大气压接口-单四极杆质谱仪的研制

本工作研制一种具有大气压接口的单四极杆质谱仪。该仪器具有三级真空系统,与大气相邻的第一级真空接口基于加热的不锈钢毛细管设计;在第二级真空腔中采用射频高压驱动的方式远距离传输离子;第三级腔体放置四极杆和电子倍增器分离和探测离子,使用自制的控制系统控制仪器。基于此仪器,实现了大气压下电喷雾离子源、介质阻挡放电离子源离子化样品的检测,通过第一级腔体中的源内碰撞诱导解离获得了样品的二级子离子,增强了单四极杆质谱仪的定性能力。该仪器结构简单、成本低,可用于液相色谱-质谱联用分析和原位分析。     

基于LabVIEW的三重四极杆质谱仪开发平台的设计与应用

相对于单四极杆，三重四极杆质谱仪具有多种工作模式和更复杂的工作时序。为了适应研发需要，本设计采用虚拟仪器技术，开发了一套用于三重四极杆质谱仪的测控平台。平台硬件由工控机、PXIe板卡和辅助电路组成，软件基于LabVIEW开发环境，以状态机为基本架构。该平台能够对仪器各执行单元进行控制和监测；对离子光学系统、高压及四极杆电源的时间响应特性进行测量，获取建立时间等关键参数；测试各工作模式下不同条件的时序特征，从而对抗串扰等仪器性能进行评价。该平台具有界面友好、易维护、功能可扩展等优点，可以作为三重四极杆质谱仪研制过程中一种有效、方便的工具。     

飞行时间质谱仪射频四极杆驱动器的研制

针对自制垂直引入式飞行时间质谱仪（orthogonal extraction time-of-flight mass spectrometer, O-TOFMS）的需要,运用直接数字频率合成 (direct digital frequency synthesis,DDS)技术,研制了射频四极杆的高压射频驱动电路装置。该驱动器频率可调范围为0.5~2 MHz,幅度最高达到1 000 Vp-p。该射频四极杆驱动器（radio frequency quadrupole driver,RFQ Driver）可用于分子离子反应器（molecule ion reactor,MIR）和RFQ驱动,其结构简洁、成本低、性能稳定可靠。     

四极杆质谱仪射频驱动装置模块化设计与实现

根据四极杆质谱仪需求采用模块化设计方式研制了包括信号源和功率放大电路在内的射频驱动装置,各模块电路结构清晰、功能明确且具有体积小、成本低等特点。使用直接数字频率合成器(DDS)模块作为信号源产生以1Hz为最小步进频率,在0.2～1.6MHz范围内频率可调且相位相反的两路正弦波信号。通过单片机控制可变增益放大器(VGA)模块使驱动装置在1～30V_(p-p)范围内幅值可调。设计两级功率放大模块,用于提高带负载能力。此装置输出信号频率的相对标准偏差(RSD)低于0.1ppm,输出相位差为180°±0.6°。实验表明其频率及相位差稳定性良好。     

基于FPGA的四极杆分离式控制系统研究

设计了一种新型的基于FPGA的四极杆分离式控制系统。该系统使用了两片FPGA组成主从系统，主芯片设计在主控板，从芯片设计在采集板，分别负责四极杆扫描和数据采集功能，使用LVDS高速差分线和开发的私有协议来完成功能联动，全双工传输速率在ns级别，使得主从板等同于在同一系统控制下工作。该系统用于扫描和采集功能分离的四极杆质谱仪中，取代了分离的MCU+FPGA的架构，解决了因扫描和采集功能无法联动所造成的无法避免畸变信号的采集，以及采集数据与目标离子无法准确对应等问题。相比于旧的系统设计，该系统的扫描和采集联动机制有效将质谱图的信噪比提升6dB，并使得采集数据与目标离子达到100%的对应。本次设计的四极杆分离式控制系统已在ICP-MS质谱仪中成功应用，并且针对类似的系统分离仪器有着较高的借鉴性和实用价值。     

低真空环境下四极杆质量分析器灵敏度仿真研究

为了实现低真空环境下质谱仪的质量分析,提出了利用Langevin碰撞理论模拟低真空环境下离子运动轨迹的方法,该方法可以更准确地反映离子的运动状态。针对四极杆质量分析器,在COMSOL Multiphysics中搭建了适用于低真空环境的离子运动仿真平台。利用该平台仿真得到了低真空条件下,背景气体压强、离子质荷比、背景气体质量、离子初始能量、四极杆半径以及温度对四极杆质谱仪灵敏度的影响。仿真结果表明,随着压强升高,质谱仪灵敏度降低,通过改变离子操作模式,可以削弱由压强变化引起的灵敏度降低,这为低真空质谱仪的设计提供参考。     

