Электрические квадрупольные масс-анализаторы

Квадрупольные масс-анализаторы состоят из четырех параллельных металлических стержней, подключенных к генератору высокочастотного напряжения, они являются наиболее широко используемыми динамическими приборами с постоянным расстоянием пролета ионов (рис. 2).

Уравнения движения ионов определяются постоянным напряжением (У постоянного тока и высокочастотным напряжением Vcos wt, которое приложено к двум противоположным парам соединенных стержней (в идеале с сечением в форме гиперболы, но часто на практике в форме круга) с разностью фаз 180°:

$$\frac{Md2E}{Qdt^{2}}= \frac{2x}{r_{0}^{2}}(U+Vcos wt), (2)$$

$$\frac{Md2y}{Qdt^{2}}= \frac{2y}{r_{0}^{2}}(U+Vcos wt), (3)$$

$$\frac{Md2z}{Qdt^{2}}= 0, (4)$$

В этих уравнениях описываются колебательные движения, находящиеся под влиянием Vcos wt, которое налагается на фокусирующий эффект U в направлении х и на расфокусирующий эффект в направлении у. (r0 — радиус делительной окружности стержней, c0 - это частота колебаний напряжения, и ось z параллельна оси цилиндров.) Отношение между M/Q и параметром сканирования (напряжением) является линейным, в результате чего получается линейная ось центров тяжести. (Расстояние между пиками не зависит от M/Q.)

Движение ионов в направлениях х и у является независимым. При движении в направлении х уравнение (2) обеспечивает простое объяснение: напряжение постоянного тока будет генерировать простое гармоническое движение, в то время как высокочастотное напряжение будет генерировать вынужденное колебание. Наложение двух сил создаст в результате траектории, аналогичные резонансной системе, возбуждаемой «нерезонансно» - колебания вначале происходят с увеличивающейся, а затем с уменьшающейся амплитудами [119]. В результате создается сила в направлении оси z, образуется фокусирующий эффект для движения ионов в направлении у.

квадрупольный анализатор

Рис. 2. Схема электрического квадрупольного масс-анализатора

Посредством подстановки уравнения движений в направлении хи у могут быть приведены к одному виду - уравнению типа уравнения Матье [120]. Решения уравнения Матье выражают траектории ионов как функцию операционных параметров U, V, со и отношения массы к заряду. Те комбинации, которые в результате образуют стабильные траектории, определяют «область стабильности» (может выражаться с точки зрения двух безразмерных переменных а=8U/mr02w2 и q=4V/mr02w2)2, где т = M/Q). В плоскости a-q площадь, похожая на треугольник, содержит все такие пары а, q, которые соответствуют стабильным траекториям. (Тремя угловыми точками являются: a, q (0, 0); a, q (0,237, 0,706) - вершина; a, q (0, 0,91).) Кривая, соединяющая первые две точки, отмечает границу нестабильности в направлении у, при этом все точки слева являются нестабильными в направлении у. Линия, соединяющая последние две точки, отмечает границу области нестабильности х, при этом все точки справа являются нестабильными в направлении х. На вершине треугольника только одно массовое число (т) имеет стабильные траектории (неограниченная разрешающая способность), в то время как на линейном сегменте внутри треугольника «стабильным» является диапазон массовых чисел. Высокий предел этого массового диапазона называется «критической массой верхних частот»; ионы с более высоким массовым числом будут иметь нестабильные траектории в направлении у. Ионы с более низким массовым числом, чем «критическая масса низких частот» будут иметь нестабильные траектории в направлении х [121]. Примеры траекторий ионов и область стабильности a-q были опубликованы в более раннем издании [122]. Вместо карты стабильности a-q мы рассмотрим критерии стабильности и сканирование в плоскости U-V(рис. 3). Как мы видели выше, три угловые точки отмечают подобную треугольнику площадь пар a-q, обеспечивающих стабильные траектории. В данном приборе (при г0), работающем при определенной частоте (ш), а и q являются пропорциональными U/m и V/т соответственно. Поэтому в плоскости U- Ккаждая масса имеет свой собственный треугольник стабильности. Сканирование реализуется путем одновременного увеличения напряжения постоянного тока и частоты относительно первоначального значения напряжения постоянного тока (U0) и «линии сканирования». Ионы с более высокими массовыми числами (от) по сравнению с «критической массой высоких частот» будут иметь нестабильные траектории в направлении у, в то время как ионы с более низкими массовыми числами, чем «критическая масса низких частот», имеют нестабильные траектории в направлении х [121 ]. Примеры траекторий ионов можно найти в работе [ 122], а график с областями стабильности показан на рис. 3.

