RU2766305C1 - Device of a grid-free ion gate - Google Patents
Device of a grid-free ion gate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766305C1 RU2766305C1 RU2021105721A RU2021105721A RU2766305C1 RU 2766305 C1 RU2766305 C1 RU 2766305C1 RU 2021105721 A RU2021105721 A RU 2021105721A RU 2021105721 A RU2021105721 A RU 2021105721A RU 2766305 C1 RU2766305 C1 RU 2766305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- diaphragm
- gate
- diaphragms
- grid
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001269 time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 51
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000001871 ion mobility spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 1
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 1
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 238000002705 metabolomic analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001431 metabolomic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
- 238000004454 trace mineral analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Настоящее предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно - к масс-спектрометрии, время-пролетной масс-спектрометрии, спектрометрии ионной подвижности, а так же к экспериментальной физике. Изобретение найдет широкое применение при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, токсикологии, проведении анализов в протеомике, метаболомике и криминалистике: исследовании белков, в том числе их триптических гидролизатов, следового анализа биохимических маркеров, наркотиков и их метаболитов в биологических тканях и жидкостях, а так же при исследованиях потоков заряженных частиц.The present invention relates to the field of analytical instrumentation, namely, to mass spectrometry, time-of-flight mass spectrometry, ion mobility spectrometry, as well as to experimental physics. The invention will find wide application in solving problems of organic and bioorganic chemistry, immunology, medicine, disease diagnosis, biochemical research, pharmaceuticals, toxicology, analysis in proteomics, metabolomics and forensics: the study of proteins, including their tryptic hydrolysates, trace analysis of biochemical markers, drugs and their metabolites in biological tissues and liquids, as well as in studies of charged particle flows.
Устройство позволяет сформировать короткие импульсы ионов (ионные пакеты), что увеличивает разрешающую способность по массе, например, для приборных комплексов IMS-TOF MS за счет уменьшения длительности импульса по сравнению с другими методами ввода. Ионный затвор в спектрометре подвижности располагается между источников непрерывного потока заряженных частиц и входом в дрейфовую трубку и предназначен для формирования и ввода ионного пакете в область дрейфа. Форма ионного пакета и его амплитуда характеризуют разрешающую способность и чувствительность спектрометра подвижности.The device makes it possible to form short ion pulses (ion packets), which increases the mass resolution, for example, for IMS-TOF MS instrumentation systems by reducing the pulse duration compared to other input methods. The ion gate in the mobility spectrometer is located between the sources of a continuous flow of charged particles and the entrance to the drift tube and is designed to form and introduce an ion package into the drift region. The shape of the ion packet and its amplitude characterize the resolution and sensitivity of the mobility spectrometer.
Известно устройство формирования и инжекции пакета заряженных частиц в область дрейфа спектрометра подвижности [1] - затвор Бредбери-Нильсена, представляющее собой последовательность параллельных электропроводящих нитей, расположенных в одной плоскости, причем разность потенциалов между соседними нитями может меняться во времени. Затвор не пропускает ионный ток при определенной разности потенциалов между соседними нитями. Когда потенциалы нитей на некоторое время (на длительность управляющего импульса) выравниваются, то ионный ток проходит, т.е. затвор открывается. Конструктивно затвор, в случае его использования в спектрометрах подвижности, реализован во многих устройствах при следующих геометрических параметрах [2, 3] диаметр электропроводящих нитей 50 мкм, а расстояние между нитями с одной полярностью потенциала 800 мкм. Таким образом, геометрическая прозрачность плоскости, содержащей электропроводящие нити с потенциалом одной полярности составляет 90%. Учитывая, что в одной плоскости рассматриваемого затвора расположены электропроводящие нити, находящиеся под двумя полярностями потенциала, две сетки, получим, что геометрическая прозрачность плоскости затвора в общем случае составляет более 81%. Реально прозрачность плоскости затвора зависит от особенностей динамики ионов вблизи соседних нитей затвора [2]. В свою очередь динамика ионов зависит от параметров системы - расстояния между нитями, напряженности поля дрейфа, разности потенциалов между соседними нитями. На фигуре 1 показаны расчетные траектории временной последовательности ионов при их проходе через затвор при переключении потенциалов соседних нитей. Нити с низким начальным потенциалом - 1, 3, 5, нити с начальным потенциалом равным дрейфовому - 2, 4, 6. Стрелками показаны направления движения ионов. Ионы в непрерывном потоке