SU1760577A1 - Time-of-flight mass spectrometer - Google Patents
Time-of-flight mass spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- SU1760577A1 SU1760577A1 SU914899452A SU4899452A SU1760577A1 SU 1760577 A1 SU1760577 A1 SU 1760577A1 SU 914899452 A SU914899452 A SU 914899452A SU 4899452 A SU4899452 A SU 4899452A SU 1760577 A1 SU1760577 A1 SU 1760577A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- time
- ion
- ions
- output
- power supply
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к приборостроению , в частности к мэсс-спектрометриче- скому приборостроению Сущность изобретени 1 в масс-спектрометр введен измеритель 11 интервала времени между фактическим и установленным при настройке временем пролета ионов реперного компонента , выход синхроимпульсов которого подключен к входу синхронизации генератора 8 пр моугольных импульсов, вход - к выходу широкополосного усилител 9, аналоговый выход - к блоку 7 питани отражател ионов. 1 ил (Л СThe invention relates to instrumentation, in particular to mass-spectrometric instrumentation. SUMMARY OF THE INVENTION 1 A meter 11 is inserted into a mass spectrometer between the actual and the time of flight of ions of the reference component set during tuning, the sync pulse output of which is connected to 8 square pulses , the input is to the output of the broadband amplifier 9, the analog output is to the power supply unit 7 of the ion reflector. 1 silt (L S
Description
Изобретение относитс к приборостроению , а более конкретно - к масс-спектро- метрическому приборостроению.The invention relates to instrumentation, and more specifically to mass spectrometric instrumentation.
Известные врем пролетные масс-спектрометры состо т из источника ионов, камеры дрейфа, отражател ионов, приемника ионов, блока питани элементов анализатора , включающего блок питани отражател ионов, генератор пр моугольных импульсов (ГПИ), широкополосный усилитель (ШПУ). регистрирующее устройство 1, 2. При анализе процентного содержани элементов или изотопов в веществе с помощью этих врем пролетных масс-спектрометров в ка- честае системы регистрации дл измерени амплитуды пиков масс-спектра (по которой суд т о содержании) используетс осциллограф , на вход которого подаютс сигналы с выхода ШПУ, запуск развертки которогоThe known time-of-flight mass spectrometers consist of an ion source, a drift chamber, an ion reflector, an ion receiver, an analyzer power supply unit that includes an ion reflector power supply unit, a square pulse generator (GUI), and a broadband amplifier. recording device 1, 2. When analyzing the percentage of elements or isotopes in a substance using these time-of-flight mass spectrometers, the recording system uses an oscilloscope to measure the amplitude of the peaks of the mass spectrum (according to which the content is judged). signals are output from the silo, the launch sweep which
осуществл етс синхроимпульсами, вырабатываемыми в ГПИ.carried out by the sync pulses produced in the GUI.
Большое значение при измерении амплитуды пиков с помощью осциллографа имеет посто нство времени пролета ионов с одним и тем же отношением массы к зар ду, так как в этом случае упрощаетс идентификаци пиков масс-спектра, что предохран ет от св занных с ней грубых ошибок, Тем не менее относительна погрешность измерени амплитуды пиков масс-спектра в этом случае все же значительна и составл ет около 10%,Of great importance when measuring the amplitude of peaks using an oscilloscope is the constancy of the time of flight of ions with the same mass to charge ratio, since in this case it is easier to identify the peaks of the mass spectrum, which prevents gross errors associated with it. no less than the relative error in measuring the amplitude of the peaks of the mass spectrum in this case is still significant and is about 10%,
Врем пролетный масс-спектрометр 3, прин тый за прототип, состоит из источника ионов, камеры дрейфа, отражател ионов, приемника ионов, блока питани элементов анализатора, включающего блок питани отражател ионов, ГПИ, ШПУ, регистрирующее устройствоThe time-of-flight mass spectrometer 3, taken as a prototype, consists of an ion source, a drift chamber, an ion reflector, an ion receiver, an analyzer power supply unit, including an ion reflector power supply unit, a GUI, a silo unit, a recording device
мm
)о)about
|О СЛ| About SL
чh
22
Отражатель ионов состоит из р да параллельно расположенных относительно друг друга электродов, поддерживаемых под соответствующими потенциалами, образуемыми резисторным делителем напр жени на входе блока питани отражател ионов (как в 1).The ion reflector consists of a series of electrodes parallel with each other, supported under respective potentials formed by a resistor divider voltage at the input of the ion reflector power supply unit (as in 1).
В качестве системы регистрации в прото- типе кроме осциллографа используютс импуль- сно-аналоговые преобразователи (ПАП), амплитуда выходных сигналов которых пропорциональна амплитуде пика соответствующего компонента, и измерительно-вычислительный комплекс, предназначенный дл измерени амплитуды выходных сигналов ПАП и обработки информации.In addition to the oscilloscope, pulse-analog transducers (PAPs), the amplitude of the output signals of which is proportional to the amplitude of the peak of the corresponding component, and a measuring-computing complex, designed to measure the amplitude of the PAP output signals and process information, are used as the recording system in the prototype.
