Движение ионов в слабо возмущенных квадрупольных электрических полях

• Автор: Глебова, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 130 с. : ил

АННОТАЦИЯ
Исследованы три основных фактора, влияющих на форму контура пропускания квадрупольного фильтра масс с круглыми электродами. Первый и хорошо известный обусловлен использованием круглых стержней, которые формируют квадрупольное поле с мультипольными составляющими. Ранее предполагалось, что устранение гексапольной пространственной гармоники поля путем заданного (г/г0 = 1.148) симметричного расположения идентичных круглых электродов, приводит к минимуму искажений масс пика и обеспечивает максимум пропускания. Анализ спектрального состава пространственных гармоник показал, что возможна конфигурация электродов (г/г0=1.13), при которой пропускание максимально за счет компенсации шестой и десятой пространственных гармоник поля, амплитуды которых имеют разные знаки.
При движении частиц в идеальном поле размытие границ пропускания («хвосты» пиков) фильтра масс определяется временем сортировки ионов; при движении ионов в слабо возмущенных квадрупольных полях оно вызвано мультипольными компонентами полей. Это второй фактор. Устранение влияния до некоторой степени второго фактора на форму масс-пика может быть достигнуто путем квадрупольного возбуждения колебаний ионов при бигар-мопическом питании фильтра масс.
Третий фактор - это волнообразное движение ионов в квадрупольном поле, которое приводит к периодической «засветке» выходной диафрагмы фильтра масс. В результате этого на контуре пропускания появляются локальные минимумы и максимумы, то есть происходит искажение формы массового пика. Исследование причин, приводящих к искажению формы масс пика, потребовало анализа движения ионов в слабо возмущенных квадрупольных полях. Инструментом исследования служила программа БОРШИ, предназначенная для решения системы нелинейных уравнений второго порядка, описывающих движение ионов в мультипольных полях, а также программа
1.АР1.Л88 для расчета амплитуд мультипольных компонент.
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава Г АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ИОНОВ В КВАДРУПОЛЬНОМ ПОЛЕ (обзор литературы)
1.1. Высшие зоны стабильности
1.2. КМС с квадрупольным возбуждением
1.3. Аналитическое описание поля КФМ с круглыми электродами
1.4. Моделирование движения ионов в квадрупольных полях
1.5. Постановка задачи
Глава 2. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ГАРМОНИКИ КВАДРУПОЛЬНОГО
ФИЛЬТРА МАСС С КРУГЛЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
2.1. Общее представление мультипольных полей
2.2. Метод расчета распределения потенциала
2.3. Симметричные смещения электродов
2.4. Влияние асимметрии питания электродов
2.5. Влияние линейных и угловых смещений электродов
2.6. Влияние изменения радиуса стержня
2.7. Расчет КФМ с заданной величиной октупольных искажений
2.8. Выводы
Глава 3. ДВИЖЕНИЕ ИОНОВ В СЛАБОВОЗМУЩЕННЫХ
КВАДРУПОЛЬНЫХ ПОЛЯХ
3.1. Пространственные гармоники
3.2. Уравнения движения ионов
3.3. Численный метод расчета траекторий ионов в квадрупольных
полях
3.4. Траектории ионов в мультипольных полях
3.5. Оптимальное положение круглых электродов

3.6. Влияние неидентичности электродов на контур пропускания в первой
области стабильности
3.7. Влияние неидентичности электродов на контур пропускания в третьей
области стабильности
3.8. Влияние угловых смещений электродов на контур пропускания в
третьей области стабильности
3.9. Влияние квадруполыюго возбуждения на форму массового пика
3.10. Выводы
Глава 4. ПРИРОДА ПРОВАЛОВ НА КОНТУРЕ ПРОПУСКАНИЯ КФМ В
ТРЕТЬЕЙ ЗОНЕ СТАБИЛЬНОСТИ
4.1. Искажение формы массового пика
4.2. Эксперимент
4.3. Основные частоты колебаний ионов
4.4. Условия наблюдения эффекта фокусировки ионов
4.5. Структура пика и идентификация
4.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

намического диапазона до 108 авторы [63] рассчитывали границы аксептанса КФМ.
В результате была детально рассчитана форма массового пика ионов 40Са+, которая далее сравнивалась с экспериментально наблюдаемой формой пика. Обнаружена тонкая структура пика, когда имеются локальные максимумы и минимумы (30%-провалы) для случая лазерной ионизации. При ио-

низации электронным ударом провалы на массовом пике С а отсутствуют. В расчетах использовалось 1000 траекторий на точку. Различие формы пика для двух методов ионизации связывается с узостью функции распределения ионов по энергиям в источниках ионов.
В работе [82] также реализована компьютерная модель для расчета характеристик КФМ как с гиперболическим профилем электродов, так и с круглым сечением. Указывается, что характеристики КФМ с круглыми электродами хуже, чем для случая гиперболических электродов. Как и в работе [62] использовался метод Рунге-Кутта четвертого порядка для расчета траекторий ионов. В расчетах влияние краевых полей не принималось во внимание. Входной пучок имел Гауссов профиль и начальные условия задавались случайным образом.
Для случая круглых стержней решалась задача Лапласа. В результате поле характеризовалось заданием напряженностей полей Ех и Еу на сетке. Потенциалы на противоположных парах электродов задавались равными ± 1 (х-электроды имеют положительный потенциал, у-электроды - отрицательный). Отмечается, что дискретность сетки ограничивается памятью компьютера. Отметим, что выбиралась структура электродов с соотношением г/г0 = 1.148 и отмечалось, что это оптимальная структура.
В результате было найдено, что массовые пики смещены в случае идеального поля и поля анализатора с круглыми электродами. В искаженном поле хвост со стороны легких масс ярко выражен. С увеличением разрешающей способности смещение пиков более существенно.