перед затвором можно представить как ионы I1 - дрейфующие на нить с потенциалом, равным дрейфовому; I2 - дрейфующие прямо на притягивающую нить затвора; I3 - ионы с начальной поперечной координатой соответствующей серединному пространству между нитями. Через затвор проходят в основном ионы группы I1 и небольшая часть ионов группы I2. Ионы соответствующие группе I3 не проходят через затвор даже в режиме открытия. Таким образом пропускание (прозрачность) затвора в итоге составляет порядка 50-60%. Кроме того, к недостаткам затвора такого типа можно отнести технологическую сложность изготовления его конструкции, обрыв нитей и замыкание соседних нитей с противоположными потенциалами, что приводит к его неработоспособности.A device for the formation and injection of a packet of charged particles into the drift region of the mobility spectrometer [1] is known - a Bradbury-Nielsen shutter, which is a sequence of parallel electrically conductive filaments located in the same plane, and the potential difference between adjacent filaments can vary over time. The gate does not pass the ion current at a certain potential difference between adjacent filaments. When the potentials of the filaments are equalized for some time (for the duration of the control pulse), the ion current passes, i.e. the shutter opens. Structurally, the shutter, in the case of its use in mobility spectrometers, is implemented in many devices with the following geometric parameters [2, 3]: the diameter of electrically conductive filaments is 50 µm, and the distance between filaments with the same potential polarity is 800 µm. Thus, the geometric transparency of a plane containing electrically conductive threads with a potential of one polarity is 90%. Taking into account that in one plane of the gate under consideration there are electrically conductive threads under two potential polarities, two grids, we obtain that the geometric transparency of the gate plane in the general case is more than 81%. In reality, the transparency of the gate plane depends on the features of the dynamics of ions near neighboring gate filaments [2]. In turn, the ion dynamics depends on the parameters of the system - the distance between the filaments, the drift field strength, and the potential difference between adjacent filaments. Figure 1 shows the calculated trajectories of the time sequence of ions as they pass through the gate when the potentials of adjacent filaments are switched. Threads with a low initial potential - 1, 3, 5, threads with an initial potential equal to the drift - 2, 4, 6. The arrows show the directions of ion movement. Ions in a continuous flow in front of the gate can be represented as ions I 1 - drifting on the filament with a potential equal to the drift; I 2 - drifting directly to the attracting thread of the shutter; I 3 - ions with the initial transverse coordinate corresponding to the middle space between the threads. Through the gate pass mainly ions of group I 1 and a small part of the ions of group I 2 . Ions corresponding to group I 3 do not pass through the gate even in the open mode. Thus, the transmission (transparency) of the shutter as a result is about 50-60%. In addition, the disadvantages of a shutter of this type include the technological complexity of manufacturing its design, the breakage of threads and the short circuit of adjacent threads with opposite potentials, which leads to its inoperability.
Устройство трехсеточного ионного затвора предложено в работе [4]. Затвор представляет собой последовательность трех плоских параллельных сеток. В режиме накопления ионов потенциал средней сетки ниже остальных и поэтому ионы дальше не проходят. При экстракции ионов потенциалы первой (входной) и второй (средней) сеток импульсно увеличиваются, при этом потенциал первой сетки обеспечивает выталкивание ионов из области накопления, а превышение потенциала второй сетки относительно третьей непосредственно открывает затвор. В результате формируется выходной ионный пакет. Значения потенциалов на сетках, расстояние между нитями сеток (0,4-0,5 мм), расстояние между сетками, их взаимное расположение, длительность открывающего импульса определяют параметры выходного ионного пакета. К недостаткам такого затвора можно отнести малую геометрическую прозрачность затвора связанную с использование трех сеток, что приводит к пропусканию затвора к величине порядка 50%, которая в некотором смысле компенсируется существованием области накопления между первой и второй сетками, в свою очередь это приводит к появлению поперечного движения ионов и как следствие к уменьшению прошедших через затвор ионов. Кроме того, при поперечном смещении третьей сетки на половину расстояния между нитями используемых сеток ионные потери возрастают в 1,5 раза, что говорит о важности взаимного расположения сеток, обеспечивающего пропускание затвора. К недостаткам затвора такого типа так же можно отнести технологическую сложность изготовления его конструкции, обрыв нитей и замыкание соседних нитей с противоположными потенциалами, что приводит к его неработоспособности.The device of a three-grid ionic gate was proposed in [4]. The gate is a sequence of three flat parallel grids. In the ion accumulation mode, the potential of the middle grid is lower than the