[go: up one dir, main page]

RU2732075C1 - Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении - Google Patents

Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении Download PDF

Info

Publication number
RU2732075C1
RU2732075C1 RU2019124208A RU2019124208A RU2732075C1 RU 2732075 C1 RU2732075 C1 RU 2732075C1 RU 2019124208 A RU2019124208 A RU 2019124208A RU 2019124208 A RU2019124208 A RU 2019124208A RU 2732075 C1 RU2732075 C1 RU 2732075C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ions
charged particles
flow
atmospheric pressure
ionization
Prior art date
Application number
RU2019124208A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Васильевич Курнин
Николай Васильевич Краснов
Максим Николаевич Краснов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук
Общество с ограниченной ответственностью "БиАП"
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук, Общество с ограниченной ответственностью "БиАП" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук
Priority to RU2019124208A priority Critical patent/RU2732075C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2732075C1 publication Critical patent/RU2732075C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Предварительная сепарация легких неинформативных ионов (ионов-реагентов) из потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении осуществляется без потери ионов целевого вещества. Способ основан на том, что последовательно по оси источника ионов расположены 2 независимые области дрейфа, в каждой их которых организованы поперечные импульсные электрические поля противоположной между собой направленности, при этом в первой области дрейфа более подвижные легкие ионы покидают ионный поток и оседают на транспортирующей системе, а во второй области дрейфа импульсное электрическое поле корректирует траектории движения ионов целевого вещества по оси источника ионов. Технический результат - повышение аналитических параметров анализатора. 4 ил.

