Оптимізація багатовідбивного часопролітного мас-спектрометра з трансаксіальними дзеркалами, що забезпечує просторове та енергетичне часопролітне фокусування
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.346298Ключові слова:
багатовідбивні часопролітні мас-спектрометри, трансаксіальне електростатичне дзеркало, аналітичні вирази для потенціалуАнотація
Об’єктом дослідження є багатовідбивний часопролітний мас-спектрометр (ЧПМС) на основі трансаксіальних електростатичних дзеркал, які забезпечують просторове та енергетичне часопролітне фокусування іонного пучка. Аналіз наявних рішень показує, що просторово-енергетичне часопролітне фокусування у компактних ЧПМС досягається за рахунок використання додаткових фокусувальних елементів, що ускладнює конструкцію, обмежує роздільну здатність і знижує чутливість.
У роботі показано, що триелектродні трансаксіальні дзеркала забезпечують одночасне просторове та енергетичне часопролітне фокусування іонів без застосування додаткових фокусувальних елементів. Моделювання динаміки іонного пучка методом Монте-Карло дало змогу визначити траєкторії та час прольоту іонів за різних початкових умов. Встановлено, що два близькі режими вертикального фокусування забезпечують часопролітне фокусування іонів із відносним енергетичним розкидом Масова роздільна здатність 10000 на піввисоті піка підтверджує високу ефективність запропонованої схеми. Просторові розподіли іонного пучка демонструють стійке фокусування в площині детектора під час моделювання частинок понад 1000.
Отримані результати пояснюються особливостями трансаксіальної геометрії, яка забезпечує тривимірне просторове та енергетичне часопролітне фокусування. Практична значущість роботи полягає в можливості застосування таких багатовідбивних мас-аналізаторів у лабораторних і космічних дослідженнях, де необхідне поєднання високої роздільної здатності та компактності приладу
Посилання
- Wollnik, H. (2013). History of mass measurements in time-of-flight mass analyzers. International Journal of Mass Spectrometry, 349-350, 38–46. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2013.04.023
- Cotter, R. J. (1989). Time-of-flight mass spectrometry: An increasing role in the life sciences. Biological Mass Spectrometry, 18 (8), 513–532. https://doi.org/10.1002/bms.1200180803
- Wollnik, H., Wada, M., Schury, P., Rosenbusch, M., Ito, Y., Miyatake, H. (2019). Time-of-flight mass spectrographs of high mass resolving power. International Journal of Modern Physics A, 34 (36), 1942001. https://doi.org/10.1142/s0217751x19420016
- Meisel, Z., George, S. (2013). Time-of-flight mass spectrometry of very exotic systems. International Journal of Mass Spectrometry, 349-350, 145–150. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2013.03.022
- Knauer, S., Fischer, P., Marx, G., Müller, M., Rosenbusch, M., Schabinger, B. et al. (2019). A multi-reflection time-of-flight setup for the improvement and development of new methods and the study of atomic clusters. International Journal of Mass Spectrometry, 446, 116189. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2019.116189
- Yavor, M. I., Pomozov, T. V., Kirillov, S. N., Khasin, Y. I., Verenchikov, A. N. (2018). High performance gridless ion mirrors for multi-reflection time-of-flight and electrostatic trap mass analyzers. International Journal of Mass Spectrometry, 426, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2018.01.009
- Rosenbusch, M., Wada, M., Chen, S., Takamine, A., Iimura, S., Hou, D. et al. (2023). The new MRTOF mass spectrograph following the ZeroDegree spectrometer at RIKEN’s RIBF facility. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1047, 167824. https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167824
- Ayet San Andrés, S., Hornung, C., Ebert, J., Plaß, W. R., Dickel, T., Geissel, H. et al. (2019). High-resolution, accurate multiple-reflection time-of-flight mass spectrometry for short-lived, exotic nuclei of a few events in their ground and low-lying isomeric states. Physical Review C, 99 (6). https://doi.org/10.1103/physrevc.99.064313
- Cooper-Shepherd, D. A., Wildgoose, J., Kozlov, B., Johnson, W. J., Tyldesley-Worster, R., Palmer, M. E. et al. (2023). Novel Hybrid Quadrupole-Multireflecting Time-of-Flight Mass Spectrometry System. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 34 (2), 264–272. https://doi.org/10.1021/jasms.2c00281
- Dickel, T., San Andrés, S. A., Beck, S., Bergmann, J., Dilling, J., Greiner, F. et al. (2019). Recent upgrades of the multiple-reflection time-of-flight mass spectrometer at TITAN, TRIUMF. Hyperfine Interactions, 240 (1). https://doi.org/10.1007/s10751-019-1610-y
- Jiang, J., Hua, L., Xie, Y., Cao, Y., Wen, Y., Chen, P., Li, H. (2021). High Mass Resolution Multireflection Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometer. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 32 (5), 1196–1204. https://doi.org/10.1021/jasms.1c00016
- Spivak-Lavrov, I. (2016). Analytical Methods for the Calculation and Simulation of New Schemes of Static and Time-of-Flight Mass Spectrometers. Advances in Imaging and Electron Physics, 45–128. https://doi.org/10.1016/bs.aiep.2015.10.001
- Spivak-Lavrov, I. F., Kalimatov, T. S., Shugaeva, T. Z. (2019). Prismatic mass analyzer with the conical achromatic prism and transaxial lenses. International Journal of Mass Spectrometry, 444, 116180. https://doi.org/10.1016/j.ijms.2019.116180
- Spivak-Lavrov, I. F., Nurmukhanova, A. A., Shugaeva, T. Zh. (2019). Mass analyzer with a conic achromatic prism and transaxial lenses. Scientific Instrumentation, Saint Petersburg, 29 (1), 116–125.
- Spivak-Lavrov, I. F., Shugaeva, T. Zh., Sharipov, S. U. (2020). Solutions of the Laplace equation in cylindrical coordinates, driven to 2D harmonic potentials. Advances in Imaging and Electron Physics, 181–193. https://doi.org/10.1016/bs.aiep.2020.06.006
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Tilektes Shugayeva, Igor Spivak-Lavrov, Orda Baisanov, Amangul Amantayeva
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
