变极板间距的平行板离子引出的实

离子引出的研究在原子蒸气法激光同位素分离(AVLIS)工程中具有重要意义,离子引出时间直接关系到整个系统的离子引出效率。平行板静电场法是AVLIS离子引出中最基本的内容。利用由YAG四倍频脉冲激光(266 nm)多光子电离产生的空气等离子体进行离子引出实验,研究离子引出时间的变化规律。通过对实验数据的分析,发现离子引出时间随极板间距增大而增加,随引出电压变大而减小,验证了离子引出时间的经验公式,发现影响离子引出时间更本质的因素是平行板间电场强度。     

《质谱学报》第28卷（2007年）总目次

第28卷第1期离子门参数对真空紫外光电离-大气压离子迁移谱仪性能的影响…………………………………………………………………时迎国,姚琏,李安林,李芳,王俊德,李海洋(1)激光致等离子体中离子引出的空间分布特性研究…………………………………………曹宗亮,张微啸,包成玉(5)变极板间距的平行板离子引出的实验研究…………………………………………………张微啸,曹宗亮,包成玉(12)用Pro/E实现对离子阱的结构仿真设计…………………………………陈侃,黄元庆,周振,蔡子霞,朱建共(16)复方丹参滴丸人含药血浆中三七相关代谢物的研究…………赵…     

一种新的离子引出方法——射频共振法

在传统的静电场离子引出中,由于等离子体屏蔽的存在,限制离子引出时间,降低了离子引出率。为了削弱静电场方法中等离子体屏蔽对离子引出的影响,提出了射频共振的方法。射频共振法是利用等离子体回路阻抗与外加射频电场频率之间的相互关系,通过调节射频电场频率,使射频电场与等离子体达到共振状态。当达到共振时,等离子体阻抗最小,电场可以穿透等离子体,提高了离子引出效率。共振法缩短了离子引出时间,提高了离子引出效率,并且可以通过对外加磁场的调节来控制等离子体密度。本文介绍了目前射频共振理论的模拟计算和实验研究情况。     

飞行时间质谱宽能量聚焦反射器设计

离子的能量分散是影响飞行时间质谱分辨率的主要因素之一。本研究在Vlasak提出的宽能量聚焦反射器设计方法的基础上,通过同时优化飞行时间反射器各电极间的距离和电压的方法,使宽能量分布的离子具有更好的时间聚焦性能,并采用SIMION软件建立的仿真模型验证该方法的有效性。理论计算和仿真实验表明,本设计方法对极板加工和装配的误差可通过微调极板电压补偿,这有效地降低了仪器研制过程中的机械加工和装配精度的要求,从而进一步提高了方法的实用性。     

四苯基卟啉的激光等离子体质谱研究

在自制的仪器上记录了四苯基卟啉的激光等离子体质谱。在正离子质谱中不仅出现了准分子离子峰(M H)~ ,而且出现了单、双、三吡咯碎片峰,这些谱峰间每相差一个非氢原子的碎片离子的谱峰也都能观察到。各负离子则是由碎片离子和自由基进一步离子—分子反应后生成的簇团离子,具有明显结构规律。研究结果显示激光等离子体质谱不仅是一种有效的结构分析手段,还能产生与研究各种簇团离子。     

基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪的离子延时引出新技术研究

为了提高基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪 ( MALDI- TOF- MS)的分辨率 ,在自行研制的研究级激光飞行时间质谱仪上进行了离子延时引出的( Delay Extraction,DE)新技术的实验研究 ,建立了新结构离子源和离子延迟引出的电子控制系统及相应软件。通过电场模拟和实验 ,研究了样品相对质量、延迟引出时间、引出电压对提高分辨率的影响。在使用 40 MHz瞬态记录仪的情况下 ,测得环十肽 ( m/z=1 2 1 4)分辨率为 1 734,胰岛素 ( m/z=5375)为 2 1 2 4。     

