Microfabricated Quadrupole Mass Spectrometer With a Brubaker Prefilter

Wright, S. L.; O'Prey, Shane; Syms, R.R.A.; Hong, G.Y.; Holmes, Andrew S.

doi:10.1109/jmems.2010.2040243

Cited by 28 publications

(35 citation statements)

References 68 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Complex structures can be built-up by etching both sides of the wafer, growing insulating oxide layers, selective metalization, and anodic bonding to glass wafers. As the design, fabrication, and performance characteristics of the MEMS components used here have been described in detail elsewhere [32,33,40,41], only a brief overview is given.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

A Microelectromechanical Systems-Enabled, Miniature Triple Quadrupole Mass Spectrometer

Wright¹,

Malcolm²,

Wright³

et al. 2015

Anal. Chem.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Miniaturized mass spectrometers are becoming increasingly capable, enabling the development of many novel field and laboratory applications. However, to date, triple quadrupole tandem mass spectrometers, the workhorses of quantitative analysis, have not been significantly reduced in size. Here, the basis of a field-deployable triple quadrupole is described. The key development is a highly miniaturized ion optical assembly in which a train of six microengineered components are employed to generate ions at atmospheric pressure, provide a vacuum interface, effect ion guiding, and perform pre-filtering, fragmentation and mass analysis. Despite its small dimensions, the collision cell efficiently fragments precursor ions and yields product ion spectra that are very similar to those recorded using conventional instruments. The instrument has been used to detect Thiabendazole, a common pesticide, in apple pulp at a level of 10 ppb.3

show abstract

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

A Microelectromechanical Systems-Enabled, Miniature Triple Quadrupole Mass Spectrometer

Wright¹,

Malcolm²,

Wright³

et al. 2015

Anal. Chem.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…1. Префильтр представляет собой четыре корот-ких электрода, близко примыкающие к электродам КФМ и имеющие такую же форму профиля, как у электродов КФМ [4][5][6][7][8][9]. Мы выделяем следующие области электри-ческого поля внутри такой электродной системы [13]: (I) входное краевое поле между заземленной входной диафрагмой и префильтром, (II) поле префильтра, до-стигшее стационарного значения, (III, IV) переходное поле между префильтром и КФМ, (V) поле КФМ.…”

Section: уравнения движения ионов в кфм C префильтромunclassified

“…Впервые для увеличения чувствительности КФМ к ионам низких энергий (к ионам больших масс) использование короткого радиочастотного (РЧ) квадруполя (или префильтра), устраняющего постоян-ный потенциал на входе КФМ (так называемый метод delayed DC ramp), было предложено Брубаккером [4]. Исследования [5,6] подтверждают, что данный метод позволяет увеличить пропускание ионов тяжелых масс и тем самым устранить негативное влияние входного краевого поля.…”

Section: Introductionunclassified

Аксептанс И Пропускание Квадрупольного Фильтра Масс С Префильтром

Алмазов¹,

Коненков²

2017

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

Предложена аналитическая модель квадрупольного фильтра масс с дополнительным радиочастотным квадруполем (префильтром) на его входе, основанная на модели переходного поля в области между торцами электродов фильтра масс и электродами префильтра. Методами динамики фазового пространства исследованы характеристики составного фильтра масс. При наличии входного префильтра вместо входной диафрагмы y-аксептанс увеличивается в 1.5 раза относительно x-аксептанса. С увеличением времени пребывания иона в краевом поле контур y-аксептанса имеет тенденцию к вращению на фазовой плоскости, а контур x-аксептанса уширяется по координате x. Функция пропускания с увеличением времени пребывания иона в краевом поле имеет растущий и осциллирующий характер. Результат численного эксперимента с использованием программного обеспечения SIMION 8 отличается от результата аналитического расчета на 14% для x-аксептанса и на 35% для y-аксептанса. ВведениеКвадрупольный фильтр масс (КФМ), являющийся од-ним из наиболее часто используемых масс-анализато-ров в современной технике масс-спектрометрии, был впервые предложен Паулем [1]. Одним из факторов, ограничивающим коэффициент пропускания и разре-шающую способность КФМ, является входное краевое поле [2,3]. Впервые для увеличения чувствительности КФМ к ионам низких энергий (к ионам больших масс) использование короткого радиочастотного (РЧ) квадруполя (или префильтра), устраняющего постоян-ный потенциал на входе КФМ (так называемый метод delayed DC ramp), было предложено Брубаккером [4]. Исследования [5,6] подтверждают, что данный метод позволяет увеличить пропускание ионов тяжелых масс и тем самым устранить негативное влияние входного краевого поля.Кроме того, в [7-9] приводятся доказательства того, что использование префильтра позволяет увеличить про-пускание и легких ионов за счет уменьшения максималь-ных поперечных смещений ионов в КФМ. Это означает расширение эффективной области входной апертуры КФМ и, следовательно, пропускания КФМ в целом, за счет движения ионов внутри префильтра только в РЧ-поле.Представляется важным знание аксептанса КФМ, мо-дифицированного префильтром, для целей согласования анализатора и источника ионов.Впервые расчет фазовых эллипсов КФМ и контуров пропускания при наличии входного краевого поля (без префильтра) осуществил Доусон [3]. В работе использо-валась линейная модель нарастания поля от заземленной входной диафрагмы до торцов электродов КФМ. Позже подход Доусона был развит в работе [10] на основе модели краевого поля с экспоненциально нарастающим потенциалом [11]. В [12] проводился расчет фазовых эллипсов и траекторий движения ионов для КФМ с исключенной постоянной составляющей в начальной ча-сти КФМ, но при этом также использовались линейные модели нарастания потенциала поля.Целью настоящей работы является исследование вли-яния префильтра на аксептанс и пропускание КФМ и сравнение этих характеристик со случаем, когда КФМ работает без префильтра. В расчетах использовались методы динамики фазового пространства [2,12], а также предложенная ранее модель переходного поля...

