WO2018124861A2 - Времяпролетный масс-спектрометр и его составные части - Google Patents

Времяпролетный масс-спектрометр и его составные части Download PDF

Info

Publication number
WO2018124861A2
WO2018124861A2 PCT/KZ2017/000029 KZ2017000029W WO2018124861A2 WO 2018124861 A2 WO2018124861 A2 WO 2018124861A2 KZ 2017000029 W KZ2017000029 W KZ 2017000029W WO 2018124861 A2 WO2018124861 A2 WO 2018124861A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coss
ion
plane
tof
mirrors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KZ2017/000029
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2018124861A3 (ru
Inventor
Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2018124861A2 publication Critical patent/WO2018124861A2/ru
Publication of WO2018124861A3 publication Critical patent/WO2018124861A3/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers

Definitions

  • the present invention relates to high-speed, high-resolution TOF MS (TOF MS - time-of-flight mass spectrometer).
  • the invention can be used, for example, in medicine, in biology, in the gas and oil industry, in metallurgy, energy, geochemistry, hydrology, ecology, the food industry, for the control of doping and narcotic drugs.
  • stepped focusing consists of a preliminary low order than that of a CO mirror (CO — corpuscular-optical), time-of-flight focusing by the energy spread of ions in an ionic packet using one or more deflecting-correcting elements and the subsequent high order of focus using a CO mirror.
  • Deflecting-correcting elements are called deflecting elements, for example, cylindrical capacitors (in particular segments of coaxial cylinders).
  • A-TIF is the averaged trajectory of the ion flux.
  • Decatre-two-dimensional view or SOE - is made with the possibility of two-dimensionality in the Cartesian coordinate system.
  • R TOF MS (R-reflective, TOF MS - time-of-flight mass spectrometer) are known.
  • R TOF MS contains: (i) one or more CO units containing at least one CO (CO - particle-optical) mirror; (Ii) an ion-source system and a detection system, including, respectively, one or more sources and one or more detectors; (w) controller-computer system,
  • the main disadvantages of this work are: a special case is considered out of many possible combinations of a cylindrical capacitor and two-dimensional ion mirrors in the mass spectrometer circuit; many possible combinations of a cylindrical capacitor and ionic two-dimensional mirrors in a mass spectrometer circuit; not considered the possibilities of using other than a cylindrical capacitor, deflecting elements for turning the ion flow on the mirror; The possibilities of using other than two-dimensional ion mirrors for a high order of the time-of-flight focusing of the ion packet are not considered.
  • the main objective of the present invention are to increase the resolution of R TOF MS.
  • device variants cover all blocking levels and dimensions of MS.
  • TOF MS - time-of-flight mass spectrometer including:
  • the COSS of its analyzer channel includes one or more selected from types of two-reflection components of COSS nodes, including V5R species
  • CO CO-copuscular-optical
  • Z91 ⁇ -shaped reflection
  • the COSS of its analyzer channel includes one or more deflecting-correcting SOEs (SOEs - corpuscular-optical elements), made possible at least one of the features selected from the following: low order TOF-F IP (TOF- F IP - time-of-flight focusing of the ion packet by the energy dispersion of ions in the packet), to provide S / TOF-F IP (S / TOF-F IP - "step-by-time focusing of the ion packet by the energy dispersion of ions in the packet) in conjunction with a single-band or two-band CO mirror; the direction of the ion flow from one to another mirror; Compensation of vertical spatial dispersion ("spreading") of the ion flux;
  • SOEs - corpuscular-optical elements deflecting-correcting SOEs
  • an AI unit that includes at least a single-source (single-channel or multi-channel) or multi-source (multi-channel) energy-filtering SFFI (SFFI is an ion-flux source-shaper), including their type with a “compensated difference in the length of the ion paths "Made with the possibility of passing into the analyzer channel an ion stream with a given or adjustable region (selection of the energy width and position of this width) of the energy distribution of ions in the stream.
  • At least one of the analyzer channels includes one of the types of R COSS (R - reflective), selected from a number of:
  • tl R COSS 11 - linearly single-plane, including two system-elongated CO mirrors selected from the series: full-row system-elongated and sector-system elongated;
  • 3D 2V mR COSS (3D - 3-dimensional, mR-multi-reflective), made in one-projection-two-looped form (in abbreviated form - 3D 2VI mR COS) or multiprojection-two-looped form (in short - 3D m2Vr mR COS);
  • - its COSS is made selected from the series: axisymmetric, transaxial, Cartesian-two-dimensional, including their conical views, while all COSS are made with the possibility of choosing the effective reflection surface in the form of a Cartesian-two-dimensional surface or section of surfaces in the plane of the ion path (incidence and reflection ) second order, in particular sectors of the circle, hyperbola, parabola;
  • the deflecting-correcting element in its COSS S / TOF-F IP is made in the form of a cylindrical capacitor
  • COSS S / TOF-F IP is designed to ensure scanning in layers with local CO mirrors and alternating layers without mirrors, and also with one or more periodic sweeps along the ⁇ -plane, with the straight and reverse branches of the trajectory separated or undiluted;
  • - SFFI includes one or more non-magnetic SOE selected from the following: an electrical prism, including its electrostatic two-dimensional form; cylindrical energy filter; axially symmetric energy filter;
  • At least one SFFI is made with a drain pocket for removing part of the ion stream from its main analyzed part;
  • - its vacuum casing is made in a systematic form, and it creates a system vacuum chamber, which contains: a compartment for the analyzer unit and one or more compartments of the attached pumping system, each of which has an attached pumping subsystem containing a periodically closed multilayer P s magnet view , in particular, four groups of magnets located antisymmetrically.
  • At least one of the branches of the attached pumping system is located in the region adjacent to its ion source and / or to the reflecting region of the COS in the MS.
  • FIG. Figure 1-25 shows the symbolic currents of ion fluxes (the paths of the ion flux paths are shown by solid lines with an arrow) and EPO (EPO are the effective reflection surfaces) of the ion flux (ion packets) in R (R-reflective) COS (COS-corpuscular-optical system) .
  • thick intermittent (dashed) lines indicate the EPO of the ion flux
  • thin continuous lines and arrows on them, respectively symbolic indicate currents of ion fluxes and the direction of movement of the ion flux
  • FIG. Figures 1a-9 show separate RS2 ⁇ 82 double-reflectors) with local EPOs, which includes one pair of conjugated local R ⁇ ( ⁇ - corpuscular-optical) elements in which ion flows can be wide (wide-flow) or narrow (narrow-flow), made with given local (sector) effective reflection surfaces located in the areas of reflection vertices.
  • FIG. 1a-4 are shown in projection onto a ⁇ -plane (middle plane) aligned with the coordinate ⁇ -plane.
  • EPO EPO-effective reflection surfaces
  • FIG. Figures 3 and 4 show RS2 species, respectively, with local sector elliptical and spherical EPOs with spaced foci, as well as ion flows in them.
  • FIG. Figures 5 and 6 show RS2 views in projections onto a vertically longitudinal h-plane, respectively at V91 and Z5R, reflections.
  • Any of the RS2 shown in figures 1A-4 can be performed in one of the types of VSR and Z5R.
  • the local lateral corrective SOE D * ] h presented in projection onto the longitudinally-vertical ⁇ -plane, covering the averaged interelement mating branch of the trajectory, is made possible to at least correct the vertical direction and conjugation of the ion flux.
  • FIG. 7-9 presented in projection onto the ⁇ -plane (Fig. 7) and the vertical longitudinal L-plane (Figs. 8a, 8b, 8c, 9), as can be seen, the ions emanating with small heights of the regions 2S ', 2S " and 2S '"(individual sections) located in around the axis of symmetry (the Z axis in Figs. 7 and 9, or the ⁇ 'axis in Figs.
  • any of FIG. 8a, 8b, 8c, together with FIG. 7, displays the case when one of the reflectors is made with a straight axis: 0 ⁇ ⁇ ⁇ ; / 4;
  • FIG. 8a, 8b and 8c projected onto the ⁇ -plane, two types of ion flux formation are shown, with intermediate focusing (in FIG. 8a) and without intermediate focusing (in FIGS. 8b, 8c).
  • FIG. 8a the ions emanating from the two extreme elements (sections) 2S 'and 2S "' with a small height of the region pass through the focus F ⁇ . Note that under certain conditions, for example, when the vertically longitudinal--plane coincides with the mid-plane COSS, along this plane The ion flux can be wide.
  • RS2 can also serve as an example for multi-path, when two or more ion flow paths have beginnings and ends outside the COSS midplane.
  • FIG. 10-19 show OLR R COSS including two or more RS2 located in the vicinity of one plane.
  • FIG. 10 and 11 are presented including four local CO-mirrors 2V OLR COSS (2V - two-loop, OLR - single-layer reflective), respectively vertically-longitudinally Y-plane-two-loop and ⁇ -plane-two-loop four-reflection R COSS.
  • 2V OLR COSS 2V - two-loop, OLR - single-layer reflective
  • FIG. 12a-14 show ⁇ 1 R COSS (tl - linearly single-plane), including two system-elongated CO mirrors selected from the series: full-row system-elongated and sector-system elongated.
  • SOEs in tl R COSS can be made in line-elongated or single-elongated, which include sector-or full-row-elongated components without a common middle surface / plane (in particular multilayer) or with a common middle surface / plane.
  • multi-path multi-reflective tl R COSSs (they can be single-path) are presented, including two or more RS2 located linearly in the YZ plane, the EPO of which are selected from the series: flat; sectors of cylindrical parabolas; sectors of cylindrical circles.
  • FIG. 12a presents a multi-path tl mR COSS (mR is multi-reflective), the unified elongated EPO of which, in the projection onto the X-plane, are made in the form of straight lines.
  • tl mR COSS such as rules, the A-TIF is located on the same plane.
  • the mR COSSs presented also apply to tl mR COS, but A-TIF can be located in the same plane (with a common middle plane) or wiped out of the same plane (without a common middle surface). This is due to the fact that not all adjacent reflection of the ion flux is carried out by one reflector (linearly elongated), in particular, each adjacent reflection can carried out by a separate reflector.
  • the SOE in FIG. 12b are made full-length elongated, and in FIG. 12c are made sector-elongated.
  • FIG. 13 and 14 show multi-path two-reflection tl R COSS, including two elongated SOE reflectors, with two reflections of each ion path.
  • the line-elongated SOEs in FIG. 13 are made with a common median plane, and in FIG. 14 are made by a multilayer middle plane
  • FIG. Figures 15-19 show rl R COSS (rl - concentrated single-plane), made in a curvilinear-boundary form of the second order, or n-granular / sector, including two or more RS2, which are located around one center. Moreover, in FIG. 15-19, in projection onto the ⁇ -plane (in Fig. 15-
  • R COSS EPO which are selected from the series: flat; sectors of cylindrical parabolas; sectors of cylindrical circles.
  • FIG. Figures 15 and 16 show wide-flow rl R COSS, whose EPO in the projection onto the ⁇ -plane are made in the form of sectors, respectively, straight lines and parabolas. Moreover, in FIG. 15 shows the loopback rl mR COSS, in FIG. 16 shows a direct-bireflective multi-path rl R COSS (abbreviated as direct-reflective rl 2R COSS). Loop rl mR COS shown in FIG.
  • COSS shown dashed lines
  • FIG. 17 shows a loopback rl 2R COSS with round EPO.
  • FIG. 18 and 19 in the longitudinal-vertical ⁇ -plane are represented by rl R COSS shown, respectively, in FIG. 16 and 17.
  • Thick dotted lines show EPO.
  • Symbols N and m respectively indicate sources and detectors.
  • FIG. Figures 20-25 show 3D 2V mR COSS (3D - 3-dimensional, mR - multi-reflective), one-projection-two-loop view (abbreviated - 3D 2V £ mR COS) or multi-projection-two-loop view (abbreviated - 3D m2Vr mR COS), including two conjugate rl mR COSS (or two AND mR COSS), the ⁇ -planes of which are located in parallel.
  • 3D 2V mR COSS 3D - 3-dimensional, mR - multi-reflective
  • one-projection-two-loop view abbreviated - 3D 2V £ mR COS
  • multi-projection-two-loop view abbreviated - 3D m2Vr mR COS
  • 3D 2Vt mR COS 3D 2Vt mR COS
  • Fig. 21 covering the averaged inter-element parts of the trajectories, are made with the possibility of at least one of the features selected from the series: correcting the horizontal direction and the conjugation of the ion flux; corrective longitudinal vertical chromatic expansion of the ion flux; correcting the longitudinal-vertical direction of the ion flux.
  • 3D 2V mR COS can have one (on one of its lateral sides) or two (on its two lateral sides) lateral corrective SOEs.
  • ⁇ (2 - two superimposed, opposite directions of two A-TIF paths with their harmonic development in projection onto the X-plane are also shown.
  • FIG. 22-25 in the projections on the ⁇ -plane (Figs. 22 and 23) and on the longitudinally vertical ⁇ -plane (Figs. 24 and 25) are multi-projection loop 3D mR COS (abbreviated as 3D mVr mR COS), made in two paired rl mR COSS.
  • 3D mR COS abbreviated as 3D mVr mR COS
  • FIG. 22 and 24 respectively, in the projection onto the ⁇ -plane and in the projection onto the Y-plane, a diagonal scan 3D mVr mR COSS is shown.
  • FIG. 23 and 25 respectively, in the projection onto the ⁇ -plane and in the projection onto the% - plane, a 3D mVr mR COSS 4-way scan is shown.
  • 3D mVr mR COSS of diagonal scanning was performed with the possibility of only diagonal scanning of the ion flux - each reflection of the ion flux on one translates it to another rl mR COSS; 3D mVr mR COS of 4-sided scanning is made possible - from one rl mR COSS to another, the ion flux is transferred after two reflections on each rl mR COSS.
