Многоотражательный времяпролетный масс-спектрометр

(51) 01 30/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ спектрометра при сохранении его компактности и простоты конструкции. Многоотражательный времяпролетный массспектрометр, содержащий источник ионов, детектор ионов и анализатор, в котором анализатор представляет собой трансаксиальную электростатическую линзовозеркальную систему, в центральной области анализатора в свободном от поля пространстве дополнительно установлена система трансаксиальных электростатических зеркал, электродами которой служат разделенные кольцевыми зазорами пары параллельных пластин,расположенные на одинаковом расстоянии от общей плоскости симметрии - средней плоскости системы. Преимуществом предлагаемого изобретения является высокое разрешение и большая чувствительность многоотражательного времяпролетного масс-спектрометра, а также простая и компактная конструкция прибора.(72) Бимурзаев Сеиткерим Бимурзаевич Мить Александр Григорьевич(73) Некоммерческое акционерное общество Алматинский университет энергетики и связи(56) Инновационный патент РК 27178, 2013(57) Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к времяпролетной масс-спектрометрии и может применяться в различных областях науки и техники,в том числе биоорганической химии, для идентификации и количественного анализа различных веществ и их смесей. Задачей изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности многоотражательного времяпролетного масс 30276 Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к времяпролетной массспектрометрии и может применяться в различных областях науки и техники, в том числе биоорганической химии, для идентификации и количественного анализа различных веществ и их смесей. Известен многоотражательный времяпролетный масс-спектрометр высокого разрешения, состоящий из ионного источника, детектора ионов и анализатора, в котором анализатор представляет собой систему из двух параллельных друг другу двумерных электростатических зеркал. Электродами этой системы служат разделенные прямыми зазорами пары параллельных пластин,находящихся под одним тем же потенциалом и на одинаковом расстоянии от плоскости симметрии поля, называемой средней плоскостью системы.(А.с.1725289 А 1, 1992). Основным недостатком данного массспектрометра является сравнительно низкая чувствительность,обусловленная отсутствием пространственной фокусировки ионов в направлении средней плоскости анализатора, так как двумерные электростатические поля дают пространственную фокусировку ионов только в одном направлении - в перпендикулярном к средней плоскости. Известен многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, в котором для получения фокусировки в двух взаимно-перпендикулярных направлениях между двумя параллельными друг другу двумерными электростатическими зеркалами набор двумерных электростатических линз(М.И. Явор,А.Н. Веренчиков. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, работающий без ограничения диапазона масс// Научное приборостроение. 2004. Т. 14. 2. С. 38-45.,,,, ,.//1. 2008. . 391-400). Основным недостатком этого анализатора является сложность его конструкции,обусловленные тем, что электроды зеркал и линз,имеющие одинаковую форму, расположены так, что их средние плоскости лежат во взаимноперпендикулярных плоскостях. Кроме того, число таких линз равно числу отражательных циклов, что приводит к росту габарита прибора в целом. Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому изобретению является многоотражательный времяпролетный массспектрометр высокого разрешения и большой чувствительности, содержащий источник ионов,детектор ионов и анализатор, в котором для упрощения конструкции и уменьшения габарита прибора в качестве анализатора используется система трансаксиальных электростатических зеркал. Электродами этой системы служат разделенные кольцевыми зазорами пары параллельных пластин, находящихся под одним тем 2 же потенциалом и на одинаковом расстоянии от плоскости симметрии поля, называемой средней плоскостью системы. Такая форма электродов обеспечивает пространственную фокусировку в двух взаимно-перпендикулярных направлениях без дополнительных элементов. Для того чтобы система могла работать как в режиме зеркала, так в режиме линзы, внешний электрод системы разделен на два полукольца, одно из которых может быть выполнено в виде сплошного полукольца для придания большей компактности устройству. В этом устройстве электростатические трансаксиальные линзы, образуемые без дополнительных электродов,выполняют дополнительные функции формирование пучка ионов до входа в зеркало и их фокусировки в детектор ионов после многократного отражения зеркалом,что повышает чувствительность