Разработка и исследование режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов в условиях повышенной эффективности захвата и удержания заряженных частиц тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат наук Иванов, Владимир Васильевич

• Иванов, Владимир Васильевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Иванов, Владимир Васильевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Введение

1.2. Основные положения теории пролетных квадрупольных масс-спектрометров

1.3. Обзор причин, оказывающих влияние на чувствительность пролетных квадрупольных масс-анализаторов

1.4. Задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2.

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ ПРОЛЕТНЫХ КВАДРУПОЛЬНЫХ МАСС-АНАЛИЗАТОРОВ В ГЛУБИНЕ ДИАГРАММЫ СТАБИЛЬНОСТИ

2.1. Введение

2.2. Особенности тонкой структуры диаграмм стабильности

2.3. Численное моделирование режима «трехмерной фокусировки» для пролетных квадрупольных масс-анализаторов

2.4. Исследование влияния разброса ионов по начальным энергиям на форму массовых пиков

2.5. Анализатор квадрупольного масс-спектрометра пролетного типа с фокусировкой ионного потока в продольном направлении

2.6. Выводы

ГЛАВА 3.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРАЕВЫХ ПОЛЕЙ НА УСЛОВИЯ ПРО-

ХОЖДЕНИЯ ИОННОГО ПОТОКА В АНАЛИЗАТОРЕ

3.1. Введение

3.2. Методика расчета траекторий движения ионов в краевом поле пролетных квадрупольных масс-анализаторов

3.3. Исследование влияния входного краевого поля анализатора на коэффициент захвата ионов в его объеме

3.4. Квадрупольная ячейка с продольным полем

3.5. Исследование влияния выходного краевого поля анализатора на коэффициент трансмиссии ионов

3.6. Выводы

ГЛАВА 4.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ МОНОПОЛЯРНОГО МАСС-АНАЛИЗАТОРА В РЕЖИМЕ «ТРЕХМЕРНОЙ ФОКУСИРОВКИ»

4.1. Введение

4.2. Описание экспериментальной установки

Заключение

Список литературы Приложения

...98

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов в условиях повышенной эффективности захвата и удержания заряженных частиц»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

На современном этапе цивилизации темпы развития человечества стремительно ускоряются. Так, с каждым годом удваивается объем информации, создаются новые вещества и разрабатываются инновационные технологии. Кризис 2008-2009 годов оказал сильное влияние на научно-техническую сферу и производство. В развитых странах научные разработки и производственная деятельность сместились из области энергоемких технологий в область наукоемких. Это привело к росту спроса на аналитическое оборудование, необходимое как для проведения научных изысканий, так и для контроля сложных технологических процессов. Кроме того, бурное развитие технологий, принося несомненную пользу, одновременно является и фактором негативного свойства. Даже без учета военных разработок в области бактериологического и биологического оружия большую опасность для человечества представляют новые виды веществ, как специально создаваемых, так и получаемых в качестве побочных продуктов. Время от времени у них проявляются побочные действия, представляющие угрозу для здоровья людей. Поэтому с каждым годом возрастает потребность в аналитическом оборудовании, способном осуществлять поиск следовых количеств опасных веществ, проводить мониторинг состава окружающей среды, контроль технологических процессов на производстве, в пищевой промышлености, фармацевтике и т.п. Данное оборудование должно отвечать следующим требованиям: мобильность, возможность анализа в режиме реального времени, высокая чувствительность и относительно низкая себестоимость. Наиболее полно этим условиям удовлетворяют квадрупольные масс-спектрометры пролетного типа, позволяющие производить анализ в непрерывном режиме. Альтернативой являются только стационарные масс-спектрометры магнитного типа, но они дорогостоящи и, главное, не удовлетворяют условию мобильности.

Поэтому проведение исследований, направленных на повышение аналитических параметров пролетных квадрупольных масс-спектрометров, способных стать основой для создания мобильных аналитических систем, является важной и актуальной задачей.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является повышение чувствительности пролетных квадрупольных масс-анализаторов.

Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач:

- разработка режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов в условиях селективной фазовой и пространственной фокусировок ионов;

- исследование данного режима работы в условиях «неискаженных» полей анализаторов;

- исследование влияния краевых полей анализаторов на эффективность удержания ионов в объеме анализатора и последующий их вывод на детектор;

- разработка устройства, позволяющего уменьшить протяженность краевых полей;

- практическая реализация предлагаемого режима работы на базе монополярного анализатора и экспериментальное исследование его параметров.

