Масс-спектрометрический способ анализа высокомолекулярных веществ

Масс-спектрометрический способ анализа высокомолекулярных веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик по 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнн к авт. свнд-ву (22)Заявлено 1&.01.81 (2l) 3259200/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)M. Кл.

H 01 J 49/26

9кударстеснный копитет

СССР м аелеп изобретений и открытий

Опубликовано 15.08.82, Бюллетень М 30 (53) УДK 621.384 (088.8) Дата опублпкоаанпя описания 15.08.82 (72) Автори изобретения

В. А, Олейников, А. А. Сысоев и В. А. Алек в Ио Q . ä

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженер физический институт (71) Заявитель (54) МАСС-СГБКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ АНАЛИЗА

ВЫСОКОМОЛЕ КУЛЯРНЫХ НЕШЕСТВ

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в медицине, в химической, биохимической и фармацевтической промышленностй для контроля технологических процессов получения органических высокомолекулярных соединений н объектов биологического происхождения, для решения научных задач молекулярной биологии.

Известный способ обнаружения "состоит в- том, что анализируемое вещество испаряется и иониэуется. Определение вещества проводится на основе результатов измерения масс образующихся высокомолекулярных ионов L 1l.

Известным путем повышения чувствительности способа, явпяется накопление ионов в области ионообразования, что позволяет снизить предел обнаружения вещества в 300 раз 2).

Однако чувствительность данного способа недостаточно высока.

Наиболее близким к предлагаемому является масс-спектрометрический способ обнаружения высокомолекулярных объектов.

Сущность способа заключается в сле- дукяцем.

Через область, садержашую пары исследуемого вещества пропускается пучок ионизирующих электронов. Образующиеся под действием эпектронноударной ионизао ции ионы, накапливаются в потенциальной яме, образованной электронным пуч ком, а затем выводятся нз области ионообраэования и анализируются по. массам, В известной реализации этого способа, 1 область накопления ограничена сеточными электродами. Разделение ионов па массам проводится по времени пропета 3) Однако наряду с ионами исследуемого вещества, в области накопления собирают20 ся ионы,. фона, образующиеся иэ -за попадания в область ионизации остаточного газа. При этом концентрация последних оказывается на несколько порядков вьпие

951476 4

1 поля. Интегрируя, получаем для скорости и координаты с- «е е

Я. я К= — ф Х= — Š—.

М М и

Смещение ионов массы М эа.время действия первого импульса последовательности С

Ю a. лсМ 8 !3 и 1О За время действия второго импульса ион сместится на такую же величину. Тогда .

1 максимальное смешение за время действия первой пары импульсов а 2.

Хюах м д

15 . Ион уйдет эа пределы системы, если

Щ

Х доХ7(сА/Цотсюда Vg = „- .здесь М— максимальная масса частиц фона (ионыс тв, массбй щ с М удаляются из системы). и- gg Аналогично, при использовании одного периода гармонических колебаний МУ а= ет — период высокочастотных колебаний. ов zg Воздействием второй пары электричес е ких импульсов, анализируемые ионы возвращаются в первоначальное положение (кривая 1). Ионы фона, покинув область накопления под воздействием первой пары импульсов, оказываются вне зоны дейст с- вия возвращающейся силы (кривая 2).

В промежутках между импупьсами,все ионы удерживаются в области ионообразования потенциальной ямой, образованной пучком ионизирующих электронов (кривая

1 ). Периодичность подачи последовательности импульсов электрического поля опредепяется временем компенсации потенциальной ямы объемным зарядом образуюшихся ионов. Таким образом, периодичес.кое удаление фоновых ионов позволяет исх ключить заполнение потенциальной ямы н- ионами легких и средних масс (ь М) и, следовательно, повысить время накопления ионов биологических объектов.

Последовательность анализа следующая.

3 концентрации ионов анализируемых объек тов. Объемный заряд, определяемый иона ми фона, расталкивает образующийся сгу ток, ограничивая время его существовани и, следовательно, время накопления высокомолекулярных ионов. Д,ействие объемного заряда обуславливает дрейф ионов в направлении детектируюшей системы, соз дающих шумовой сигнал, вуалируюший ма совый спектр. Совокупность этих явлени приводит к ограничению чувствительности способа.

Uem изобретения — повышение чувст вительности масс-спектрометрического способа анализа высокомолекулярных сое динений.

Укаэанная дель достигается тем, что согласно масс-спектрометрическому способу анализа высокомопекулярных вешес состоящем в испарении и ионизации анап зируемой пробы электронным пучком, накоплении ионов в потенциальной яме, образованной электронным пучком, с периодическим выводом пайетов ионов в область анализатора и измерении масс ион на ионы, находящиеся в потенциальной ям последовательно воздействуют двумя сим метричными парами одинаковых противоположно направленных импульсов электри ческого поля с длительностью и амплиту дой, обеспечивающими сохранение в обла ти накопления высокомолекулярных ионов и удаление ионов фона.

На время действия последовательност импульсов электрического поля отключают пучок ионизирующих электронов.

