RU2542722C2 - Time-of-flight mass-analysis method and apparatus therefor - Google Patents
Time-of-flight mass-analysis method and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542722C2 RU2542722C2 RU2012148852/07A RU2012148852A RU2542722C2 RU 2542722 C2 RU2542722 C2 RU 2542722C2 RU 2012148852/07 A RU2012148852/07 A RU 2012148852/07A RU 2012148852 A RU2012148852 A RU 2012148852A RU 2542722 C2 RU2542722 C2 RU 2542722C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- pseudo
- ion
- flight mass
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано для расширения аналитических возможностей масс-анализаторов времяпролетного типа. The invention relates to the field of mass spectrometry and can be used to expand the analytical capabilities of mass analyzers of the time-of-flight type.
Известные способы масс-разделения ионов по времени пролета предполагают периодический с периодом Т в течение К циклов ввод в пространство дрейфа времяпролетный масс-спектрометров [ВПМС] одиночных, длительностью τ, пакетов ионов [1-4]. Так как минимальная длительность периодов повторения ионных пакетов Tmin ограничена наибольшей массой анализируемого диапазона mmax (
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении чувствительности и расширении динамического диапазона ВПМС путем увеличения средних значений токов 1,р анализируемых ионов. Достигается это путем периодического с периодом Т в течение К циклов ввода во времяпролетные масс-анализаторы серий из 2≤n≤T/2τ+1 ионных пакетов, каждый из которых длительностью τ<<Т состоит из р ионов. Ионные пакеты на интервалах (i-1)T<t<iT, где i=1, 2, 3… К распределены во времени в соответствии с положениями n символов «1» в псевдослучайных последовательностях [ПСП] длиною N=2n-l [5]. Псевдослучайные последовательности могут быть:The technical task of the invention is to increase the sensitivity and expand the dynamic range of the IMSC by increasing the
- максимальной длины (М - последовательности) при N=2k-1, или Лежандра при N=4k+3, где k - целое, N - простое числа;- the maximum length (M - sequence) at N = 2 k -1, or Legendre at N = 4 k +3, where k is an integer, N is a prime;
- Холла при N=4k2+27, где k - целое число;- Hall at N = 4k 2 +27, where k is an integer;
- Якоби при N=k(k+2), где k, (k+2) - простые числа.- Jacobi for N = k (k + 2), where k, (k + 2) are primes.
При детектировании осуществляется согласованная обработка периодической последовательности импульсов выходного ионного тока ВПА, заключающаяся в вычислении в соответствии с псевдослучайным законом ее периодической автокорреляционной функции (АКФ).During detection, a coordinated processing of the periodic sequence of pulses of the VPA output ion current is carried out, which consists in calculating, in accordance with the pseudo-random law, its periodic autocorrelation function (ACF).
Из свойств ПСП следует, что величина главного максимума ее периодической с периодом N=2n-1 автокорреляционной функции равна n, а боковые лепестки отсутствуют. From the properties of the PSP, it follows that the magnitude of the main maximum of its periodic autocorrelation function with a period of N = 2n-1 is n, and there are no side lobes.
На фиг.1 показана периодическая М -последовательность с N=7, n=4 и ее периодическая АКФ. Автокорреляционные функции ПСП вычисляются с помощью согласованных фильтров (СФ), работающих по принципу суммирования с весовыми коэффициентами -1 или +1 входной и N-1 сдвинутых на интервалы τ, 2τ, 3τ… (N-1)τ последовательностей. Весовые коэффициенты -1 или +1 выбираются в соответствии со значениями 0 или 1 символов в псевдослучайных последовательностях [5].Figure 1 shows a periodic M-sequence with N = 7, n = 4 and its periodic ACF. The autocorrelation functions of the SRP are calculated using matched filters (SF), working on the principle of summation with weighting factors -1 or +1 of the input and N-1 sequences shifted by the intervals τ, 2τ, 3τ ... (N-1) τ. Weighting factors -1 or +1 are selected in accordance with the values of 0 or 1 characters in pseudo-random sequences [5].
Структурная схема времяпролетного масс-анализатора с периодическим вводом серии из n ионных пакетов, распределенных во времени по псевдослучайному закону, приведена на фиг.2, а поясняющие временные диаграммы на фиг.3. The structural diagram of a time-of-flight mass analyzer with periodic input of a series of n ion packets distributed in time according to a pseudo-random law is shown in Fig. 2, and explanatory timing diagrams in Fig. 3.