  • FIG. 26-45 present some possibilities for implementing the proposed new S / TOF-F IP concept (S / TOF-F IP - “stepwise time-of-flight focusing” of an ion packet by the energy spread of ions in the packet).
  • S / TOF-F IP “stepwise time-of-flight focusing” of an ion packet by the energy spread of ions in the packet.
  • the paths of the ion flow paths are shown by solid lines with an arrow.
  • deflecting-correcting elements for example, in the form of cylindrical capacitors D cdj ,
  • R COSS S / TOF-F IP in a projection on a longitudinally-vertical ⁇ -plane, single-layer, OLRs (with local SOEs, in particular located on the same plane) are represented in R COSS S / TOF-F IP: in FIG. 26 - with one mirror, and with the 1st turn of A-TIF onto the mirror; in FIG. 27 - with 2 mirrors, and with the 0.5th turn of A-TIF to the mirror; in FIG. 28 - at one mirror, and at one turn of A-TIF on a mirror;
  • FIG. 29-39 and 40-45 show mR COSS S / TOF-F IP designed to provide one or more periodic A-TIF scans along the ⁇ plane, respectively: with reflection of the ion flux on one or more mirrors on all scan layers (in FIG. 29-39); with reflection of the ion flux on local mirrors, on layers alternating with layers without mirrors (in Figs. 40-45).
  • Y-planes are represented by mR COSS S / TOF-F IP with one or more periodic A-TIF sweeps along the ⁇ -plane: with one mirror, and with
  • FIG. 34-36 in a projection onto the ⁇ plane are shown above in FIG. 29-
  • FIG. 34 shows mR COSS shown and FIG. 29; on FIG. 35 shows the mR COSS shown in FIG. 30 (with forward and reverse passage) and FIG. 31; in FIG. 36 shows the mR COSS shown in FIG. 32 (with forward and reverse passage) and FIG. 33.
  • FIG. 40-43 respectively, the 1st, 2nd, 3rd, 4th layers of the single-period A-TIF scan in mR COSS S / TOF-F IP are shown, which are designed to ensure the A-TIF scan in layers alternating with 2 local CO mirrors and without mirrors.
  • the periodic A-TIF scan in mR COSS S / TOF-F IP in FIG. 40-43 are obtained on the basis of providing the addition of one A-TIF scan layer without mirrors, placing it between the layers of the CO-mirrors in the mR COSS S / TOF-F IP shown in FIG. thirty.
  • FIG. 44 in a projection onto the ⁇ plane, is a view of a single-period A-TIF scan in mR COSS S / TOF-F IP shown above in FIG. 40-43.
  • FIG. 45 is a projection onto a ⁇ plane, a view of a single-periodic scan
  • A-TIF in mR COSS S / TOF-F IP above in FIG. 32 while providing the addition, between layers containing CO mirrors, of one A-TIF scan layer without mirrors.
  • mR COSS S / TOF-F IP can be multi-channel, single-channel or multi-channel.
  • Stepped focus mR COSs have high compactness, resolution and scanning speed.
  • FIG. 46-50 in a projection onto a vertical plane, combined with XY - the plane of the rectangular Cartesian coordinate system XYZ, some examples of the formation of the system of pass-through windows of the ion-source block (abbreviated AI block) with energy-filtering SFFI are shown:
  • FIG. Figures 46, 47, and 48 show access window systems for a bi-symmetric field, the average plane of symmetry of which is aligned with the coordinate XZ and YZ planes, respectively, with their types: single-window, two-window, six-window;
  • FIG. Figures 49 and 50 show access window systems with an axially symmetric field (rotational symmetry, the axis of symmetry of which is aligned with the coordinate axis Z), which respectively include one circular window and four windows in a sector-view ring.
  • the storage and ejection chamber of the AI unit with energy-filtering SFFI can be formed by attaching to each of them any of the access window systems shown in FIG. 46-50.
  • any AI unit including one with energy-filtering SFFI, can be made with a “compensated difference in the ion path trajectory.”
  • the ion flux paths are shown by solid lines with an arrow.
  • FIG. 51 shows the general principle of a stepwise AI block with a “compensated difference in the ion path trajectory”.
  • each storage-pushing chamber of the AI block includes groups of electrodes - in FIG. 51
  • AI block consists of three groups of electrodes, each of which includes four local electrodes and is docked with one of the three storage-ejection cameras isSl, is52 is53.
  • the three ion flow paths do not have a difference in the stroke length between themselves when they fall onto the plane AA 1 — it is made with a “compensated difference in the stroke length of the ion trajectories”.
  • FIG. 52 also shows the structure of one of the cumulatively ejecting chamber "21, which includes: an output window WL21; constituent walls: two side walls of the insulating material spl sp2 buoyant electrode eE and the accumulating ions of volume iV, which is formed by the said constituent walls of the buoyancy chamber "21.
  • 55a and 55b shows examples of the formation of linear AI blocks with energy-filtering SFFI.
  • FIG. 54 additionally shows traps pi and p2 for blocking part of the ion flux while allowing an ion stream with a predetermined or adjustable region (selection of the energy width and position of this width) of the ion energy distribution in the stream to pass into the analyzer channel.
  • IlL0g is a fine mesh network for passing ions into traps
  • wl and w2 are the walls of the trap.
  • FIG. 56 and 57 in the projection onto the Y-plane examples of the formation of return-flow AI blocks with energy-filtering SFFI are shown.
  • FIG. 51-57 multi-path multi-channel AI units with energy-filtering SFFI are shown with separate storage-ejection chambers for each ion path.
  • the AI block with SFFI energy-filtering is single-source.
  • two or more single-source single-window accumulative-ejection cameras can be made, in principle, in the form of a single multicon accumulative-ejection camera.
  • AI-blocks with energy-filtering SFFI and its components are shown for bi-symmetric and axially symmetric fields.
  • COSS 2cl in the projection onto the xy plane, COSS 2cl is shown, consisting of two flat capacitors cll and c12, symmetrically located relative to the yz plane of the Cartesian coordinate system xyz.
  • FIG. 59 in a projection on the xz-plane, a filter capacitor type COSS 2clF is shown, made on the basis of the 2d capacitor system, where each flat capacitor is joined by the front ⁇ 1 and rear ⁇ 2 electrode diaphragms.
  • FIG. 60 in the projection onto the xy plane, a cylindrical condenser c3 consisting of two concentric cylinders c31 and c32, the axis of symmetry of which is aligned with the Z axis of the Cartesian coordinate system xyz, is shown from the end part. In this case, the possibility of truncating a sector of a cylindrical capacitor c3 with a central angle ⁇ 3 was shown.
  • FIG. 61 in the projection onto the xz-plane shown with a front-end input-output filtering capacitor type COSS c31F, made on the basis of a cylindrical capacitor C3, where the cylindrical capacitor is connected by the front ⁇ 1 and rear YID2 disk electrode diaphragms.
  • FIG. 62 in a projection onto the xz plane, a sector of a cylindrical capacitor c32 is shown from the side.
  • FIG. 63 in the projection onto the xy plane, a filtering condenser type COSS c32F is shown with a lateral input-output, based on the sector of the cylindrical capacitor c32, where the cylindrical capacitor is joined by the front ⁇ 1 and rear ⁇ 2 electrode diaphragms.
  • the sizes of the considered filtering condenser type COSS c31F and c32F in one of the directions of the coordinate axes are not physical.
  • COSS made on the basis of a cylindrical capacitor, can operate with a ring-shaped ion flow. These features of them, with their corresponding joints with the corresponding through-windows and the choice of input window symmetry, allow them to be used for a multi-path flow of charged particles.
  • a filtering condenser type COSS can be directly coupled to a short-pulse type ion source, such as, for example, sources using short-pulse laser radiation.
  • An MS may include multiple channels and / or paths. Multichannel MS can be performed with the possibility of simultaneous or alternate direction (translating-multichannel) of the ion stream, at least one shortened and one high-resolution MS channels.
  • a multi-channel MS includes two or more different types of channels and with using an additional COSS or additional electrodes, one or more ion streams are alternately transferred to different channels.
  • FIG. 64 -67 are examples of the use of energy-filtering SFFI in MS, when the AI unit includes uniform tractor ion flows, i.e. all ion fluxes are identical in shape.
  • the perpendicular dashed lines show the Ptf planes of the time-of-flight focusing.
  • FIG. 64 and 65 in a projection on X, MSs with SFFI are shown based on the systems shown in FIG. 55a and 55b.
  • FIG. 66 in a projection onto the Y-plane shows AI-blocks with energy-filtering SFFI, made with the possibility of time-of-flight focusing of ion packets, based on two reflections.
  • this AI block can be used as TOF MS.
  • An important part of it is the two-reflection CO unit, which is isolated separately in FIG. 67.
  • An analogous two-reflection CO-nodes can be performed with any field symmetry.
  • a two-reflection CO unit in particular, can be made two-dimensional or rotational symmetry about the Z axis and can be connected to an AI unit with a two-dimensional capacitor or with a COSS axisymmetric field (a cylindrical capacitor or any other axisymmetric energy filter).
  • FIG. 68 is a two-zone 10K mirror K160R with an averaged face vector n, comprising: a flat plug K161Rn constituting the first K161 electrode; second electrodes K162.1 and K162.2 of two zones; the third electrodes K163.1 and K163.2 of two zones; the fourth electrodes K164.1 of one zone and the horizontal component K164.2 and the side components K164sl, K164s2 of the fourth electrode of the other zone.
  • the interelectrode slots are made rectilinearly and vertically to the longitudinally vertical plane 10 of the mirror.
  • the K164.2 electrode can be made without side components.
  • Similar two-band IO mirrors for incident and reflected ion fluxes can have different focal lengths. This feature of a two-band Yu mirror can be used to expand the functionality of COSS, especially for COSS S / TOF-F IP.
  • FIG. 69a and 69b in a three-dimensional form, two examples of the formation of electrode groups together with a through-window system are shown:
  • FIG. 69a shows, with rotational symmetry, a four-electrode elongated EADc, which in principle is an energy-filtering SFFI with rotational symmetry about the Z coordinate axis;
  • FIG. 69b shows a bi-symmetric four-electrode EC ⁇ 2 ⁇ , which, in principle, is an energy-filtering SFFI with a bi-symmetric field distribution, and includes: four local electrodes 261, 262, 263, 264; boundary surface (access window system) PS1 in the form of a sector of the cylinder; two elongated input windows WC2 ⁇ and WC22; aperture electrode ⁇ with an output window ⁇ /.
  • the energy filtering SFFIs shown in FIG. 69a and 69b, as well as their other types, may further comprise, after the diaphragm electrode, at least one electrode.
  • An example of such a case is shown in FIG. 70, in the form of EC125, which after the diaphragm ⁇ contains an additional two electrodes 265 and 266.
  • the presence of such electrodes in the previous figures is not shown so as not to clutter the drawings, but we will always assume the possibility of the presence of such electrodes.
  • FIG. 71-77 are presented COS analyzer of some types of TOF MS.
  • FIG. 71 shows volumetric images of electrodes of an axisymmetric COS TOF MS; in FIG.
  • FIG. 73-76 shows only one half of 3D mVr mR COS and 3D 2Vt mR COS, which is possible, since the coordinate annombo Playuring Tai-plane is a plane of symmetry (symmetry is broken when the side corrections are not the same or there is only one side corrector).
  • FIG. 73-75 show 3D mVr mR COS (multi-projection-two-loop) with solid circular reflectors.
  • FIG. 76 and 77 show single-projection-two-loop 3D 2VC mR COS (single-projection-two-loop).
  • a projection onto a yz-plane shows the appearance of a TOF MS with 3D 2Vr mR COS with four compartments P p , P 12 , P 13 and P 14 of an attached pumping system.
  • FIG. shows some types of magnets and the possibilities of their application in CES (CES - attached pumping system).
  • FIG. 80, 81, and 82 show two types of periodically closed multilayer P G - a type of magnet, in the particular case when the magnet has only three layers and they are straight. Of course, they can contain two layers or more than three layers, can also be curved. In any case, in periodically closed multilayer magnets: the width of the gap between the layers is small / uy / - »0, the thickness of the layer is less than its length ⁇ . ⁇ 1 ⁇ .
  • FIG. 80 81 are shown two types of periodically closed multilayer P c type of magnet, respectively closed at the edges of P Ga zx type and closed through jumpers P Gb zx type.
  • FIG. 81 are shown when: the layers are closed through the four jumpers cs ⁇ , csl, cs3 and cs4; bi-symmetric with respect to two planes - the coordinate zy-plane and the geometric mid-plane parallel coordinate x-plane. In the general case, these conditions are not necessary - the number of jumpers and spatial configurations can be arbitrary.
  • FIG. 82 shows an i ⁇ type magnet in cross section along a transverse vertical plane.
  • FIG. 83 and 84 show examples of the implementation of CES (CES - attached pumping systems) in the form of ion pumps and the possibility of arranging magnets in them.
  • FIG. 83 shows an example of the formation of two lateral magnetic groups 0X3 - placement, 0X4-placement and the transverse-middle group of magnets 0X7 - placement together with a system of flat plate anode electrodes A3 and cathode electrodes SZ, parallel to each other and periodically alternating.
  • FIG. 84 shows an example of the formation of four groups of magnets antisymmetric, with respect to the xy plane.
  • FIG. 84 in cross section, along the xy plane, one of the types of CES formation is shown: SP and C12 — right and left plate cathode electrodes, respectively; A2 is a group of cylindrical anode electrodes. Of course, other forms of electrodes can be formed.
  • FIG. 83 and 84 also show sP3.1 and sP3.2 - two CES channels (window channel between the CES and IB channel) with the system of partitions pP1, pP2 and pPZ designed to protect the reflection areas of the IB channel from metal debris emanating from CES