Научная новизна

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- разработан новый режим работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов, принцип выделения избранных ионов которого основан на способности квадрупольных полей осуществлять селективную фазовую и пространственную фокусировки ионных потоков. Это позволяет: 1) при высокой разрешающей способности анализатора реализовать трансмиссию из-

бранных ионов до 100 %; 2) уменьшить длину электродной системы в несколько раз или 3) увеличить продольную энергию вводимых ионов;

- разработан анализатор для реализации нового режима работы, позволяющий осуществлять фокусировку ионов в продольном направлении независимо от их начальных энергий ввода в этом направлении;

- впервые детально исследовано влияние времени прохождения ионами входного краевого поля анализатора на траекторию их движения и амплитуду колебаний;

- представлено обоснование зависимости коэффициента захвата ионов от времени пролета ими краевого поля и объяснено наличие оптимального времени пролета ионов, при котором наблюдается максимум коэффициента захвата;

- разработана конструкция электродной системы, позволяющей уменьшить протяженность краевого поля пролетных квадрупольных масс-анализаторов;

- экспериментально подтверждена возможность реализации представляемого в данной работе нового режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов.

Достоверность научных выводов работы подтверждается хорошим согласованием:

- теории с результатами проводимого числового моделирования;

- результатов числового моделирования, полученных с помощью двух программ, основанных на разных алгоритмах и принципах расчета траекторий движения ионов в радиочастотных полях;

- результатов числового моделирования с полученными экспериментальным путем данными.

Практическая ценность

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработан и исследован новый режим работы пролетных квадру-польных масс-анализаторов, позволяющий существенно улучшить их параметры;

- разработан анализатор для реализации нового режима работы, позволяющий осуществлять фокусировку ионного потока в продольном направлении независимо от начальных энергий ввода ионов в этом направлении;

- разработана конструкция электродной системы, позволяющей уменьшить протяженность краевого поля пролетных квадрупольных масс-анализаторов;

- создан экспериментальный масс-спектрометр на базе монополярного анализатора, принцип действия которого основан на новом режиме работы.

Реализация результатов работы

Теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы использовались на кафедре «Общая и экспериментальная физика» РГРТУ при выполнении НИОКР по созданию масс-спектрометрической аппаратуры, а также внедрены в учебный процесс по дисциплине «Физические основы современных методов анализа вещества». Используемые в последующих разработках конструкции низкоэнергетического источника ионов, радиочастотного генератора и системы счета ионов впервые реализованы и внедрены в рамках договора ООО «Электроник» № 02/06 от 01 июня 2006 года с ЗАО «ЛГАР» г. Санкт-Петербург. Новый режим работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов и методика расчета траекторий движения ионов в краевых полях анализаторов использованы при создании экспериментального образца прибора в рамках договора ООО «Электроник» от 28 февраля 2008 года с ЗАО «Геркон-авто» г. Рязань по разработке технологической и конструкторской документации и изготовлению экспериментального образца масс-спектрометрического прибора.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. В квадрупольных масс-спектрометрах пролетного типа расположение рабочих точек ионов на линиях, параметр стабильности которых удовлетворяет условию где £ - целое число (5>7), выбор времени пролета ионами анализатора, выражаемого в периодах радиочастотного напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, кратного числу и ввод ионов под углом к продольной оси анализатора позволяют за счет реализации селективной фазовой и пространственной фокусировок ионов повысить чувствительность анализатора более чем на порядок.

2. В зависимости от наклона рабочей прямой существует оптимальное время пролета ионами краевого поля квадрупольного масс-анализатора пролетного типа, выражаемое в периодах радиочастотного напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, при котором коэффициент захвата ионов максимален.

3. Установленная на входе и выходе анализатора квадрупольная ячейка с продольным полем позволяет уменьшить протяженность краевого поля, сохраняя квадратичное распределение потенциала, и реализовать максимальный коэффициент захвата ионов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы», Москва, 2005 г., III Всероссийской конференции с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы» Москва, 2009 г., и обсуждались на методических семинарах в РГРТУ на кафедре общей и экспериментальной физики.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована 21 печатная работа, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в «Пере-

чень ведущих рецензируемых журналов и изданий, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ», 2 работы в материалах всероссийских научно-технических конференций с международным участием и 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка цитируемой литературы из 71 наименования, и изложена на 105 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор литературы, сформулированы задачи, решаемые в работе, проведено обоснование структуры диссертации.

Повышение чувствительности пролетных квадрупольных масс-анализаторов требует повышения эффективности захвата избранных ионов в объеме электродной системы и обеспечение их фокусировки в область вывода ионного потока из анализатора.

Повышение эффективности захвата ионов требует перевода их рабочих точек на диаграмме стабильности от границ стабильной зоны в ее глубину.

Необходимость селективного выделения избранных ионов при работе в глубине стабильной зоны требует разработки режимов работы пролетных квадрупольных масс-спектрометров, основанных на иных принципах, чем традиционно используемый в квадрупольной масс-спектрометрии принцип разделения ионов на имеющие стабильные или нестабильные амплитуды колебаний.