激光诱导铜产生等离子体羽辉的颜色特性

为了研究等离子体羽的辐射特性,建立了激光诱导辐射模型。通过时空分辨光谱测量技术,测定了激光烧蚀铜诱导产生等离子体羽辉在氧气环境下的发射光谱及其发射强度随时间与空间的分布;利用快速照相法,拍摄了等离子体羽的照片。结果表明:等离子体羽光谱主要由Cu的原子谱线、一价离子谱线组成;其不同区域的颜色不同,且随环境气压而变化。认为等离子体羽的不同区域诱导发光机理不同,中心区域以连续辐射为主;中间区域以原子谱线和一价离子谱线为主;外围区域以原子谱线为主。连续辐射主要来自近靶处高能电子运动而产生的韧致辐射以及电子和一价离子的复合;一价离子谱线主要来自近靶处高能电子与一价离子碰撞传能;原子谱线主要来自电子与原子的碰撞传能以及近靶处电子与一价离子的复合。     

基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪的离子延时引出新技术研究

为了提高基体辅助激先解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI-TOF-MS)的分辨率,在自行研制的研究级激光飞行时间质谱仪上进行了离子延时引出(Delay Extraction,DE)新技术的实验研究,建立了新结构离子源和离子延迟引出的电子控制系统及相应软件。通过电场模拟和实验,研究了样品相对质量、延迟引出时间、引出电压对提高分辨率的影响。在使用40MH_z瞬态记录仪的情况下,测得环十肽(m/z=1214)分辨率为1734,胰岛素(m/z=5375)分辨率为2124。     

基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—MAG复合焊等离子体辐射,进行空间分布200～1100nm间光谱采集。选取特定谱段辐射积分,给出其在紫外辐射(FeII)、可见光辐射(FeI)、红外辐射(ArI)各扫描层面辐射强度分布。进一步结合高速摄像,研究激光—MAG复合焊的耦合机理。研究结果表明,激光与MAG复合后,其等离子体在焊接电弧中心位置的辐射增强(其中紫外和可见光谱段更明显),形成一个辐射梯度较大的辐射增强区。FeI、FeII对应谱段的电弧辐射区间增宽,这种现象在激光作用的电弧前沿更明显。特定谱段辐射的面分布表明,激光—MAG耦合后,辐射在熔池附近及电弧中部的辐射增强,而在电弧上部的辐射减弱。耦合后的等离子体能量分布更集中于中心部位和熔池附近,复合等离子体Fe辐射区间的增宽,也为电弧稳定提供电离通道。耦合后等离子体辐射分布,使得激光复合焊焊缝成形改善、电弧稳定性增加。     

模板电解金属双极板表面流道的试验研究

随着燃料电池微型化的发展趋势,金属材料制成的双极板成为未来双极板发展的主要方向。以加工双极板表面多通道蛇形流道为例,提出采用模板电解加工金属双极板上的微流道结构。建立模板电解加工间隙内电场的数学理论模型,并利用有限元软件对模板电解加工微流道的成形过程进行模拟,研究加载电压对模板电解加工过程中阴阳极表面电场分布的影响。搭建模板电解试验平台,通过试验研究直流和脉冲加载电压对流道形貌和定域性的影响。模拟与试验结果表明,采用脉冲小电压可减小流道的杂散腐蚀,提高模板电解加工的定域性。     

Ion temperature fluctuation measurements using a retarding field analyzer

The retarding field analyzer (RFA) is a widely used diagnostic tool for the ion temperature measurement in the scrape-off-layer (SOL) of the thermonuclear plasma devices. However, the temporal resolution in the standard RFA application is restricted to the ms timescale. In this paper, a dc operation of the RFA is considered, which allows for the measurement of the plasma ion temperature fluctuations. The method is based on the relation for the RFA current-voltage (I-V) characteristic resulted from a common RFA model of shifted Maxwellian distribution of the analyzed ions, and the measurements of two points on the exponentially decaying region of the I-V characteristic with two differently dc biased RFA electrodes. The method has been tested and compared with conventional RFA measurements of the ion temperature in the tokamak ISTTOK SOL plasma. An ion temperature of T(i) = 17 eV is obtained near the limiter position. The agreement between the results of the two methods is within ～25%. The amplitude of the ion temperature fluctuations is found to be around 5 eV at this location. The method has been validated by taking into account the effect of fluctuations in the plasma potential and the noise contamination, proving the reliability of the results obtained. Finally, constrains to the method application are discussed that include a negligible electron emission from the RFA grids and the restriction to operate in the exponentially decaying region of the I-V characteristic.     

