Trampa de iones magnética y espectrómetro de masas que utiliza una tal trampa.

Trampa para iones en vacío que comprende un recinto de tratamiento estanco (4) y un imán permanente (30)que delimitan una cavidad (32) y que crean un campo magnético homogéneo y orientado (B ) en dicha cavidad (32),

estando dicho recinto (4) dispuesto en dicha cavidad (32) y que envuelve una celda de confinamiento (8 ; 50) quecomprende al menos dos electrodos de trampa (10) paralelos entre sí y perpendiculares a dicho campo magnéticoorientado (B), siendo dichos electrodos de trampa (10) conectables a un generador de tensión (12),caracterizada por el hecho de que comprende al menos un imán (30) permanente en forma de cilindro hueco,estructurado según una estructura de tipo cilindro de Halbach , con el fin de generar dicho campo magnéticopermanente (B ) homogéneo y orientado perpendicularmente al eje longitudinal (XX') de la cavidad (32) de dichoimán (30).

Trampa para iones magnética y espectrómetro de masas que utiliza una tal trampa

La presente invención se refiere a una trampa para iones magnética y a un espectrómetro de masas que utiliza una tal trampa.

Las trampas para iones se utilizan en numerosas aplicaciones de la física molecular y en especial en los fenómenos de resonancia ciclotrónica iónicos implicados , por ejemplo , en los espectrómetros de masa con transformada de Fourier o FTICR.

Estas trampas para iones magnéticas permiten mantener iones cautivos en un volumen delimitado con el fin de realizar diferentes medidas tales como la detección de movimientos ciclotrónicos.

De manera clásica , las trampas para iones magnéticas emplean medios de generación de un campo magnético homogéneo de fuerte intensidad que comprende solenoides resistivos o superconductores.

Estos medios de generación permiten efectivamente obtener campos magnéticos de fuerte intensidad que pueden alcanzar hasta 9 , 4 tesla y que presentan una grande estabilidad temporal.

Sin embargo , estos componentes son de una ocupación de espacio muy importante y pueden alcanzar pesos de varias toneladas. Además precisan de instalaciones complejas de alimentación y de refrigeración y por lo tanto están reservadas para instalaciones fijas.

Con el fin de permitir el desarrollo de dispositivos móviles , determinadas trampas para iones magnéticas empleanmanes permanentes (Zeller L.C , Kennady J.M , Campana J.E. , Kenttamaa H.I , Anal. Chem. 1993 , 65 , 2116-2118 , patente US-A-5 451 781 DIETRICH ) .

Sin embargo , estos imanes permanentes generan campos generalmente limitados a aproximadamente 0 , 4 tesla y/o en volúmenes demasiado reducidos.

Las calidades de una trampa para iones están ligadas a la homogeneidad y a la intensidad del campo magnético al cual está sometida. Efectivamente , determinadas prestaciones de trampa varían en función del cuadrado de la intensidad del campo magnético y se recomienda un valor mínimo del orden de 1 tesla para una aplicación eficaz a la espectrometría de masa de tipo FTICR.

El espectrómetro de masas « Advance Quantra de Siemens » , utiliza un imán permanente que genera un campo magnético del orden del tesla pero requiere para ello una geometría cerrada muy restrictiva.

El objetivo de la presente invención es dar remedio a este problema definiendo una trampa para iones magnética , de ocupación de espacio y de peso reducidos , preservando a la vez buenas prestaciones y una geometría práctica.

A tal efecto , la invención tiene por objeto una trampa para iones en vacío que comprende un recinto de tratamiento estanco y un imán permanente que delimitan una cavidad y que crean un campo magnético homogéneo y orientado en dicha cavidad , estando dicho recinto dispuesto en dicha cavidad y que envuelve una celda de confinamiento que comprende al menos dos electrodos de trampa paralelos entre sí y perpendiculares a dicho campo magnético orientado , siendo dichos electrodos de trampa conectables a un generador de tensión , caracterizada por el hecho de que comprende al menos un imán permanente en forma de cilindro hueco , estructurado según una estructura de tipo cilindro de Halbach , con el fin de generar dicho campo magnético permanente homogéneo y orientado perpendicularmente al eje longitudinal de la cavidad de dicho imán.