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электронной аналитической технике по определению состава и структуры веществ, в частности к области анализаторов MR TOF MS (MR - многоотражательный, TOF MS - времяпролетный масс-спектрометр), и может быть использовано в медицине, в биологии, в газовой и нефтяной промышленности, в металлургии, энергетике, геохимии, гидрологии, экологии. С целью увеличения разрешающей способности MR TOF MS его RS (RS - отражательная система) выполнена с рядом особенностей, главными из которых являются то, что: (a) COSS его анализаторного канала включает один или более, выбранные из видов двухотражательных составляющих COSS узлов, выбранные из ряда однозоных и двухзанных зеркал, и выполнен с обеспечением возможности выбора величин острых углов γ 1 и γ 2, между направлениями ионного потока выхода из одного СО зеркала и входа в другое СО зеркала, ограничены в пределах: - π/4<γ 1≤0 и 0≤γ 1<π/4; 0≤γ 2<π/4 и - π/4< γ 2≤0; (b) COSS его анализаторного канала включает один или более отклоняющие- корректирующие СОЕ (СОЕ - корпускулярно-оптические элементы), выполненные с обеспечением возможности S/TOF-F IP (S/TOF-F IP - ступенчатая времяпролетная фокусировка ионного пакета по энергетическому разбросу ионов в пакете) совместно с однозонным или двузонным СО-зеркалом; (c) ИИ-блок, который включает, энергофильтрующий SFFI (SFFI - источник- формирователь потока ионов), включая их вид с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий».