Разработка нового режима работы масс-анализаторов требует его всестороннего исследования путем численного моделирования как в «идеальных» условиях, так и в условиях приближенных к реальным, т.е. моделирования с учетом разброса вводимых ионов по начальным энергиям и при наличии краевых полей, характерных для анализаторов пролетного типа.

Учет краевых полей анализаторов требует проведения анализа влияния входного краевого поля на эффективность захвата ионов в объеме анализатора и влияния выходного краевого поля на величину выходного ионного потока.

Для подтверждения возможности практической реализации нового режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов и исследования его реальных параметров требуется проведение эксперимента.

Во второй главе приводится описание нового режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов, названного режимом «трехмерной фокусировки» и основанного на особенностях траекторий движения ионов в глубине стабильной области. Эти особенности позволяют реализовывать селективную фазовую и пространственную фокусировки ионного потока. Использование этого делает возможным транспортировку избранных ионов через объем анализатора с коэффициентом трансмиссии близким к 100 %. Перевод рабочих точек на диаграмме стабильности от границ стабильной зоны в ее глубину повышает эффективность захвата ионов.

Путем численного моделирования траекторий движения ионов в пролетных квадрупольных масс-анализаторах исследуются параметры представленного режима работы и сравниваются с параметрами традиционного режима.

Исследованы два варианта режима «трехмерной фокусировки». Первый вариант реализуется при отсутствии постоянной составляющей радиочастотного поля анализатора. Преимуществами такого режима являются более простая настройка на рабочую точку, возможность ввода ионов с высокими составляющими скорости в направлении осей х и у, малое время сортировки ионов и, как следствие, возможность либо повысить энергию вводимого потока, либо уменьшить длину электродной системы. К недостаткам можно отнести зависимость коэффициента трансмиссии ионов и разрешающей способности от разброса ионов по энергиям в продольном направлении и «обогащение» спектра масс дополнительными побочными пиками, возникающи-

ми в рабочих точках, для которых период низкочастотных колебаний ионов оказывается кратным периоду в избранной рабочей точке. Последний недостаток может быть устранен путем реализации тандемных систем.

Второй вариант предполагает наличие постоянной составляющей радиочастотного поля. Его преимуществами по сравнению с первым вариантом являются отсутствие побочных пиков и слабая зависимость разрешающей способности от разброса ионов в продольном направлении. Это можно объяснить следующим образом. Наличие постоянной составляющей приводит к тому, что при изменении рабочей точки или времени пролета через анализатор происходит рассогласование условий фокусировки ионов по х и у- координатам из-за разности параметров низкочастотных колебаний по этим координатам. К его недостаткам можно отнести более сложную настройку на рабочую точку и зависимость коэффициента трансмиссии ионов от разброса по продольным энергиям вводимых ионов.

Проведенное сравнение коэффициентов трансмиссии ионов при работе монополярного анализатора и фильтра масс в режиме «трехмерной фокусировки» и в традиционном режиме показало преимущество первого. При одинаковой разрешающей способности, определяемой по уровню 0,1, значение коэффициентов трансмиссии ионов в режиме «трехмерной фокусировки» более чем на порядок превышают их значение в традиционном режиме работы. Кроме этого, время пролета ионов через анализатор необходимое для анализа сокращается в 3,2 раза для фильтра масс и в 1,8 раза для монополярного анализатора.

В последней части данной главы представлено описание анализатора, позволяющего при реализации режима «трехмерной фокусировки» устранить влияние разброса по энергиям в продольном направлении.

Во третьей главе исследуется влияние краевых полей на чувствительность пролетных квадрупольных масс-анализаторов.

В первой части данной главы приводится описание методики расчета траекторий движения ионов в краевых полях. Во второй части исследуется

влияние входного краевого поля на амплитуду колебаний ионов в анализаторе. Показано, что при параллельном продольной оси анализатора вводе ионов существует оптимальное время пролета краевого поля, при котором усредненная по начальным фазам амплитуда колебаний ионов по ^-координате минимальна. В этом случае коэффициент захвата ионов в объеме анализатора имеет максимум, значение которого в 3-3,5 раза превышает коэффициент захвата ионов, характерный для «неискаженного» поля. Значение оптимального времени пролета краевого поля зависит от угла наклона рабочей прямой. Чем меньше угол наклона рабочей прямой, тем выше значение оптимального времени пролета. Ввод ионов под углом к продольной оси анализатора, характерный для режима «трехмерной фокусировки», при составляющих скорости в продольном направлении близких к максимально возможным значениям, но не вызывающим еще значительных потерь ионов на электродах анализатора, приводит к тому, что зависимость коэффициента захвата от времени пролета ионами входного краевого поля видоизменяется. В пределах времен пролета ионов от 0 до 2-2,5 периодов радиочастотного напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, значение коэффициента захвата слабо отличается от значения, характерного для «неискаженного поля». За пределами указанного диапазона коэффициент захвата резко падает до нуля.