others, and therefore the ions do not pass further. During the extraction of ions, the potentials of the first (input) and second (middle) grids increase impulsively, while the potential of the first grid ensures the expulsion of ions from the accumulation region, and the excess of the potential of the second grid relative to the third one directly opens the gate. As a result, an output ion packet is formed. The potential values on the grids, the distance between the threads of the grids (0.4-0.5 mm), the distance between the grids, their relative position, the duration of the opening pulse determine the parameters of the output ion package. The disadvantages of such a shutter include the low geometric transparency of the shutter associated with the use of three grids, which leads to the transmission of the shutter to a value of the order of 50%, which in a sense is compensated by the existence of an accumulation region between the first and second grids, which in turn leads to the appearance of a transverse movement ions and, as a result, to a decrease in the ions that have passed through the gate. In addition, with a transverse displacement of the third grid by half the distance between the threads of the grids used, the ion loss increases by a factor of 1.5, which indicates the importance of the mutual arrangement of the grids, which ensures the transmission of the gate. The disadvantages of this type of shutter also include the technological complexity of manufacturing its design, the breakage of threads and the short circuit of adjacent threads with opposite potentials, which leads to its inoperability.
Устройство ионного затвора Тиндаля-Пауэлла [5, 6] ближайшее из известных, выбранное в качестве прототипа. В этом устройстве, содержащем две параллельные сетки в виде параллельных проводящих нитей или ячеек разделены изолятором толщиной 0,5-1 мм, образуя область затвора, которая соединяет область ионизации с областью дрейфа в спектрометрах подвижности. Путем переключения потенциала на любой сетке затвора в области затвора создается замедляющее поле, противоположное направлению дрейфа ионов, чтобы препятствовать прохождению ионов. Затвор Тиндаля-Пауэда проще в изготовлении, чем Бредбери-Нильсенв. Однако из-за очевидной геометрической толщины в направлении дрейфа ионов затвор Тиндаля-Пауэла обычно считается плохим, т.к. имеющаяся проницаемость не позволяет создавать узкие ионные пакеты для достижения высокой разрешающей способности спектрометра подвижности. Конструктивно затвор состоит [6] из двух идентичных сеток толщиной 0,06 мм, разделенных кольцевым изолятором толщиной 0,5 мм. Сетки изготовлены из нитей из нержавеющей стали диаметром 0,06 мм и расстоянием между проводниками 0,6 мм от центра к центру. К недостаткам этого типа затвора можно отнести все выше описанные недостатки, присущие затвору Бредбери-Нильсена, и трехсеточному затвору, т.е. не высокую проницаемость (порядка 50-60%), которая зависит и от геометрии расположения сеток относительно друг друга при поперечном смещении второй сетки на половину расстояния между нитями используемых сеток ионные потери возрастают в 1,5 раза. Кроме того, остаются высокие технологические требования при изготовлении как сеток, так и самого затвора. Остается и поперечное рассеяние ионов относительно оси их движения, что приводит к уширению ионного пакета и уменьшению разрешающей способности спектрометра подвижности.The device of the Tyndall-Powell ionic gate [5, 6] is the closest known, chosen as a prototype. In this device, containing two parallel grids in the form of parallel conductive threads or cells, separated by an insulator 0.5-1 mm thick, forming a gate region that connects the ionization region with the drift region in mobility spectrometers. By switching the potential on any gate grid, a decelerating field is created in the gate region, opposite to the direction of ion drift, to prevent the passage of ions. The Tyndall-Poueda shutter is easier to manufacture than the Bradbury-Nielsen. However, due to the apparent geometric thickness in the direction of ion drift, the Tyndall-Powell gate is generally considered to be poor, since the available permeability does not allow creating narrow ion packets to achieve high resolution of the mobility spectrometer. Structurally, the shutter consists [6] of two identical meshes 0.06 mm thick, separated by an annular insulator 0.5 mm thick. The grids are made of stainless steel threads with a diameter of 0.06 mm and a distance between conductors of 0.6 mm from center to center. The disadvantages of this type of shutter include all the above described disadvantages inherent in the Bradbury-Nielsen shutter and the three-grid shutter, i.e. not high permeability (of the order of 50-60%), which also depends on the geometry of the location of the grids relative to each other with a transverse displacement of the second grid by half the distance between the threads of the grids used, the ion loss increases by 1.5 times. In addition, high technological requirements remain in the manufacture of both grids and the gate itself. The transverse scattering of ions relative to the axis of their motion also remains, which leads to broadening of the ion packet and a decrease in the resolution of the mobility spectrometer.