Description

ΜΠΚ: H 01J 49/40
Времяпролетный масс-спектрометр и его составные части
Настоящее изобретение относится к светосильным, высокоразрешающим TOF MS (TOF MS - времяпролетный масс-спектрометр).
Изобретение может быть использовано, например, в медицине, в биологии, в газовой и нефтяной промышленности, в металлургии, энергетике, геохимии, гидрологии, экологии, пищевой промышленности, для контроля допинговых и наркотических средств.
В данной заявке в основном придерживается систематизированных терминов и сокращений принятых в US 8,598,516 В2, WO2014126449 А1. В материалах данной заявки на изобретения также введены новые понятия и термины, связанные в основном с новыми объектами, предложенные впервые, которые в основном пояснены по ходу изложения формулы, в пояснении приложенных фигур и описания заявки изобретения. Некоторые из них, для однозначенного их истолкования требуют дополнительных пояснений, которые даны здесь. Для однозначности выбора координатной системы при различных симметриях полей с заданными граничными условиями введем понятия X-, продольно- вертикальной Й-, поперечно-вертикальной Й-плоскостей. Будем полагать, что прямоугольная декартовая система координат XYZ введена так, что ее координатная ΥΖ-плоскость совмещена с плоскостью общей симметрией рассматриваемой одноплоскостной COS (COS - корпускулярно-оптическая система), направив координатную Ζ-ось вдоль общего направления движения ионного потока. Это будет означать что: в COS с локальными СОЕ (СОЕ - корпускулярно-оптический элемент) основное направление движение ионного потока совершается вдоль Ζ-координатной оси, Υ-координатная ось связна с шириной ионного потока; в одноплоскостных mR (mR -многоотражательная) COS с удлиненными СОЕ ΥΖ-плоскость совмещена с плоскостью многоотражения (развертки) ионного потока; в 3D mR COS (3D 2V£ mR IOS и 3D mVr mR IOS) с удлиненными СОЕ ее ΥΖ-плоскость параллельна плоскостям многоотражения (развертки) ионного потока ее сосотавляющими одноплоскостных mR COS (tl mR IOS и rl mR IOS). При таком ведении прямоугольной декартовой системаы координат, ΥΖ-, XY- ΧΖ-плоскостей, соответственно будем называть λ-, продольно-вертикальной Й-, поперечно- вертикальной й-плоскостями. Отметим, что в случае круговой симметрии в плоскости развертки ионного потока (в ΥΖ -плоскости) освие координаты Υ и Ζ равноправны.
Концепция «ступенчатой фокусировки» - заключается в предварительной низкого порядка, чем у СО зеркала (СО - корпускулярно-оптический), времяпролетной фокусировки по энергетическому разбросу ионов в ионном пакете с помощью одного или более отклоняющих-корректирующих элементов и последующей высокого порядка фокусировки с помощью СО зеркала.
Отклоняющие-корректирующими элементами называются, отклоняющие элементы, например, цилиндрические конденсаторы (в частности сегменты коаксиальных цилиндров).
A-TIF - усредненная траектория ионного потока. COSS -корпускулярно- оптическая подсистема.
Декатрово-двумерный вид или СОЕ - выполнен с обеспечением возможности двумерности в декартовой системе координат.
R TOF MS (R -отражательный, TOF MS - времяпролетный масс-спектрометр) известны. R TOF MS, содержит: (i) один или более СО-блоки, содержащий, по меньшей мере, одно СО (СО - корпускулярно-оптическое) зеркало; (И) ионно- источниковую систему и детекторную систему, включающие, соответственно один или более источники и один или более детекторы; (ш) контроллерно-компьютерную систему,
В работе «Времяпролетный масс-спектрометр на основе электростатических полей двухмерных зеркал и цилиндрического конденсатора»
/https://elibrary.ru/itera.asp?id=21247181/ предложен и рассчитан времяпролетный масс-спектрометр, в котором многократные отражения осуществляются двумерными электростатическими зеркалами. Между зеркалами расположен цилиндрический конденсатор, поворачивающий ионный пучок на зеркало. Основными недостатками этой работы являются: рассмотрен частный случай из многих возможных сочетании цилиндрического конденсатора и ионных двухмерных зеркал в схеме масс- спектрометра; многих возможных сочетании цилиндрического конденсатора и ионных двухмерных зеркал в схеме масс-спектрометра; не рассмотрены возможностей использования других, кроме цилиндрического конденсатора, отклоняющих элементов для поворачивания ионного потока на зеркало; не рассмотрены возможностей использования других, кроме ионных двухмерных зеркал, для высокого порядка времяпролетной фокусировки ионного пакета.
В US 8,598,516 В2, WO2014126449 А1 и WO 2017003274 A3 были предложены:
(а) новые виды R TOF MS, в том числе включающие некоторые COS, выполненные с обеспечением возможности двухпетлевого многоотражения;
(b) концепция многотрактности масс-спектрометров известных видов и предложенных новых видов R TOF MS;
(c) новые виды СОЕ для реализации новых видов высокоразрешающих R TOF MS и многотрактных MS.
Этих работы имеют недостатки - все технические решений предложенные в них относится к некоторым частным случаям R TOF MS и их составляющих, и они не рассмотрены в системном виде.
Необходимость создания высокоразрешающих R TOF MS для управления различными технологическими процессами требуют системного подхода к разработке всех возможных вариантов светосильных высокоразрешающих R TOF MS.
Основной задачей настоящего изобретения являются увеличения разрешающей способности R TOF MS. При этом варианты устройства охватывают все уровни блочности и уровни габаритов MS.
Известен одноканальный или многоканальный TOF MS (TOF MS - времяпролетный масс-спектрометр), включающий:
(i) содержащий, по меньшей мере, ИИ-блок (блок ионного источника) и анализаторный блок, и их соответствующие каналы, которые содержать свои соответствующие COSS (COSS - корпускулярно-оптическую подсистемой) в каждом канале блока; (ii) детекторную систему, включающую один или более детекторы;
( ) контроллерно-компьютерную систему.
Основные отличия предлагаемого R TOF MS от известных R TOF MS заключается в том что, по меньшей мере, один из MS-каналов выполнен с обеспечением возможности функционирования в узкопоточным и/или широкопоточным (возможность работы узким и/или широким ионными потоками), и однотрактном и/или многотрактном (nD jP, где D - dimensCOnal, Р- path, n=2,3, j=l,2,3,...) режимах, при этом имеет, по меньшей мере, одну из особенностей:
(a) COSS его анализаторного канала включает один или более, выбранные из видов двухотражательных составляющих COSS узлов, включая видов V5R
(петлевого отражения) и Z91 (Ζ-образного отражения), каждый из которых содержит пару СО (СО-копускулярно-оптический) зеркал, выбранные из ряда однозоных и двухзанных зеркал, и выполнен с обеспечением возможности выбора величин острых углов γ и γ2 , между направлениями ионного потока выхода из одного СО зеркала и входа в другое СО зеркала, ограничены в пределах: - тт/4< ^ <0 и 0< χι <ιτ/4; 0<γ2 <τ/4 и - тт/4</2<0;
(b) COSS его анализаторного канала включает один или более отклоняющие- корректирующие СОЕ (СОЕ - корпускулярно-оптические элементы), выполненные с обеспечением возможности, по меньшей мере, одной из особенностей, выбранной из ряда: низкого порядка TOF-F IP (TOF-F IP -времяпролетная фокусировка ионного пакета по энергетическому разбросу ионов в пакете), для обеспечения S/TOF-F IP (S/TOF-F IP - «ступенчатая времяпролетная фокусировка» ионного пакета по энергетическому разбросу ионов в пакете) совместно с однозонным или двузонным СО-зеркалом; направления ионного потока из одного в другое зеркало; компенсация вертикальной пространственной дисперсии («расплывании») ионного потока;
(с) ИИ-блок, который включает, по меньшей мере, одно-источниковый (однотрактный или многотрактный) или многоисточниковый (многотрактный) энергофильтрующий SFFI (SFFI - источник-формирователь потока ионов), включая их вид с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий», выполненный с обеспечением возможности пропускания в анализаторный канал потока ионов с заданной или регулируемой областью (выбора энергетической шириной и положения этой ширины) энергетического распределения ионов в потоке.
Другие отличия предлагаемого R TOF MS от известных R TOF MS заключается в том что:
- его, по меньшей мере, один из анализаторных каналов включает один из видов R COSS (R - отражательный), выбранную из ряда:
(a) 2V OLR COSS (2V - двухпетлевая, OLR - однослойно-отражательная), включающая четыре локальные СО-зеркала;
(b) tl R COSS (11 - линейно-одноплоскостная), включающая два системно- удлиненные СО-зеркала выбранные из ряда: полнорядное системно-удлиненное и секторное системно-удлиненное;
(c) rl R COSS (rl - концентрированные одноплоскостные), выполненные в криволинейно-граничном виде второго порядка, или п -граннего/секторном виде.
(d) 3D 2V mR COSS (3D - 3-х мерная, mR -многоотражательная), выполненые в однопроекционно-двухпетлявидном виде (сокращенно - 3D 2VI mR COS) или многопроекцио-двухпетлявидном виде (сокращенно - 3D m2Vr mR COS); - его COSS выполнена выбранной из ряда: осесимметричная, трансаксиальная, декартово-двумерная, включая их конические виды, при этом все COSS выполнены с обеспечением возможности выбора эффективной поверхности отражения в виде декартово-двумерной поверхности или сечения поверхностей в плоскости траектории ионов (падения и отражения) второго порядка, в частности секторов окружности, гиперболы, параболы;
- отклоняющий-корректирующий элемент в его COSS S/TOF-F IP выполнен в виде цилиндрического конденсатора;
- его COSS S TOF-F IP выполнена с обеспечением отражения ионного потока на одном или более зеркалах на всех слоях развертки, и с обеспечением одной из особенностей:
(а) однослойная, OLR (OLR - с локальными СОЕ, в частности расположенные на одной плоскости), при одном и более зеркалах и при 1/2-ом или более повороте на зеркало;
(Ь) одна или более периодическая развертка по λ-плоскости, при одном зеркале и при 1-ом повороте на зеркало;
(с) одна или более периодическая развертка по λ-плоскости, при 2-х зеркалах и при
1-ом повороте на зеркало, с разведенными или неразведенными прямой и обратной ветвями траектории;
(d) одна или более периодическая развертка по λ-плоскости, при 2-зеркалах и при 2-х поворотах на зеркало, с разведенными или неразведенными прямой и обратной ветвями траектории;
- его COSS S/TOF-F IP выполнена с обеспечением развертки в слоях с локальными СО-зеркалами и чередующихся с ними слоях без зеркал, и также с обеспечением одной или более периодической развертки по λ-плоскости, с разведенными или неразведенными прямой и обратной ветвями траектории;
- его энергофильтрующий SFFI, включая их вид с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий» и/или возвратноточным ходом ионных траекторий (возвратноточным ИИ-блоком), выполнена с обеспечением возможности пропускания в анализаторный канал (подачи в анализатор) ионов в потоке с заданной или регулируемой областью (выбора энергетической шириной и положения этой ширины) энергетического распределения ионов в потоке, на основе постоянного или переменного значения потенциалов на электродах и/или размера пропускного окна в SFFI.
- SFFI включает один или более безмагнитные СОЕ выбранные из ряда: электрическая призма, включая ее электростатическое двумерный вид; цилиндрический энергофильтр; аксиально-симметричный энергофильтр;
- в ней, по меньшей мере, одна SFFI выполнена с отводным карманом для отвода часть ионного потока от его основной анализируемой части;
- его вакуумный кожух выполнен в системном виде, и он создает системную вакуумную камеру, которая содержит: отделение для анализаторного блока и одно или более отделений присоединенной откачной системы, в каждом из которых расположена присоединенная откачная подсистема, содержащая периодичнозамкнуто-многослоенного Рс -вида магнит, в частности четырех групп магнитов, расположенных антисимметрично.
- в нем, по меньшей мере, одно из отделений присоединенной откачной системы расположено в области смежной с его источником ионов и/или с отражающей областью COS в MS. Настоящее изобретение может быть осуществлено во многих вариантах, и только некоторые привилегированные варианты конструкции будут описаны посредством примеров, представляемых в схематическом виде в сопровождающих чертежах.