На чертеже приведены графики, поясня юшие способ.

Процедура вывода фоновых ионов из области накопления заключается в следу юшем.

Под воздействием пары разнополярны импульсов электрического поля эаряже ная частица, первоначально покоящаяся, смешается вдоль направления импульсного поля на величинуХщ,пропорциональную амплитуде напряженности поля. Ее ско=. рость по окончанию воздействия пары им- пульсов равна нулю. Величину импульса электрического поля выбирают таким об50 разом, чтобы ионы фона были удалены за пределы области ионообраэования на расстояние 2.Q/2.Ïðè использовании пары прямоугольных импульсов движение ионов определяется равнением

М.= — F

М где 5 - заряд частицы, Мд - амплитуда импульса; E go j g — напряженность

Биологическое вещество переводится в газофаэное состояние, в испарителе ионизуется пучком электронов, ионы .направляются в анализатор по массам и регистрируются устройством. Возможность попадания на вход регистрирующей системы тока фоновых ионов, удаляемых иэ области накопления, искпючена тем, что первый импульс электрического поля (кривая 3) индуцирует силу, действующую на заряженные частицы в направлении, противоп олож951476

HoM BxoAy B анализирующее и регистрирующее устройства.

Импульсное электрическое попе, создаваемое в области прохождения пучка ионизирующих электронов, отклоняет послед- 5 ние, причем первый и четвертый импульсы (кривая 3) создают возможность попадания электронного пучка и появления ионов вне области накопления, в промежутке между источником:ионов и входом в анализирующее устройство. Образующиеся ионы проходят на вход регистрирующего устройства и продуцируют шумовой сиг-нал. Снижение величины этого сигнала достигают отключением пучка электронов на iS время воздействия на ионы импульсов электрического поля с помощью модулятора. Потерь анализируемых ионов при этом не происходит, так как они удерживаются в области накопления последова-2р тельностью импульсов (кривая 3).

Пример. )бранный способ реализован с помощью известного устройства, состоящего из сеточного источника ионов с электронным ударом и времяпролетного анализатора масс ионов. Накопление ионов проводится в потенциальной яме пучка ионизирующих электронов с энергиями

E = 100 эВ. Ток пучка Зс = 1 мА. Расстояние между полезадаюшими сетками 3О

Д = 5 мм, ширина области ионообразования в направлении движения пучка ионизирующих электронов = 20 мм. Период повторения импульсов электрического поля определяется временем компенсации

35 потенциальной ямы и составляет для давления в области ионообразования

= 10 Па — Тпо = 10 мкс, Фоновые

2 ионы выводятся из области накопления последовательностью прямоугольных импульсов амплитудой 100 В.,Блительность каждого импульса — 0,5 мкс. При этом в области накапливаются ионы биологических объектов, массы которых Ю 200 a,å.ì.

Ионы фона, в основном остаточного газа

Н+ Н+, С, 0, )+, М+, О+, С0+, С0" " .с массами 1. — 44 а.е.м. и паров масел, используемых в насоснооткачной системе

40 — 160 а.е.м., удаляются. Полное время накопления составляет 10 с, оно оп-3

50 ределяется временем движения высокомолекулярных ионов вдоль оси пучка ионизирующих электронов.

Использование предлагаемого изобрете - ния позволяет повысить чувствительность масс-спектрометрического анализа высокомолекулярных соединений и снизить предел обнаружения биологических объектоь, что особенно важно при решении задач, связанных с контролем биологических загрязнений воздушной среды. Использование преимущественного накопления ионов анали- зируемых веществ по сравнению с ионами фона позволяет уменьшить шумовой сигнал и снизить требования, налагаемые на регистрирующую и „обрабатывающую системы.

Формула изобретения

1. Масс-спектрометрический способ анализа высокомолекулярных веществ,, состоящий в испарении и ионизации анализируемой пробы электронным пучком, в накоплении ионов в потенциальной яме, образованной электронным пучком, с периодическим выводом пакетов ионов в обJIBcTb анализатора и измерении масс ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности анализа, на ионы, находящиеся в потенциальной яме, последовательно воздействуют двумя симметричными парами одинаковых противоположно направленных импульсов электрического поля с длительностью и амплитудой, обеспечивающими сохранение в области накопления высокомолекулярных ионов и удаление, ионов фона.

2,.Способпоп. l, отличаюшийся тем, что на время действия последовательности импульсов электрического поля отключают пучок ионизирующих электронов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хмельницкий P. А. и др. Пиролитическая масс-спектрометрия высокомолекулярных соединений. М., "Химия, 1980, гл. 1.

2. Сысоев А. А., Чупахин М. С, Введение в масс-спектрометрию. М;, "Атомиздат, 1977, с. 51.

3. Шмикк jl. В. Разработка и исследование новых схем безмагнитных времяпролетных масс-спектрометров. Кандидатская диссертация, 1974, гл. 1, 5.

Составитель Н. Дпимова

Редактор Л. Авраменко Техред Т.Маточка . Корректор E. Рошко

Заказ 5961/64 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д., 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4