графики траектории ионов

Рис. 3. Графики стабильности траектории ионов (квадрупольные масс-анализаторы). Направления х и е перпендикулярны оси анализатора

Точка а на рис. 3 на линии сканирования соответствует паре Ua и Va, где траектории ионов с отношением массы к заряду, равным m1, становятся стабильными не только в направлении х, но также в направлении у. Траектории ионов с большим массовым числом будут нестабильными в направлении у - кривая «нестабильности в направлении у», m2 (m2 > m1), которая пересекает линию сканирования в точке с. Траектории ионов со значительно более низкими массовыми числами, чем оть являются нестабильными в направлении х. Кривая «нестабильности в направлении х» для отношения от, пересекает линию сканирования в точке b, в то время как в случае m2 она имеет пересечение в точке d. Для пары напряжения (/„, Уа кривая «нестабильности в направлении х» пересекает линию сканирования для несколько более низкой массы, чем m1 в точке а. (Это массовое число будет определяться как m1 - Δm.) Это означает, что ионы с массовым числом выше m1 - Δm, но ниже от, будут иметь стабильные траектории как в направлении х, так и в направлении у, когда выбирается пара напряжения (Ua Va. Ширина этого окна, Δm, очевидно связана с углом наклона линии сканирования - вблизи вершины областей стабильности ширина полосы фильтра будет узкой.

Если U и V увеличиваются одновременно по линии сканирования, в конечном итоге достигается точка b. Это точка, где траектории х ионов массой m1 становятся нестабильными. Кривая «нестабильности в направлении у» для несколько более высокого массового числа (m+ Δm) будет пересекать линию сканирования в той же самой точке b. Поэтому по мере того, как увеличиваются одновременно U и V по линии сканирования, окно Ат перемещается от более низких массовых чисел к более высоким (сканирование).

Общий результат заключается в том, что высокочастотное поле без компонента постоянного тока создаст фильтр «высоких частот», пропускающий ионы выше критического соотношения M/Q, в то время как добавление компонента постоянного тока будет создавать фильтр «низких частот». Величина напряжения постоянного тока определяет критическую массу «низких частот»: если она ниже критической массы «высоких частот», никакие ионы не могут дойти до детектора; если она выше критической массы «высоких частот», создается окно.

Сканирование массы осуществляется путем перемещения окна (Δm) посредством изменения амплитуды высокочастотного напряжения (и величины постоянного тока). Когда отношение U/V будет низким (менее 0,1), ширина окна будет большой, что приводит к низкой разрешающей способности масс-анализатора. При увеличении отношения U/V разрешающая способность увеличивается за счет эффективности прохождения ионов. Если отношение U/V приближается примерно к 0,168, то достигается вершина области стабильности, когда прохождение ионов падает до нуля при бесконечно высокой разрешающей способности. Экспериментально это критическое отношение U/V, как было установлено, слабо зависит от частоты колебаний [123]. Частота колебаний со также оказывает воздействие на предельную достигаемую разрешающую способность (М/ΔМ в 2-3 раза выше при 1,66 МГц, чем при 0,87 МГц).
В то время, как разрешающая способность будет изменяться по мере изменения массового числа в типичном приборе, могут быть выделены два особых случая. Если соотношение U/V сохраняется постоянным (U/V не зависит от M/Q), тогда мы получаем «режим постоянной разрешающей способности» (постоянное М/АМ). В этом случае ширина пика будет пропорциональна массовому числу, что в результате создаст узкие пики при малых массах и более широкие пики при больших массах. В другом особом случае отношение U/V изменяется по мере увеличения массового числа таким образом, что ширина пика {AM) поддерживается постоянной. Это называется «режимом постоянной ширины пика». Разрешающая способность (М/ΔМ) будет, следовательно, пропорциональной массовому числу.