На вход ИАП подаютс сигналы с выхода ШПУ. Работа ИАП синхронизируетс с помощью синхроимпульсов ГПИ. Настройка преобразователей на пики заключаетс в установке момента срабатывани ключа каждого ИАП, совпадающего по времени с по влением на выходе ШПУ сигнала соответствующего компонента.Signals from the silo output are supplied to the input of the PAI. The operation of the PAI is synchronized using GPI clock pulses. The tuning of the transducers to the peaks consists in setting the moment when the key of each IAP is triggered, which coincides in time with the appearance at the FDR output of the signal of the corresponding component.
Дл обеспечени высокой точности измерени амплитуды пиков масс-спектра в течение длительного времени необходимо, чтобы среднее врем пролета Т в анализаторе ионов с одним и тем же отношением массы к зар ду не измен лось с течением времени, так как в этом случае настройка ИАП на пики масс-спектра остаетс оптимальной . T(m/q) в каждом цикле работы масс-спектрометра при фиксированных параметрах элементов анализаторов существенно зависит от места образовани ионов в источнике ионов и от действи электрических полей в элементах анализатора. Место образовани ионов определ етс геометрическими параметрами электронного пучка в источнике ионов, которые принципиально не стабильны из-за вли ни на электронный пучок неконтролируемых, измен ющихс со временем паразитных электрических полей , образованных зар дами на поверхности элементов конструкции источника. Это приводит к изменению со временем T(m/q) и, следовательно, к уменьшению точности измерений амплитуды пиков масс-спектра с помощью прототипа. Электрические пол з элементах анализатора прототипа при фиксированных геометрических параметрах определ ютс следующими факторами: выходными напр жени ми блока питани элементов анализатора; параметрами импульса ГПИ,ускор ющего ионы действием потенциалов, наводимых паразитными зар дами на поверхности элементов конструкции анализатора (источник ионов, камера дрейфа, отражатель ионов)To ensure high accuracy in measuring the amplitude of the peaks of the mass spectrum for a long time, it is necessary that the average transit time T in the ion analyzer with the same mass to charge ratio does not change over time, since in this case the setting of the PAI mass spectrum remains optimal. T (m / q) in each cycle of the mass spectrometer with fixed parameters of the analyzer elements significantly depends on the place of formation of ions in the ion source and on the action of electric fields in the elements of the analyzer. The location of the formation of ions is determined by the geometrical parameters of the electron beam in the ion source, which are fundamentally unstable due to the effect on the electron beam of uncontrolled, time-varying parasitic electric fields formed by charges on the surface of the source design elements. This leads to a change with time T (m / q) and, consequently, to a decrease in the measurement accuracy of the amplitudes of the peaks of the mass spectrum using the prototype. The electric fields of the elements of the prototype analyzer with fixed geometrical parameters are determined by the following factors: the output voltages of the power supply unit of the elements of the analyzer; the parameters of a GUI pulse accelerating ions by the action of potentials induced by parasitic charges on the surface of the analyzer's structural elements (ion source, drift chamber, ion reflector)
Нестабильность этих факторов также приводит к изменению со временем T(m/q) и, следовательно, к уменьшению точности измерени амплитуды пиков масс-спектра сThe instability of these factors also leads to a change with time T (m / q) and, consequently, to a decrease in the measurement accuracy of the amplitudes of the peaks of the mass spectrum with
помощью прототипа.using the prototype.
В течение нескольких часов после настройки (от одного до четырех часов - в зависимости от сложности задачи газового анализа) прототип обеспечивает достаточноWithin a few hours after adjustment (from one to four hours - depending on the complexity of the gas analysis task), the prototype provides enough
0 точное определение амплитуды пиков масс- спектра, в результате чего абсолютна погрешность определени концентрации компонентов не превышает 0,4 об.% 3 Однако вследствие увеличени погреш5 ности определени амплитуды пиков масс- спектра по прошествии более чем 4 ч, например одних суток абсолютна погрешность определени концентрации компонентов может быть существенно больше 0,40 accurate determination of the amplitude of the peaks of the mass spectrum, resulting in an absolute error in determining the concentration of components does not exceed 0.4 vol.% 3 However, due to an increase in the error in determining the amplitude of the peaks of the mass spectrum after more than 4 hours, for example, one day, the absolute error in determining component concentrations can be significantly greater than 0.4
0 об.% и достигать в отдельных случа х 100 об.%. Это происходит в результате изменени T(:n q) под действием перечисленных выше причин, что нарушает оптимальность настройки ИАП на пики масс-спектра. К аб5 солютной погрешности определени концентрации компонента 100 об.% может привести изменение T(m/q) всего лишь на 50 не.0 vol.% And in some cases reach 100 vol.%. This occurs as a result of a change in T (: n q) under the action of the reasons listed above, which violates the optimality of adjusting the IAP to the peaks of the mass spectrum. The absolute error of determining the concentration of a component of 100 vol.% Can lead to a change in T (m / q) of only 50 ns.
