Разработка и создание измерительной ячейки масс-спектрометра ионного циклотронного резонанса с динамической гармонизацией электрического поля

• Автор: Болдин, Иван Александрович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 82 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава Т. Основы масс-спектрометрии ИЦР-ПФ и обзор предложенных конструкций измерительных ячеек

Основной принцип масс-спектрометрии ИЦР-ПФ

Общее описание процедуры ИЦР-ПФ эксперимента

Линейная теория движения ионов в измерительной ячейке ИЦР

Аналитические характеристики масс-спектрометра ИЦР-ПФ

Нелинейные эффекты движения ионов в измерительной ячейке ИЦР

Неидеальное удерживающее электрическое поле

Кулоновское взаимодействие ионов друг с другом и с наведенными на электродах зарядами

Неоднородное поле возбуждения и нелинейное детектирование

Существующие измерительные ячейки ИЦР
Оптимизация поля возбуждения
Оптимизация удерживающего электрического поля
Нерешенные проблемы и постановка задачи
Глава II. Принцип новой измерительной ячейки ИЦР и теоретический анализ ее функционирования
Теоретические основы предлагаемого принципа
Конструкция новой измерительной ячейки ИЦР
Моделирование движения ионов в новой измерительной ячейке ИЦР
Глава III. Экспериментальное исследование новой измерительной ячейки ИЦР
Описание эксперимента
Результаты
Сравнение новой изменительной ячейки со скомпенсированной ячейкой
Определение циклотронного радиуса
Обсуждение результатов
Выводы
Список литературы

Введение
Метод масс-спектрометрии ионного циклотронного резонанса с
преобразованием Фурье (ИЦР ПФ) обладает самой высокой разрешающей
способностью и точностью измерения масс среди всех известных методов
масс-спектрометрии. Сверхвысокие характеристики масс-спектрометров
ИЦР ПФ позволяют успешно применять их при решении самых сложных
аналитических задач, таких как: анализ сложных смесей - нефть, гуминовые
вещества; идентификация молекулы по точной массе; разделение изотопных
кластеров в масс-спектрах белков в top-down протеомике для определения
моноизотопной массы. Измерительной ячейкой масс-спектрометра ИЦР ПФ
является ионная ловушка Пеннинга. В такой ловушке ионы удерживаются
сильным магнитным полем в радиальном направлении, а в направлении
вдоль магнитного поля они удерживаются электрическим полем. Для
измерения отношения массы к заряду на электроды измерительной ячейки
подается переменное напряжение, которое, входя в резонанс с
циклотронными частотами ионов, возбуждает их циклотронное движение.
Вращающиеся ионы наводят переменный ток между детектирующими
электродами измерительной ячейки, зависимость которого от времени
измеряется, и получаемый сигнал подвергается частотному анализу, который
обычно совершается методом преобразования Фурье, в результате которого
получается спектр циклотронных частот. По циклотронным частотам по
известной формуле определяются отношения масс к зарядам. При заданной
индукции магнитного поля, в котором находится измерительная ячейка ИЦР,
для увеличения разрешающей способности и точности измерения массы
нужно увеличивать время детектирования наведенного тока в соответствии
со свойствами Фурье преобразования. Для этого необходимо, чтобы ионное
облако, совершающее циклотронное движение, двигалось синхронно как
можно дольше. Основными факторами, лимитирующими время, в течение
которого детектируемый ток не затухает, является давление остаточных

Рис. 1.8. Измерительная ячейка ИЦР с гиперболическими электродами.
Практически идеальное гиперболическое поле можно создать с помощью
трехмерной гиперболической ловушки, то есть ловушки, поверхности
электродов которой задаются уравнением (3). Электроды возбуждения и
детектирования можно образовать, разделив кольцевой электрод на четыре
равные части [57, 58] (рис. 1.8). Однако чтобы такая измерительная ячейка
давала поле близкое к идеально гиперболическому, габаритные размеры
ячейки должны в несколько раз превышать размер области доступной для
полета ионов. Размеры измерительной ячейки ИЦР очень ограничены, так
как она должна помещаться внутри сверхпроводящего соленоида. Поэтому
получается, что рабочая область соленоида используется неэффективно.
Другими словами область, в которой ионы могут вращаться, значительно
меньше, чем область однородности магнитного поля. Частично эта проблема
была решена путем использования гиперболических ловушек Пеннинга с
компенсационными электродами [56-58]. Размеры гиперболических