На практике напряжение «смещения» постоянного тока (Uо, «низкая разрешающая способность») и угол наклона кривой функции U/V(U/Vпри высоких массах, «высокая разрешающей способность») могут изменяться отдельно для регулирования разрешающей способности при низком и высоком значениях M/Q. Величины высокочастотного напряжения и напряжения постоянного тока увеличиваются для смещения «окна» по шкале масс от низких значений M/Q к высоким. Удобной и часто используемой схемой является поддержание ширины пика (ΔM) более или менее постоянной по всему диапазону массы. Так называемый интегральный спектр получается легко путем выключения напряжения постоянного тока, чтобы все ионы с отношением M/Q достигали детектора по мере изменения высокочастотного напряжения (V) и записи спектра. Как видно из уравнения (4), квадруполе первоначальная осевая скорость остается без изменения.

Кроме так называемых областей первой стабильности, показанных на рис. 3, имеется еще несколько теоретически прогнозируемых областей, когда снова пересекаются кривые нестабильности в направлениях х и у. Они имеют ограниченную практическую ценность из-за уменьшения прохождения ионов и используемого диапазона массы, но для некоторых видов применения может быть полезной значительно улучшенная изотопическая чувствительность (в частности при отделении Не от D2) [ 124, 125].

Хотя производители предлагают масс-анализаторы с использованием электродов с идеальным гиперболическим сечением (керамика с покрытием Pt) [126], в большинстве практических масс-анализаторов используются металлические стержни круглого сечения. Преимущество масс-анализаторов с гиперболическими керамическими электродами заключается не только в более идеальном квадрупольном поле, но скорее в способности предоставлять информацию о парциальном давлении при температурах, повышенных до 400 °С. Эксплуатация масс-анализатора при повышенных температурах имеет смысл, когда предпринимается попытка количественного измерения адсорбирующих компонентов, в частности влаги [127]. Оптимальный радиус для цилиндрических электродов был определен теоретически (r = 1,148r0) [ 128]. Последствия замены гиперболического сечения на круглое были широко изучены. Уравнение движения включает элементы, отражающие соединение полей х и у. В результате этого у области стабильности получается «притупленная вершина» и некоторый сдвиг вправо, которые ограничивают теоретически достижимую максимальную разрешающую способность 1129, 130]. Влияние относительного радиуса электрода по сравнению с оптимальной величиной имеет важное значение в связи с увеличением необходимой приводной мощности для достижения той же самой разрешающей способности и чувствительности (в 2 раза, если г/г0 на 1% выше оптимального при М/ΔМ = 400). При постоянной приводной мощности в результате получается более низкая разрешающая способность и чувствительность [129]. Хотя гиперболические стержни превосходят круглые стержни по техническим характеристикам (максимальная достижимая разрешающая способность), увеличение приводной частоты может компенсировать разницу (квадрупольный масс-анализатор с круглыми стержнями при частоте 1,7 М Гц работает так же, как и масс-анализатор с гиперболическими стержнями того же размера при 0,7 МГц) [131]. Резкое уменьшение чувствительности приборов с круглыми стержнями при разрешающей способности ниже разрешающей способности приборов с гиперболическими стержнями главным образом связано с уменьшением эффективного радиуса прибора. Возмущения электрического поля, вызванные круглой формой стержней, ограничивают максимальное отклонение колеблющихся ионов от оси z до радиуса, значительно меньшего, чем г0.