времяпролетного массспектрометра в целом. (Инновационный патент РК 27187, МПК 01 30/72, опубликовано 15.07.2013, бюл. 7) Основным недостатком прототипа является зависимость его разрешающей способности от габарита анализатора, так как возможное число отражений ионных пучков внутри анализатора,определяющее времяпролетную дисперсию анализатора по массам, следовательно, его разрешающую способность,растет пропорционально длине диаметра кольцевых электродов, образующих анализатор. Это приводит к росту габарита прибора в целом. Кроме того, при прохождении ионов внутри анализатора их траектории многократно пересекаются, что не может не сказаться на качестве пространственной и времяпролетной фокусировки, особенно, при работе с интенсивными ионными пучками и, как следствие,приведет к ухудшению разрешающей способности и чувствительности прибора. Задачей изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности многоотражательного времяпролетного массспектрометра при сохранении его компактности и простоты конструкции. Для решения этой задачи предложен многоотражательный времяпролетный массспектрометр, содержащий источник ионов, детектор ионов и анализатор, в котором анализатор представляет собой трансаксиальную электростатическую линзово-зеркальную систему, в соответствии с изобретением, в центральной области анализатора в свободном от поля пространстве дополнительно установлена система трансаксиальных электростатических зеркал,электродами которой служат разделенные кольцевыми зазорами пары параллельных пластин,расположенные на одинаковом расстоянии от общей плоскости симметрии - средней плоскости системы. Один из возможных вариантов предлагаемого многоотражательного времяпролетного массспектрометра схематически изображен на фиг.1(проекция на среднюю плоскость - плоскость рисунка), где внешний электрод с потенциалом 1 и внутренние электроды с потенциалами 2 и 3, 30276 образуют трехэлектродную систему трансаксиальных линз, внешний электрод с отрицательным потенциалом -7, и внутренние электроды с потенциалами 2 и 3, образуют внешнюю трехэлектродную систему трансаксиальных зеркал, а внутренние электроды с потенциалами 4, 5 и -6 образуют внутреннюю трехэлектродную систему трансаксиальных зеркал. Ионный источники детектор ионовнаходятся под потенциалом 1 и располагаются в фокальной плоскости трансаксиальной линзы, выполняющей функции формирования пучка ионов до входа в систему зеркал и фокусировки их после многократного отражения системой зеркал одновременно. Такое взаимное расположение электродов анализатора позволяет повысить его разрешающую способность устройства почти в два раза по сравнению с известным устройством. Это связано с тем, что в таком анализаторе при прочих равных условиях число отражений, по меньшей мере, в два раза больше по сравнению с числом отражений в прототипе. При этом сохраняется его компактность и простота конструкции. Кроме того, в предлагаемом анализаторе ионы движутся по зигзагообразной траектории, не пересекаясь между собой на всем пути от источника до детектора ионов, что также улучшает качество фокусировки устройства. Внешний электрод анализатора разделен на два полукольца, чтобы система могла работать как в режиме зеркала, так и в режиме линзы. Один из внешних электродов выполнен в виде сплошного кольца для придания большей компактности устройству, а количество электродов каждой системы трансаксиальных линз и зеркал равно 3 и более,что необходимо для обеспечения времяпролетной фокусировки ионов высокого качества. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Ионный пучок, испускаемый ионным источником , после формирования линзой(электроды с потенциалами 1, 2 и 3) испытывает многократное отражение от внутреннего (электроды с потенциалами 4, 5 и -6) и внешнего (электроды с потенциалами 2, 3 и -7) трансаксиальных электростатических зеркал и затем фокусируется линзой (электроды с потенциалами 1, 2 и 3) в детектор . Преимуществом предлагаемого изобретения является высокое разрешение и большая чувствительность многоотражательного времяпролетного масс-спектрометра, а также простая и компактная конструкция прибора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Многоотражательный времяпролетный массспектрометр, содержащий источник ионов, детектор ионов и анализатор, представляющий собой трансаксиальную электростатическую линзовозеркальную систему, отличающийся тем, что в ее центральной области в свободном от поля пространстве дополнительно установлена система трансаксиальных электростатических зеркал,электродами которой служат разделенные кольцевыми зазорами пары параллельных пластин,расположенных на одинаковом расстоянии от общей плоскости симметрии - средней плоскости системы.