Целью предлагаемого устройства является преобразование непрерывного ионного потока в ионные пакеты используя бес сеточный ионный затвор, что позволяет увеличить пропускание ионного тока, упростить конструкцию и технологию изготовления. Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве изолированные проводящие электроды представляют собой плоские параллельные сплошные диафрагмы с соосными отверстиями в центре одинакового диаметра, при этом диаметр отверстий не менее 0,5 мм и не более 2 мм, толщина диафрагм 0.2 мм и расстояние между ними 0.2 мм, первая диафрагма под регулируемым постоянным напряжением от независимого источника питания, а вторая диафрагма электрически соединена с независимым импульсным источником питания с регулируемой длительностью и амплитудой напряжения.The purpose of the proposed device is to convert a continuous ion flow into ion packets using a gridless ion gate, which allows increasing the transmission of the ion current, simplifying the design and manufacturing technology. The problem is solved due to the fact that in the known device, insulated conductive electrodes are flat parallel solid diaphragms with coaxial holes in the center of the same diameter, while the diameter of the holes is not less than 0.5 mm and not more than 2 mm, the thickness of the diaphragms is 0.2 mm and the distance between them is 0.2 mm, the first diaphragm is under adjustable constant voltage from an independent power source, and the second diaphragm is electrically connected to an independent switching power source with adjustable duration and voltage amplitude.
Заявляемое устройство преобразования непрерывного ионного потока в ионные пакеты схематично представлено на фигуре 2. Предлагаемое устройство содержит плоскую проводящую диафрагму (1) толщиной 0,2 мм с отверстием в центре, за диафрагмой (1) вплотную соосно располагается диэлектрическая прокладка (2) с отверстием в центре диаметром в три раза большем диаметра отверстия в диафрагме (1). Далее к диэлектрической прокладке (2) вплотную располагается плоская проводящая диафрагма (3) толщиной 0,2 мм с отверстием в центре с диаметром равном диаметру отверстия в диафрагме (1). При этом все отверстия элементов (1-3) располагаются соосно. Первая тонкостенная диафрагма (1) соединена с источником независимого регулируемого высоковольтного высокостабильного напряжения U1 (4), второй полюс источника напряжения (4) находится под потенциалом «земля». Вторая тонкостенная диафрагма (2) соединена с импульсным источником независимого регулируемого высоковольтного напряжения прямоугольной формы U2 (5), второй полюс источника напряжения (5) находится под потенциалом «земля».The inventive device for converting a continuous ion flux into ion packets is schematically shown in figure 2. The proposed device contains a flat conductive diaphragm (1) 0.2 mm thick with a hole in the center, behind the diaphragm (1) a dielectric gasket (2) with a hole in the center with a diameter three times the diameter of the hole in the diaphragm (1). Next to the dielectric gasket (2), a flat conductive diaphragm (3) 0.2 mm thick with a hole in the center with a diameter equal to the diameter of the hole in the diaphragm (1) is located close. In this case, all the holes of the elements (1-3) are located coaxially. The first thin-walled diaphragm (1) is connected to a source of independent regulated high-voltage highly stable voltage U 1 (4), the second pole of the voltage source (4) is at ground potential. The second thin-walled diaphragm (2) is connected to a pulsed source of independent regulated high-voltage voltage of rectangular shape U 2 (5), the second pole of the voltage source (5) is under the "ground" potential.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. Непрерывный ионный пучок, выходящий из источника ионов, поступает на вход диафрагмы (1) находящейся под независимым регулируемым высоковольтным высокостабильным напряжением U1 (4) относительно потенциала «земля». Величина напряжения U1 (4) выбирается таким образом, чтобы между источником ионов и диафрагмой (1) организовать тянущее электрическое поле, в котором движется непрерывный ионный поток. На диафрагму (2) поступает от независимое регулируемое высоковольтное напряжение прямоугольной формы U2 (5). Полярность напряжений U1 (4) и U2 (5) определяется знаком заряда частиц ионного пучка, подвергающегося воздействию затвора. На