Эффективность прохождения ионов через масс-анализатор представляет собой отношение тока собранных ионов к ионному току, входящему в квадрупольный масс-анализатор. Ее величина может быть найдена путем сравнения количества ионов с определенной массой, собранных в интегральном режиме (постоянный ток выключен) и количества ионов, собранных в стандартном режиме (постоянный ток включен) при использовании обычного источника ионов. Нанося на график эффективность прохождения ионов как функцию отношения б/К (которое определяет разрешающую способность), как правило, можно прийти к выводу, что эффективность прохождения ионов превышает на 80% величину отношения U/V, соответствующего вершине области стабильности (приблизительно U/V= 0,168) [123]. (Эффективность прохождения ионов измерялась как отношение собранного тока ионов к ионному току, входящему в масс-анализатор при данном M/Q. Этап в режиме «только переменный ток» или в режиме полного давления использовался для измерения тока, проходящего через фильтр. Общая эффективность прохождения ионов дш системы системы, т. е. отношение собранных ионов к ионам, генерированным в источнике (для данного M/Q, когда фильтр настроен на это соотношение M/Q), как правило, составляет 10-1- 10-3.) При использовании узкого ионного луча хорошо определенный источник энергии, перемещаемый в вакууме (в частности такой, как источник щелочных ионов Na+, К+ и т. д.) позволяет измерить эффективность прохождения ионов как функцию первичного смещения, направления и скорости [132]. Из этих измерений могут быть выведены эмпирические законы прохождения ионов [133] и определены формы эллиптических коллекторов в конкретных конструкциях квадрупольных масс-анализаторов.

При рассмотрении эффективности прохождения ионов в качестве функции разрешающей способности (рис. 4) при данной энергии ионов можно выделить три различных области на кривой функции. Поскольку квадрупольные приборы на практике наиболее часто работают в режиме постоянной ширины пика, а не в режиме постоянной разрешающей способности, далее мы пользуемся шириной пика как мерой разрешающей способности. (Обращаем внимание на то, что ширина пика увеличивается по мере уменьшения разрешающей способности.)

Если при данной настройке ионной энергии разрешающая способность низкая (ширина пика высокая), то будет обнаружено, что эффективность прохождения является медленной функцией разрешающей способности (такой, как почти горизонтальная часть линии В на рис. 4). Это режим работы, «ограниченный масс-анализатором»; количество ионов, собранных коллектором, приближается или превышает ионизирующую способность источника. Стабильность и воспроизводимость результатов определяются главным образом изменениями в ионном источнике. Эффективность прохождения ионов, как правило, увеличивается в зависимости от первоначальной скорости ионов (энергия ионов) в силу действия краевых полей (см. далее). Пики имеют «плоскую трапецеидальную форму».

прохождение ионов

Рис. 4. Зависимость эффективности прохождения ионов через квадрупольный масс-анализатор от его разрешающей способности (измеренной как ширина пика при 10%-ной высоте)

Уменьшение разрешающей способности (уменьшение ширины пика) выведет нас в область, где принимающая способность масс-анализатора будет значительно меньше излучательной способности ионного источника. Это режим работы, «ограниченный анализатором», где эффективность прохождения ионов будет сильно зависеть от входных условий. Последнее главным образом связано с неустойчивым импульсом, который получают ионы на входе в масс-анализатор. Его характер определяется несовершенными и очень сложными полями квадруполя. Доподлинно установлено, что краевые поля привносят зависимость эффективности прохождения ионов от осевой скорости иона. В краевых полях траектории ионов стабильны в плоскости xz и нестабильны в плоскости yz [134, 135]. Комбинированное прохождение (плоскости xz и yz) находится на максимальном уровне при осевом движении, когда ионы проводят приблизительно два цикла в краевых полях, и резко падает при медленном движении. (Комбинированное прохождение уменьшается в 10 раз, если время, проведенное в краевых полях, увеличивается до четырех циклов [135].) Этот эффект проявляется как уменьшение чувствительности с уменьшением энергии ионов при данной разрешающей способности для данной массы или как дискриминация массы для ионов с постоянной энергией. (Более тяжелые ионы будут более медленными при постоянной энергии, что в результате приводит к более низкой эффективности прохождения, поскольку они проводят больше времени в краевых полях.) Эффективность прохождения в режиме, «ограниченном анализатором», будет, как правило, обратно пропорциональна квадрату разрешающей способности. Форма пика является треугольной. (Между 0,7 и 1,5 Ат на линии В.)

