×
20.07.2015
216.013.6376

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПО УДЕЛЬНОМУ ЗАРЯДУ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФУРЬЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области масс-анализа вещества высокого разрешения и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик масс-спектрометрических приборов с преобразованием Фурье. Способ состоит в создании периодических колебаний ионов по осям X и Y под действием комбинации линейного высокочастотного и однородного статического электрических полей в полупространстве x>0. В этом случае плоскость x=0 может быть по радиочастоте заземлена и на ней возможно измерение с высоким отношением сигнал/помеха наведенных от колебаний ионов токов. Такой режим колебаний ионов реализуется в устройстве, представляющем собой линейную ионную ловушку из заземленного по радиочастоте и с постоянным положительным потенциалом электрода 1 в плоскости x=0, электрода 2 в плоскости x=x с дискретно-линейным распределением высокочастотного потенциала и в плоскостях z=0, z=z электродов 3, 4 с положительным в несколько вольт потенциалом. Ввод ионов в ловушку осуществляется через щель в электроде 1. Технический результат - упрощение конструкции и улучшение массогабаритных характеристик масс-спектрометров с преобразованием Фурье. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области масс-анализа вещества высокого разрешения и может быть использовано для улучшения аналитических и коммерческих характеристик масс-спектрометрических приборов с преобразованием Фурье. Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в усовершенствовании конструкции, улучшении масс-габаритных и коммерческих параметров масс-спектрометров с преобразованием Фурье. Известными приборами такого типа являются масс-спектрометры ионно-циклотронного резонанса (FT-ICR) [1] и и электростатические ионные ловушки «Orbitrap» [2]. Масс-спектрометрия FT-ICR и Orbitrap благодаря высокому разрешению и точности определения масс является одним из наиболее быстро развивающихся методов анализа химических и биологических веществ. Однако из-за высокой стоимости приборов, а для FT-ICR также стоимости технического обслуживания, возможности широкого применения масс-спектрометров с преобразованием Фурье ограничены. Предлагаемые способ и устройство позволяют создать масс-спектрометры с преобразованием Фурье со всеми достоинствами, присущими данному классу приборов, доступные широкому потребителю.

Предлагаемый способ масс-разделения ионов по удельному заряду z=e/m, где e и m - заряд и масса ионов, состоит в вводе в анализатор с размерами электродной системы xa, 2ya, za по осям X, Y, Z и создании в его рабочей области 0≤x<xa, |y|≤0.25ya, xa≤z<za-xa под действием суперпозиции двух электрических полей - однородного статического и двухмерного линейного высокочастотного (ВЧ). , где и - единичные по осям X и Y вектора, Em, ω, φ - амплитуда, частота и начальная фаза ВЧ поля, режима колебаний ионов по осям X и Y, близким к гармоническим, причем по оси X смещенным на величину xc>xm

где xm<xa/2, ym<0.25ya, φx, φy - начальные фазы, зависящие от начальных параметров ионов и ВЧ поля, Ω - секулярная частота колебаний, пропорциональная удельному заряду ионов. Спектр масс ионов, соответствующий спектру частот Ω их колебаний по оси X, находится путем преобразования Фурье, наведенного на заземленной по ВЧ поверхности, расположенной в плоскости x=0.

Известно [3], что близкие к гармоническим по осям X и Y колебания ионов

могут совершаться в двухмерном линейном ВЧ поле квадрупольного анализатора. Но так как на всех электродах квадрупольного анализатора действуют ВЧ потенциалы высокого уровня, выделение наведенных на них от малого количества ионов токов с высоким отношением сигнал/помеха практически невозможно. В предлагаемом способе на двухмерное линейное ВЧ электрическое поле накладывается однородное статическое электрическое поле , которое смещает колебания ионов по оси X, происходящие под действием ВЧ поля, на величину

где Un - псевдопотенциал линейного ВЧ электрического поля [4], r0 - геометрический параметр квадрупольного анализатора.

Если с помощью статического однородного поля величину смещения установить больше амплитуды xc>xm, тогда колебания ионов под действием ВЧ поля будут происходить в полупространстве х>0 (Фиг.1).