Таким образом, прототип не обеспечи0 вает необходимую точность измерени амплитуды пиков масс-спектра по прошес i вии 4 ч и более.Thus, the prototype does not provide the necessary accuracy of measuring the amplitude of the peaks of the mass spectrum after i h of 4 hours or more.
Целью изобретени вл етс повышение точности определени амплитуды пиковThe aim of the invention is to improve the accuracy of determining the amplitude of the peaks
5 масс-спектра при длительной работе масс- спектрометра.5 mass spectrum during long-term mass spectrometer operation.
Цель достигаетс тем, что во врем про- летный масс-спектрометр 3, который состоит из источника ионов, камеры дрейфа,The goal is achieved by the fact that during a flight mass spectrometer 3, which consists of an ion source, a drift chamber,
0 отражател ионов, приемника ионов, блока питани элементов анализатора, включающего блок питани отражател ионов, ГПИ, ШПУ, регистрирующее устройство введен измеритель интервала времени между фак5 тическим и установленным при настройке временем пролета ионов реперного компонента , выход синхроимпульсов которого подключен к входу синхронизации ГПИ вход - к выходу ШПУ, аналоговый выход- к блоку0 an ion reflector, an ion receiver, an analyzer power supply unit, including an ion reflector power supply unit, a GUI, a silo generator, a recording device, a meter for the time interval between the actual and the reference component set during tuning of the ion component of the clock input of the GUI input - to the output of the silo, analog output - to the unit
О питани отражател ионов.About the power reflector ions.
В известном техническом решении 3 среднее врем пролета ионов каждого компонента анализируемых смесей при длительной работе (более 4 ч) масс-спектрометра сущест5 венно измен етс под действием на эти ионы (начина с вли ни на место их образовани в источнике ионов) бесконтрольно измен ющихс паразитных электрических полей в различных элементах анализатора Дополнительное изменениэ времени пролетаIn the known technical solution 3, the average time of flight of ions of each component of the analyzed mixtures during long-term operation (more than 4 hours) of the mass spectrometer changes significantly under the influence of these ions (starting from the influence on the place of their formation in the ion source) uncontrolledly changing parasitic parameters. electric fields in the various elements of the analyzer Additional changes in flight time
ионов св зано также с нестабильностью выходных напр жений блоков питани элементов анализатора и параметров импульсов ГПИ, ускор ющего ионы.Ions are also associated with the instability of the output voltages of the power supply units of the analyzer elements and the parameters of impulses of the GUI accelerating ions.
Изменение времен пролета ионов относительно исходных, при которых производилась настройка каналов регистрирующей системы, достигает значений по абсолютной величине более 50 не, что приводит к существенному уменьшению точности измерени амплитуды пиков масс-спектра,The change in the transit time of the ions relative to the reference, at which the channels of the recording system were tuned, reaches values in absolute value greater than 50 ns, which leads to a significant decrease in the measurement accuracy of the amplitudes of the peaks of the mass spectrum
В за вл емом решении благодар введению измерител интервала времени между фактическим и установленным при настройке временем пролета ионов репер- ного компонента, выход синхроимпульсов которого подключен к входу синхронизации ГПИ, вход - к выходу ШПУ, аналоговый выход - к блоку питани отражател ионов, фактическое врем пролета ионов реперно- го компонента поддерживаетс равным исходному , при котором производилась настройка каналов ИАП, с погрешностью, не превышающей ±1 не в течение всего времени работы прибора.In the proposed solution, due to the introduction of the time interval meter between the actual and the ion time of the reference component set during tuning, the sync pulse output of which is connected to the GUI clock input, the input to the silo output, the analog output to the ion reflector power supply unit, the actual time The span of the reference component ions is maintained equal to the initial one, at which the PAI channels were tuned, with an error not exceeding ± 1 not during the entire device operation time.
Из сказанного следует, что предлагаемый дл использовани в за вл емом устройстве измеритель интервала времени вырабатывает импульсы синхронизации, используемые дл запуска ГПИ, временную задержку, соответствующую установленному при настройке времени пролета ионов реперного компонента, и напр жение, пропорциональное указанному интервале времени . Устройства, выполн ющие функцию измерени интервала времени (формирующие напр жени , пропорциональные интервалу ) широко известны в технике, например в радиолокации (см. 4) и их конкретна реализаци дл за вл емого устройства не вызывает трудностей у специалиста в области электроники.From this, it follows that the time interval meter proposed for use in the inventive device generates synchronization pulses used to start the GUI, a time delay corresponding to that set when setting the time of flight of the reference component ions, and a voltage proportional to the specified time interval. Devices that perform the function of measuring the time interval (forming voltages proportional to the interval) are widely known in the art, for example, in radiolocation (see 4), and their specific implementation for the device being claimed does not cause difficulties for a specialist in the field of electronics.