PCB离子阱质量分析器

目提出了一种利用普通印刷线路板（Printed Circuit Boards,PCB）加工构造离子阱质量分析器的新方法。用该方法制造的PCB离子阱仅由四块PCB平板电极和两块不锈钢薄片电极构成,具有结构简单、加工容易和价格低廉等优点,非常适合制造成低成本的便携式质谱仪。初步实验结果表明,应用这种方法所建造的PCB离子阱质谱仪系统,可以获得优于400的质量分辨率和300Thomson以上的质量扫描范围。     

非对称三角形电极离子阱的单向出射性能模拟研究

三角形电极离子阱（triangular-electrode linear ion trap, TeLIT）是一种新型结构的线性离子阱,具有简单的电极结构和良好的分析性能。为进一步提高TeLIT的离子探测效率,本实验将离子出射方向的2个电极设置为不同角度,建立非对称结构的TeLIT,通过引入非对称场实现离子单向出射。通过分析电极角度差与其内部电场分布的关系,并模拟离子运动轨迹,获得离子出射情况和模拟质谱峰。理论模拟结果显示：当离子出射方向三角电极的角度差Δα=15°时,在优化的AC频率条件下,三角形电极离子阱的m/z 610离子单向出射率可达95%以上,且质量分辨率达到2647。经优化几何参数后的非对称三角形电极离子阱可在几乎不损失分辨率的情况下实现离子单向出射,大幅提高了单检测器模式下TeLIT的离子探测效率和仪器的灵敏度,使其在小型化质谱仪的开发中具有显著优势。     

A Converging Wall-Jet Instrument for Ion Selective Electrode Dynamic Response Studies

Abstract

Ion selective electrodes are used to conduct real-time measurements of gaseous thermal degradation products from halon replacement experiments. Response characteristics of these ion selective electrodes are needed to address potential interferences and surface poisoning experienced under field conditions. The design and the fabrication of an in situ, converging wall-jet instrument for the measurement of the dynamic responses of ion selective electrodes are described. Various time delays associated with the generation and detection of ion activity steps have been quantitatively determined.

Dynamic response measurements for iodide steps on a Corning iodide/cyanide ion selective electrode are comparable to those obtained on the best of the earlier instrument designs, the in situ, switched wall-jet instrument. The advantages of the converging wall-jet instrument over the switched wall-jet instrument are identified.     

利用直流偏置电压提高矩形离子阱质谱的灵敏度

线性离子阱质谱是近年来被广泛应用的一种性能优良的质谱仪。线性离子阱质量分析器通常是由四根柱状电极合围而成。由于四根电极的几何对称性,在线性离子阱中产生的电场在离子检测方向上也是高度对称的,也就是说,当离子从x方向被逐出离子阱时,将各有50%的离子从＋x和－x方向被分别逐出。因此,如果只在线性离子阱的一侧安装离子探测器,则离子的检测效率只有50%。本工作以矩形线性离子阱为研究对象,通过在离子阱中离子逐出方向的一根电极上施加一定的直流偏置电压,利用此直流电压在离子阱中产生的直流电场,使离子阱中存储的离子偏离中心轴分布。这样,离子将在后续离子逐出电场的作用下,被非对称地逐出离子阱。如,可使多数离子从＋x方向出射,少数离子从－x方向出射。此时,如果在＋x方向安置离子探测器,将获得高于50%的离子探测效率。实验结果表明,直流偏置电压可以明显地提高离子检测效率,例如,在与检测器对侧电极施加正的直流偏置电压时,离子强度在一定电压范围内皆有显著提高。实验所测得的4种不同质荷比的离子提高比例分别是20%、38%、31%、44%。该方法的实验原理简单、实验技术方便易行,可以显著提高线性离子阱检测灵敏度,具有一定的实用价值和应用前景。     