В третьей части данной главы описывается электродная система, позволяющая уменьшить протяженность краевого поля и улучшить его качество за счет сохранения гиперболичности. Эта система позволяет при традиционном режиме анализа оптимизировать протяженность краевого поля для получения максимальной чувствительности. При работе в режиме «трехмерной фокусировки» расширить допустимый диапазон энергий в продольном направлении в сторону меньших значений.

В последней части данной главы исследуется влияние выходной краевой области на коэффициент трансмиссии ионов в случае вывода ионов из анализатора через приосевую область. Показано, что в этом случае наличие

выходной краевой области оказывает слабое влияние на коэффициент трансмиссии.

Во четвертой главе проводится экспериментальное исследование нового режима работы пролетных квадрупольных масс-анализаторов на примере монополярного анализатора.

В первой части данной главы приводится описание экспериментальной установки и условий проведения исследования. Особое внимание уделено вопросам стабильности работы генератора радиочастотного напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, и помехозащищенности системы регистрации сигнала.

Во второй части приведены результаты проведенного исследования и показано хорошее соответствие полученных данных с результатами численного моделирования.

В заключении сформулированы основные выводы по результатам проведенных исследований.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Введение

Маес-спектрометрия - метод определения химического, фазового состава и молекулярной структуры вещества, основанный на регистрации спектра масс ионов, образованных в результате ионизации атомов и (или) молекул пробы [1].

Впервые метод был применен в начале ХХ-века. В 1912 году под руководством Джозефа Джона Томсона и при участии Фрэнсиса Уильяма Астона в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета был создан первый масс-спектрограф. С его помощью были разделены в пространстве и зафиксированы ионы кислорода, азота, фосгена, угарного и углекислого газов, а также на примере атомов неона обнаружено явление изотопии. По результатам работы в 1913 году вышла монография Томпсона «Rays of Positive Electricity» [2]. В 1919 году Астон усовершенствовал ранее созданный масс-спектрограф и получил возможность более эффективно разделять частицы с разным отношением массы к заряду [3]. Им было открыто 213 стабильных изотопов химических элементов и установлено, что массы атомов являются целочисленными. В 1925 году на приборе с большим разрешением он обнаружил наличие у веществ дефекта массы [4].

Первый масс-спектрометр был создан в 1918 году в Чикагском университете Артуром Джеффри Демпстером [5]. От масс-спектрографов Томпсона и Астона помимо способа регистрации заряженных частиц он отличался так же и наличием их фокусировки по направлениям влета в анализатор [6].

Разделение заряженных частиц в постоянных во времени электрических и магнитных полях использовалось до конца 1940-х годов. Поэтому признаку все созданные до этого момента времени аналитические приборы

являлись статическими [7,8,9]. В 1946 году Уильямом Стивенсоном было предложено производить разделение ионов, имеющих одинаковую кинетическую энергию и различные отношения масс к зарядам, по их времени пролета в безполевом пространстве [10]. Два года спустя на этом принципе А. Камерон и Д. Эгтерс создали времяпролетный масс-спектрометр [11]. Этот прибор стал первым прибором динамического типа [9].

Следующим видом анализаторов динамического типа стали устройства, основанные на ловушечном механизме разделения заряженных частиц в квадрупольных полях [9]. В 1953 году Пауль и Штайнведель описали принципы действия квадрупольных масс-анализаторов [12] и три года спустя получили патент Германии на масс-анализаторы пролетного типа и ионную ловушку [13]. Первое сообщение о практической реализации квадрупольной ионной ловушки появилось в 1956 году в тезисах Берклинга [14]. Однако, несмотря на это, вплоть до 1970-х годов данное направление приборостроения было представлено только приборами пролетного типа (фильтрами масс и монополярными масс-анализаторами), получившими значительное развитие благодаря работам Гюнтера [15] и Цана [16]. В 1970-х годах начинается активное экспериментальное исследование ионной ловушки, и создаются методы математического моделирования процессов движения заряженных частиц в квадрупольных полях. В 1983 году фирма Ппш§ап МАТ выпускает первый коммерческий масс-спектрометр, построенный на основе ионной ловушки.

По мере развития масс-спектрометрического метода анализа и совершенствования его аппаратной части возрастают и требования, предъявляемые к данному методу. Если в начале его создания анализ ограничивался простыми веществами, то позже возникает острая необходимость анализа сложных соединений (протеинов, диоксинов, белков и т.п.). Для этого необходима высокая разрешающая способность. Для решения этой задачи создаются тандемные масс-спектрометры, масс-спектрометры ионно-циклотронного резонанса [17,18] и орбитальная ловушка [19].

