Пропускание ионов в квадрупольном масс-анализаторе с предфильтрами в зависимости от массы иона

Использование предфильтров [1, 2] в квадрупольных масс-анализаторах [3, 4] позволяет снизить потери ионов во входном краевом поле этого анализатора и повысить его чувствительность, особенно в области тяжелых масс. Наличие предфильтров и особым образом поданых на них потенциалов позволяет изменить характер ионных траекторий во входном поле анализатора в Y-плоскости [4, 5], переведя их из нестабильных в стабильные [1, 6, 7], что при прочих равных условиях приводит к увеличению выходных ионных токов анализатора.

В настоящей работе экспериментально определено пропускание (или, как иначе называют, трансмиссия ) ионов через относительно короткий квадрупольный масс-анализатор с предфильтрами, работавший на частоте, близкой к 1 МГц. Пропускание определено в диапазоне масс 69–502 а.е.м. при разрешающей способности R 0.1 ≈ М .

ПРИМЕНЕННАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Квадрупольный масс-анализатор, использовавшийся при проведении экспериментальных работ, имел общую длину, равную 145 мм, при диаметре электродов Ø12 мм. Точность сборки блока электродов лежала в пределах 1.5 мкм, диаметр входного отверстия во входной диафрагме был равен 2.5 мм. Энергетический и угловой разбросы во входном ионном пучке составляли соответственно примерно ±10 % и ±5º. Рабочая частота ВЧ-генератора была равна 0.921875 МГц. Выход- ные ионные токи усиливались вторично-электронным умножителем ВЭУ-2А. ВЧ-генератор позволял осуществлять развертку масс-спектров в диапазоне масссовых чисел 2–520 а.е.м. Начальная энергия ионов как наиболее оптимальная для указанного диапазона масс была выбрана равной 4.5 эВ. В качестве рабочего вещества использовался перфтортрибутиламин.

Пропускание определялось по ионным пикам с массовыми числами 69, 131, 219, 264, 414 и 502 а.е.м. Для определения пропускания использовалась стандартная методика [6], которая заключается в следующем. Масс-анализатор настраивался на регистрацию ионного пика с выбранным массовым числом М (например, М = 502 а.е.м.). Ионный пик этой массы сначала записывался при разрешающей способности R 0.1 = М . Затем запись этого ионного пика повторялась при последовательном снижении разрешающей способности до тех пор, пока интенсивность пика, достигнув максимума, далее не возрастала. Это означало, что достигнуто 100 %-ное пропускание ионов данной массы через масс-анализатор.

Уровень пропускания определялся, как выраженное в % отношение интенсивности ионного пика выбранной массы при R 0.1 = М к интенсивности ионного пика этой массы при 100 %-м пропускании.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

На рис. 1 представлена циклическая запись ионного пика с массовым числом 502 а.е.м. при последовательном уменьшении разрешающей

Рис. 1. Циклическая запись ионного пика с массовым числом 502 а.е.м. при последовательном уменьшении разрешающей способности R от R 0.1 = 550 до R 0.1 = 74, соответствующей почти 100 %-му пропусканию ионов с массовым числом 502 а.е.м. через масс-анализатор

Рис. 2. Ионный пик с массовым числом 502 а.е.м., записанный при последовательном уменьшении разрешающей способности R от R_0.1 = 480 до уровня, соответствующего 100 %-му пропусканию

69 а.е.м.

Рис. 3. Ионный пик с массовым числом 69 а.е.м., записанный при последовательном уменьшении разрешающей способности R от R_0.1 = М до уровня, соответствующего 100 %-му пропусканию

способности от R 0.1 = 550 до R 0.1 = 8, что соответствует 100 %-му пропусканию.

На рис. 2 представлена аналогичная запись ион- ных пиков с массовым числом 502 а.е.м., на которой наглядно представлено достижение режима 100 %-го пропускания при последовательном

Рис. 4. Ионные пики перфтортрибутиламина с массовыми числами 502, 414, 264, 219, 131 и 69 а.е.м., записанные при R 0.1 = М и при 100 %-м пропускании (большие пики соответствуют 100 %-му пропусканию, малые — пропусканию ионов этой же массы при R 0.1 = М )

Рис. 5. Пропускание при R0.1 = М в квадрупольном масс-анализаторе с предфильтрами в зависимости от массы иона снижении разрешающей способности. В данном случае развертка масс-спектра запускалась при записи каждого пика на ленте регистрирующего устройства с одной и той же точки и с одного и того же значения начальной массы. Аналогичная запись ионных пиков с массовым числом 69 а.е.м. представлена на рис. 3.

На рис. 4 приведены результаты записи ионных пиков с массовыми числами 502, 414, 264, 219, 131 и 69 а.е.м., зарегистрированные при двух уровнях разрешающей способности — R0.1 = М и при 100 %-м пропускании, причем большие пики соответствуют 100 %-му пропусканию, а малые — пропусканию ионов той же массы при R0.1 = М.

На рис. 5 представлена кривая, показывающая зависимость пропускания ионных токов для ионов различных масс в интервале массовых чисел 69– 502 а.е.м.

Из приведенных результатов следует, что пропускание в рассмотренном интервале масс в условиях примененного небольшого масс-анализатора с предфильтрами слабо зависит от массы иона и лежит в пределах от ~ 20 до ~ 10 %, уменьшаясь в сторону тяжелых масс.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сравнение полученных результатов с данными, приведенными в работе [6], показывает, что при использовании квадрупольного масс-анализатора значительно более сложной конструкции, называемого tri-filter [8], причем имеющего значительно большие размеры по сравнению с использованным в настоящей работе (общая длина более 300 мм при длине рабочих электродов ~ 200, наличие пред- и постфильтров каждый длиной по 50 мм, наличие специальных входной и выходной фокусирующих линз), пропускание может быть увеличено в 2 раза по сравнению с полученным (рис. 5). В работе [6] также показано, что путем перехода от стандартной к резко (в 6 раз) уменьшенной входной апертуре относительное пропускание может быть увеличено еще в 3 раза, но при этом имеет место резкое падение абсолютной чувствительности. На основе изложенного можно считать, что результаты, полученные в настоящей работе, вполне согласуются с литературными данными.