Во врем пролетном масс-спектрометре рассматриваемого типа (к которому принадлежат и аналоги и прототип) ионы двигаютс в квазистатических электрических пол х. Поэтому в достаточно хорошем приближении врем пролета ионов пр мо пропорционально Vfyj/q . Следовательно, одновременно со стабилизацией фактического времени пролета ионов реперного компонента происходит стабилизаци времени пролета ионов других компонентов.During the transit mass spectrometer of this type (to which both the analogs and the prototype belong), the ions move in quasistatic electric fields. Therefore, in a fairly good approximation, the time of flight of ions is directly proportional to Vfyj / q. Consequently, simultaneously with the stabilization of the actual time of flight of the ions of the reference component, the time of flight of the ions of other components stabilizes.
Существенность подключени аналогового выхода, введенного в устройство измерител интервала времени, именно к блоку питани отражател ионов заключаетс в том, что разрешающа способность по массе масс-рефлектрона измен етс незначительно при существенном изменении времени пролета ионов посредством регулировани напр жени питани отражател ионов (подробнее сказано ниже). При использовании изобретени времена пролета этих ионов поддерживаютс равными исходным, дл которых проводилась настройка каналов ИАП с погрешностью, не превышающей ±10 не в течение длительного времени.The importance of connecting the analog output introduced into the time interval meter device, specifically to the ion reflector power supply unit, is that the mass mass reflector resolution changes only slightly with a significant change in the ion transit time by adjusting the ion reflector voltage (more ). When using the invention, the transit times of these ions are maintained equal to the initial ones, for which the PAI channels were tuned with an error not exceeding ± 10 not for a long time.
Полной стабилизации времен пролета ионов других (не реперного) компонентов не происходит главным образом по следующей причине.The full stabilization of the transit time of ions of other (non-reference) components does not occur mainly for the following reason.
В источнике во врем ионизации происходит смещение ионов под действием па- разитных полей еще до начала их ускорени в результате подачи выталкивающего импульса, вырабатываемого ГПИ. ЭтоIn the source, during ionization, ions are displaced under the action of parasitic fields even before they begin to accelerate as a result of the delivery of an ejector impulse generated by the GUI. it
смещение зависит от массы иона, поэтому энергии, с которыми ионы влетают в камеру дрейфа из источника, разные дл ионов разных масс.the displacement depends on the mass of the ion; therefore, the energies with which the ions fly into the drift chamber from a source are different for ions of different masses.
Паразитное поле в процессе работыParasitic field in the process
прибора произвольно измен етс , что приводит к изменению энергии дрейфа ионов с различным отношением массы к зар ду и, следовательно, к отклонению их времен пролета от исходных, дл которых производилась настройка каналов ИАП. Это отклонение , в принципе, измен етс в процессе работы прибора и наиболее существенно измен етс дл ионов легких масс (М 1,2). Однако и дл них оно на практике не превышает ±10 не.the device changes arbitrarily, which leads to a change in the drift energy of ions with different mass-to-charge ratios and, therefore, to the deviation of their transit times from the original, for which the PAI channels were tuned. This deviation, in principle, changes during the operation of the instrument and most significantly varies for lightweight ions (M1,2). However, for them it in practice does not exceed ± 10 no.
Указанной стабильности времен пролета ионов, достигнутой благодар совокупности перечисленных отличительных признаков, достаточно дл того, чтобы в течение длительной работы масс-спектрометра (практически посто нно) настройка ИАП оставалась оптимальной. Это обеспечивает достаточную точность измерени амплитуды пиков масс-спектра в течение длительного времени.The indicated stability of the time of flight of ions, achieved due to the combination of the listed distinguishing features, is sufficient so that during the long-term operation of the mass spectrometer (almost constantly), the IAP setting remains optimal. This provides sufficient accuracy in measuring the amplitude of the peaks of the mass spectrum for a long time.
За вл ема совокупность признаков не известна. Введение во врем пролетный масс-спектрометр и подключение указанным образом измерител интервала времени между фактическим и установленным при настройке временем пролета ионов реперного компонента вл етс новым и применено впервые. В результате по вилась возможность создани врем пролетногоThe claimed set of features is not known. Introduction during the transit mass spectrometer and connecting in this way the meter of the time interval between the actual and the time of flight of ions of the reference component set during adjustment is new and used for the first time. As a result, it was possible to create transit time.