Однако, несмотря на появление аппаратуры с высокой разрешающей способностью потребность в ранее созданных приборах не только не исчезает, но и продолжает расти с каждым годом. Это объясняется тем, что в настоящее время существует много сфер человеческой деятельности, в которых требуется проведение рутинных экспресс анализов веществ и их компонентов. При этом не требуется высокого разрешения, а основными требованиями являются компактность аппаратуры, экспрессность анализа и по возможности низкая стоимость устройств. В качестве примеров таких сфер деятельности можно указать следующие: таможенная служба, МЧС, служба экологического контроля, пищевая промышленность, фармакология, нефте- и газодобывающая отрасли, промышленное производство и т.д. Отдельно стоит отметить наукоемкое производство. Экономический кризис 2009 года оказал сильное влияние на производственную сферу. Во многих развитых странах доля энергоемких производств значительно снизилась и продолжает сокращаться за счет вытеснения их наукоемкими и энергосберегающими технологиями. И как следствие, в этих странах возрос и продолжает расти спрос на масс-спектрометры, применяемые для контроля технологических процессов и анализа получаемых материалов.

Аналитические комплексы, создаваемые на базе квадрупольных масс-анализаторов, хорошо согласуются с вышеуказанными требованиями. Данные анализаторы сочетают в себе хорошие аналитические характеристики, малые габаритные размеры и низкую себестоимость при производстве. Поэтому неудивительно, что в соответствии с результатами исследования [20], проведенного компанией КеБеагсЬ.ТесЬаг!, устройства, содержащие в своем составе квадрупольные масс-анализаторы, в настоящее время занимают примерно 1/3 часть мирового рынка продаваемого масс-спектрометрического оборудования.

Особое место среди квадрупольных масс-анализаторов занимают анализаторы пролетного типа. Они обладают простой конструкцией, ориентированы на работу с внешними источниками ионов и хорошо согласуются с из-

вестными системами ввода ионов. Их уникальность состоит в сочетании непрерывного режима анализа с достаточно малыми габаритными размерами. Возможностью проведения непрерывного анализа в настоящее время обладают только стационарные магнитные и электростатические секторные масс-спектрометры. Остальные типы масс-спектрометров используют импульсный режим анализа. Вследствие этого, квадрупольные анализаторы пролетного типа на сегодняшний день наиболее полно удовлетворяют условиям, необходимым для создания мобильных систем контроля в режиме реального времени избранных компонентов газовых смесей и поиска следовых количеств заданных элементов или специфических маркеров. Однако для реализации этих задач они должны обладать хорошей чувствительностью.

1.2. Основные положения теории пролетных квадрупольных масс-

спектрометров

В общем виде распределение потенциала в анализаторе квадрупольно-го масс-спектрометра можно записать следующим образом [21]:

(р{х,у,г) = ц/(Т)(аххг + аууг + а2гг + Ьхх + Ъуу + Ъ2г + Ь0) , (1.1)

где Ц/(Т) - периодическая функция, определяемая видом радиочастотного напряжения, прикладываемого к электродам анализатора, а, и Ъ1 — постоянные коэффициенты, определяющие геометрию этих электродов. При этом для коэффициентов ап исходя из уравнения Лапласа, должно выполняться условие:

ах + а + а. = 0.

Для традиционных электродных систем Ьх =Ьу =Ь, =Ь0 = 0. В этом случае, с учетом граничных условий <р(ха,0,0) = (рх, фФ,Уа$) = (Ру,

= распределение потенциала в неискаженном (идеальном) поле записывается в виде [21,22]:

<p(x,y,z) = (P-

l + n0+p0

2 J1

1 — к г 1

1 + Po + + —~ F2 " С1 + Po )У2 +Poz2 J

Уa

,0.2)

1 _ Фу

где n0 = -y, p0=-~, k0= — , a xa, , минимальные расстояния от цен-Л <РХ

тра системы до электродов.

Параметры л0, /?0, определяют тип электродной системы. Для масс-

анализаторов пролетного типа п0 =1,/?0 = 0, к0 =-1. В этом случае квадру-польный фильтр масс состоит из четырех электродов гиперболического сечения (рис. 1.1а). Электродная система монополярного масс-анализатора (рис. 1.1 б) представляет собой одну четвертую часть фильтра масс и состоит из двух электродов. Один - гиперболический, второй - уголковый, образованный двумя перпендикулярными друг к другу полуплоскостями, соприкасающимися на оси электродной системы. По аналогии можно построить еще несколько систем. Например, «триполь» (рис. 1.1e) [23], состоящий из четырех электродов: трех гиперболических и одного уголкового, образованного подобно монополю перпендикулярными друг к другу соприкасающимися на оси системы полуплоскостями, но уже с внешним углом.