Полю соответствует пространственное распределение ВЧ потенциала в плоскости XOY

Из (4) следует, что на границе x=0 полупространства x≥0 ВЧ потенциал φ(0, y)=0. С учетом этого для преобразования колебаний ионов по оси X в наведенные токи в плоскости x=0 установлен заземленный по ВЧ электрод 1 (Фиг.1). Так как ВЧ потенциал электрода 1 равен нулю, упрощается задача разделения наведенных колебаниями ионов с частотами Ω=βω/2 токов (параметр β<0.63) и помехи от ВЧ поля с частотой ω. Ввод ионов в рабочий объем анализатора происходит от внешнего источника, формирующего в плоскости x=0 импульсный, длительностью tn<π/2ω пакет ионов с координатами |y|<h/2, 0.2za<z<0.8za, начальными скоростями ν0 и углами влета |α|<90°.

Для вывода ионов на траектории, близкие к эллиптическим, с центром в точке (xc, 0) (Фиг.1), статическое поле, начиная с момента ввода ионов t=0, изменяется по экспоненциальному закону E(t)=E0(1-e-t/τ), где постоянную времени τ выбирают в зависимости от диапазона масс анализируемых ионов. Через время t>3τ после ввода устанавливается режим периодических по осям X и Y колебаний ионов, основными компонентами которых являются гармонические составляющие с частотами Ω, пропорциональными удельным зарядам ионов.

Образование суперпозиции статического однородного и ВЧ двухмерного линейного электрических полей и преобразование колебаний ионов в наведенные токи в предлагаемом устройстве осуществляется с помощью электродной системы, изображенной на Фиг.2. Устройство с размерами xa, 2ya, za по осям X, Y, X и с рабочим объемом 0≤x<xa, |y|≤0.25ya, xa≤z<za-xa состоит из электродов 4 и 5 в плоскостях x=0 и x=xa прямоугольной формы с координатами вершин (ya, 0), (ya, za), (-ya, za), (-ya, 0), первый из которых сплошной, заземленный по высокой частоте, с щелью высотой h<<ya по оси Y и шириной zщ<za по оси Z, а второй дискретный, составленный из равномерно с шагом Δy<<ya распределенных по оси Y проводящих полосок шириной Δy-s, где s<<Δy - промежуток между соседними полосками, и двух сплошных электродов 6 и 7 в плоскостях z=0 и z=za прямоугольной формы с координатами вершин (0, ya), (xa, ya) (xa, -ya), (0, -ya). На проводящих полосках дискретного электрода 5 устанавливают пропорциональные их номеру i высокочастотные напряжения ui=i·ΔVcos(ωt), где i=-n, …, -1, 0, 1, …, n - номера полосок, 2n+1 - число полосок электрода 5, ΔV=V/n, ω - частота ВЧ напряжения. По постоянному току полоски заземлены. На электроде 4 после процесса ввода ионов устанавливается постоянное напряжения U0, образующее однородное электрическое поле, направленное параллельно оси X, с напряженностью E0=U0/xa. Под действием напряжений ui=i·ΔVcos(ωt), линейно распределенных на полосках дискретного электрода 5, в рабочем объеме образуется двухмерное линейное ВЧ электрическое поле с проекциями напряженности на осях X и Y

В образовавшейся в рабочем объеме суперпозиции электрических полей ионы совершают по осям X и Y периодические колебания, секулярные составляющие которых описываются выражениями (1). По оси Z в рабочей области поле отсутствует и ионы дрейфуют с тепловыми скоростями vTz. Для удержания ионов в рабочем объеме в плоскостях z=0 и z=za установлены электроды 6 и 7 с положительным запирающим потенциалом Uз.

Ввод ионов в рабочий объем анализатора осуществляется через щель 8 в электроде 4 (Фиг.2). Во время ввода ионов, начиная с момента t=0 начала цикла масс-анализа, подают на электрод 4 экспоненциально нарастающее напряжение U=U0(1-e-t/τ), где τ≥2π/ω, под действием которого ускоренные в источнике импульсным пакетом ионы переводятся на периодические, близкие к эллиптическим траекториям 3 (Фиг.1). При достижении однородным полем установившегося значения E0 колебания приобретают периодический характер с центром в точке (xc, 0) и периодом TΩ=2π/Ω, где , , .

Колебания ионов по оси X наводят на электроде 4 токи, основные компоненты которых являются гармоническими функциями с частотами Ω

где N - число ионов с массой m. По наведенным токам после их преобразования в напряжение и усиления вычисляют с помощью процедуры преобразования Фурье спектр масс анализируемых ионов.