Частота следования символов в ПСП f=1/τ задается генератором тактовых импульсов. Под действием тактовых импульсов в генераторе псевдослучайных последовательностей вырабатываются периодические с периодом Т≥Nτ ПСП сигналов, управляющих работой источника ионов. Источник ионов в соответствии с управляющими сигналами формирует периодические серии ионных пакетов по n пакетов в каждой серии. Пакеты ионов длительностью τ, по р ионов в каждом пакете, вводятся в пространство дрейфа ВПА. При амплитуде импульсов тока в ионных пакетах Im=ре/τ средний ионный ток, вводимый в ВПА, составляет Icp=пре/Т. Это в n раз больше, чем в случае ввода периодических одиночных ионных пакетов.The symbol repetition rate in the SRP f = 1 / τ is set by the clock generator. Under the action of clock pulses in the generator of pseudorandom sequences, periodic signals with the period T≥Nτ are generated that control the operation of the ion source. The ion source in accordance with the control signals forms a periodic series of ion packets of n packets in each series. Packets of ions of duration τ, p ions in each packet, are introduced into the drift space of the VPA. When the amplitude of the current pulses in the ion packets I m = pe / τ, the average ion current introduced into the VPA is I cp = pre / T. This is n times larger than in the case of introducing periodic single ion packets.
В ВПА ионы всех пакетов разделяются во времени в соответствии с их массами. Так как пакеты в сериях распределены во времени по псевдослучайному закону, выходной ионных ток ВПА будет представлять собой суперпозицию n сдвинутых относительно друг друга импульсных последовательностей, каждая из которых является результатом прохождения через пространство дрейфа анализатора отдельных пакетов ионов. При этом на выходе ВПА образуется сложная периодическая последовательность импульсов тока, в которой ионы различных масс не разделены во времени и могут налагаться друг на друга (Фиг.3, д). Преобразованные и усиленные в ВЭУ и ШПУ периодические серии импульсных сигналов поступают в согласованный фильтр, который в соответствии с алгоритмом вычисления периодических АКФ преобразует их в сигналы, с точностью до масштабных множителей совпадающие с последовательностями импульсов выходного ионного тока ВПА при прохождении через него периодических одиночных пакетов ионов. При этом сигнал на выходе детектора оказывается в n раз больше, чем в случае масс-анализа периодических одиночных пакетов ионов.In VPA, the ions of all packets are separated in time in accordance with their masses. Since the packets in the series are distributed in time according to the pseudo-random law, the output of the VPA ion current will be a superposition of n pulse sequences shifted relative to each other, each of which is the result of the passage of individual ion packets through the analyzer drift space. In this case, at the output of the VPA, a complex periodic sequence of current pulses is formed in which ions of different masses are not separated in time and can overlap each other (Figure 3, d). The periodic series of pulsed signals converted and amplified in wind turbines and silos enter a matched filter, which, in accordance with the algorithm for calculating periodic ACFs, converts them into signals that, up to scale factors, coincide with sequences of pulses of the output ion current of the VPA when periodic single packets of ions pass through it . In this case, the signal at the detector output is n times larger than in the case of mass analysis of periodic single ion packets.
Преимущество предлагаемого способа времяпролетного масс-анализа периодических серий из n пакетов ионов и устройства для его осуществления состоит в увеличении в n раз среднего количества анализируемых ионов по сравнению с известными прототипами. Это позволяет в n раз повысить чувствительность и расширить динамический диапазон времяпролетных масс-спектрометров.The advantage of the proposed method of time-of-flight mass analysis of periodic series of n ion packets and a device for its implementation is to increase n times the average number of analyzed ions in comparison with the known prototypes. This allows n times to increase the sensitivity and expand the dynamic range of time-of-flight mass spectrometers.
Фиг.1 а) - периодическая с периодом N=7, числом единичных символов n=4 М - последовательность; б) - периодическая автокорреляционная функция периодической М - последовательности.Figure 1 a) - periodic with a period of N = 7, the number of unit characters n = 4 M - sequence; b) - periodic autocorrelation function of the periodic M - sequence.
Фиг.2 Структурная схема времяпролетного масс-анализатора с периодическим вводом серий ионных пакетов. ГТИ - генератор тактовых импульсов, ГПСП - генератор псевдослучайной последовательности, ИИ - источник ионов, ВПА - времяпролетный анализатор, ВЭУ - вторичный электронный умножитель, ШПУ - широкополосный усилитель, СФ согласованный фильтр, СН - суммирующий накопитель масс-спектров.Figure 2 Structural diagram of a time-of-flight mass analyzer with periodic input of a series of ion packets. GTI is a clock pulse generator, GPSP is a pseudo-random sequence generator, AI is an ion source, VPA is a time-of-flight analyzer, a wind turbine is a secondary electron multiplier, a silo is a broadband amplifier, an SF matched filter, and SN is a summing mass spectral storage device.
Фиг.3 Временные диаграммы ВПА с вводом периодических серий пакетов ионов, а) - тактовые импульсы, б) и в) - ионные токи на входе и выходе масс-анализатора, г) и д) - ионные токи на входе и выходе масс-анализатора, е) - сигнал на выходе согласованного фильтра. Figure 3 Timing diagrams VPA with the introduction of periodic series of ion packets, a) - clock pulses, b) and c) - ion currents at the input and output of the mass analyzer, d) and e) - ion currents at the input and output of the mass analyzer , e) - signal at the output of the matched filter.