Движение ионов в квадрупольных полях описывается уравнением Хилла [24]:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванов, Владимир Васильевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горная энциклопедия. Т.З.// М.: Советская энциклопедия, 1987. С.266. (гл. редактор Е.А. Козловский).

2. Thompson J.J. Rays of Positive Electricity// London: Longmann, Green and Co., 1913.

3. Aston F.W. A positive-ray spectrograph// Phil.Mag., 38, 1919. P. 707715.

4. Астон Ф. В. Масс-спектры и изотопы// Пер. с англ. М: Издательство иностр. лит., 1948. 298 с.

5. Dempster A.J. A New Method of Positive Ray Analysis// Phys.Rev., 11, 1918. P. 316.

6. Бейнон Дж. Масс-спектрометрия и её применение в органической химии//М.: Мир, 1964. 707 с.

7. Шеховцев H.A. Магнитные масс-спектрометры// М.: Атомиздат, 1971,232с.

8. Рафалъсон А.Е., Шерешевский A.M. Масс-спектрометрические приборы// М.: Атомиздат., 1968. 243 с.

9. Сысоев A.A., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию// М.: Атомиздат, 1977. 304 с.

10. Stephens W.E. A Pulsed Mass Spectrometer with Time Dispersion// Phys. Rev., 69, 1946. P. 691

11. Cameron A.E., Eggers D.F. Jr., An Ion "Velocitron"// The Rev.Sci. Instrum., 19, 1948. P. 605

12. Paul W., Steinwedel H. A new mass spectrometer without a magnetic field// Z. Naturforsch, 8a, 1953. P. 448-450.

13. Paul W., Steinwedel H. Apparatus for separating charged particles of different specific charges// German Patent 944, 900, 1956. U. S. Patent 2, 939, 952, 7 June 1960.

14. K. Berbling aus Leipzig. Der Entwurf eines Partialdruckmessers// Physikalisches Institut der Universität Bonn, West Germany, 1956.

15. Guenter K.G. A partial pressure vacuum gauge working according to the principle of the electrical mass filter// Vacuum, 10, 1960, P. 293-309.

16. Von Zahn U. Prezisions Massenbestimmungen mit dem elektrische Mas-senfilter// Z. fur Physik, №168, 1962. P. 129-142.

17. Comisarov M.B. Marshall A.G. Fourier transform ion cyclotron resonance spectroscopy// Chem. Phys.Lett., Vol. 25, 2, 1974. P.282-283.

18. Comisarov M.B. Marshall A.G. Frequency-sweep Fourier transform ion cyclotron resonans spectroscopy// Chem. Phys. Lett.. Vol.26, 4, 1974. P. 489-490.

19. Makarov A. Electrostatic axially harmonic orbital trapping: A highperformance technique of mass analysis// Anal. Chem., 72 (6), 2000. P. 11561162.

20. Маркетинговое исследование российского рынка масс-спектрометров// Research.Techart, 25 мая 2011.

21. Шеретов Э.П. Квадрупольный масс-спектрометр с электродами в виде гиперболоидов (теория)//ЖТФ, Т.48, В.7, 1978. С.1360-1365.

22. Шеретов Э.П. Основы теории трехмерной квадрупольной масс-спектрометрии. Ч. I // ЖТФ, Т.49, В.1, 1979. С.34-40.

23. Шеретов Э.П., Дубков М.В., Карнав Т.Е., Малютин А.Е. Триполь (фильтр масс с уголковым электродом)// Научное приборостроение: межвуз. сб. науч. тр. Рязань, 2006. С.65-71.

24. Шеретов Э.П. Гиперболоидные масс-спектрометры// РЖА, В.11-12, 1980. С. 29-43.

25. Paul W., Reinchard Н. P., von Zahn U. Das elektrische Massenfilter als Massenspectrometer und Isotopentrenner//Z. fur Physik, №152, 1958. P. 143-182.

26. Мак-Лахлан H.B. Теория и приложения функций Матье// М.: Изд-во иностр. лит., 1953. 450 с.

27. Richards J.A., Huey R.M. & Hiller J. On the time varying potential in the quadrupole massspectrometer//Proc. oflREE (Aust), 32, 1971. P. 321-322.

28. Шеретов Э.П., Тереныпъев В.И. Основы теории квадрупольных масс-спектрометров при импульсном питании// ЖТФ, Т.32, В.5, 1972. С.953-962.

29. Слободенюк Г.И. Квадрупольные масс-спектрометры// М.: Ато-миздат, 1974. 272 с.

30. Сысоев А.А. Физика и техника масс-спектрометрических прибо-ров и электро-магнитных установок// М.: Энергоатомиздат, 1983. 256 с.

31. Sheretov Е. P., Karnav Т.В., BrykovA.V. Some features of "unstable" trajectories of ions within hyporboloid mass spectrometers and the problem of charged particle analysis// Int. J. Mass Spec., 190/191, 1999. P. 113-127.