На фиг. 1-25 показаны символические токи ионных потоков (траектории трактов ионного потока показаны сплошными линиями со стрелкой) и ЭПО (ЭПО - эффективные поверхности отражения) ионного потока (ионных пакетов) в R (R- отражательный) COS (COS -корпускулярно-оптическая система). При этом на фиг. 1- 25 и последующих фигурах введены некоторые общее обозначений: толстыми прерывистыми (пунктирными) линиям обозначены ЭПО ионного потока; тонкими непрерывными линиями и стрелками на них, соответственно символический обозначены токи ионных потоков и направление движения ионного потока; единичные векторы к с нижними индексами, например κ . и к -2 , определяют направлений, входной в COS и выходной из COS у -ой усрединенной траектории ионного потока; нижние индексы X или % при обозначениях объектов, что эти объекты показаны, соответственно в проекции на λ-плоскость или на Й-плоскость.
На фиг. 1а-9 показаны отдельные RS2 ^82-двухотражатель) с локальными ЭПО, которые включает одну пару сопряженных локальных R СО (СО - корпускулярно- оптический) элементов, в которых ионные потоки могут быть широкими (широкопоточными) или узкими (узкопоточными), выполненные с заданными локальными (секторными) эффективными поверхностями отражения, расположенные в областях вершин отражения.
На фиг. 1а-4 показаны в проекции на λ-плоскость (средную плоскость), совмещенной с координатной ΥΖ-плоскостью На фиг. 1а и lb показаны виды RS2 с линейными ЭПО (ЭПО-эффективные поверхности отражения) и 5^ , а также ζ' ιχ - ионный поток в ней, в случаях когда проекции на λ-плоскость косого угла падении ионного потока, соответственно: отличны от нуля θ^ Ф 0 и θ^2 ф 0; равны нулью θ^ = 0 и θ^2 = 0. На фиг. 2а и 2Ь показаны виды RS2 с локальными параболическими ЭПО Ξ2ι и
Figure imgf000011_0001
, а также Ι2 - ионный поток в ней, в случаях когда проекции на λ-плоскость косого угла падении ионного потока, соответственно: отличны от нуля θ21 Ф 0 и θ22^ φ 0; равны нулью θ21 = 0 и θ22 = 0. На фиг. 3 и 4 показаны виды RS2 соответственно с локальными секторными эллиптической и сферической ЭПО с разнесенными фокусами, а также ионные потоки в них.
На фиг. 5 и 6 показаны виды RS2 в проекциях на вертикально-продольную h- плоскость, соответственно при V91 и Z5R, отражениях. Любой из RS2, показанные на фигурах 1а-4, может быть выполнен в одном из видов VSR и Z5R. При этом локальный боковой корректирующий СОЕ D*]h , представленный в проекции на продольно-вертикальную ^-плоскость, охватывающий усредненной межэлементной сопрягающей ветви траектории выполнен с обеспечением возможности, по меньшей мере, корректирующий вертикальное направление и сопряженность ионного потока.
На фиг. 7-9, представленных в проекции на λ-плоскость (фиг.7) и вертикальную- продольную ^-плоскость (фиг. 8а, 8Ь, 8с, 9), как видно, ионы, исходящие с малыми высотами областей 2S', 2S" и 2S'" (отдельных участков), расположенные в окрестностях оси симметрии (оси Z на фиг. 7 и 9, или оси Ζ' на фиг. 8а, 8Ь, 8с), могут быть детектированы на детекторах 2D', 2D" и 2D'", расположенных в окрестностях оси Ζ или Ζ\ Исходящие из областей 2S', 2S" и 2S'"S ионы могут быть мало смещены от оси Z' или Z, так, что входящий в первый отражатель и в дальнейшем весь ионный поток по координатной оси Z или Z' можно рассматривать как приосевой. На этом основании можно допустит, что: любой из фиг. 8а, 8Ь, 8с, совместно с фиг. 7, отображает случай когда одна из отражателей выполнена с прямой осью: 0<χιη <τ;/4;
Y h =0; фиг. 7 и 9, совместно, отображает случай с прямолинейной общей осью (отражатели выполнены с прямой осью), т.е. когда ylh = y2h =0. При этом на фиг. 8а, 8Ь и 8с, в проекции на λ-плоскость, показаны два вида формирования ионного потока, с промежуточной фокусировкой (на фиг. 8а) и без промежуточной фокусировкой (на фиг. 8Ь, 8с). На фиг. 8а ионы исходящие из двух крайних элементов (участков) 2S' и 2S"' с малой высотой области проходят через фокус F^ . Отметим, что при определенных условиях, например когда вертикально-продольная й-плоскость совпадает со средней плоскостью COSS, по этой плоскости ионный поток может быть широким.
Представленные на фиг. 7-9 RS2 могут также служит примером на многотрактность, когда два или более тракты ионного потока имеют начали и концы вне средней плоскости COSS.
На фиг. 10-19 представлены OLR R COSS, включающие два или более RS2, расположенные в окрестности одной плоскости.
На фиг. 10 и 11 представлены включающая четыре локальные СО-зеркала 2V OLR COSS (2V - двухпетлевая, OLR - однослойно-отражательная), соответственно вертикально-продольно Й-плоскостно-двухпетлевая и λ-плоскостно-двухпетлевая четырехотражательные R COSS.
На фиг. 12а-14 представлены {1 R COSS (tl - линейно-одноплоскостная), включающие два системно-удлиненные СО-зеркала выбранные из ряда: полнорядное системно-удлиненное и секторное системно-удлиненное. СОЕ в tl R COSS могут быть выполнены рядно-удлиненными или едино-удлиненными, которые включают секторно- или полнорядно-удлиненной составляющие без общей средней поверхностью/плоскостью (в частности многослойные) или с общей средней поверхностью/плоскостью.
На фиг. 12а-12с в проекции на λ-плоскость, представлены многотрактные многоотражательные tl R COSS (они могут быть выполнены однотрактными), включающие два или более RS2, расположенные линейно в плоскости YZ, ЭПО которых выбраны из ряда: плоские; секторы цилиндрических парабол; секторы цилиндрических кругов.
На фиг. 12а представлена многотрактная tl mR COSS (mR - многоотражательная), едино-удлиненные ЭПО которых, в проекции на Х-плоскость, выполнены в виде прямых линии. В таких tl mR COSS, как правила, A-TIF расположена в одной плоскости.
На фиг. 12Ь и 12с представленные mR COSS также относятся к tl mR COS, но А- TIF может быт расположен в одной плоскости (с общей средней плоскостью) или выти за пределы одной плоскости (без общей средней поверхностью). Это связаны тем, что не все смежные отражение ионного потока осуществляется одним отражателем (рядно удлиненный), в частности каждое смежное отражение может осуществляться отдельным отражателем. При этом СОЕ на фиг. 12Ь выполнены полнорядно-удлиненной, а на фиг. 12с выполнены секторно-удлиненной.
На фиг. 13 и 14 представлены многотрактные двухотражательные tl R COSS, включающая два удлиненные СОЕ-отражатели, с двумя отражениями каждого ионного тракта. При этом рядно удлиненные СОЕ на фиг. 13 выполнены с общей средней плоскостью, а на фиг. 14 выполнены многослойной средней плоскостью
На фиг. 15-19 представлены rl R COSS (rl - концентрированные одноплоскостные), выполненные в криволинейно-граничном виде второго порядка, или п -граннего/секторном, включающие два или более RS2, которые расположенны вокруг одного центра. При этом на фиг. 15-19, в проекции на λ-плоскость (на фиг. 15-
17) и в проекции на ^-плоскость (на фиг. 18 и 19) показаны два вида формирования rl
R COSS, ЭПО которых выбраны из ряда: плоские; секторы цилиндрических парабол; секторы цилиндрических кругов. Эти два вида формирования COSS связаны тем, что A-TIF (A-TIF - усредненная траектория ионного потока) по отношению его лицевого вектора любого вида отражательного элемента проходят под определенным углом, отличный от нуля (петлявая rl R COSS) или проходят под углом равный нулю (прямоотражательные rl R COSS).
На фиг. 15 и 16 представлены широкопоточные rl R COSS, ЭПО которых в проекции на λ-плоскость выполнены в виде секторов, соответственно прямых линии и парабол. При этом на фиг. 15 показана петлявая rl mR COSS, на фиг. 16 показана прямо-двухотражательная многотрактная rl R COSS (сокращенно - прямо- отражательная rl 2R COSS). Петлявая rl mR COS, показанная а фиг. 15, в принципе может быть выполнен однотрактной или многотрактной - например, первый поток в окрестности области 12, после четырех отражении, может выти из COSS (показаны пунктирными линиями) для детектирования, и в окрестности области 12 или другом месте может быть расположен источник. На фиг. 17 показана петлявая rl 2R COSS с круглой ЭПО. На фиг. 18 и 19 в продольно-вертикальной ^-плоскости представлены rl R COSS показанные, соответственно на фиг. 16 и 17. Толстыми пунктирными линиями показаны ЭПО. Символами Н и м, соответственно отмечены источники и детекторы.
На фиг. 20-25 представлены 3D 2V mR COSS (3D - 3-х мерная, mR - многоотражательная), выполнение в однопроекционно-двухпетлявидном виде (сокращенно - 3D 2V£ mR COS) или многопроекцио-двухпетлявидном виде (сокращенно - 3D m2Vr mR COS), включающие две сопряженные rl mR COSS (или две И mR COSS), λ-плоскости которых расположены параллельно. На фиг. 20 и 21, соответственно, в проекции на продольно-вертикальную Й-плоскость и на λ- плоскость представлены однопроекционно-двухпетлявидная 3D mR COS (сокращенно - 3D 2Vt mR COS, выполненная с четырьмя удлиненными отражателями Ril с соответствующими заданными направлениями лицевых векторов Л^ , где j=l,2,3,4.
При этом удлиненные боковые корректирующие СОЕ, представленные в проекции на продольно-вертикальную Й-плоскость m , (фиг. 20) и на λ-плоскость D£2^
(фиг. 21), охватывающие усредненные межэлементные части траекторий, выполнены с обеспечением возможности, по меньшей мере, одного из особенности, выбранный из ряда: корректирующий горизонтальное направление и сопряженность ионного потока; корректирующий продольно-вертикальное хроматическое расширение ионного потока; корректирующий продольно-вертикальное направление ионного потока. Отметим, что 3D 2V mR COS может иметь одну (с одной ее боковой стороны) или две (с двух ее боковой стороны) боковые корректирующие СОЕ. На фиг. 21 также показны и ί(2 - две наложенные, противоположенных направлений двух трактов A-TIF при гармонической развертке их в проекции на X -плоскость.
На фиг. 22-25 в проекциях на λ-плоскость (фиг. 22 и 23) и на продольно- вертикальную ^-плоскость (фиг. 24 и 25) представлены много-проекционная петлевая 3D mR COS (сокращенно - 3D mVr mR COS), выполненная в виде двух сопряженных rl mR COSS.
При этом на фиг. 22 и 24, соответственно в проекции на -плоскость и в проекции на Й-плоскость показана вид выполнения 3D mVr mR COSS диагональной развертки. На фиг. 23 и 25, соответственно в проекции на λ-плоскость и в проекции на %- плоскость показана вид выполнения 3D mVr mR COSS 4-х сторонней развертки. На фиг. 22-25 точки, обозначенные lk и 2к, где к=1, 2, 3, указывают очередности точек отражения, соответственно на одной и на другой rl mR COSS. Отметим, что: 3D mVr mR COSS диагональной развертки выполнена с обеспечением возможности только диагональной развертки ионного потока - каждое отражение ионного потока на одной переведет его на другой rl mR COSS; 3D mVr mR COS 4-х сторонней развертки выполнена с обеспечением возможности - с одной на другой rl mR COSS ионный поток переводят после двух отражения на каждой rl mR COSS.
На фиг. 26-45 представлены некоторые возможности осуществления предлагаемой новой концепции S/TOF-F IP (S/TOF-F IP - «ступенчатая времяпролетная фокусировка» ионного пакета по энергетическому разбросу ионов в пакете). Отметим, что траектории трактов ионного потока показаны сплошными линиями со стрелкой. «Ступенчатая времяпролетная фокусировка» осуществляется с помощью одного или более отклоняющих-корректирующих элементов, например, в виде цилиндрических конденсаторов Dcdj , создающие секторные отклоняющие поля, где j=l, 2,.... порядковый номер цилиндрических конденсаторов, с последующей высокого порядка фокусировкой с помощью СО зеркала где j=l, 2,.... порядковый номер СО зеркал. На фиг. 26-28 в проекции на продольно-вертикальной ^-плоскости представлены однослойные, OLR (с локальными СОЕ, в частности расположенные на одной плоскости) в R COSS S/TOF-F IP: на фиг. 26 - при одном зеркале, и при 1-ом повороте A-TIF на зеркало; на фиг. 27 - при 2-х зеркалах, и при 0,5-ом повороте A-TIF на зеркало; на фиг. 28 - при одном зеркале, и при одном повороте A-TIF на зеркало;