фигуре 3 схематично показан пример распределения потенциалов на элементах затвора и приведенных для простоты понимания источника ионов и коллектора. Рассматривается пример для ионного пучка положительного знака. От источника ионов, находящегося под потенциалом -500 В непрерывный ионный пучок движется к входной диафрагме (1), находящейся под потенциалом -1725 В. На диафрагме (2) создается потенциал либо -1625 В при котором затвор не пропускает ионный поток, либо потенциал - 1825 В, при котором ионный пучок проходит через отверстие в диафрагме (2). Время прохождения ионного потока через диафрагму (2) определяется временем создания на ней потенциала -1825 В. При импульсном изменении потенциала на диафрагме (2) до величины -1625 В прохождение ионного пучка через отверстие в диафрагме прекращается до следующего момента импульсного создания на диафрагме потенциала -1825 В. После прохождения диафрагмы (2) образовавшиеся таким образом пакеты ионов движутся к коллектору находящемуся под потенциалом -2745 В. Величины потенциалов создаваемых на диафрагмах зависят от геометрии, конструктивных особенностей устройства и условий, в которых применяется затвор. На фигуре 4 представлены виды профилей ионных пакетов полученных расчетным путем при использовании описываемого затвора. Расчет движения ионов на основе уравнения подвижности с учетом диффузии в плотном газе реализован в статистической диффузионной модели (statistical diffusion model, SDS), которая представлена в качестве пользовательской программы в пакете "SIMION 8.0" [7]. Полученные результаты качественно согласуются с данными представленными для профилей ионных пакетов полученных для затвора Бредбери-Нильсена [2, 8].The proposed device works as follows. A continuous ion beam leaving the ion source enters the diaphragm (1) under an independent adjustable high-voltage highly stable voltage U 1 (4) relative to the ground potential. The voltage value U 1 (4) is chosen in such a way that between the ion source and the diaphragm (1) to organize a pulling electric field in which a continuous ion flow moves. The diaphragm (2) is supplied from an independent regulated high-voltage rectangular voltage U 2 (5). The polarity of the voltages U 1 (4) and U 2 (5) is determined by the sign of the charge of the particles of the ion beam exposed to the gate. Figure 3 schematically shows an example of the distribution of potentials on the gate elements and is given for ease of understanding of the ion source and collector. An example for a positive ion beam is considered. From the ion source, which is under a potential of -500 V, a continuous ion beam moves to the input diaphragm (1), which is under a potential of -1725 V. A potential of either -1625 V is created on the diaphragm (2), at which the gate does not let the ion flow through, or the potential - 1825 V, in which the ion beam passes through the hole in the diaphragm (2). The time of passage of the ion flow through the diaphragm (2) is determined by the time of creating a potential of -1825 V on it. When the potential on the diaphragm (2) changes to a value of -1625 V, the passage of the ion beam through the hole in the diaphragm stops until the next moment of pulsed creation of a potential on the diaphragm - 1825 V. After passing through the diaphragm (2), the ion packets formed in this way move to the collector under the potential of -2745 V. The magnitude of the potentials created on the diaphragms depend on the geometry, design features of the device and the conditions in which the shutter is used. The figure 4 shows the views of the profiles of ion packages obtained by calculation using the described shutter. The calculation of ion motion based on the mobility equation with allowance for diffusion in a dense gas is implemented in a statistical diffusion model (SDS), which is presented as a user program in the SIMION 8.0 package [7]. The results obtained are in qualitative agreement with the data presented for the profiles of ion packets obtained for the Bradbury-Nielsen gate [2, 8].
Источники информацииSources of information
1. N.E. Bradbury, R.A. Nielssen. Absolute Values of the Electron Mobility in Hydrogen. // Phys.Rev.1036, V. 49, P. 388. doi.org/10.1103/phesRev. 49.388.1.N.E. Bradbury, R.A. Nielsen. Absolute Values of the Electron Mobility in Hydrogen. // Phys. Rev. 1036, V. 49, P. 388. doi.org/10.1103/phesRev. 49.388.