32. Карнав Т. Б. Базовые решения уравнения Хилла и сортировка заряженных частиц в анализаторах гиперболоидных масс-спектрометров// Диссертация канд. техн. наук. Рязань. 1999. 238 с.

33. Ernst P.S., Gurov V.S., Dubkov M.V., Korneeva O.V. The monopole mass filter with hyperbolic V-shaped electrode// Rapid Commun. Mass Spectrom., 13,1999. P. 1699-1702.

34. von Busch, F., Paul, W. Nonlinear Resonances in Electric Mass-Filters As a Consequence of Field Irregularities// Z. Phys. 164, 1961. P. 588-594.

35. Dawson, P.H., Whetten N.R. Nonlinear Resonances in Quadrupole Mass Spectrometers Due to Imperfect Fields. I. Quadrupole Ion Trap// Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 2,1969. P. 45-59.

36. Wang Y., Franzen J., Wanczek K.P. The non-linear resonance ion trap. Part 2. A general theoretical analysis// Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 124, 1993. P.125-144.

37. Wang Y., Franzen J. The non-linear ion trap. Part 3. Multipole components in three types of practical ion trap// Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 132, 1994. P. 155-172

38. Franzen J., Gabling R.H., Schubert M., Wang Y. in March R.E. and Todd J.F.J. Practical aspects of ion trap mass spectrometry - Volume I. Funda-

men-tals of Ion Trap Mass Spectrometry - Chapter 3. Non-Linear Ion Traps// Boca Ra-ton: CRC Press, USA, 1995, P.49-168.

39. Franzen J. The non-linear ion trap. Part 4. Mass selective instability scan with multipole superposition// Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 125, 1993. P.165-170

40. Syka J.E.P. in March R.E. and Todd J.F.J. Practical aspects of ion trap mass spectrometry - Volume I. Fundamentals of Ion Trap Mass Spectrometry -Chapter 4. Commercialization of the Quadrupole Ion Trap// Boca Raton: CRC Press, USA,1995, P.169-205

41 .Дубков M.B., Буробин M.A. Исследование распределения потенциала в монопольном масс-анализаторе // Вестник РГРТУ, Вып. 33, 2010. С. 72-76.

42. Буробин М.А. Исследование особенностей работы и разработка электродной системы монопольного масс-анализатора»// Диссертация канд. техн. наук. Рязань. 2011.

43. Guidugli F., Traldi P. A phenomenological description of a black hole for collisionally induced decomposition products in ion-trap mass spectrometry// Rapid Commun. Mass Spectrom., 5, 1991, P. 343-348

44. Morand K.L., Lammert S.A., Cooks R.G. Concerning "black holes" in ion- trap mass spectrometry// Rapid Commun. Mass Spectrom., 5, 1991. P.491

45. Guidugli F., Traldi P., Franklin A.M., Langford M.L., Murrell J., Todd J.F.J. Letter to the editor// Rapid Commun. Mass Spectrom., 6, 1992. P.229-231.

46. Eades D.M., Yost R.A. Black Canyons for Ions Stored in an Ion Trap Mass Spectrometer// Rapid Commun. Mass Spectrom., 6, 1992. P.573-578.

47. Eades D.M., Johnsen J. V., Yost R.A. Nonlinear resonance effects dur-ing ion storage in a quadrupole ion trap// J. Am. Soc. Mass Spectrom., 4, 1993. P. 917-929.

48. Alheit R, Hennig C., Morgenstern R, Vedel F., Werth G. Observation of instabilities in a Paul trap with higher-order anharmonicities// Appl. Phys., B, 61, 1995. P. 277-283

49. Alheit R., Kleineidam S., Vedel F., Vedel M., Werth G. Higher order nonlinear resonances in a Paul trap// Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 154, 1996. P. 155-169.

50. Sheretov E.P. Some properties of charged particle trajectories in quadrupole mass spectrometers/ Part I. General theory // Mass Spectrom. Ion Processes. 219, 2002. P.315-324.

51. Sheretov E. P., Philippov I.V., Karnav T.B., Fedosov E.V., Ivanov V.W. Some properties of charged particle trajectories in quadrupole mass spec-trometers. Part II. The results of trajectory analysis// Mass Spectrom. Ion Processes. 219, 2002. P. 325-341.

52. Sheretov E.P., Philippov I.V., Karnav T.B., Fedosov E.V., Ivanov V.W. Fine structure of the stability diagram and the amplitude of ion oscillation within hyperboloidal mass spectrometers// Rapid Commun. Mass Spectrom. 16, 2002. P.261-263.