ЛитератураLiterature
1. А.Е. Cameron, D.F. Eggers. An Ion "Velocitron" // Review Scientific Instruments - 1948 - v.19, p.605.1. A.E. Cameron, D.F. Eggers An Ion "Velocitron" // Review Scientific Instruments - 1948 - v.19, p.605.
2. Н.И. Ионов, Б.А. Мамырин. TITLE // ЖТФ - 1953 - v.23, c.2101.2. N.I. Ionov, B.A. Mamyrin. TITLE // ZhTF - 1953 - v.23, p.2101.
3. Б.А. Мамырин. Авторское свидетельство №1980346 1966; Бюллетень изобретений №13, 1967, стр.148.3. B.A. Mamyrin. Copyright certificate No. 1980346 1966; Bulletin of inventions No. 13, 1967, p. 148.
4. Е.В. Мамонтов, B.C. Гуров, И.В. Филиппов, Р.Н. Дятлов. Патент РФ №2293396 выдан 10.02.2007.4. E.V. Mammoth, B.C. Gurov, I.V. Filippov, R.N. Woodpeckers. RF patent No. 2293396 issued February 10, 2007.
5. Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985, с.49-68.5. L.E. Varakin. Communication systems with noise-like signals. M .: Radio and communications, 1985, p. 49-68.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148852/07A RU2542722C2 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Time-of-flight mass-analysis method and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148852/07A RU2542722C2 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Time-of-flight mass-analysis method and apparatus therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012148852A RU2012148852A (en) | 2014-05-27 |
RU2542722C2 true RU2542722C2 (en) | 2015-02-27 |
Family
ID=50774964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148852/07A RU2542722C2 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Time-of-flight mass-analysis method and apparatus therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2542722C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1220506A1 (en) * | 1984-07-26 | 1996-07-27 | Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср | Method for energy-mass-spectral analysis and device which implements said method |
WO2002078046A2 (en) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Thermo Finnigan Llc | Mass spectrometry method and apparatus |
RU2293396C1 (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Method and device for separating charged particles by their specific charge |
WO2012152949A1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Ion detection |
-
2012
- 2012-11-16 RU RU2012148852/07A patent/RU2542722C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1220506A1 (en) * | 1984-07-26 | 1996-07-27 | Институт Аналитического Приборостроения Научно-Технического Объединения Ан Ссср | Method for energy-mass-spectral analysis and device which implements said method |
WO2002078046A2 (en) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Thermo Finnigan Llc | Mass spectrometry method and apparatus |
RU2293396C1 (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-10 | Рязанская государственная радиотехническая академия | Method and device for separating charged particles by their specific charge |
WO2012152949A1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Ion detection |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012148852A (en) | 2014-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3803939B1 (en) | Two-dimensional fourier transform mass analysis in an electrostatic linear ion trap | |
US9576778B2 (en) | Data processing for multiplexed spectrometry | |
US3937955A (en) | Fourier transform ion cyclotron resonance spectroscopy method and apparatus | |
US6198096B1 (en) | High duty cycle pseudo-noise modulated time-of-flight mass spectrometry | |
CN104781659B (en) | Quality analysis apparatus and mass calibration method | |
US9239349B2 (en) | Time domain electromagnetic interference monitoring method and system | |
CN109342543B (en) | Signal migration time measuring method and device based on pulse compression | |
JP2007280655A (en) | Mass spectrometer | |
EP3031069B1 (en) | Intensity correction for tof data acquisition | |
CN106053961B (en) | A kind of the pulse signal synchronous integration measuring device and method of anti-random noise | |
CN105359251A (en) | Mass spectrometric device and mass spectrometric device control method | |
CN106153709B (en) | Time interval measurement | |
US9196467B2 (en) | Mass spectrum noise cancellation by alternating inverted synchronous RF | |
JP2006032207A (en) | Time-of-flight analyzer | |
Nag et al. | Complete data acquisition and analysis system for low-energy electron–molecule collision studies | |
RU2542722C2 (en) | Time-of-flight mass-analysis method and apparatus therefor | |
US20170263426A1 (en) | Dynamic Baseline Adjuster | |
CN104794313A (en) | Method and device for obtaining frequency response function of system to be identified | |
Wu et al. | First results of the new endcap TOF commissioning at BESIII | |
Dey et al. | Real time pulse processors for physics experiments-simulation and implementation | |
US10312066B1 (en) | Generation of digital waveforms with high resolution duty cycle | |
US20240027397A1 (en) | Systems and Methods for Capturing Full Resolution Ion Mobility Data and Performing Multi-Analyte Targeted Data Acquisition | |
Moore et al. | Randomized multi-pulse time-of-flight mass spectrometry | |
Madurga et al. | Digital electronics for the Versatile Array of Neutron Detectors at Low energies | |
CN108475614B (en) | Quality analysis apparatus and its ion detection method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150319 |