Содержит результаты разработки и исследования методов пространственно-временной фокусировки немоноэнергетичных заряженных частиц в двумерных линейных высокочастотных электрических полях. <...> Предметом нашего рассмотрения являются приборы динамического типа, в которых массселективное разделение заряженных частиц происходит под
действием переменных ВЧ электрических полей. <...> Траектории движения заряженных частиц в ВЧ полях имеют
колебательный характер, что позволяет при ограниченных
размерах электродных систем анализаторов удерживать в них
частицы длительное время и получать высокие масс-селективные
свойства приборов. <...> Математической основой для исследования процессов разделения
ионов в линейных ВЧ полях являются дифференциальные
уравнения второго порядка с периодическими коэффициентами –
уравнения Матье [1]. <...> Паулем фильтр масс и ионная
ловушка явились результатом удачного синтеза положений теории
функций Матье и идей фокусировки заряженных частиц в
электрических и магнитных линзах [2]. <...> Конструктивная гибкость квадрупольных
анализаторов позволяет использовать их в таких областях, как
биология, фармацевтика, пищевая промышленность, медицина,
мониторинг окружающей среды, а также в фундаментальных
и прикладных физико-химических исследованиях [7]. <...> Наблюдается
рост финансирования зарубежными фирмами исследований
и разработок новых типов приборов, в основе которых лежит
принцип масс-разделения ионов в квадрупольных ВЧ полях. <...> В данной работе исследуются фокусирующие свойства линейных
электрических ВЧ полей и возможность создания на их основе
времяпролетных масс-спектрометров нового типа – радиочастотных масс-рефлектронов. <...> МЕТОДЫ МАСС-РАЗДЕЛЕНИЯ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ПО ВРЕМЕНИ ПРОЛЕТА
В современной масс-спектрометрии широко используются
приборы с гиперболическими электродными системами, в которых
масс-разделение ионов осуществляется в переменных электрических полях [3 <...>
Радиочастотные_времяпролетные_масс-анализаторы_ионов.pdf
Горячая линия - Телеком
Стр.1
Радиочастотные_времяпролетные_масс-анализаторы_ионов_(1).pdf
УДК 621.384.82
ББК 32.851
М22
Р е ц е н з е н т ы : доктор физ.-мат. наук, профессор М. И. Явор, главный научный
сотрудник Института аналитического приборостроения РАН (С.-Петербург);
доктор физ.-мат. наук, профессор Н. В. Коненков, Рязанский государственный
педагогический университета имени С.А. Есенина
Мамонтов Е. В., Гуров В. С.
М22 Радиочастотные времяпролетные масс-анализаторы ионов. –
М.: Горячая линия – Телеком, 2012. – 98 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0231-2.
Содержит результаты разработки и исследования методов пространственно-временной
фокусировки немоноэнергетичных заряженных
частиц в двумерных линейных высокочастотных электрических
полях. Представлены ионно-оптические схемы, аналитические
и численные модели времяпролетных масс-анализаторов ионов с высокочастотными
полями – радиочастотных масс-рефлектронов. Приведены
результаты компьютерного моделирования траекторий движения
заряженных частиц в радиочастотных масс-рефлектронах,
оценки их аналитических возможностей.
Для специалистов и научных работников, работающих в области
масс-спектрометрических методов микроанализа вещества, руководителей
и экспертов инновационных и венчурных компаний, будет
полезна аспирантам и студентам соответствующих специальностей.
ББК 32.851
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU
Научное издание
Мамонтов Евгений Васильевич, Гуров Виктор Сергеевич
Радиочастотные времяпролетные масс-анализаторы ионов
Монография
Компьютерная верстка И. А. Благодаровой
Обложка художника В. Г. Ситникова
Подписано в печать 05.11.2011. Печать офсетная. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 8,13. Тираж 500 экз.
ISBN 978-5-9912-0231-2
© Е. В. Мамонтов, В. С. Гуров, 2012
© Издательство «Горячая линия – Телеком», 2012
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ
Среди многообразия способов анализа вещества массспектрометрические
методы являются наиболее эффективными.
Возможность масс-разделения и регистрации отдельных атомов
и молекул вещества потенциально обеспечивает масс-спектрометрическим
методам высокую чувствительность. В основе
современных масс-спектрометрических методов исследования
состава вещества лежат различия в траекториях движения
заряженных частиц с неодинаковыми удельными зарядами
, где е и m – заряд и масса частицы, в электрических
z e m/
и магнитных полях. Масс-селективные свойства обнаруживаются
при движении заряженных частиц как в статических, так и в динамических
полях, и соответственно различают масс-спектрометры
статического и динамического типа. Предметом нашего рассмотрения
являются приборы динамического типа, в которых массселективное
разделение заряженных частиц происходит под
действием переменных ВЧ электрических полей.
Траектории движения заряженных частиц в ВЧ полях имеют
колебательный характер, что позволяет при ограниченных
размерах электродных систем анализаторов удерживать в них
частицы длительное время и получать высокие масс-селективные
свойства приборов. Наиболее распространенными являются
динамические масс-анализаторы ионов с двумерными и трехмерными
линейными электрическими полями, образованными
гиперболическими и гиперболоидными электродными системами.
Математической основой для исследования процессов разделения
ионов в линейных ВЧ полях являются дифференциальные
уравнения второго порядка с периодическими коэффициентами –
уравнения Матье [1]. Большинство функций Матье, применяемых в
технической и прикладной математике, было найдено при решении
практических задач, одной из которых явилась массспектрометрия.
Предложенные
в 1953 году В. Паулем фильтр масс и ионная
ловушка явились результатом удачного синтеза положений теории
функций Матье и идей фокусировки заряженных частиц в
электрических и магнитных линзах [2]. Разнообразие методов
удержания и разделения ионов в линейных ВЧ электрических
Стр.3
4
Радиочастотные времяпролетные
масс-анализаторы ионов
полях позволило создать широкий класс масс-спектрометрических
приборов с высокими аналитическими и потребительскими
свойствами [3, 4, 5]. Конструктивная гибкость квадрупольных
анализаторов позволяет использовать их в таких областях, как
биология, фармацевтика, пищевая промышленность, медицина,
мониторинг окружающей среды, а также в фундаментальных
и прикладных физико-химических исследованиях [7]. Наблюдается
рост финансирования зарубежными фирмами исследований
и разработок новых типов приборов, в основе которых лежит
принцип масс-разделения ионов в квадрупольных ВЧ полях.
В данной работе исследуются фокусирующие свойства линейных
электрических ВЧ полей и возможность создания на их основе
времяпролетных масс-спектрометров нового типа – радиочастотных
масс-рефлектронов.
Стр.4
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .......................................................................................3
Методы масс-разделения заряженных частиц
по времени пролета .............................................................................5
Траектории движения заряженных частиц в линейных ВЧ
электрических полях с параметром Матье а = 0...............................10
Возвратные колебания заряженных частиц в ВЧ полях
с двумерным квадратичным распределением потенциала...............28
Возвратные колебания ионов в линейных ВЧ полях
с двумерным линейным распределением потенциала......................36
Масс-разделение ионов по времени пролета
в гиперболических анализаторах монопольного типа......................42
Масс-разделение ионов по времени пролета
в гиперболических анализаторах дипольного типа..........................59
Радиочастотный масс-рефлектрон
с плоскими дискретными электродами.............................................65
Времяпролетное масс-разделение ионов
в пространственно-периодических линейных ВЧ
электрических полях .........................................................................77
Источники ионов для радиочастотных
времяпролетных масс-спектрометров...............................................84
Заключение .................................................................................93
Список литературы.....................................................................94
Стр.98