Description

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области массспектрометрии, а именно к источникам ионов с мягкими методами ионизации: электроспрей (ESI), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI), фотоионизация при атмосферном давлении (FIAD) и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, токсикологии, проведении анализов в протеомике, метаболомике и криминалистике: исследовании белков, в том числе их триптических гидролизатов, следового анализа биохимических маркеров, наркотиков и их метаболитов в биологических тканях и жидкостях.
Во всех источниках ионов с ионизацией при атмосферном давлении используется метод образования целевых ионов в результате ряда ион-молекулярных реакций между ионами-реагентами и молекулами целевого вещества.
Известен способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источниках ионов электроспрей (ESI). Отличительной чертой этих источников ионов является присутствие в потоке заряженных частиц не доиспарившихся микрокапель содержащих целевое вещество. Для частичной сепарации потока заряженных частиц от микрокапель используют: горячий газ носитель [2]; на входе в систему транспортировки ионов в анализатор применяют дополнительные селектирующие методы либо в виде Z образных каналов [3], в которых большие капли осаждаются на стенки канала, а ионы с газом носителем поступают в анализатор, либо длинные прогреваемые капилляры, в которых либо происходит до испарение больших капель, либо их осаждение на стенки; электрораспыление под углом к оси входа в интерфейс анализатора с последующим электрическим отклонением дополнительным электродом заряженных частиц к отверстию во входной диафрагме интерфейса [2]. Неиспарившееся микрокапли оседают на элементах источника ионов, диафрагмах, что выводит его из работоспособного состояния. Для всех источников ионов с ионизацией при атмосферном давлении присуще наличие большого количества ионов-реагентов - легких ионов, при помощи которых происходит образование заряженных ионов целевых веществ по различным механизмам ион-молекулярных реакций. Для реализации метода ESI ионами реагентами являются катионы [1] присутствующие в распыляемом растворе, чаще всего в роли катионов выступают протоны - Н+, которые вносят в раствор с уксусной или муравьиной кислотой. В результате получают как квазимолекулярные ионы анализируемого вещества - МН+ или MKat+ n, так и большое количество свободных протонов - Н+ во много раз превышая количество целевых ионов. Таким образом из источника ионов выходит поток заряженных частиц в виде квазимолекулярных ионов и протонов, которые создают большой объемный заряд и в анализе не нужны, но ведут к кулоновскому взаимодействию одноименно заряженных частиц. Кулоновское взаимодействие связанное с протонами приводит к рассеянию потока заряженных частиц и ухудшению его транспортировки в анализатор и как следствие ухудшению аналитических параметров анализатора: разрешающая способность, чувствительность, соотношение сигнал/шум. На фигуре 1 показан спектр ионной подвижности клеток эпидермоидной карциномы человека А431 полученных из суспензии клеток в смеси вода-ацетонитрил (50%/50%) подкисленной 0,1% уксусной кислотой с использованием источника ионов ESI [4]. Концентрация клеток в суспензии 1 млн/мл. На фигуре представлен спектр «бланка» - чистого растворителя (А) и спектр карциномы из суспензии (В). Из спектров видно, что интенсивность пиков протонов и протонированных молекул растворителя, являющихся легкими ионами, много больше интенсивности заряженной частицы эпидермоидной карциномы имеющей размер 1 мкм. Таким образом основное влияние на движение потока заряженных частиц оказывает объемный заряд легких ионов, обладающих большей подвижностью. В совокупности наличие легких неинформативных ионов приводит к ухудшению разрешающей способности анализатора, что отображается на затягивании задних фронтов их пиков.
В качестве примера источника ионов с химической ионизацией при атмосферном давлении (APCI) можно привести [5], в котором образование ионов анализируемых веществ происходит по такому же механизму, как описано выше. В качестве газа носителя при ионизации при атмосферном давлении наиболее часто используется азот. В результате ионизации газа-носителя электронами из коронного разряда, содержащего низкие концентрации воды наблюдается ряд ионно-молекулярных реакций [5] приводящих к образованию протонированных квазимолекулярных ионов МН+ либо кластерных ионов (H2O)nH+ [6] и протонов Н+, ток которых много больше квазимолекулярных ионов. Используя дополнительный газ-реагент и учитывая его сродство к протону достигается селективность ионизации целевого вещества. Влияние легких ионов на характеристики анализатора такие же как описано выше.
В источнике ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении поток газа-носителя Не, поступающего из колонки газового хроматографа, ионизуется УФ-излучением и в виде первичных ионов Не+ участвует в ион-молекулярных реакциях с целевым веществом для получения максимального ионного тока вещества. Целевое вещество является микропримесью в потоке гелия, поэтому после прохождения всех ион-молекулярных реакций ионов гелия оказывается много больше ионов целевого вещества. Таким образом, и в источнике ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении легкие неинформативные ионы находятся в большом количестве и создают объемный заряд пучка заряженных частиц транспортируемого в анализатор, что в свою очередь приводит к тем же недостаткам - ухудшение аналитических параметров анализатора: разрешающая способность, чувствительность, соотношение сигнал/шум.