На группах фиг. 29-39 и 40-45 представлены mR COSS S/TOF-F IP выполненные с обеспечением одной или более периодической развертки A-TIF по λ-плоскости, соответственно: с отражением ионного потока на одной более зеркалах на всех слоях развертки (на фиг. 29-39); с отражения ионного потока на локальных зеркалах, на слоях, чередующихся со слоями без зеркал (на фиг. 40-45).
Как видны из фиг. 29-33 Й-плоскости представлены mR COSS S/TOF-F IP с одной или более периодической разверткой A-TIF по λ-плоскости: при одном зеркале, и при
1-ом повороте A-TIF на зеркало (на фиг. 29); при 2-зеркалах в mR COSS S/TOF-F и при 1-ом повороте A-TIF на зеркало, с неразведенными (на фиг. 30) или разведенными (на фиг. 31) прямой и обратной ветвями траектории; при 2-зеркалах и при 2-х поворотах на зеркало, с неразведенными (на фиг. 32) или разведенными (на фиг. 33) прямой и обратной ветвями траектории;
На фиг. 34-36 в проекции на λ-плоскость показаны, приведенные выше на фиг. 29-
33 mR COSS S/TOF-F IP с одной (с целью нагромождения чертежа) периодической развертки A-TIF в ней: на фиг. 34 представлена mR COSS, показанная и фиг. 29; на фиг. 35 представлена mR COSS, показанные на фиг. 30 (при прямом и обратном прохождении) и фиг. 31; на фиг. 36 представлены mR COSS, показанные на фиг. 32 (при прямом и обратном прохождении) и фиг. 33.
На фиг. 37-39 в проекции на Й-плоскость приведены, соответственно 1-й, 2-й и 3-й слои однопериодической развертки A-TIF в mR COSS S/TOF-F IP, показанной выше на фиг. 30. Слои при одной развертке A-TIF, в проекции на Й-плоскость, в mR COSS
S/TOF-F IP, показанной выше на фиг. 31, в принципе такие же как на фиг. 37-39, только вместо фиг. 38 будет его вертикально перевернутый аналог. Количество поворотов на зеркало можно увеличить на основе обеспечения добавления, между слоями расположения СО-зеркала, одного или более слоев развертки A-TIF без зеркал. На фиг. 40-43, приведены, соответственно 1-й, 2-й, 3-й, 4-й слои однопериодической развертки A-TIF в mR COSS S/TOF-F IP, выполненной с обеспечением развертки A-TIF в слоях, чередующихся с 2-мя локальными СО- зеркалами и без зеркал. При этом периодическая развертка A-TIF в mR COSS S/TOF- F IP на фиг. 40-43 получены на основе обеспечения добавления одного слоя развертки A-TIF без зеркал, расположив его между слоями расположения СО-зеркал в mR COSS S/TOF-F IP, показанной на фиг. 30.
На фиг. 44 в проекции на λ-плоскость показан, вид однопериодической развертки A-TIF в mR COSS S/TOF-F IP, приведенных выше на фиг. 40-43.
На фиг. 45 в проекции на λ-плоскость показан, вид однопериодической развертки
A-TIF в mR COSS S/TOF-F IP, приведенной выше на фиг. 32, при обеспечении добавления, между слоями содержащие СО-зеркала, одного слоя развертки A-TIF без зеркал. mR COSS S/TOF-F IP могут быть выполнены широкопоточными, однотрактными или многотрактными.
mR COS со ступенчатой фокусировкой имеют высокие показатели компактности, разрешающей способности и скорости сканирования.
На фиг. 46-50 в проекции на вертикальную плоскость, совмещенную с XY - плоскостью прямоугольной декартовой системы координат XYZ, показаны некоторые примеры формирования систем пропускных окон ионно-источникового блока (сокращенно ИИ-блок) с энергофильтрующим SFFI:
- на фиг. 46, 47 и 48 показаны системы пропускных окон при двоякосимметричном поле, среднее плоскости симметрии которого совмещены с координатной XZ и YZ плоскостями, соответственно при их видах: однооконный, двухоконный, шестиоконный;
на фиг. 49 и 50 показаны системы пропускных окон при аксиальносимметричное поле (вращательной симметрией, ось симметрии которого совмещена с координатной осью Z), которые соответственно включают одно кольцевое окно и кольце-секторного вида четыре окна.
Накопительно-выталкивающая камера ИИ-блока с энергофильтрующим SFFI может быть формирован на основе присоединения к каждой из них любой из систем пропускных окон показанных на фиг. 46-50.
В принципе любой ИИ-блок, в том числе с энергофильтрующим SFFI, может быть выполнен с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий». Отметим, что во всех фигурах A-TIF трактов ионного потока показаны сплошными линиями со стрелкой. На фиг. 51 показан общий принцип выполнения ступенчатого ИИ-блока с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий». При этом каждая накопительно-выталкивающая камера ИИ-блока включает группы электродов - на фиг. 51 ИИ-блок состоит из трех групп электродов, каждая из которых включает четырех локальных электродов и состыкована с одной из трех накопительно-выталкивающих камер isSl, is52 is53. Как показаны на фиг. 51 три тракта ионного потока не имеют разницу длины хода между собой при падении на плоскость АА1 - выполнен с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий».
На фиг. 52, для примера, также показана структура одной из накопительно выталкивающей камеры «21 , которая включает: выходное окно WL21 ; составляющих стенок: две боковые стенки из электроизоляционного материала spl sp2 выталкивающий электрод еЕ и накапливающего ионов объема iV , который образован упомянутыми составляющими стенок выталкивающей камеры «21.
Конечно, виды формирования ИИ-блока с энергофильтрующим SFFI весьма разнообразны, также как и виды формирования систем пропускных окон. На фиг. 53-57 в проекции на Й-плоскость (фиг. 53 и 54) и в проекции на λ-плоскость (фиг.
55а и 55Ь) показаны примеры формирования линейных ИИ-блоков с энергофильтрующим SFFI.
На фиг. 54 дополнительно показаны ловушки pi и р2 для блокирования часть ионного потока при обеспечении возможности пропускания в анализаторный канал потока ионов с заданной или регулируемой областью (выбора энергетической шириной и положения этой ширины) энергетического распределения ионов в потоке. При этом IlL0g - мелкоячеистая сетка для пропускания ионов в ловушки, wl и w2 - стенки ловушки.
На фиг. 56 и 57 в проекции на Й-плоскость показаны примеры формирования возвратноточных ИИ-блоков с энергофильтрующим SFFI. На фиг. 51-57 показаны разноисточниковые многотрактные ИИ-блоки с энергофильтру ющим SFFI - с отдельными накопительно-выталкивающими камерами для каждого ионного тракта. В случае, когда все тракты ионного потока сформированы из одного источника, ИИ-блок с энергофильтрующим SFFI является одноистчниковым. При этом, два или более одноисточниковые монооконные накопительно-выталкивающие камеры могут быть выполнены, в принципе, в виде одной мультиконной накопительно-выталкивающей камеры.
На фиг. 46-57 показаны ИИ-блоки с энергофильтрующим SFFI и его составляющие при двоякосимметричном и аксиальносимметричном полях.
Перейдем к рассмотрению ИИ-блоки с энергофильтрующим SFFI, включающие конденсаторного вида COSS. Некоторые, из таких COSS представлены на фиг. 58-63. Напомним, что во всех фигурах в данной заявки A-TIF, показаны сплошными линиями со стрелкой.
На фиг. 58 в проекции на ху -плоскость показана COSS 2cl, состоящая из двух плоских конденсаторов cll и с12, симметрично расположенные относительно yz- плоскости декартовой системы координат xyz . На фиг. 59 в проекции на xz - плоскость показан фильтрующий конденсаторного вида COSS 2clF, выполненный на основе конденсаторной системы 2d, где каждый плоский конденсатор состыкованы передним ΠΘ1 и задним ΠΘ2 электрод-диафрагмами.
На фиг. 60 в проекции на ху -плоскость показан с торцовой части цилиндрический конденсатор сЗ, состоящий из двух концентричных цилиндров с31 и с32, ось симметрии которых совмещена с Z- осью декартовой системы координат xyz . При этом показана возможность усечение сектора цилиндрического конденсатора сЗ с центральным углом γ3. На фиг. 61 в проекции на xz -плоскость показан с торцовым вход-выходом фильтрующий конденсаторного вида COSS c31F, выполненный на основе цилиндрического конденсатора сЗ , где цилиндрический конденсатор состыкован передним ΠΖ 1 и задним YID2 дисковыми электрод-диафрагмами.
На фиг. 62 в проекции на xz -плоскость показан с боковой части сектор цилиндрического конденсатора с32. На фиг. 63 в проекции на ху -плоскость показан с боковым вход-выходом фильтрующий конденсаторного вида COSS c32F, выполненный на основе сектора цилиндрического конденсатора с32 , где цилиндрический конденсатор состыкованы передним ΠΘ1 и задним ΠΘ2 электрод-диафрагмами.
Размеры рассмотренных фильтрующих конденсаторного вида COSS c31F и c32F в одном из направлении координатных осей физический не ограничены. COSS, выполненный на основе цилиндрического конденсатора может работать с кольцевой формы ионным потоком. Эти их особенности при соответствующих стыковках их с соответствующими пропускными окнами и выборе симметрии входных окон позволяют использовать их для многотрактного потока заряженных частиц. Фильтрующая конденсаторного вида COSS можно непосредственно стыковать с коротко импульсного вида источниками ионов, каковыми, например, являются источники с применением коротко импульсного лазерного излучения.
MS может включать нескольких каналов и/или трактов. Многоканальный MS может быть выполнен с обеспечением возможности, одновременного или поочередного направления (переводно-разноканальный) ионного потока, по меньшей мере, по одному укороченному и по одному высокоразрешающему MS-каналам. Переводно- разноканальный MS включает два или более разнообразные виды каналов и с помощью дополнительного COSS или дополнительных электродов, поочередно переводят один или более ионных потоков в разные каналы.
На фиг. 64 -67 приведены примеры использования энергофильтрующих SFFI в MS, когда ИИ-блок включает однообразные тракторные ионные потоки, т.е. все ионные потоки по форме одинаковые. Перпендикулярными пунктирными линиями показаны плоскости Ptf времяпролетной фокусировки.
На фиг. 64 и 65 в проекции на X показаны MS с SFFI, созданные на основе систем, показанных на фиг. 55а и 55Ь.
На фиг. 66 в проекции на Й-плоскость показано ИИ-блоки с энергофильтрующим SFFI, выполненный с обеспечением возможности времяпролетной фокусировкой ионных пакетов, на основе двух отражении. Отметим, что данный ИИ-блок может быть использован как TOF MS. Важной частью его является двухотражательный СО-узел выделенный отдельно на фиг. 67. Анологичные двухотражательные СО-узлы могут быть выполнены при любой симметрией поля. Двухотражательный СО-узел, в частности может быть выполнен двумерным или вращательной симметрией относительно оси Z и может быть присоединен к ИИ-блоку с двумерным конденсатором или с COSS осесимметричным полем (цилиндрический конденсатор или любой другой осесимметричный энергофильтр).
На фиг. 68 представлено двузонное Ю зеркало K160R с усредненным лицевым вектором п , содержащий: плоскую заглушку K161Rn, составляющие первого К161 электрода; вторые электроды К162.1 и К162.2 двух зон; третье электроды К163.1 и К163.2 двух зон; четвертые электроды К164.1 одной зоны и горизонтальное составляющее К164.2 и боковые составляющие K164sl, K164s2 четвертого электрода другой зоны. При этом межэлектродные щелей выполнены прямолинейно и вертикально к продольно-вертикальной плоскостью 10 зеркала. Конечно, электрод К164.2 может быть выполнен без боковых составляющих. Подобные двузонное IO зеркало для падающего и отраженных ионных потоков может иметь разные фокусные расстояний. Такое свойство двузонного Ю зеркала можно использовать для расширения функциональных возможностей COSS, особенно для COSS S/TOF-F IP.
На фиг. 69а и 69Ь в объемном виде показаны два примера формирования электродных групп совместно с системой пропускных окон:
- на фиг. 69а показан с вращательной симметрией четырехэлектродный удлиненнный EADc , который в принципе является энергофильтрующим SFFI с вращательной симметрией относительно координатной оси Z;
- на фиг. 69Ь показан двокосимметричный четырехэлектродный ЕС\2\, который в принципе является энергофильтрующим SFFI с двокосимметричным распределением поля, и включает: четыре локальные электроды 261 , 262 , 263 , 264 ; пограничную поверхность (система пропускных окон) ПС1 в форме сектора цилиндра; два удлиненные входные окна WC2\ и WC22 ; электрод-диафрагму ΠΧΘ с выходным окном Θ/ .
Энергофильтрующие SFFI показанные на фиг. 69а и 69Ь, а также другие их типы могут дополнительно содержать, после электрода-диафрагмы, по меньшей мере, один электрод. Пример такого случая показан на фиг. 70, в виде ЕС125 , которой после диафрагмы ΠΧΘ содержит дополнительно два электрода 265 и 266. Присутствие таких электродов в предыдущих фигурах не показано, чтобы не загромождать чертежи, но будем всюду предполагать возможность присутствие таких электродов.
