Разработка методов и устройств масс-анализа ионов в монополярных линейных высокочастотных электрических полях

• Автор: Мамонтов, Евгений Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 338 с. : ил.

Аннотация
Работа посвящена разработке новых эффективных методов и устройств масс-анализа ионов в монополярных линейных высокочастотных электрических полях. Предложены и исследованы два варианта монополярных масс-анализаторов заряженных частиц с гиперболоидными и с плоскими с дискрено-линейным распределением потенциала электродами.
Рассмотрены режимы масс-разделения ионов вдоль одной координаты в трехмерных монополярных анализаторах с двумя электродами и фазовым бесполевым вводом ионов, обеспечивающие высокую скорость анализа и исключающие образование диэлектрических пленок на электродах.
Рассмотрен механизм времяпролетного масс-разделения заряженных частиц в двумерных линейных ВЧ полях с временной фокусировкой ионов по энергиям, углам и координатам влета, позволяющий увеличить диапазон начальных энергий и значение объемного заряда ионов.
Предложен и разработан метод формирования двумерных линейных электрических полей для радиочастотных масс-рефлектронов, использующий плоские электроды с дискретно-линейным распределением потенциала. Для увеличения времени дрейфа ионов и повышения разрешающей способности предложены и исследованы многоотражательные радиочастотные масс-рефлектроны с пространственно-периодическими линейными ВЧ полями. Построены аппаратные функции и получены оценки аналитических параметров радиочастотных масс-рефлектронов.
Разработаны источники ионов для радиочастотных времяпролетных масс-анализаторов с временной фокусировкой ионов по начальным координатам.
Проведено исследование экспериментальных масс-спектрометров с разделением ионов по массам в монополярных ВЧ полях, создаваемых гиперболоидными электродами и системами из плоских с дискретнолинейным распределением потенциала электродов.

Содержание
Введение
Глава 1. Разделение по массам заряженных частиц в линейных высокочастотных электрических ВЧ полях
1.1 Движение заряженных частиц в квадрупольных ВЧ полях
1.2 Режимы масс-разделения ионов в трехмерных гиперболоидных анализаторах
1.3 Масс-анализаторы ионов с двумерными и трехмерными линейными и электрическими полями
1.4 Масс-разделение заряженных частиц по времени пролета
1.5 Способы высокочастотного питания квадрупольных масс-анализаторов
1.6 Постановка задачи
Глава 2. Масс-разделение ионов в монополярных высокочастотных полях с трехмерных квадратичным распределением потенциала
2.1 Периодические решения нулевого порядка уравнений Матье-Хилла
2.2 Условия существования неотрицательных периодических траекторий движения заряженных частиц
2.3 Масс-разделение ионов в монополярных гиперболоидных анализаторах с высокочастотными электрическими полями
2.4 Огибающие траекторий ионов в линейных высокочастотных полях в окрестностях границы стабильности.
2.5 Области удержания ионов в гиперболоидных монополярных анализаторах
2.6 Форма массовых линий трехмерных монополярных масс-анализаторов ионов с линейными ВЧ полями

2.7 Траектории движения ионов в гиперболоидных моно-полярных анализаторах в радиальном направлении
2.8 Выводы к главе
Глава 3. Монополярные гиперболоидные анализаторы с масс-разделением ионов вдоль одной кординаты
3.1 Монополярные масс-анализаторы ионов с трехмерным квадратичным распределением потенциала
3.2 Монополярный гиперболоидный масс-анализатор ионов типа трехмерного монополя
3.3 Монополярный масс-анализатор ионов типа гиперболоидного конденсатора
3.4 Трехмерный монополярный масс-анализатор с внешним вводом ионов
3.5 Гиперболоидный анализатор типа монополярной ионной ловушки
3.6 Влияние отклонений геометрии электродных систем на точность поля в монополярных гиперболоидных анализаторах
3.7 Выводы к главе
Глава 4. Масс-селективные свойства монополярных гиперболоидных анализаторов со слабонелинейными отклонениями поля
4.1 Траектории ионов в слабонелинейных высокочастотных электрических полях
4.2 Масс-селективные свойства монополярных анализаторов со слабонелинейными высокочастотными полями
4.3 Гиперболоидный масс-анализатор типа монополярной ионной ловушки
4.4 Масс-селективные свойства монополярной ионной ловушки в режиме внешнего ввода ионов

173 173

улучшения параметров ИЛ в режиме резонансного вывода ионов [76, 77]. Как отмечалось выше, наличие буферного газа локализует координаты стабильных ионов в центре ловушки, а амплитуды колебаний выводимых ионов в режиме селективной нестабильности возрастают лишь по одной координате я. Это создало условия для избирательного воздействия нелинейного поля на нестабильные ионы в направлении оси г. Поэтому логическим развитием режима масс-селективной нестабильности в присутствии буферного газа стало применение нелинейной ионной ловушки
Фирмой Finigan МАТ для увеличения скорости вывода ионов в режиме масс-селективной нестабильности ионов была использована ИЛ с увеличенным расстоянием между электродами [93]. Позже появились ловушки с измененным углом гипербол. Такого рода модификации ИЛ создают мультипольные отклонения потенциала от квадратичного вида [93, 94]:
где г и А, — порядок и величина отклонений, Р1 - полином /-ой степени, удовлетворяющий уравнению Лапласа. Величина мультипольных отклонений минимальна в центре анализатора и возрастает к границам электродной системы. В режиме масс-селективной нестабильности ионов с буферным газом такого рода нелинейности поля оказывают влияние на колебания нестабильных ионов, амплитуда которых возрастает во время их вывода из анализатора, и практически не влияют на поведение стабильных ионов, сосредоточенных в центре системы. Выбором порядка, величины и знака мультипольных отклонений Ар удается существенно (на порядок) повысить разрешающую способность трехмерных квадрупольных анализаторов [93]. Эффективным способом повышения разрешения стало также
[93, 94].

(1.18)