Наилучшие характеристики по составу потока заряженных частиц, получаемого в источнике ионов электроспрей (ESI), основанного на способе образования бес капельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением [8]. Этот способ выбран в качестве прототипа в данном патенте.
Использование динамического деления распыляемого раствора позволяет во все время распыления получать поток заряженных частиц не содержащий капельной компоненты при этом распыление производится при нормальных условиях без использования горячего газа-носителя, распыления под углом к оси входной диафрагмы интерфейса, без дополнительного электрода для корректировки направления движения распыленного раствора. В результате сепарацию микрокапель проводить не надо из-за их отсутствия.
Недостатком известного способа получения потока заряженных частиц, содержащего ионы целевого вещества является то, что протоны и протонированные молекулы растворителя по прежнему составляют значительную долю в потоке заряженных частиц поступающих в анализатор. Наличие легких неинформативных ионов приводит к ухудшению разрешающей способности анализатора, чувствительности, соотношения сигнал/шум.
Целью предложенного способа является организация предварительной сепарации легких ионов из потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении для уменьшения влияния объемного заряда на характеристики потока основанная на том, что за противоэлектродом создается область постоянного тянущего электрического поля вдоль оси транспортировки частиц, внутри области расположены параллельно оси транспортировки электроды, на которые подается импульсное поперечное электрическое поле с амплитудой и на время достаточное для вывода легких ионов из общего потока заряженных частиц, при этом смещение ионов целевого вещества не влияет на их потерю при движение в потоке заряженных частиц к интерфейсу. Далее располагается еще одна область постоянного тянущего электрического поля вдоль оси транспортировки частиц, внутри области расположены параллельно оси транспортировки электроды, на которые подается импульсное поперечное электрическое поле обратной полярности с амплитудой и на время достаточное для смещения ионов целевого вещества на первоначальные траектории движения в потоке заряженных частиц вдоль оси их транспортировки к отверстию входной диафрагмы интерфейса. Благодаря высокой подвижности протонов и легких ионов происходит предварительная сепарация потока заряженных частиц от легких ионов и соответственно уменьшение влияния объемного заряда потока на движения ионов целевого вещества.
В качестве примера осуществления изобретения можно рассмотреть следующие действия. Области дрейфа в постоянном электрическом поле ограничены сеточными электродами с высокой прозрачностью. Эти электроды подключены к делителю с источником питания. Между сеточными электродами в каждой области расположены, относительно протяженные пары электродов, параллельных оси транспортировки. Электроды каждой пары подключены к импульсным источникам питания, которые в свою очередь находятся под потенциалом задаваемым с делителя. Поперечные электрические импульсы в первой области выводят легкие ионы из потока заряженных частиц, а обратные по полярности поперечные импульсы во второй области корректируют движение ионов целевого (тяжелого) вещества по оси потока к входной диафрагме ионтерфейса. На фигуре 2 показаны результаты числового эксперимента по движению легких ионов при воздействии поперечного электрического импульса - характерные траектории легких ионов обладающих большим коэффициентом подвижности по сравнению с тяжелыми, при этом тяжелые ионы лишь сместятся с оси. На фигуре 3 показаны результаты числового эксперимента по зависимости величины поперечного смещения ионов для масс 1, 10 и 100 Да от времени в импульсном поперечном поле напряженностью 500 В/см при прохождении первой области дрейфа. Из представленной зависимости видно, что на момент времени, когда ионы с массой 10 Да покинут канал транспортировки радиусом 15 мм, ионы массой 100 Да сместятся с оси только на расстояние 6 мм. На фигуре 4 показаны зависимости времени вылета ионов за пределы канала транспортировки от амплитуды импульсного поперечного электрического поля в первой области для масс ионов 1,10 и 100 Да.
Такой вариант осуществления изобретения позволяет проводить предварительную сепарацию легких неинформативных ионов из потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении без потери ионов целевого вещества.
Источники информации
1. M.L.Alexandrov, L.N. Gall, N.V. Krasnov, V.I. Nikolaev, V.A. Pavlenko end V/А/ Shkurov. Extraction of ions from solutions under atmospheric pressure as a method for mass spectrometric analysis of bioorganic compounds. Rapid communications in mass spectrometry. 2008, 22, p. 267-270. DOI: 10.1002/rcm.3113.
2. URL: www.Shimadzu.com
3. http// conquerscientific.com/w http// conquerscientific aters-micronass-q-tof-micro
4. E.E. Al-Tavil, Kurnin I.V., Krasnov N.V., Muradymov M.Z., Krasnov M.N. Dropless ESI for IMS at ambient conditions. International Journal for Ion Mobility Spectrometry, 2019, V. 22, N 2, P. 31-38 DOI:10.1007/sl2127-019-00250-2
5. А.А. Полякова, И.А. Ревельский, М.И. Токарев, Л.О. Коган, В.Л. Тальрозе. Масс-спектрометрический анализ смесей с применением ион-молекулярных реакций. М.: Химия, 1989, С. 240
6. De Castro S.C., Schaefer H.F., itzer W.W. Electronic structure of the N molecular ion. J. Chem. Phys., 1981, V. 74, N1, P. 550-558.
7. Патент SU 1159412 Способ масс-спектрометрического анализа газовой смеси. 23.12.1985. И.А. Ревельский, Ю.С. Яшин, В.Н. Вознесенский, В.К. Курочкин, Р.Г. Костяновский.
8. Патент РФ №2613429 от 16.03.2017 г. Способ образования без капельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением. М.Н. Краснов, Н.В. Краснов.