Способ и устройство, основанные на образовании суперпозиции статического однородного и радиочастотного двухмерного линейных электрических полей и создании режима периодических колебаний ионов, позволяют существенно улучшить конструктивные, масс-габаритные и коммерческие характеристики масс-спектрометров с преобразованием Фурье.

Литература

1. A.G. Marshall, C.L. Hendrickson and G.S. Jackson, «Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry: a primer» // Mass spectrum. Rev. 17, 1998, p.1-35.

2. Makarov A.A. U.S. Patent 5.886.346 1999.

3. E.B. Мамонтов, Д.В. Кирюшин // ЖТФ, 2012, т 82, вып.9, с.63-68.

4. Р.Н Dawson. Quadrapole Mass Spectrometry and its Applications. American Institute of Physics, New York, 1995.

Фиг.1 - Траектории ионов с начальными координатами x0=0, |y0|<h/2, скоростями ν в суперпозиции постоянного однородного и ВЧ двухмерного линейного электрических полей. 1 - заземленная по ВЧ поверхность с щелью 2 для ввода ионов, 3 - траектория ионов.

Фиг.2 - Электродная система для образования суперпозиции постоянного однородного и ВЧ линейного по координатам x и y электрических полей.

1 - заземленный по ВЧ электрод, 2 - дискретный электрод из проводящих полосок, 3, 4 - запирающие электроды, 5 - щель для ввода ионов.


СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПО УДЕЛЬНОМУ ЗАРЯДУ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФУРЬЕ
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПО УДЕЛЬНОМУ ЗАРЯДУ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФУРЬЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 92 items.
20.08.2013
№216.012.5f0c

Способ определения показателей вариабельности сердечного ритма оператора в режиме реального времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа электрокардиосигнал фильтруют, дискретизируют по времени. В q первых кардиоциклах выделяют опорные точки, определяют длительности кардиоциклов, среднюю длительность кардиоциклов и число дискретных отсчетов N, соответствующее этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489964
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.619c

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490620
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621d

Изотраекторный масс-спектрометр

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490749
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621e

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490750
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.667c

Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала (ЭКС) содержит блок усиления (1), блок АЦП (2), вход которого подключен к выходу блока усиления (1), блок фильтра нижних частот (10). В устройство введены подключенные к выходу блока АЦП (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491883
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.687b

Устройство для вентиляции воздуха

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях. Устройство содержит коронирующие электроды, которые установлены между осадительными электродами один за другим в одной плоскости параллельно осадительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492394
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d4c

Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493631
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.7736

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496178
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.781c

Устройство для дистанционной регистрации процессов сердцебиения и дыхания пациента

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в медицинской практике для дистанционной регистрации процессов дыхания и сердечной деятельности пациента в реальном времени. Устройство для дистанционной регистрации процессов сердцебиения и дыхания пациента содержит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496410
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7896

Способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для комплексной магнитотерапии. Способ заключается в размещении по всему телу пациента в два слоя, над и под ним, идентичных модулей в виде формирователей электромагнитного поля, подаче на них электрических сигналов регулируемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496532
Дата охранного документа: 27.10.2013
Showing 1-10 of 96 items.
20.08.2013
№216.012.5f0c

Способ определения показателей вариабельности сердечного ритма оператора в режиме реального времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа электрокардиосигнал фильтруют, дискретизируют по времени. В q первых кардиоциклах выделяют опорные точки, определяют длительности кардиоциклов, среднюю длительность кардиоциклов и число дискретных отсчетов N, соответствующее этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489964
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.619c

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490620
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.61c3

Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля

Предложен способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородного периодически меняющегося магнитного поля. В способе измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляются в местах, недоступных для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490659
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621d

Изотраекторный масс-спектрометр

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490749
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621e

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490750
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65b7

Способ корректировки межконтактного зазора геркона

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности при изготовлении герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов). Согласно данному способу в случае, когда магнитодвижущая сила срабатывания заваренного геркона не соответствует диапазону паспортных значений, производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491676
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.667c

Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала (ЭКС) содержит блок усиления (1), блок АЦП (2), вход которого подключен к выходу блока усиления (1), блок фильтра нижних частот (10). В устройство введены подключенные к выходу блока АЦП (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491883
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.687b

Устройство для вентиляции воздуха

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях. Устройство содержит коронирующие электроды, которые установлены между осадительными электродами один за другим в одной плоскости параллельно осадительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492394
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d4c

Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493631
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.7736

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496178
Дата охранного документа: 20.10.2013
+ добавить свой РИД