способ питания анализатора гиперболоидного масс-спектрометра

Формула изобретения

Способ питания анализатора гиперболоидного масс-спектрометра, включающий подачу на электроды анализатора периодического двухполярного импульсного высокочастотного напряжения, отличающийся тем, что в течение периода высокочастотного напряжения по крайней мере один раз подают последовательно импульсные напряжения одной и той же полярности, в паузе между которыми на все электроды анализатора подают одинаковый потенциал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке приборов данного вида с высокой чувствительностью и разрешающей способностью.

Известны гиперболоидные масс-спектрометры, в которых реализуется импульсный метод питания электродов анализатора прибора [1] при котором на электроды анализатора подают импульсы разной полярности, но одной и той же длительности (меандр). Этот метод имеет ряд преимуществ, главным из которых является возможность практически мгновенно изменять режим питания, реализуя современные версии алгоритмов работы прибора.

Одним из недостатков такого способа питания является недостаточная чувствительность масс-спектрометра, обусловленная резким нарастанием амплитуды колебаний ионов при смещении фазы их ввода в анализатор от значения, соответствующего оптимальной фазе I-го рода (при которой амплитуда колебаний равна Ro, где R_o координата ввода частицы в поле при начальной скорости равной нулю).

Известен способ питания гиперболоидного масс-спектрометра импульсным сигналом [2] В прототипе для питания электродов анализатора используют импульсный сигнал большой скважности. При этом уменьшается скорость нарастания амплитуды колебаний ионов при отклонении начальной фазы ввода от оптимальной фазы I-го рода. В прототипе, благодаря удлинению одного из импульсов удается увеличить чувствительность в 300 раз.

Основным недостатком прототипе является то, что несмотря на некоторое увеличение чувствительности в нем, радикального увеличения чувствительности не происходит ввиду того, что АФХ (амплитудно-фазовая характеристика) имеет в оптимальной фазе I-го рода минимум (т.к. амплитуды колебаний, равные R_o, имеют бесконечно малое число ионов, поскольку диапазон фаз, соответствующий этому условию, стремится к нулю).

Техническим результатом изобретения является создание способа питания анализатора гиперболоидного масс-спектрометра, при котором радикально увеличивается чувствительность прибора за счет изменения формы АФХ таким образом, чтобы условию равенства амплитуды колебаний ионов R_o соответствовал бы конечный участок начальных фаз ввода.

Указанный результат достигается тем, что на электроды анализатора в течение периода высокочастотного импульсного напряжения по крайней мере один раз подают последовательно импульсные напряжения одной и той же полярности, в паузе между которыми на все электроды анализатора подают один и тот же потенциал.

Как следует из приведенного выше описания предлагаемого способа питания на электродную систему в рабочем режиме подают двухполярный периодический импульсный сигнал. Это эквивалентно подаче на электроды в течение периода последовательности из двух импульсов различной полярности. В отличии от аналога и прототипа в предлагаемом способе структура по крайней мере одного из этих импульсов изменяется: он разделяется на два однополярных импульса, разделенных промежутком времени, в течение которого на все электроды анализатора подают один и тот же потенциал. В этих условиях, в промежутке между этими импульсами в объеме анализатора существует бесполевое пространство и ионы движутся с постоянной скоростью. Такой способ питания приводит к изменению вида АФХ, что и определяет существенное увеличение чувствительности. Область АФХ, соответствующая условию R_макс R_o при 0 резко расширяется (для прототипа и аналога протяженность этой области равна нулю). Проведенные расчеты показывают, что выигрыш от использования данного изобретения составляет 70 100 раз при разрешении 200 и существенно растет при увеличении разрешения.

На рисунке приведена одна из возможных форм импульсного напряжения, подаваемого на электроды анализатора типа трехмерной ловушки по предлагаемому изобретению. Здесь относительные длительности двух однополярных импульсов 1 и 2 равны 0,1 (от длительности периода T_o импульсного ВЧ сигнала), а длительность промежутка между ними 0,7. Ниже приведена АФХ (R_o 1, 0, R_o начальная координата иона, начальная скорость) для точки, лежащей вблизи вершины общей диаграммы стабильности. На приведенном рисунке хорошо видно, что длительность промежутка фаз, соответствующего 100% захвату частиц по этой координате, равен длительности временного промежутка между однополярными импульсами по данному изобретению.

Таким образом, использование предлагаемого способа питания анализатора гиперболоидного масс-спектрометра позволяет по сравнению с существующими значительно повысить чувствительность прибора.