На фиг. 71-77 представлены COS анализатора некоторых видов TOF MS. На фиг. 71 и 72 представлены электродные системы COS TOF MS с прямолинейной общей осью, т. е. когда величины острых углов γχ и γ2 , между направлениями входными в поле и выходными из поля ионными потоками, соответственно, одного СО зеркала и другого СО зеркала (возвратноточного ИИ- блока), ограничены в пределах: γ = γ2 =0. На фиг. 71 показано объемные изображений электродов осесимметричной COS TOF MS; на фиг. 72 представлена в разрезе такого COS TOF MS, в проекции на продольно-вертикальной Й-плоскости, и характерные A-TIF в ней; ПМ1 и ПМ2, соответственно, электроды-заглушки начала и конца электродных систем; 6к, где к = 1, 2, 3, ... - порядковый номер цилиндрических электродов; S1 и SS2 - выходные окна источников; SV1 и SV2 - пространства скопления ионов в источниках; VE1 и VE2 - выталкивающие электроды ионов в источниках; D1 и D2 - детекторы; ill и il2 - соответственно, прямая и обратная ветви A-TIF; i21 и i22 - соответственно, прямая и обратная ветви A-TIF другого тракта ионов.
Конечно, могут быть другие подобные варианты выбора электродов, например могут отсутствовать заглушки (вертикально-ограничительный электрода) и т. д. Аналогичным образом могут быть созданы другие виды COS TOF MS, например с трансаксиальным распределением поля.
На фиг. 73-77 в проекции на продольно-вертикальную Й-плоскость показаны некоторые примеры выполнения систем 3D mVr mR COS 4-х сторонней развертки и 3D 2Vt mR COS, а также характерные A-TIF в них. При этом они представлены: вогнутой боковой A-TIF (/iCh θ) - на фиг. 73; прямолинейной боковой A-TIF (yiCA =
0) - на фиг. 74; выпуклой боковой A-TIF ( iCh θ) - на фиг. 75-77. Для упрощения фигур на фиг. 73-76 показаны только одна половина 3D mVr mR COS и 3D 2Vt mR COS, что является возможной, так как координатная ΥΖ-плоскость является плоскостю симметрии, (симметрия нарушается, когда боковые корректоры не одинаковые или есть только один боковой корректор). На фиг. 73-75 показаны 3D mVr mR COS (многопроекционно-двухпетлевые) с цельно-круговыми отражателями. На фиг. 76 и 77 показанны однопроекционно-двухпетлевые 3D 2VC mR COS (однопроекционно-двухпетлевые).
На фиг. 78 в проекции на yz -плоскость представлен внешний вид TOF MS с 3D
2VI mR COS с четырьмя отделениями 21 , Р22 , 23 и ^24 присоединенной откачной системы.
На фиг. 79 в проекции на yz -плоскость представлен внешний вид TOF MS с 3D 2Vr mR COS с четырьмя отделениями Рп , Р12 , Р13 и Р14 присоединенной откачной системы.
Далее на фиг. показаны некоторые виды магнитов и возможности их применения их в CES (CES - присоединенная откачная система).
На фиг. 80, 81, и 82 показаны два типа периодичнозамкнуто-многослоенного PG - вида магнита, при частном случае, когда магнит имеет всего три слоя и они прямые. Конечно они могут содержать два слоя или более трех слойев, также могут быть криволинейными. В любом случае в периодичнозамкнуто-многослоенных магнитах: ширина зазора между слоями мала /иу/ -» 0 , толщина слоя меньше чем его длина Μ.μ 1μ .
На фиг. 80, 81 показаны два типа периодичнозамкнуто-многослоеного Рс -вида магнита, соответственно замкнутый по краям PGazx тип и замкнутый через перемычек PGbzx тип. На фиг. 81 показаны, когда: слои замкнуты через четыре перемычки cs\ , csl , cs3 и cs4 ; двоякосимметричный относительно двух плоскостей - координатной zy-плоскости и геометрической средней плоскости, параллельной координатной ху-плоскости. В общем случае эти условий не обязательны - количество перемычек и пространственные конфигурации могут быть произвольными. На фиг. 82 показан i^ -вида магнит в разрезе по поперечно- вертикальной плоскости.
На фиг. 83 и 84 показаны примеры выполнения CES (CES - присоединенных откачных систем) в виде ионных насосов и возможности расположения магнитов в них.
На фиг. 83 показан пример формирования двух боковых магнитных групп 0X3 - размещения, 0X4 -размещения и поперечно-средней группы магнитов 0X7 - размещения совместно с системой плоских пластинчатых анодных электродов A3 и катодных электродов СЗ , расположенных параллельно между собой и периодично чередующимися.
На фиг. 84 показан пример антисимметричного, относительно плоскости ху , формирования четырех групп магнитов. На фиг. 84 в сечении, по ху плоскости, показан один из видов формирования CES: СП и С12 - соответственно правый и левый пластинчатые катодные электроды; А2 - группа цилиндрических анодных электродов. Конечно, можно формировать другие формы электродов.
На фиг. 83 и 84 также показаны sP3.1 и sP3.2 - два каналы CES (канал-окна между CES и IB-каналом) с системой перегородок рР1, рР2 и рРЗ, предназначенной для обеспечения предохранения областей отражения IB-канала от металлического мусора исходящего из CES.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Одноканальный или многоканальный TOF MS (TOF MS - времяпролетный масс- спектрометр), включающий:
(i) содержащий, по меньшей мере, ИИ-блок (блок ионного источника) и анализаторный блок, и их соответствующие каналы, которые содержать свои соответствующие COSS (COSS - корпускулярно-оптическую подсистемой) в каждом канале блока;
(И) детекторную систему, включающую один или более детекторы;
(Ш) контроллерно-компьютерную систему,
отличающийся тем, что: по меньшей мере, один из MS-каналов выполнен с обеспечением возможности функционирования в узкопоточным и/или широкопоточным (возможность работы узким и/или широким ионными потоками), и однотрактном и/или многотрактном (nD jP, где D - dimensCOnal, Р- path, n=2,3, j=l,2,3,...) режимах, при этом имеет, по меньшей мере, одну из особенностей:
(a) COSS его анализаторного канала включает один или более, выбранные из видов двухотражательных составляющих COSS узлов, включая видов V5R
(петлевого отражения) и Z5R (Ζ-образного отражения), каждый из которых содержит пару СО (СО-копускулярно-оптический) зеркал, выбранные из ряда однозоных и двухзанных зеркал, и выполнен с обеспечением возможности выбора величин острых углов γ и γ2 , между направлениями ионного потока выхода из одного СО зеркала и входа в другое СО зеркала, ограничены в пределах: - -гсАИ^ ^О и 0</j <ιτ/4; 0</2 < /4 и - ir/4</2 <0;
(b) COSS его анализаторного канала включает один или более отклоняющие- корректирующие СОЕ (СОЕ - корпускулярно-оптические элементы), выполненные с обеспечением возможности, по меньшей мере, одной из особенностей, выбранной из ряда: низкого порядка TOF-F IP (TOF-F IP -времяпролетная фокусировка ионного пакета по энергетическому разбросу ионов в пакете), для обеспечения S/TOF-F IP (S/TOF-F IP - «ступенчатая времяпролетная фокусировка» ионного пакета по энергетическому разбросу ионов в пакете) совместно с однозонным или двузонным СО-зеркалом; направления ионного потока из одного в другое зеркало; компенсация вертикальной пространственной дисперсии («расплывании») ионного потока;
(с) ИИ-блок, который включает, по меньшей мере, одно-источниковый (однотрактный или многотрактный) или многоисточниковый (многотрактный) энергофильтру ющий SFFI (SFFI - источник-формирователь потока ионов), включая их вид с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий», выполненный с обеспечением возможности пропускания в анализаторный канал потока ионов с заданной или регулируемой областью (выбора энергетической шириной и положения этой ширины) энергетического распределения ионов в потоке.
2. MS по п. 1, отличающийся тем, что, его, по меньшей мере, один из анализаторных каналов включает один из видов R COSS (R - отражательный), выбранную из ряда:
(a) 2V OLR COSS (2V - двухпетлевая, OLR - однослойно-отражательная), включающая четыре локальные СО-зеркала;
(b) 11 R COSS (tl - линейно-одноплоскостная), включающая два системно- удлиненные СО-зеркала выбранные из ряда: полнорядное системно-удлиненное и секторное системно-удлиненное;
(с) rl R COSS (rl - концентрированные одноплоскостные), выполненные в криволинейно-граничном виде второго порядка, или п -граннего/секторном виде. (d) 3D 2V mR COSS (3D - 3-х мерная, mR -многоотражательная), выполненые в однопроекционно-двухпетлявидном виде (сокращенно - 3D 2Vt mR COS) или многопроекцио-двухпетлявидном виде (сокращенно - 3D m2Vr mR COS).
3. MS по п. 1, отличающийся тем, что, его COSS выполнена выбранной из ряда: осесимметричная, трансаксиальная, декартово-двумерная, включая их конические виды, при этом все COSS выполнены с обеспечением возможности выбора эффективной поверхности отражения в виде декартово-двумерной поверхности или сечения поверхностей в плоскости траектории ионов (падения и отражения) второго порядка, в частности секторов окружности, гиперболы, параболы.
4. MS по п. 1, отличающийся тем, что отклоняющий-корректирующий элемент в его COSS S/TOF-F IP выполнен в виде цилиндрического конденсатора.
5. MS по п. 1, отличающийся тем, что его COSS S/TOF-F IP выполнена с обеспечением отражения ионного потока на одном или более зеркалах на всех слоях развертки, и с обеспечением одной из особенностей:
(а) однослойная, OLR (OLR - с локальными СОЕ, в частности расположенные на одной плоскости), при одном и более зеркалах и при 1/2-ом или более повороте на зеркало;
(Ь) одна или более периодическая развертка по λ-плоскости, при одном зеркале и при
1-ом повороте на зеркало;
(с) одна или более периодическая развертка по λ-плоскости, при 2-х зеркалах и при
1-ом повороте на зеркало, с разведенными или неразведенными прямой и обратной ветвями траектории;
(d) одна или более периодическая развертка по λ-плоскости, при 2-зеркалах и при 2-х поворотах на зеркало, с разведенными или неразведенными прямой и обратной ветвями траектории.
6. MS по n. 1, отличающийся тем, что его COSS S/TOF-F IP выполнена с обеспечением развертки в слоях с локальными СО-зеркалами и чередующихся с ними слоях без зеркал, и также с обеспечением одной или более периодической развертки по λ-плоскости, с разведенными или неразведенными прямой и обратной ветвями траектории.
7. MS по п. 1, отличающийся тем, что его энергофильтрующий SFFI, включая их вид с «компенсированной разницей длины хода ионных траекторий» и/или возвратноточным ходом ионных траекторий (возвратноточным ИИ-блоком), выполнена с обеспечением возможности пропускания в анализаторный канал (подачи в анализатор) ионов в потоке с заданной или регулируемой областью (выбора энергетической шириной и положения этой ширины) энергетического распределения ионов в потоке, на основе постоянного или переменного значения потенциалов на электродах и/или размера пропускного окна в SFFI.
8. MS по п. 7, отличающийся тем, что SFFI включает один или более безмагнитные СОЕ выбранные из ряда: электрическая призма, включая ее электростатическое двумерный вид; цилиндрический энергофильтр; аксиально-симметричный энергофильтр.
9. MS по п. 7, отличающаяся тем, что в ней, по меньшей мере, одна SFFI выполнена с отводным карманом для отвода часть ионного потока от его основной анализируемой части.
10. MS по п. 1, отличающийся тем, что его вакуумный кожух выполнен в системном виде, и он создает системную вакуумную камеру, которая содержит: отделение для анализаторного блока и одно или более отделений присоединенной откачной системы, в каждом из которых расположена присоединенная откачная подсистема, содержащая периодичнозамкнуто-многослоенного ^ -вида магнит, в частности четырех групп магнитов, расположенных антисимметрично.
11. MS по п. 10, отличающаяся тем, что в нем, по меньшей мере, одно из отделений присоединенной откачной системы расположено в области смежной с его источником ионов и/или с отражающей областью COS в MS.
PCT/KZ2017/000029 2016-12-30 2017-12-29 Времяпролетный масс-спектрометр и его составные части Ceased WO2018124861A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KZ20161219 2016-12-30
KZ2016/1219.1 2016-12-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2018124861A2 true WO2018124861A2 (ru) 2018-07-05
WO2018124861A3 WO2018124861A3 (ru) 2018-08-23