Дальнейшее увеличение разрешающей способности при той же самой энергии иона приведет к очень резкому уменьшению эффективности прохождения ионов, указывая на достижение режима работы, ограниченного «длиной». Здесь масс-анализатор все меньше способен отличать ион со стабильной траекторией от иона с нестабильной траекторией, что связано с числом циклов колебаний высокочастотного напряжения, которые должен пройти ион [135]. Пики являются острыми, треугольными, но их высота уменьшается быстрее, чем ширина по мере увеличения разрешающей способности.
Если рассмотреть эти кривые зависимости «эффективность прохождения ионов - разрешающая способность (или ширина пика)» при всех возможных уровнях энергии иона, получившийся в результате контур является оптимальной аналитической характеристикой. Эта кривая соединяет точки, соответствующие самой высокой возможной эффективности прохождения ионов (или чувствительности) при каждом значении разрешающей способности (или ширине пика). Обратите внимание на то, что другая пара отношения U/Vи настройки на энергию иона будет давать максимальную чувствительность при каждом значении разрешающей способности. Несмотря на то, что работа на основании этой кривой обеспечивает максимальную эффективность, в некоторых случаях может быть обоснованно работать ниже этой кривой (в частности, например, в режиме, ограниченном источником, избегать, чтобы изменение U/Vвлияло на высоту пика.) Падение оптимальной аналитической характеристики для конкретного масс-анализатора представляет собой ограничения самого прибора. Факторы, определяющие максимальную достижимую разрешающую способность (кроме конечной длины). состоят в несовершенствах конструкции: круглая форма стержней вместо гиперболической, отклонения от идеальной симметрии (смещение стержней, механические деформации, связанные с термической обработкой), загрязнение поверхностей, поверхностные заряды [ 136]. Центровка источника ионов, дисбаланс электрических полей (отношения U/V) и ложные импульсы поверх колебаний высокочастотного напряжения - все это может быть дополнительными ограничивающими факторами.
Еще один аспект эффективности прохождения ионов как функции разрешающей способности заключается в том, что только точки на оптимальной аналитической характеристике задаются уникальной парой величин ионной энергии и отношения U/V. Все другие комбинации «эффективность прохождения - разрешающая способность» ниже этого уровня могут быть реализованы двумя парами настроек ионной энергии и отношения U/V. Одна пара будет ближе к «режиму, ограниченному источником» (такая как пересечение линий Ь и В на рис. 4), в то время как другая будет ближе к «режиму, ограниченному длиной масс-анализатора» (такая как пересечение линий а и А). Это результат того, что и передача, и разрешающая способность являются функциями двух переменных: ионной энергии и настройки U/V, задающих таким образом две поверхности. Пересечением этих двух поверхностей будет кривая, называемая «оптимальной аналитической характеристикой».

Оптимальная аналитическая характеристика зависит от соотношения массы и заряда. Поскольку ионы более высоких масс проводят большее время в масс-анализаторе (при одной и той же ионной энергии), область, ограниченная его длиной (продолжительностью), переместится в левом направлении (если ширина пика используется в качестве меры разрешающей способности - более высокой разрешающей силы, т. е. более низкой Ат). С другой стороны, ионы большой массы будут проводить больше времени также в краевых полях, вызывая в результате смещение области, ограниченной источником, в направлении вниз. Общий эффект заключается в том, что оптимальная аналитическая характеристика смещается влево и вниз по мере увеличения соотношения массы и заряда.