масс-спектрометра, в котором принципиально без ухудшени его разрешающей способности по массе и чувствительности стабилизирован один из основных аналитических параметров - врем движени ионов (независимо от отношени массы к зар ду), что и приводит к повышению точности определени амплитуды пиков масс-спектра при длительной работе прибора.mass spectrometer, in which, fundamentally, without deteriorating its mass resolution and sensitivity, one of the main analytical parameters is stabilized — the time of movement of ions (regardless of mass to charge ratio), which leads to an increase in the accuracy of determining the amplitude of peaks of the mass spectrum during long-term operation of the device.
Схема за вл емого устройства приведена на чертеже.The scheme of the claimed device is shown in the drawing.
Устройство включает в себ масс-спектрометр 1, состо щий из источника 2 ионов, камеры 3 дрейфа, отражател 4 ионов, приемника 5 ионов, блок 6 питани элементов масс-спектрометра, включающий в себ блок 7 питани отражател ионов, ГПИ 8, выход которого подключен к источнику 2 ионов, ШПУ 9, вход которого подключен к выходу приемника 5 ионов, регистрирующее устройство 10, аналоговый вход которого подключен к выходу ШПУ, вход внешнего запуска - к выходу синхроимпульсов ГПИ 8, измеритель 11 интервала времени между фактическим и установленным при настройке временем пролета ионов реперного компонента , выход синхроимпульсов которого подключен к входу ГПИ 8, вход - к выходу ШПУ 9, аналоговый выход к блоку 7 питани отражател ионов.The device includes a mass spectrometer 1 consisting of an ion source 2, a drift chamber 3, a reflector 4 ions, an ion receiver 5, a power supply unit 6 for the elements of the mass spectrometer, an ion reflector power supply 7, GUI 8, the output of which connected to a source of 2 ions, a silo 9, the input of which is connected to the output of the receiver 5 ions, a recording device 10, an analog input of which is connected to the output of the silo, an external trigger input to the output of clock signals of the GUI 8, the meter 11 between the actual and set when e time span fiducial component ions, whose output is connected to the clock input of GUI 8, input - to the output of the silo 9, the analog output to the power unit 7 of the reflector ions.
Устройство работает следующим образом .The device works as follows.
Порци анализируемой газовой смеси напускаетс в масс-спектрометр 1. На его элементы подаетс напр жение с блока 6 питани элементов масс-спектрометра, в том числе с блока 7 питани отражател ионов, а также импульсы напр жени с ГПИ 8, запуск которого осуществл етс с помощью синхроимпульсов, вырабатываемых в измерителе 11 интервала времени.A portion of the analyzed gas mixture is injected into the mass spectrometer 1. Its elements are supplied with voltage from the power supply unit 6 of the mass spectrometer elements, including the ion reflector power supply unit 7, as well as voltage pulses from the GUI 8, which is started from using clock pulses generated in the meter 11 time interval.
Все это обеспечивает реализацию следующих физических процессов: ионизацию с помощью электронного удара атомов и молекул компонентов исследуемого газа и ускорение образованных ионов в источнике 2 ионов. Пролет этих ионов в дрейфовом пространстве от источника ионов до отражател А ионов, их отражение в отражателе 4 ионов и пролет в дрейфовом пространстве от отражател ионов до приемника 5 ионов. На выходе приемника ионов при этом образуютс импульсы тока, амплитуда которых пропорциональна концентраци м соответствующих компонентов в анализируемом газе. Задержка этих импульсов относительно начала ускорени ионов в ионном источнике, св занного с подачей импульса ГПИ, равна времени пролета ионов соответствующих компонентов в анализаторе и пропорциональна V rn/n При этой задержке определ ют , какому компоненту соответствуют импульсы на выходе приемника ионов. По амплитуде этих импульсов определ ют концентрацию соответствующего компонента.All this ensures the implementation of the following physical processes: ionization by electron impact of atoms and molecules of the components of the test gas and acceleration of the formed ions in the ion source 2. The passage of these ions in the drift space from the ion source to the reflector A of ions, their reflection in the reflector 4 ions and the span in the drift space from the reflector ions to the receiver 5 ions. At the output of the ion receiver, current pulses are formed, the amplitude of which is proportional to the concentrations of the corresponding components in the analyzed gas. The delay of these pulses relative to the onset of acceleration of ions in the ion source associated with the impulse delivery of the GUI is equal to the time of flight of the ions of the corresponding components in the analyzer and proportional to V rn / n. At this delay it is determined which component corresponds to the pulses at the output of the ion receiver. The amplitude of these pulses determines the concentration of the corresponding component.
Такой анализ осуществл етс в регистрирующем устройстве 10, на которое импульсы подаютс с выхода приемника ионов анализатора через ШПУ 9, предназначенного дл их дополнительного усилени .Such an analysis is carried out in a recording device 10, to which pulses are supplied from the output of the analyzer ion receiver through silo 9, intended for their additional amplification.
