудвумя возбуждающими электродами изодной группы расположен один детектирующий электрод, причем расстояниемежду электродами удовлетноряет ус ловию Ь ( В-г юъа ( о , где К - радиус ячейки (м); г - максимальныйрадиус циклотронного движенияионов (м); о - поперечный размердетектирующих и возбуждающих элект родов (м)гп,а( 0 40(дс г(Ю1 1шах1-(г/й)4из которой видно, что амплитуда регистрируемого сигнала (а, следовательно, и чувствительность устройства) резко возрастает при увеличении радиуса вращения ионов: г ф- К, Максимально допустимый радиус удержания ионов определяемого условия Улучшение воспроизводимости результатов достигается за счет того,что при регистрации сигнала ИЦР распределение зарядов на детектирующихи возбуждающих электродах удовлетворяют группе преобразований симметрииСцй (т,е. симметрично относительнооповоротов на 90 ), За один оборотжгута ионов вокруг оси происходитчетыре раза перераспределение зарядов между детектирующими и возбуждающими электродами, что соответствуетудвоению регистрируемой частоты впредлагаемом устройстве, при этомне возникает гармонических составляющих в сигнал ИЦР, связанных с асимметрией детектирующих и возбуждающихэлектродов и зависящих от конкретнойконструкции ячейки,Повышение чунствительности и разрешающей способности, достигнутоев предлагаемом устройстве, позволит 31 расширить область применения массспектрометрии иоццо-циклотроццогг резонанса, изучать малоисслеловаццые иоццо-молекулярные реакции с учас -тием промежуточных возбужденных частиц, провести препеэиоццые цмереция энергии покоя стабильных ц нестабильных ядер, Улучшение воспроцзводимости результатов упрощает процедуру интерпретации масс-спектров,так как позволяет создавать стандартные библиотеки-каталоги масс-спектров, а также пользоваться уже имеющимися,Формула и з о б р е т е н и я1684831Щиг 1Составитель Н.КатиноваРедактор Н,Каменская Техред А.Кравчук Корректор М,СамборскаяЗаказг,3510 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственого комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Проиэводственио-иэдательский комбинат патент", г. Укгород, ул. Гагарина, 101