2. И.В. Курнин, В.А. Самокиш, H.B. Краснов. Оптимальный режим работы затвора Бредбери-Нильсена в ион-дрейфовом спектрометре // Научное приборостроение, 2011, Т. 21, №2, С. 34-39.2. I.V. Kurnin, V.A. Samokish, H.B. Krasnov. Optimum operating mode of the Bradbury-Nielsen shutter in an ion-drift spectrometer // Scientific Instrumentation, 2011, vol. 21, no. 2, pp. 34-39.
3. А.Н. Арсеньев, Д.Н. Алексеев, Г.В. Бельченко, М.А. Гаврик, Н.В. Краснов, П.С. Корякин, И.А. Краснов, И.В. Курнин, Ш.У. Мяльдзин, М.З. Мурадымов, А.Г. Монаков, В.Г. Павлов, А.В. Зверева, С.Н. Никитина, Е.П. Подольская, С.С. Присяч, С.Ю. Семенов, М.Н. Краснов, А.В. Самокиш. Спектроскопия пептидов, белков и олигонуклеотидов из растворов методом ионной подвижности.// Научное приборостроение, 2015, Т, 25, №1, С. 17-26.3. A.N. Arseniev, D.N. Alekseev, G.V. Belchenko, M.A. Gavrik, N.V. Krasnov, P.S. Koryakin, I.A. Krasnov, I.V. Kurnin, Sh.U. Myaldzin, M.Z. Muradymov, A.G. Monakov, V.G. Pavlov, A.V. Zvereva, S.N. Nikitina, E.P. Podolskaya, S.S. Prisyach, S.Yu. Semenov, M.N. Krasnov, A.V. Samokish. Spectroscopy of peptides, proteins and oligonucleotides from solutions by ion mobility.// Scientific Instrumentation, 2015, T, 25, No. 1, pp. 17-26.
4. М. Zuhlke, К. Zenichowski, D. Riebe, T.Beitz, H.G. Lohmannsroben. An alternative field switching ion gate for ESI-ion mobility spectrometry // Int.J.Ion Mobil. Spec. 2017, V.20, N 3-4, P.67-73.DOI: 10.1007/s 12127-017-0222-y.4. M. Zuhlke, K. Zenichowski, D. Riebe, T. Beitz, H.G. Lohmannsroben. An alternative field switching ion gate for ESI-ion mobility spectrometry // Int.J.Ion Mobil. Spec. 2017, V.20, N 3-4, P.67-73. DOI: 10.1007/s 12127-017-0222-y.
5. Tyndall A.M. Yhe Mobility of Positive Ion in gAses // Cambridge University Press. Cambridge Physical Tracts, UK. 1938.5. Tyndall A.M. Yhe Mobility of Positive Ion in gAses // Cambridge University Press. Cambridge Physical Tracts, UK. 1938.
6. Chang Chen, Hong Chen, Haiyang Li. Pushing the Resolving Pjwer of Tyndall-Powell Ion Mobility Spectrometry over 100 with No Sensitivity Loss for Multiple Ion Species. // Anal Chem. 2017, V. 89, N 24, P. 13398-13404 DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03629.6. Chang Chen, Hong Chen, Haiyang Li. Pushing the Resolving Pjwer of Tyndall-Powell Ion Mobility Spectrometry over 100 with No Sensitivity Loss for Multiple Ion Species. // Anal Chem. 2017, V. 89, N 24, P. 13398-13404 DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03629.
7. Manura D.J., Dahl D.A. SIMION™ 8.0. User Manual. Sci. Instrument Services Inc., Idaho, Nat. Lab., 2006.7. Manura D.J., Dahl D.A. SIMION™ 8.0. User manual. sci. Instrument Services Inc., Idaho, Nat. Lab., 2006.