Соединение ионизатора с масс-анализатором - это важная тема, в особенности в случае квадрупольных фильтров массы. Если анализируемое вещество заполняет равномерно объем ионизационной камеры и находится в термическом равновесии со стенками, ионы образуются в пространстве, определяемом ионизирующим лучом. Вначале рассмотрим значительно более простой одномерный случай, где ионы генерируются по линии между двумя точками, заданными шириной ионизирующего луча (рис. 5). Построение графика зависимости поперечной составляющей начальной скорости ионов, выходящих из источника, от их местоположения позволяет получить эллипс, содержащий все возможные комбинации. Это эллипс излучательной способности источника (фазовое пространство) на выходе. С другой стороны, масс- анализатор будет принимать ионы в зависимости от их положения, а также поперечной составляющей начальной скорости ионов. Эллипс, изображающий ионы, которые будут входить в масс-анализатор, называется эллипсом принимающей способности анализатора. (Эллипс представляет собой верхнюю границу для комбинаций значений начальной скорости/ начального смещения в фазовом пространстве, которые позволяют иону проходить в анализатор, настроенный на конкретное отношение M/Q.) Наложение двух эллипсов — это экстракция. Меньший эллипс и определяет экстракцию, поэтому существуют режимы работы, ограниченные возможностями источника и масс-анализатора [137]. В практическом случае источник может характеризоваться пятимерным фазовым пространством: два направления, перпендикулярные оси симметрии, наряду с двумя скоростями в этих направлениях и скоростью вдоль оси. (Принимающая и излучательная способности могут характеризоваться более подробно серией эллипсов, соответствующих различным процентам вероятностей прохождения и эмиссии.) Электрические поля между источником и анализатором играют критическую роль в определении эффективности прохождения ионов путем изменения излучательной способности источника через блуждающие, так называемые краевые поля [ 138, 139]. Краевые поля также отвечают за дискриминацию массы; медленные ионы (при постоянной ионной энергии, ионы с большой массой) имеют меньше шансов пройти эту область, чем более быстрые.

эллиптические характеристики

Рис. 5. Эллиптические характеристики (эллипсы) излучательной способности источника ионов и принимающей способности квадрупольного масс-анализатора

Как видно из предыдущего рассмотрения, входная и выходная области анализатора, где поле постоянного тока постепенно приближается к своему конечному значению (краевые поля), играет основную роль в общей эффективности прохождения ионов через масс-анализатор. На графике стабильности краевые поля соответствуют отрезку линии сканирования до того, как она достигнет области стабильности (например, на рис. 3 напряжения Ua, Va соответствуют состоянию, когда фильтр настроен на приблизительное массовое число т\. Однако, по мере того как ион (массовое число т|) перемещается от источника в область между стержнями квадруполя, он испытывает постепенное «наращивание» электрического поля. Это соответствует нахождению под воздействием части линии сканирования между U0 и точкой а, которая находится за пределами области стабильности для иона массового числа m) В результате этого траектории ионов являются нестабильными, что приводит к высоким потерям. Способ избежать это состоит в том, что «согнуть» линию сканирования с тем, чтобы она полностью находилась в пределах области стабильности. Это означает, что высокочастотное напряжение нужно увеличить первым, а потом только напряжение постоянного тока. Это называет «задержкой нарастания постоянного тока» [140], которая может быть реализована посредством использования набора четырех дополнительных электродов между источником и анализатором (и, возможно, также между анализатором и детектором), ток которых задается только высокочастотным напряжением. В нескольких коммерческих анализаторах парциального давления используется эта методика.
Варианты квадрупольньа масс-анализаторов, основанных на стандартной конструкции, описанной ранее, можно классифицировать по задающему напряжению и форме фильтра.

Возможный способ избежать потерь и дискриминации масс, связанных с краевыми полями, состоит в том, чтобы совсем не использовать постоянный ток. Этот так называемый режим только переменного тока квадруполя в сущности представляет собой фильтр высоких частот, обеспечивающий интегральный спектр. Для получения регулярного спектра на выходе анализатора применяется фильтр «тормозящего поля» или энергии, принцип работы которого основан на наблюдении, что пучок ионов, близких к границе области стабильности (соответствующей этапу в интегральном режиме), имеет тенденцию расфокусироваться и заполнять отверстие на выходе. Поскольку сила краевых полей (задаваемых высокочастотным напряжением) увеличивается по мере увеличения смещения от оси г, эти ионы приобретают больше энергии от полей, чем другие 1141]. Дополнительное очевидное преимущество заключается в исключении необходимости поддерживать отношение U/Vпостоянным. В самом деле, приборы с низкими механическими допусками ведут себя превосходно в этом режиме работы, но разница является незначительной, если приборы были изготовлены точно. Недостатки заключаются в трудностях при низком M/Q (ниже 20) и высокой ионной энергии (выше 4eV), связанными с увеличением числа циклов высокочастотного напряжения, которые ион должен провести в фильтре для получения той же разрешающей способности по сравнению со случаем, где также присутствует фокусируюшее/расфокусирующее действие напряжения постоянного тока [142, 143, 144].