Según otras características :

- las dimensiones y la composición del o de cada imán son adaptadas para generar un campo magnético permanente homogéneo de una intensidad de al menos 0 , 8 tesla ;

- la trampa para iones comprende dos imanes permanentes en forma de cilindros huecos , ambos estructurados según estructuras de tipo cilindro de Halbach , de dimensiones y de composición idénticas , dispuestos coaxialmente según un mismo eje longitudinal y orientados para hacer coincidir la orientación de los campos magnéticos que generan ;

- los dos imanes permanentes están separados entre sí , según su eje longitudinal , por un intervalo predeterminado no nulo con la finalidad de incrementar la homogeneidad de dicho campo magnético ;

- dicho intervalo es inferior a 1 mm ;

- el o cada imán permanente presenta un diámetro interior comprendido entre 45 y 55 mm , un diámetro exterior comprendido entre 180 y 220 mm y una longitud comprendida entre 90 y 110 mm ;

- el o cada imán permanente (30 ) está compuesto de segmentos elementales de Nd-Fe-B ;

- dicha celda de confinamiento comprende además dos electrodos de detección paralelos entre sí y perpendiculares a dichos electrodos de trampa , siendo dichos electrodos de medida estando conectables a unos medios de medida con el fin de transmitir informaciones relativas a los movimientos de los iones contenidos en dicha celda de confinamiento ;

- dicha celda de confinamiento comprende además dos electrodos de excitación paralelos entre sí y perpendiculares a dichos electrodos de trampa , siendo dichos electrodos de excitación conectables a un generador de señales de excitación con el fin de excitar los iones contenidos en dicha celda de confinamiento ;

- dichos electrodos de trampa , de excitación y de detección son planos y de formas rectangulares de manera que dicha celda de confinamiento presenta una forma general de paralelepípedo rectángulo ;

- dichos electrodos de excitación están cada uno constituidos por cuatro placas , dispuestas según la forma general de un paralelepípedo rectángulo abierto por dos caras opuestas , estando dichos electrodos de excitación dispuestos según un mismo eje , de parte y otra de dichos electrodos de trampa , enfrentándose dichas caras abiertas de manera que dicha celda de confinamiento presenta una forma general de túnel ;

- dicha celda de confinamiento con forma general de túnel está colocada según el eje longitudinal de dicho imán ; y

- dicho recinto de tratamiento comprende , en al menos un extremo , una ventanilla dispuesta en el eje de la celda con forma general de túnel , y que permite el paso de fotones ;

- el recinto de tratamiento comprende medios de conexión a unos medios de bombeo y de inyección de gas con el fin de controlar la densidad y/o la naturaleza de la atmósfera en el recinto de tratamiento ; y

- está asociado a unos medios de emisión de electrones hacia dicho recinto con el fin de generar iones al menos en dicha celda de confinamiento.

La invención también tiene por objeto un espectrómetro de masas que comprende una trampa para iones magnética , un dispositivo de bombeo , un generador de tensión de trampa , y medios de medida , capaces de realizar un análisis por transformada de Fourier del movimiento ciclotrón de los iones contenidos en la trampa para iones , caracterizada por el hecho de que dicha trampa para iones magnética es una trampa tal como se ha descrito anteriormente.

La invención será mejor comprendida con la lectura de la descripción siguiente , determinada únicamente a título de ejemplo y hecha haciendo referencia a los dibujos adjuntos , en los cuales :

- la figura 1 es un esquema de principio de un espectrómetro de masas dotado de una trampa para iones según la invención representado según una vista en sección parcial;

- las figuras 2 y 3 son unas secciones transversales de los imanes permanentes utilizados en la invención ;

- la figura 4 es un esquema de principio del movimiento de un ión en un campo magnético uniforme ;

- la figura 5 es una representación parcial en perspectiva de electrodos de trampa contenidos en una trampa para iones según la invención ;

- las figuras 6 y 7 son unas vistas en planta de la celda de confinamiento de la trampa para iones de la invención ; y

- la figura 8 es una vista en sección parcial de un segundo modo de realización de la trampa para iones de la invención.

El espectrómetro de masas por transformada de Fourrier o FTICR ilustrado en la figura 1 está dotado de una trampa para iones magnética 2 según la invención.

Esta trampa para... [Seguir leyendo]

1. Trampa para iones en vacío que comprende un recinto de tratamiento estanco (4 ) y un imán permanente (30 ) que delimitan una cavidad (32 ) y que crean un campo magnético homogéneo y orientado (B ) en dicha cavidad (32 ) , estando dicho recinto (4 ) dispuesto en dicha cavidad (32 ) y que envuelve una celda de confinamiento (8 ;50 ) que comprende al menos dos electrodos de trampa (10 ) paralelos entre sí y perpendiculares a dicho campo magnético orientado (B ) , siendo dichos electrodos de trampa (10 ) conectables a un generador de tensión (12 ) , caracterizada por el hecho de que comprende al menos un imán (30 ) permanente en forma de cilindro hueco , estructurado según una estructura de tipo cilindro de Halbach , con el fin de generar dicho campo magnético permanente (B ) homogéneo y orientado perpendicularmente al eje longitudinal (XX’ ) de la cavidad (32 ) de dicho imán (30 ) .