8. И.В. Курнин, В.А. Самокиш, H.B. Краснов. Моделирование работы ион-дрейфового спектрометра с затвором Бредбери-Нильсена//Научное приборостроение, 2010, Т.20, №3, С. 14-21.8. I.V. Kurnin, V.A. Samokish, H.B. Krasnov. Simulation of the operation of an ion-drift spectrometer with a Bradbury-Nielsen shutter // Scientific Instrumentation, 2010, V.20, No. 3, S. 14-21.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105721A RU2766305C1 (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Device of a grid-free ion gate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105721A RU2766305C1 (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Device of a grid-free ion gate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2766305C1 true RU2766305C1 (en) | 2022-03-14 |
Family
ID=80736509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105721A RU2766305C1 (en) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Device of a grid-free ion gate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2766305C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012098364A1 (en) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Smiths Detection-Watford Limited | Combination ion gate and modifier |
| RU2585249C2 (en) * | 2014-08-07 | 2016-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-технический центр радиационно-химической безопасности и гигиены ФМБА России | Method of controlling duration of passed ion pack (impulse) through bradbury-nielsen gate |
| US20160203967A1 (en) * | 2013-08-23 | 2016-07-14 | Jonathan Atkinson | Ion modification |
| RU2700282C2 (en) * | 2014-10-14 | 2019-09-16 | Смитс Детекшн-Уотфорд Лимитед | Ion mobility spectrometer with ion modification |
-
2021
- 2021-03-04 RU RU2021105721A patent/RU2766305C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012098364A1 (en) * | 2011-01-21 | 2012-07-26 | Smiths Detection-Watford Limited | Combination ion gate and modifier |
| US20160203967A1 (en) * | 2013-08-23 | 2016-07-14 | Jonathan Atkinson | Ion modification |
| RU2585249C2 (en) * | 2014-08-07 | 2016-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-технический центр радиационно-химической безопасности и гигиены ФМБА России | Method of controlling duration of passed ion pack (impulse) through bradbury-nielsen gate |
| RU2700282C2 (en) * | 2014-10-14 | 2019-09-16 | Смитс Детекшн-Уотфорд Лимитед | Ion mobility spectrometer with ion modification |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| C2. * |
| CHANG CHEN, Pushing the Resolving Power of Tyndall-Powell Ion Mobility Spectrometry over 100 with No Sensitivity Loss for Multiple Ion Species, Anal Chem., 2017, V. 89, N 24, P. 13398-13404. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kelly et al. | The ion funnel: theory, implementations, and applications | |
| Hernandez et al. | Ion dynamics in a trapped ion mobility spectrometer | |
| US7078679B2 (en) | Inductive detection for mass spectrometry | |
| US7718959B2 (en) | Storage bank for ions | |
| JP3971958B2 (en) | Mass spectrometer | |
| EP3059756A1 (en) | Ionization apparatus | |
| DE102011108691B4 (en) | Lateral introduction of ions into high frequency ion guide systems | |
| US20140353493A1 (en) | Ion mobility spectrometry-mass spectrometry (ims-ms) with improved ion transmission and ims resolution | |
| GB2415087A (en) | A reaction cell for the reaction of ions of different types, e.g. positive and negative ions | |
| EP3862751B1 (en) | Duty cycle improvement for a mass spectrometer using ion mobility separation | |
| US20180005810A1 (en) | Electron Induced Dissociation Devices and Methods | |
| EP3430639A1 (en) | Systems and methods for multi-channel differential mobility spectrometry | |
| GB2598591A (en) | Mass spectrometer and method | |
| EP4248482A2 (en) | Method of performing ms/ms of high intensity ion beams using a bandpass filtering collision cell to enhance mass spectrometry robustness | |
| RU2766305C1 (en) | Device of a grid-free ion gate | |
| US20240290605A1 (en) | Mass spectrometer and method | |
| Ioanoviciu | Ion‐Optical solutions in time‐of‐flight mass spectrometry | |
| EP4315392A1 (en) | Mass spectrometer and method | |
| US4230943A (en) | Mass spectrometer | |
| CN105957796B (en) | A kind of mass spectrograph | |
| KR20210036951A (en) | Method and apparatus for identifying substances using ion mobility-based ion separation techniques | |
| CN113205999B (en) | Triple quadrupole/ion mobility switching type mass spectrometer | |
| RU2732075C1 (en) | Method for preliminary separation of a flow of charged particles in a source of ions with ionization at atmospheric pressure | |
| Okumura et al. | High-resolution time-of-flight spectra obtained using the MULTUM II multi-turn type time-of-flight mass spectrometer with an electron ionization ion source | |
| JP2019021550A (en) | Ionizer and mass spectroscope using the same |