Дл синхронизации работы регистрирующего устройства используютс синхроимпульсы , вырабатываемые в ГПИ одновременно с импульсами напр жени , предназначеннымиIn order to synchronize the operation of the registering device, clock pulses are used that are generated in the GUI simultaneously with voltage pulses intended
дл начального ускорени ионов.for initial ion acceleration.
Настройка режима работы анализатора на оптимум по разрешающей способности и чувствительности (которые удобно контролировать с помощью осциллографа) производитс так же, как в аналогах и прототипе, регулировкой соответствующих уровней напр жений , вырабатываемых блоком питани элементов масс-спектрометра и ГПИ. Ориентировочные значени уровней этихThe analyzer's mode of operation is adjusted to the optimum in resolution and sensitivity (which is conveniently monitored with an oscilloscope) in the same way as in analogs and prototypes by adjusting the corresponding voltage levels produced by the power supply unit of the mass spectrometer and GUI elements. Indicative values of the levels of these
напр жений можно оценить расчетым путем .stresses can be estimated by calculation.
Пр:- ; настройке аналоговый выход измерител 1 интервала времени должен быть отключен от блока 7 питани отражател Etc:- ; setting the analog output of the time interval meter 1 must be disconnected from the reflector power supply unit 7
ионов.ions.
После того, как настройка анализатора закончена, необходимо определить (можно с помощью осциллографа) врем пролета ионов реперного компонента (обычно это Hz , так как азота присутствует в большинстве газовых фаз технических объектов) и установить его на измерителе интервалов времени. При этом на его аналоговом ьыхо- де формируетс напр жение, пропорциональное интервалу времени между фактическим моментом прихода импульсов, соответствующих ионам реперного компонента , подаваемым с выхода ШПУ 9 нз вход измерител 11, и моментом времени, соотвегствующим установленному, которые мо- гут не совпадать вследствие погрешности измерени и установки времени пролета ионов реперного компонента.After analyzer setup is completed, it is necessary to determine (using an oscilloscope) the time of flight of the reference component ions (usually Hz, since nitrogen is present in most gas phases of technical objects) and install it on the time interval meter. A voltage proportional to the time interval between the actual moment of arrival of the pulses corresponding to the ions of the reference component supplied from the silo output 9 ns meter input 11 and the time corresponding to the established one, which may not coincide due to errors of measurement and setting the time of flight of the reference component ions.
Пол рность выходного аналогового напр жени измерител 11 при подаче на управление выходным напр жением блока питани отражател ионов V0rp, устанавливаетс така , чтобы происходило изменениеThe polarity of the output analog voltage of the meter 11, when applied to control the output voltage of the power supply unit of the V0rp ion reflector, is set so that a change occurs
0 Уотр, привод щее к уменьшению отличи времени пролета ионов реперного компонента от установленного времени. Это под держивает врем пролета ионов реперного компонента равным установленному с вы5 сокой точностью в течение длительного времени . При этом происходит стабилизаци времен пролета всех остальных ионов, соответствующих другим компонентам масс-спектра , так как врем движени ионов во врем пролетном масс-спектрометре в достаточно хорошем приближении пр мо пропорционально 0 Watr, resulting in a decrease in the difference in the time of flight of the reference component ions from the established time. This keeps the time of flight of the reference component ions equal to that established with high accuracy over a long time. In this case, the transit times of all other ions corresponding to other components of the mass spectrum are stabilized, since the time of movement of the ions during the transit mass spectrometer in a fairly good approximation is directly proportional to
В ФТИ за вл емое устройство было изготовлено с использованием масс-спектрометра - прототипа.At PTI, the claimed device was manufactured using a prototype mass spectrometer.
Отражатель ионов - двухзазорный. На электроды отражател подаютс потенциалы с установленного на выходе блока питани отражател ионов резисторного делител .The ion reflector is two-gap. Potentials are supplied to the reflector electrodes from the resistive divider ion reflector installed at the output of the power supply unit.