Scanning multiple collector electrostatic analyzer with application to plasma potential measurement

Three collector electrodes have been located accurately on the focal plane of a parallel-plate electrostatic energy analyzer to form an exit slit matched to a large inlet slit by the design magnification ratio. In bench tests with a nearly uniform, monoenergetic K+ beam at 5 kV these collectors have been found to provide a scanning capability for measurement of the energy of such a large beam with sufficient precision, DeltaV/V approximately +/-10(-3), to resolve plasma potential in heavy ion probe diagnostic studies of magnetically confined plasmas. In such studies a wide entrance slit is needed because of low signal levels. The method provides enhanced resolution with greater facility than obtainable with a feedback approach used in prior investigations. A nearly triangular sharply peaked profile was observed on the center collector providing the desired resolution. Scans at various entrance angle settings have been made and beam size and peak location results compared with predictions based on the existing model for an ideal instrument.     

非对称双曲面线形离子阱的设计及性能研究

为提升离子阱质量分析器的分析性能,本文提出一种非对称双曲面线形离子阱结构,通过优化离子出射方向上x电极的单向拉伸距离Δr_a,引入合理的非对称射频电场,从而提高离子单向出射效率。利用SIMION和AXSIM模拟软件分析非对称双曲面线形离子阱的内部电场分布、离子运动轨迹及模拟质谱图。结果表明,在性能优化的对称双曲面线形离子阱结构的基础上,其中1个x电极单向拉伸Δr_a=0.8 mm时,通过优化AC频率和扫描速率等参数,非对称双曲面线形离子阱的离子单向出射率可达90%以上,同时m/z 609离子的质量分辨率超过5 100。经优化几何结构后的非对称双曲面线形离子阱可在保证高质量分辨率的情况下,大幅提高离子检测效率,这在小型化质谱仪的开发中具有显著的优势。     

静电轨道离子阱离子切向引入的新方式和模拟

静电轨道离子阱质谱仪的关键垄断技术是将离子引入静电轨道离子阱的C形离子阱。本工作提出一种新的离子引入方式，即设计了一种O形离子阱，用于将更多的离子以较少的损失引入到静电离子阱中进行分析。O形离子阱嵌套在静电轨道离子阱外轨道上，可以直接使离子从O形圆轨道下滑降轨内切至椭圆轨道，再沿椭圆轨道下滑降轨外切，最终射入静电轨道离子阱中的圆轨道。新的离子引入方式避免了C形离子阱远距离传输离子，离子流可连续进入O形圆轨，在脉冲电压作用下进入静电轨道离子阱；随着离子的引入面增大，离子的引入量有所增加。另外，还推导了离子运动轨迹方程及降轨脉冲的能量方程，对离子引入方式进行模拟，结果表明，多离子多位置同时引入对离子轨迹无明显影响，而离子是否切向引入则至关重要，偏离切向引入会大大降低离子寿命。     

基于电喷雾电离源质谱仪系统的八电极线性离子阱性能研究

八电极线性离子阱在前期的理论模拟研究中取得了较好的质量分析性能,为验证理论模拟结果,选择其中最优的结构参数,设计、加工并组装了八电极线性离子阱实物,以此为基础搭建电喷雾电离源质谱测试系统。在传统射频电压施加模式下,测试八电极线性离子阱的分析性能。当扫描速度为765 u/s时,八电极线性离子阱获得离子峰的半峰宽可达0.3 u,对应利血平（m/z 609）的质量分辨率为2 030。当分析浓度为10 mg/m3的利血平样品时,对应的质谱峰信噪比可达45.8。本文进一步研究了扫描速度对质量分辨率和灵敏度的影响,实现了离子碰撞诱导解离,分析了不同浓度的25羟基维生素D2标准样品,线性动态范围可达4个数量级。结果表明,八电极线性离子阱具有良好的分析性能,可为结构简化线性离子阱的研究提供全新思路,推动小型化离子阱质谱仪的研究进展。