Family

ID=62709611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KZ2017/000029 Ceased WO2018124861A2 (ru) 2016-12-30 2017-12-29 Времяпролетный масс-спектрометр и его составные части

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018124861A2 (ru)

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020071892A1 (ru) * 2018-10-04 2020-04-09 Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ Высокоразрешающая времяпролетная масс-спектрометрия
US10950425B2 (en) 2016-08-16 2021-03-16 Micromass Uk Limited Mass analyser having extended flight path
US11049712B2 (en) 2017-08-06 2021-06-29 Micromass Uk Limited Fields for multi-reflecting TOF MS
US11081332B2 (en) 2017-08-06 2021-08-03 Micromass Uk Limited Ion guide within pulsed converters
US11205568B2 (en) 2017-08-06 2021-12-21 Micromass Uk Limited Ion injection into multi-pass mass spectrometers
US11211238B2 (en) 2017-08-06 2021-12-28 Micromass Uk Limited Multi-pass mass spectrometer
US11239067B2 (en) 2017-08-06 2022-02-01 Micromass Uk Limited Ion mirror for multi-reflecting mass spectrometers
US11295944B2 (en) 2017-08-06 2022-04-05 Micromass Uk Limited Printed circuit ion mirror with compensation
US11309175B2 (en) 2017-05-05 2022-04-19 Micromass Uk Limited Multi-reflecting time-of-flight mass spectrometers
US11328920B2 (en) 2017-05-26 2022-05-10 Micromass Uk Limited Time of flight mass analyser with spatial focussing
US11342175B2 (en) 2018-05-10 2022-05-24 Micromass Uk Limited Multi-reflecting time of flight mass analyser
US11367608B2 (en) 2018-04-20 2022-06-21 Micromass Uk Limited Gridless ion mirrors with smooth fields
US11587779B2 (en) 2018-06-28 2023-02-21 Micromass Uk Limited Multi-pass mass spectrometer with high duty cycle
US11621156B2 (en) 2018-05-10 2023-04-04 Micromass Uk Limited Multi-reflecting time of flight mass analyser
US11817303B2 (en) 2017-08-06 2023-11-14 Micromass Uk Limited Accelerator for multi-pass mass spectrometers
US11837452B2 (en) 2018-02-22 2023-12-05 Micromass Uk Limited Charge detection mass spectrometry
US11842891B2 (en) 2020-04-09 2023-12-12 Waters Technologies Corporation Ion detector
US11848185B2 (en) 2019-02-01 2023-12-19 Micromass Uk Limited Electrode assembly for mass spectrometer
US11881387B2 (en) 2018-05-24 2024-01-23 Micromass Uk Limited TOF MS detection system with improved dynamic range
US12205813B2 (en) 2019-03-20 2025-01-21 Micromass Uk Limited Multiplexed time of flight mass spectrometer
RU2841356C1 (ru) * 2023-12-28 2025-06-06 Общество с ограниченной ответственностью "Ионоскоп" Времяпролетный масс-анализатор
US12431343B2 (en) 2021-12-15 2025-09-30 Waters Technologies Corporation Inductive detector with integrated amplifier

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1105962A1 (ru) * 1982-04-26 1984-07-30 Предприятие П/Я В-8754 Масс-спектрометрический способ анализа твердых тел
WO2007136373A1 (en) * 2006-05-22 2007-11-29 Shimadzu Corporation Parallel plate electrode arrangement apparatus and method
GB0620963D0 (en) * 2006-10-20 2006-11-29 Thermo Finnigan Llc Multi-channel detection
RU2554104C2 (ru) * 2013-07-22 2015-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно - производственная фирма "Прогресс" Масс-спектрометрический анализатор газового течеискателя
RU158343U1 (ru) * 2015-08-14 2015-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") Устройство времяпролетного масс-спектрометра с источником ионов с ионизацией при атмосферном давлении для разделения и регистрации ионов анализируемых веществ
RU163938U1 (ru) * 2015-09-22 2016-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Чеченский государственный университет (ФГБОУ ВО "Чеченский государственный университет") Вакуумный насос

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10950425B2 (en) 2016-08-16 2021-03-16 Micromass Uk Limited Mass analyser having extended flight path
US11309175B2 (en) 2017-05-05 2022-04-19 Micromass Uk Limited Multi-reflecting time-of-flight mass spectrometers
US11328920B2 (en) 2017-05-26 2022-05-10 Micromass Uk Limited Time of flight mass analyser with spatial focussing
US11817303B2 (en) 2017-08-06 2023-11-14 Micromass Uk Limited Accelerator for multi-pass mass spectrometers
US11756782B2 (en) 2017-08-06 2023-09-12 Micromass Uk Limited Ion mirror for multi-reflecting mass spectrometers
US11211238B2 (en) 2017-08-06 2021-12-28 Micromass Uk Limited Multi-pass mass spectrometer
US11239067B2 (en) 2017-08-06 2022-02-01 Micromass Uk Limited Ion mirror for multi-reflecting mass spectrometers
US11295944B2 (en) 2017-08-06 2022-04-05 Micromass Uk Limited Printed circuit ion mirror with compensation
US11081332B2 (en) 2017-08-06 2021-08-03 Micromass Uk Limited Ion guide within pulsed converters
US11049712B2 (en) 2017-08-06 2021-06-29 Micromass Uk Limited Fields for multi-reflecting TOF MS
US11205568B2 (en) 2017-08-06 2021-12-21 Micromass Uk Limited Ion injection into multi-pass mass spectrometers
US11837452B2 (en) 2018-02-22 2023-12-05 Micromass Uk Limited Charge detection mass spectrometry
US11367608B2 (en) 2018-04-20 2022-06-21 Micromass Uk Limited Gridless ion mirrors with smooth fields
US11621156B2 (en) 2018-05-10 2023-04-04 Micromass Uk Limited Multi-reflecting time of flight mass analyser
US11342175B2 (en) 2018-05-10 2022-05-24 Micromass Uk Limited Multi-reflecting time of flight mass analyser
US11881387B2 (en) 2018-05-24 2024-01-23 Micromass Uk Limited TOF MS detection system with improved dynamic range
US11587779B2 (en) 2018-06-28 2023-02-21 Micromass Uk Limited Multi-pass mass spectrometer with high duty cycle
WO2020071892A1 (ru) * 2018-10-04 2020-04-09 Алдан Асанович САПАРГАЛИЕВ Высокоразрешающая времяпролетная масс-спектрометрия
US11848185B2 (en) 2019-02-01 2023-12-19 Micromass Uk Limited Electrode assembly for mass spectrometer
US12205813B2 (en) 2019-03-20 2025-01-21 Micromass Uk Limited Multiplexed time of flight mass spectrometer
US11842891B2 (en) 2020-04-09 2023-12-12 Waters Technologies Corporation Ion detector
US12431343B2 (en) 2021-12-15 2025-09-30 Waters Technologies Corporation Inductive detector with integrated amplifier
RU2841356C1 (ru) * 2023-12-28 2025-06-06 Общество с ограниченной ответственностью "Ионоскоп" Времяпролетный масс-анализатор

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018124861A3 (ru) 2018-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018124861A2 (ru) Времяпролетный масс-спектрометр и его составные части
JP5525642B2 (ja) 多重反射式飛行時間型質量分析器
JP6955542B2 (ja) 多重反射質量分析計および質量分析方法
JP6596103B2 (ja) 多重反射型ｔｏｆ質量分光計およびｔｏｆ質量分析方法
US7863557B2 (en) Mass spectrometer
CN102131563B (zh) 准平面多反射飞行时间质谱仪
JPWO2010041296A1 (ja) 質量分析装置
US20130161508A1 (en) Method of mass-spectrometry and a device for its realization
US20120280121A1 (en) Device, system, and method for reflecting ions
DE112013000726T5 (de) Mehrfachreflexions-Massenspektrometer
JP2008535164A (ja) 等時性湾曲イオンインタフェースを備えた多重反射型飛行時間質量分析計
WO2005114702A1 (ja) 飛行時間型質量分析方法及び装置
CN104011832A (zh) 质量分析仪、质谱仪和相关方法
US9576782B2 (en) Orthogonal acceleration system for time-of-flight mass spectrometer
US20060163473A1 (en) Ion optics systems
EP1679734A2 (en) Multiple lens assembly and charged particle beam device comprising the same
US11942318B2 (en) Mass analyzer with 3D electrostatic field
US20260024737A1 (en) Apparatuses and methods for merging ion beams
JPH0812773B2 (ja) 同時検出型質量分析装置
JP5946881B2 (ja) 疑似平面多重反射飛行時間型質量分析計

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17888394

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17888394

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2