Настройка режима работы масс-спектрометра на оптимум по разрешающей способности и чувствительности (контролировавшиес с помощью осциллографа) производилась регулировкой соответствующих уровней напр жений , вырабатываемых блоком питани элементов масс-спектрометра и ГПИ при отключенном выходе измерител интервала времени от блока питани отражател ионов. Приблизительные значени этих уровней дл времени пролета ионов компонента, используемого в качестве реперного (азот; ионы Не+: М - 28), равного 10 мкс, были оценены расчетным путем. Врем пролета ионов На . контролируемое с помощью осциллографа, устанавливалось при регулировке равным 10 мкс с погрешностью ±200 не. Энерги дрейфа ионов в бесполевом пространстве при этом принимала значени в диапазоне от 700 до 800 эЕ (при ширине области ионизации 1 мм). Ширина первого зазора отражател ионов составл ла 5 мм; напр женность электрического пол в нем 100 В/мм. Ширина второго зазора 40 мм; напр женность электрического пол в нем 10 В/мм.Adjusting the operating mode of the mass spectrometer to the optimum in resolution and sensitivity (controlled with an oscilloscope) was made by adjusting the appropriate voltage levels generated by the power supply unit of the mass spectrometer and the GUI elements with the output of the ion reflector power supply off. Approximate values of these levels for the transit time of the ions of the component used as a reference (nitrogen; ions He +: M - 28), equal to 10 µs, were estimated by calculation. Ion transit time controlled with an oscilloscope, was set with an adjustment equal to 10 μs with an error of ± 200 ns. In this case, the ion drift energy in the zero-free space took values in the range from 700 to 800 eE (with a width of the ionization region of 1 mm). The width of the first gap of the ion reflector was 5 mm; electric field intensity is 100 V / mm. The width of the second gap is 40 mm; electric field intensity is 10 V / mm.
Длительность пика, соответствующего однозар дным ионам с М 28 на уровне 10% высоты пика от основани , обусловленна р дом факторов, один из которых - разброс энергии дрейфа ионов, составл ла 50 не. При этом, как можно вычислить, использу приведенные данные, врем движени этих ионов в отражателе, в зависимости от их энергии дрейфа в бесполевом пространстве принимало значени в диапазоне от 2,351 (энерги дрейфа 700 эВ) до 2.816 мкс (энерги дрейфа 800 эВ).The duration of the peak corresponding to single charge ions with M 28 at the level of 10% of the peak height from the base, due to a number of factors, one of which is the ion drift energy spread, was not 50. In this case, as can be calculated using the above data, the time of movement of these ions in the reflector, depending on their drift energy in the no-field space, took values in the range from 2.351 (drift energy 700 eV) to 2.816 μs (drift energy 800 eV).
Можно также вычислить, что врем движени упом нутых ионов с М 28 в отражателе при уменьшении напр жени его блока питани на 5% принимает значени в диапазоне от 2,474 (энерги дрейфа 700 эВ) до 2,964 мкс (энерги дрейфа 800 эВ).It can also be calculated that the movement time of the said ions from M 28 in the reflector while reducing the voltage of its power supply unit by 5% takes values in the range from 2.474 (drift energy 700 eV) to 2.964 μs (drift energy 800 eV).
Из приведенных данных следует, что при снижении напр жени блока питани отражател на 5% от его оптимального значени происходит увеличение времени пролета однозар дных ионов с М 28 на 135 не и увеличение длительности соответствующего им пика масс-спектра максимум на 25 не.From the data it follows that with a decrease in the voltage of the power supply unit of the reflector by 5% of its optimal value, the time of flight of one-charge ions from M 28 to 135 n does not increase and the duration of the corresponding mass spectrum peak increases by a maximum of 25 n.
Таким образом, в масс-рефлектроне незначительное изменение напр жени на отражателе ионов при неизменных других параметрах приводит к существенному дл регистрации изменению времени пролета ионов (так как временна ширина окон каналов регистрации 100 не). Происход щееThus, in a mass reflectron, an insignificant change in the voltage on the ion reflector with other parameters unchanged leads to a significant change in the time of flight of ions for recording (since the time width of the windows of the recording channels is 100). What is happening
0 при этом некоторое увеличение длительности пиков (дефокусировка ионных пакетов) дл регистрации интенсивности пиков масс- спектра не существенно.0 while a slight increase in the duration of the peaks (defocusing of the ion packets) for recording the intensity of the peaks of the mass spectrum is not significant.
Изменение на 100 не времени пролетаChange by 100 is not flight time
5 каким-либо другим способом, например путем изменени энергии дрейфа ионов, приводит к существенной дефокусировке ион- ( ных пакетов.у5 in some other way, for example, by changing the ion drift energy, leads to a substantial defocusing of ion packets.
Упорное врем устанавливалось путемHard time was established by
0 дискретного переключени в измерителе интервала времени, равного 10 мкс (Тдр), с точностью до минимального шага переключени , который составл л 100 не.0 discrete switching in the time interval meter of 10 µs (Tdr), with an accuracy of the minimum switching step which was 100 ns.