2. Trampa para iones según la reivindicación 1 , caracterizada por el hecho de que las dimensiones y la composición del o de cada imán (30 ) están adaptadas para generar un campo magnético permanente homogéneo

(B ) de una intensidad de al menos 0 , 8 tesla.

3. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 , caracterizada por el hecho de que comprende dos imanes permanentes (30 ) en forma de cilindros huecos , ambos estructurados según estructuras de tipo cilindro de Halbach , de dimensiones y de composición idénticas , dispuestos coaxialmente según un mismo eje longitudinal (XX’ ) y orientados para hacer coincidir la orientación de los campos magnéticos (B ) que generan.

4. Trampa para iones según la reivindicación 3 , caracterizada por el hecho de que , los dos imanes permanentes

(30 ) están separados entre sí , según su eje longitudinal (XX’ ) , por un intervalo (o ) predeterminado no nulo con la finalidad de incrementar la homogeneidad de dicho campo magnético (B ) .

5. Trampa para iones según la reivindicación 4 , caracterizada por el hecho de que dicho intervalo (o ) es inferior a 1 mm.

6. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizada por el hecho de que el o cada imán permanente (30 ) presenta un diámetro interior comprendido entre 45 y 55 mm , un diámetro exterior comprendido entre 180 y 220 mm y una longitud comprendida entre 90 y 110 mm.

7. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizada por el hecho de que el o cada imán permanente (30 ) está compuesto de segmentos elementales de Nd-Fe-B.

8. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizada por el hecho de que dicha celda de confinamiento (8 ;50 ) comprende además dos electrodos de detección (18 ) paralelos entre sí y perpendiculares a dichos electrodos de trampa (10 ) , siendo dichos electrodos de medida (18 ) conectables a unos medios de medida (20 ) con el fin de transmitir informaciones relativas a los movimientos de los iones (40 ) contenidos en dicha celda de confinamiento (8 ;50 ) .

9. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizada por el hecho de que dicha celda de confinamiento (8 ;50 ) comprende además dos electrodos de excitación (14 ) paralelos entre sí y perpendiculares a dichos electrodos de trampa (10 ) , siendo dichos electrodos de excitación (14 ) conectables a un generador (16 ) de señales de excitación con el fin de excitar iones (40 ) contenidos en dicha celda de confinamiento (8 ;50 ) .

10. Trampa para iones según las reivindicaciones 8 y 9 , caracterizada por el hecho de que dichos electrodos de trampa (10 ) , de excitación (14 ) y de detección (18 ) son planos y de formas rectangulares de manera que dicha celda de confinamiento (8 ) presenta una forma general de paralelepípedo rectángulo.

11. Trampa para iones según la reivindicación 8 , caracterizada por el hecho de que dichos electrodos de excitación (14 ) están cada uno constituidos por cuatro placas , dispuestas según la forma general de un paralelepípedo rectángulo abierto por dos caras opuestas , estando dichos electrodos de excitación (14 ) dispuestos según un mismo eje , de parte y otra de dichos electrodos de trampa (10 ) , enfrentándose dichas caras abiertas de manera que dicha celda de confinamiento (50 ) presenta una forma general de túnel.

12. Trampa para iones según la reivindicación 11 , caracterizada por el hecho de que dicha celda de confinamiento (50 ) con forma general de túnel está colocada según el eje longitudinal (XX’ ) de dicho imán (30 ) .

13. Trampa para iones según la reivindicación 12 , caracterizada por el hecho de que dicho recinto de tratamiento

(4 ) comprende , en al menos un extremo , una ventanilla (52 ) dispuesta en el eje (XX’ ) de la celda (50 ) con forma general de túnel , y que permite el paso de fotones.

14. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones anteriores , caracterizada por el hecho de que el recinto de tratamiento (4 ) comprende medios de conexión a unos medios de bombeo (6 ) y de inyección (51 ) de gas con el fin de controlar la densidad y/o la naturaleza de la atmósfera en el recinto de tratamiento (4 ) .

15. Trampa para iones según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por el hecho de que está asociada a unos medios (7 ) de emisión de electrones hacia dicho recinto (4 ) con el fin de generar iones (40 ) al menos en dicha celda de confinamiento (40 ) .

16. Espectrómetro de masas que comprende una trampa para iones (2 ) magnética , un dispositivo de bombeo (6 ) ,

un generador de tensión de trampa (12 ) y medios de medida (20 ) , capaces de realizar un análisis por transformada de Fourier del movimiento ciclotrón de los iones (40 ) contenidos en la trampa para iones (2 ) caracterizada por el hecho de que dicha trampa para iones magnética (2 ) es una trampa según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.