Ионная циклотронная ловушка представляет собой один из вариантов масс-анализатора в масс-спектрометрии , в основе которого лежит принцип . Ионы удерживаются магнитным полем в ловушке Пеннинга , двигаясь по кругу под действием силы Лоренца . На первом шаге ионы вводят в ловушку и запирают постоянным электрическим полем, создавая электростатическую яму для них. Затем ионы возбуждают. При действии электростатическим полем с заданной радиочастотой (или импульсом, содержащим множество разных частот), ионы начинают поглощать энергию и постепенно увеличивать радиус вращения до тех пор, пока не столкнутся со стенкой ловушки (если там располагается детектор , т. е. детектируется ток от погибших на стенках ионов, то такой прибор называется ). Если детектируется наведённый ионами заряд на пластинах, установленных вдоль ловушки, то прибор уже называется масс-спектрометром ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье . В последнем случае наведённый ионами заряд оцифровывается и записывается, как сигнал, далее делается преобразование Фурье данного сигнала для выявления его частотных составляющих. Частоты жёстко связаны с отношением массы иона ( m ) к его заряду ( z ), так что соотношение m / z легко определяется.

Принцип работы

Явление ионно-циклотронного резонанса связано с движением ионов в магнитном поле. Ионы в статическом и однородном магнитном поле под действием силы Лоренца двигаются по окружности. Циклическое движение может сопровождаться однородным аксиальным движением, образуя винтовую лестницу, или же движением перпендикулярным полю, например в присутствии электрического или гравитационного поля, образуя циклоиду . Угловая частота (ω = 2π f ) этого циклотронного движения для заданного магнитного поля В определяется по формуле

${\displaystyle \omega ={\frac {ZeB}{m}},}$

где ${\displaystyle Z}$ — заряд иона, ${\displaystyle e}$ — элементарный заряд и ${\displaystyle m}$ — масса иона.

Таким образом, электрический заряд с такой же частотой ${\displaystyle f}$ будет резонировать с ионом, имеющим значение ${\displaystyle m/z}$ , равное

${\displaystyle {\frac {m}{z}}={\frac {eB}{2\pi f}}.}$

В ловушке Пеннинга используется сильное однородное аксиальное магнитное поле для удерживания ионов в радиальном направлении и квадрупольное электрическое поле для аксиального удерживания. Статический электрический потенциал генерируется посредством трёх электродов : кольца и двух запирающих электродов чашеобразной формы.