При подаче выходного аналогового на5 пр жени от измерител интервала времени на блок питани отражател ионов выходное напр жение последнего устанавливалось таким, что врем пролета ионов На становилось равным опорному с по0 грешностью, меньшей, чем t1 не (это контролировалось также с помощью осциллографа) и это равенство сохран лось в течение всего времени работы прибора. Испытани , проведенные при непрерывнойWhen the output analog voltage was supplied from the time interval meter to the ion reflector power supply unit, the output voltage of the latter was set such that the passage time of the Na ions became equal to the reference voltage with a error less than t1 not (this was also controlled with an oscilloscope) and this equality was maintained during the entire operation time of the device. Tests carried out in continuous
5 работе прибора (за вл емое устройство) в течение недели показали, что он обеспечивает принципиально более высокую точность измерени амплитуды пиков масс-спектра при длительной работе по5, the device operation (the claimed device) during the week showed that it provides a fundamentally higher accuracy of measuring the amplitudes of the peaks of the mass spectrum during long-term operation over
0 сравнению с прототипом. Так, прототип обеспечивал анализ состава газовых смесей дл каждого компонента с погрешностью, не превышающей 0,4 об.% в течение лишь 4 ч, тогда как за вл емое устройство обес5 печивает анализ с такой же погрешностью в течение 24 ч и более.0 compared to the prototype. Thus, the prototype provided an analysis of the composition of the gas mixtures for each component with an error not exceeding 0.4 vol.% For only 4 hours, whereas the inventive device provides an analysis with the same error for 24 hours or more.
Дополнительным положительным эффектом при использовании за вл емого устройства вл етс повышение в 5 разAn additional positive effect when using the claimed device is an increase of 5 times
0 температурной стабильности анализа. Это резко снижает требовани к стабилизации температуры воздуха в помещении, где размещаетс масс-спектрометр (с ± 1 до± 5°С), что имеет большое значение при его эксплуа5 тации в промышленных услови х.0 temperature stability analysis. This dramatically reduces the requirements for stabilizing the air temperature in the room where the mass spectrometer is located (from ± 1 to ± 5 ° C), which is of great importance when it is used in industrial conditions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914899452A SU1760577A1 (en) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Time-of-flight mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914899452A SU1760577A1 (en) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Time-of-flight mass spectrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1760577A1 true SU1760577A1 (en) | 1992-09-07 |
Family
ID=21553822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914899452A SU1760577A1 (en) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Time-of-flight mass spectrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1760577A1 (en) |
-
1991
- 1991-01-08 SU SU914899452A patent/SU1760577A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 198034,кл. Н 01 J 49/40. 1967 .Авторское свидетельство СССР № 516306, кл. Н 01 J 49/40, 1979 З.Батюк В.А., Гросс Я.Г., Иванов М.А., Мамы- рин Б.А., Уваров А.А. Масс-спектрометр Мзсс- рефлектрон ФТИАН дл контрол металлургических процессов. Сборник научных трудов Научное приборостроение и экспериментальные исследовани - Л Наука, 1984, с.114. .Блошихин И.А,, Быков В.В., Васин В.В. и др. Справочник по радиоэлектронным системам. Т.2.-М.: Энерги . 1979, с:97-98. 100-102. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7663100B2 (en) | Reversed geometry MALDI TOF | |
CA2042386A1 (en) | Instrument and method for the laser desorption of ions in mass spectrometry | |
US2582216A (en) | Mass spectrometer | |
US6861645B2 (en) | High resolution method for using time-of-flight mass spectrometers with orthogonal ion injection | |
US20060043283A1 (en) | Temperature compensated time-of-flight mass spectrometer | |
SU1681340A1 (en) | Method of mass-spectrometric analysis for time-of-flight of uninterrupted beam of ions | |
GB2317049A (en) | MALDI time-of-flight mass spectrometers | |
US2938116A (en) | Molecular mass spectrometer | |
US20060016977A1 (en) | Time-of-flight analyzer | |
JP2005302622A (en) | Time-of-flight type mass spectrometer, and method of mass spectrometry | |
Stults et al. | Mass spectrometry/mass spectrometry by time-resolved magnetic dispersion | |
US3812355A (en) | Apparatus and methods for measuring ion mass as a function of mobility | |
SU1760577A1 (en) | Time-of-flight mass spectrometer | |
US6723983B2 (en) | High throughput of laser desorption mass spectra in time-of-flight mass spectrometers | |
Myers et al. | Isotope ratios and abundance sensitivity obtained with an inductively coupled plasma-time-of-flight mass spectrometer | |
Karstensen et al. | Absolute cross sections for single and double ionisation of Mg atoms by electron impact | |
US20050247869A1 (en) | Mass spectrometer | |
EP0209236A1 (en) | Electron beam testing of integrated circuits | |
US3767914A (en) | Continuous injection mass spectrometer | |
Olthoff et al. | Modification of Wiley-McLaren tof analyzers for laser desorption | |
Lincoln | Simple Display System for Recording Time‐Resolved Mass Spectra | |
Nordholt et al. | The Cassini ion mass spectrometer: Performance metrics and techniques | |
Meier et al. | Measurement of ion residence times in a commercial electron impact ion source | |
US3764803A (en) | Mass spectrometer | |
SU1527677A1 (en) | Transit time-mass-spectrometer unit |