53.Sheretov E.P., Philippov I.V., Karnav T.B., Kolotilin B.I., Ivanov V.W. Spiking structure of amplitude characteristics for ion trajectories in hyperbo-loidal mass spectrometers: the theory // Rapid Commun. Mass Spectrom. 16, 2002. P. 1652-1657.

54. Шеретов Э.П., Викулов B.B., Карнав Т.Е., Иванов B.B. Петров B.B. Новые возможности и перспективы развития квадрупольных пролетных масс-спектрометров (монополь, триполь, фильтр масс)// Масс-спектрометрия: журнал ВМСО. Том 6, №4, Москва, 2009. С.295-301.

55. Sheretov Е.Р., Vikulov V. V, Karnav Т.В., Ivanov V. V., Petrov V. V. New Possibilities and Prospects for Development of Quadrupole Transit Time Mass Spectrometers (Monopole, Tripole, Mass Filter)// Journal of Analytical Chemistry. 2010, Vol.65, No. 13; P. 1397-1404.

56. Шеретов Э.П., Викулов В.В., Карнав Т.Е., Иванов В.В., Петров В.В., Шеретов А.Э. Способ анализа ионов по удельным зарядам в квадрупольных масс-спектрометрах пролетного типа (монополь, триполь и фильтр масс):

пат. № 2399985 Рос. Федерация; заявл. 20.04.2009; опубл. 20.09.2010. Бюл. № 26.

57. Dawson Р.Н. Quadrupole mass spectrometry and its application// Elsevier. Amsterdam, 1976. 376 p.

58. Hunter K.L., Mcintosh B.J. An improved model of the fringing fields of a quadrupole mass filter//Int. J. Mass Spectr. Ion Process. Vol. 87, 1989. P. 157164.

59. Brubaker W.M. An improved quadrupole mass analyser// Advances in Mass Spectrometry. - London: Institute of Petroleum, Vol.4, 1968. P.293-299.

60. Fite W. L. Methods and apparition for spatial separation of AC and DC electrical fields with ap-plication to fringe fields in quadrupole mass filters// Patent US 3867632, 1975.

61 .Дубков M.B. Исследование особенностей работы квадрупольного фильтра масс и разработка анализаторов с тонкостенными гиперболическими электродами: дис.... канд. техн. наук/РГРТИ. Рязань, 1997. 223 с.

62. Шеретов Э.П., Викулов В.В., Карнав Т.Е., Иванов В.В. Петров В.В., Шеретов А.Э. Анализатор пролетного квадрупольного масс-спектрометра (типа фильтр масс, «монополь» и «триполь»): пат. № 2447539 Рос. Федерация; заявл. 25.05.2009; опубл. 10.04.2012. Бюл. № 10.

63. Дубков М.В., Иванов В.В. Система ввода и вывода ионов в гипер-болоидных масс-спектрометрах на основе квадрупольных ячеек с продольным квадрупольным полем// Вестник РГРТУ. Рязань, №3 (Выпуск 41), 2012. С.104-107.

64.Кузьмин А.Ф. Улучшение характеристик аналитического квадрупольного масс-анализатора при работе с ионами низких энергий без применения предфильтров// Научное приборостроение. Т.21, №4, 2011. С.60-64.

65. Иванов В.В. Особенности движения ионов в динамически изменяющихся ВЧ полях гиперболоидных масс-спектрометров типа «трехмерная ловушка»// Вестник РГРТА. Рязань. 2006. С.94-99.

66. Konenkov N. V. Influence of fringing fields on the acceptance of a quadruple mass filter in the separation mode of the intermediate stability region// Int. J. Mass Spectrom. Ion Process. Vol. 123, 1993. P. 101-105.

67. Коненков H.B. Влияние краевого поля на акцептанс квадрупольного фильтра масс в режиме работы нижней вершины прямоугольника стабильности// Журнал технической физики. Т. 67, № 10, 1997. С. 121-124.

68. Коненков Н.В., Махмудов М.Н., Страшное Ю.В. Динамические характеристики фильтра масс при амплитудной модуляции высокочастотного// Вестник РГУ. Рязань, №1(38), 2013. С.155-167.

69. Иванов В.В., Сорокина М.В. Экспериментальное исследование источника ионов для монопольного масс-спектрометра// Научное приборостроение: межвуз. сб. науч. тр. Рязань, 2005. С.84-89.

70. Шеретов Э.П., Зенкин В.А., Сафонов М.П., Краснощекое Г.А. Датчик трехмерного квадрупольного масс-спектрометра// АС СССР №589573 опубл. 25.01.78. Бюл. №3.

71. Шеретов Э.П., Вику лов В.В., Карнав Т.Е., Иванов В. В., Петров В. В., Шеретов А.Э Анализатор квадрупольного масс-спектрометра пролетного типа с трехмерной фокусировкой: пат. № 2458428 Рос. Федерация; заявл. 25.11.2009; опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22.