Снятие строгого контроля отношения U/Vможно путем ввода стержней с прямоугольной волной задающего напряжения [ 145], но этот вариант пока еще не был адаптирован в коммерческих приборах.

Были изучены варианты геометрии фильтра, в частности такие, как электроды вогнутой формы [ 146], плоские электроды [ 147], керамика с покрытием [ 148], а также электроды, изготовленные из проводов (4 х 3) для приближения к квадрупольным полям или исключения элементов более высокого порядка [149]. Во всех этих вариантах по-прежнему функционально используются четыре электрода.

Было признано уже давно (1963) 1150], что нет необходимости применять четыре электрода для использования свойств квадрупольного масс-анапизатора и уравнений (2)-(4). Комбинация одного круглого (или гиперболического) и V-образного электрода (круглый стержень находится между сторонами V-образного электрода, соединенными под углом 90°) может имитировать четвертую часть квадрупольного поля. Эта схема представляет собой монопольный масс-спектрометр, который был также изготовлен для коммерческих целей. Другие предложения (которые не были освоены для коммерческих целей) - это «дипольный» масс- спектрометр, состоящий из двух круглых электродов на одной стороне пластинчатого электрода, создающего «половину» квадруполного поля [151]. Уже выполнено теоретическое изучение «мультипольных» устройств (шестиполюсных, восьмиполюсных) в качестве обобщения геометрии квадрупольного устройства [152]. Некоторые виды геометрии, а также средства ее реализации (в частности фигурное стекло) защищены патентами.
Большее количество более коротких стержней открывают путь для увеличения максимального допустимого рабочего давления. Поскольку средняя длина свободного пути обратно пропорциональна давлению, столкновения ионов и молекул будет оказывать действие на линейность выше 10-5 мм рт. ст. (~10-3 Па) (смотрите подраздел 3.2.1.2). Более короткие стержни уменьшают столкновения ионов и молекул, но для сохранения разрешающей способности должна увеличиваться частота напряжения. (Разрешающая способность связана с числом циклов, которое ионы проводят в квадрупольном поле.) При использовании того же самого диапазона U и V (ограниченного дугообразованием) радиус начальной окружности стержней (г0) должен уменьшаться пропорционально увеличению щ. (См. подраздел 3.2.4.1. Переменные а и q, задающие область стабильности, являются функцией произведения г0и о). Меньший г0 в свою очередь сократит принимающую область анализатора, что можно компенсировать за счет использования серии действующих параллельно квадруполей. Было описано устройство, в котором используется массив квадруполей 3 х 3(16 стержней, образующих 9 квадрупольных анализаторов) [153]. В то время как меньший размер головки анализатора и более высокий предел рабочего давления представляют собой очевидные преимущества, разрешающая способность в целом и мощность, необходимая для такого анализатора, являются менее реализуемыми, чем в случае обычных квадруполей.

Если два стержня квадруполя (состоящего из четырех круглых или гиперболических стержня) завернуть в кольцо, а два других превратить в торцевые крышки, то получим «трехмерный квадруполь» или квадрупольную ионную ловушку. Электроны могут входить через центральное отверстие в одной из торцевых крышек, в то время как другая может предоставлять выход для ионов, образовавшихся (и хранящихся) в пространстве, ограниченном кольцевым электродом и двумя торцевыми крышками. Ионы, образованные электронным ударом, анализируются путем увеличения амплитуды высокочастотного напряжения на кольцевом электроде. Это приводит к дестабилизации траекторий ионов для все более высоких масс в осевом направлении. Вытолкнутые ионы обнаруживаются внешним детектором. Захваченные ловушкой ионы могут измеряться также посредством поглощения мощности дополнительного сигнала возбуждения или путем измерения дифференциального заряда на торцевых крышках, индуцированного движением ионов [154]. Квадрупольные ионные ловушки нашли применение в качестве детекторов полевых аппаратов для экологического мониторинга[155 ].

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.