show abstract

“…The first is a simple quadrupole fabricated using bonded silicon-on-insulator material [83,84]. The second is a quadrupole with a Brubaker prefilter (the use of which can improve ion 16 transmission, especially in small devices) fabricated using silicon-on-glass [87]. Each type of filter is constructed from two stacked, microfabricated dies, each carrying two of the four electrodes required in a quadrupole.…”

Section: Mems Quadrupole Mass Filtersmentioning

confidence: 99%

“…Recently, a new silicon-on-glass design from Microsaic Systems incorporating a pre-filter achieved a mass range of m/z = 1200 and a resolution of m/∆m ≈ 150 at 10% peak height [87]. Other approaches include the use of DRIE [88,89] and rapid prototyping [90,91] to form electrodes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

MEMS-Based Nanospray-Ionization Mass Spectrometer

Wright¹,

Syms

Moseley³

et al. 2010

J. Microelectromech. Syst.

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

An electrospray ionisation mass spectrometer (ESI-MS) whose main components are all fabricated using silicon microelectromechanical systems (MEMS) techniques is demonstrated for the first time. The ion source consists of a microengineered alignment bench containing a V-groove mounting for a nanospray capillary, an ion extraction electrode, and a pneumatic nebuliser. The vacuum interface consists of two plates, each carrying a 50 µm diameter capillary, that are selectively etched and bonded together to provide a differentially pumped internal cavity. The quadrupole filter consists of a microfabricated frame that provides mountings for stainless steel rods measuring 650 µm in diameter and 30 mm in length. Two different quadrupoles are compared: a firstgeneration bonded silicon device, and a second-generation silicon-on-glass device with a Brubaker prefilter. Differential pumping of a MEMS component is demonstrated for the first time, atmospheric pressure ionisation and ion transfer into vacuum are characterised, ESI-MS operation is demonstrated and spectra are presented for a variety of compounds. KEYWORDS:Mass spectrometry, Electrospray, Quadrupole filter, MEMS IntroductionOver 25 years have passed since an electrospray ionisation (ESI) source was first coupled to a quadrupole mass spectrometer (MS) by Yamashita and Fenn [1]. Since then, ESI-MS has become a workhorse of analytical chemistry, allowing analytes to be ionised at atmospheric pressure with little fragmentation and passed into a vacuum system for analysis.Conventional ESI sources employ spray tips with an internal diameter (ID) of ≈100 µm[2]. In order to establish a Taylor cone and maintain stable emission of charged droplets, minimum flow rates of 0.5 -5 µL min -1 and voltages of 2.5 -4 kV are used. However, it has been convincingly demonstrated that high sensitivity and stable emission can be achieved at much lower flow rates and voltages using spray tips with IDs of ≈ 5 µm, and silica nanospray capillaries with a range of coatings have become widely available [3][4][5][6][7][8].Unfortunately, while these are inexpensive, operator expertise and costly positioning apparatus are often required for stable and reproducible performance.Electrosprayed ions are passed into a low-pressure chamber via a vacuum interface. The simplest interface is a single orifice or capillary that allows gas and entrained ions to pass directly into the vacuum chamber. Clearly, the orifice must be small enough or the pumps large enough to ensure that the pressure is consistent with mass analysis. However, the susceptibility of very small orifices to clogging and the inconvenience of large pumps led to this approach being abandoned. Modern instruments employ one or more stages of 4 differential pumping. Larger orifices can be tolerated since only a fraction of the flow is transmitted to the vacuum chamber, while the majority of the gas load can be pumped away at higher pressure using more modest pumps.The effective transfer of ions and molecules from atmospheric pressu...

show abstract

Microfabricated Quadrupole Mass Spectrometer With a Brubaker Prefilter

Cited by 28 publications

References 68 publications

A Microelectromechanical Systems-Enabled, Miniature Triple Quadrupole Mass Spectrometer

A Microelectromechanical Systems-Enabled, Miniature Triple Quadrupole Mass Spectrometer

Аксептанс И Пропускание Квадрупольного Фильтра Масс С Префильтром

MEMS-Based Nanospray-Ionization Mass Spectrometer

Contact Info

Product

Resources

About