Claims (1)

  1. Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении, основанный на формировании потока заряженных частиц в электрическом поле при нормальных условиях, отличающийся тем, что за противоэлектродом последовательно по оси источника ионов расположены 2 независимые области дрейфа, в каждой из которых организованы поперечные импульсные электрические поля противоположной между собой направленности.
RU2019124208A 2019-07-24 2019-07-24 Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении RU2732075C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124208A RU2732075C1 (ru) 2019-07-24 2019-07-24 Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124208A RU2732075C1 (ru) 2019-07-24 2019-07-24 Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732075C1 true RU2732075C1 (ru) 2020-09-11

Family

ID=72516374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124208A RU2732075C1 (ru) 2019-07-24 2019-07-24 Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732075C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754826C1 (ru) * 2020-09-25 2021-09-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук Способ получения протонных пучков при атмосферном давлении

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1159412A1 (ru) * 1983-01-24 1985-12-23 Revelskij I A Способ масс-спектрометрического анализа газовой смеси
US20140045882A1 (en) * 2007-12-12 2014-02-13 Rigel Pharmaceuticals, Inc. Carboxamide, Sulfonamide and Amine Compounds and Methods for Using The Same
RU2530782C2 (ru) * 2011-12-06 2014-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) Способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов
RU2613429C2 (ru) * 2015-06-04 2017-03-16 Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1159412A1 (ru) * 1983-01-24 1985-12-23 Revelskij I A Способ масс-спектрометрического анализа газовой смеси
US20140045882A1 (en) * 2007-12-12 2014-02-13 Rigel Pharmaceuticals, Inc. Carboxamide, Sulfonamide and Amine Compounds and Methods for Using The Same
RU2530782C2 (ru) * 2011-12-06 2014-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) Способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов
RU2613429C2 (ru) * 2015-06-04 2017-03-16 Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALEXANDROV M.L., Extraction of ions from solutions under atmospheric pressure as a method for mass spectrometric analysis of bioorganic compounds. Rapid communications in mass spectrometry. 2008, 22, p. 267-270. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754826C1 (ru) * 2020-09-25 2021-09-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук Способ получения протонных пучков при атмосферном давлении

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fernandez-Lima et al. Gas-phase separation using a trapped ion mobility spectrometer
Vestal Methods of ion generation
US8809769B2 (en) Apparatus and method for cross-flow ion mobility spectrometry
DE112014002710B4 (de) Verfahren zum Kalibrieren von Ionensignalen
US11029291B2 (en) Systems and methods for ionization
US20070023631A1 (en) Parallel sample handling for high-throughput mass spectrometric analysis
JP2007510272A (ja) 砂時計型電気力学的漏斗および内部イオン漏斗を用いる改良された高速イオンモビリティースペクトル法
US7041972B2 (en) Mass spectrometer
Pollard et al. Ion mobility spectrometer—field asymmetric ion mobility spectrometer-mass spectrometry
Mullen et al. Combined secondary electrospray and corona discharge ionization (SECDI) for improved detection of explosive vapors using drift tube ion mobility spectrometry
CN109791125B (zh) 分离后迁移率分析器及用于确定离子碰撞截面的方法
Verenchikov et al. Electrospray ionization developed by Lidija Gall's group
US8299428B2 (en) Detectors and ion sources
Whittal et al. Development of liquid chromatography–mass spectrometry using continuous-flow matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry
RU2732075C1 (ru) Способ предварительной сепарации потока заряженных частиц в источнике ионов с ионизацией при атмосферном давлении
US9299549B2 (en) Generation of reagent ions for ion-ion reactions
EP3246936B1 (en) Methods for enhancing electrospray
Schneider et al. Sampling efficiency improvement to an electrospray ionization mass spectrometer and its implications for liquid chromatography based inlet systems in the nanoliter to milliliter per minute flow range
US20110049348A1 (en) Multiple inlet atmospheric pressure ionization apparatus and related methods
Campbell et al. Increased ion transmission for differential ion mobility combined with mass spectrometry by implementation of a flared inlet capillary
Medina et al. Mass spectrometric detection, instrumentation, and ionization methods
RU2744235C2 (ru) Способ преобразования непрерывного потока ионов в источниках с ионизацией при атмосферном давлении в импульсный
DE112015000990B4 (de) Impaktorspray-Atmosphärendruck-Ionenquelle mit einem Zielpaddel
US11282690B2 (en) Ion guide exit transmission control
RU2732074C2 (ru) Устройство транспортировки ионов в источниках с ионизацией при атмосферном давлении с преобразованием непрерывного потока в импульсный