三重四极杆串联质谱仪碰撞池的研究现状与进展

三重四极杆质谱仪以其卓越的定量能力在环境、食品、药品领域有着广泛的应用.分析物离子在第一级四极杆中被选择,然后进入碰撞反应池发生碰撞反应生成子离子,子离子被第二级四极杆选择分析.碰撞反应池是三重四极杆质谱仪的关键部件,目前碰撞反应池多采用多极杆结构,多极杆上施加射频电压及静电压用于传输离子.减小离子在碰撞池中的驻留时间以最小化多反应监测(MRM)的串扰影响是碰撞池设计需要考虑的重要因素,各个仪器厂商都有各自专利的碰撞池设计实现最小化的串扰影响,本文针对各个厂商最新的碰撞池技术进行介绍.     

四极杆电极系统的应用与研究进展

四极杆电极系统是一种可产生四极电场分布的仪器装置。由于离子在四极电场中的特殊运动性质,四极杆电极系统已被用于制造多种科学仪器,如四极杆质量分析器、三重四极杆质谱仪、四极线性离子阱、四极杆离子导引, 以及包含四极杆离子导引或四极杆质量分析器等四极杆电极系统的各种串联质谱仪等。这些仪器已被广泛应用于对化学和生物成分的质量分析,环境保护,食品安全等领域。 本工作首先简单介绍四极杆电极系统的理论基础,离子在四极电场中的运动规律与电场分布的关系,四极杆电极系统的几何结构与质谱性能的关系,高阶场的产生及其对质谱分析性能的影响等;然后分别介绍了国内外在四极杆质量分析器和四极离子阱质谱领域内的最新研究成果;最后对四极杆电极系统的研究方向作简要的展望。     

六级杆离子传输系统射频电源控制设计

设计一种基于AB类推挽功放原理的射频线性电源,可调频率为1~6 MHz,电压≥900 V。由ARM控制器通过检波电路检测输出峰峰值构成闭环控制来稳定输出电压。通过串口设定输出频率、电压以及实时显示电压。实验测得1.420 MHz、3.086 MHz和5.347 MHz输出电压分别为2020 V、1960 V和928 V;在3.094 MHz测得电压和频率稳定性分别为0.44%和0.096%。该电源已用于质谱仪射频六级杆离子传输且运行稳定。     

用于低质荷比离子传输的射频四极杆导向装置的研制

离子传输系统是质谱仪的重要组成部分，主要作用是将离子高效率地传输到质量分析器。本工作研制了一种用于质子转移反应飞行时间质谱（PTR-TOF MS）系统的射频四极杆离子导向装置，四极杆长80 mm，杆半径2.6 mm，内切圆半径2.25 mm，该装置可针对性地实现低质荷比挥发性有机化合物（VOCs）离子的聚焦传输。利用SIMION 8.1离子光学模拟平台对装置的运行环境进行仿真，然后在自行搭建的测试平台上对装置的工作条件，如气压、频率和电压幅值进行测试。结果表明，仿真和测试结果具有较好的一致性，装置的工作气压范围较宽，在0.2~0.3 Pa时的传输效率最高；当频率为3~4 MHz，电压幅值（V_p-p）为500 V左右时，对丙酮、甲苯等低质荷比VOCs（相似文献   

四极杆质量分析器的研究现状及进展

四极杆质谱计是目前最成熟、应用最广泛的小型质谱计之一。四极杆质量分析器通过在双曲面四极杆上接入射频信号产生四极场,离子在四极场中受到强聚焦作用而向分析器的中心轴聚焦。四极杆质量分析器中离子的运动在数学上可用二阶线性微分方程Mathieu方程的解来描述,利用离子在Mathieu方程解的稳定性图中所具有的特性,可实现离子的质谱扫描。经过五十多年的发展,四极杆质谱计已成为一种技术相当成熟的商用仪器,其相关研究近年来呈现出上升趋势,体积小型化,分析对象不断扩大,仪器性能实现高分辨、大质量范围、快速分析以及成本低价化将是四极杆质谱计相关研究的主要趋势。     

一种运用于数字移动通信的谐波抑制功放模块

一种单氏电压３Ｖ供电的１．９ＧＨｚ小型化功放模块,在其输出端可对二、三次谐波输出进行抑制,模块体积为０．０３９ｃｃ（３．４×５．８×２．０ｍｍ）,在最大输出功率１９．８ｄＢｍ处能良好的射频性能（相邻信道,在频偏６００ｋＨｚ处,漏功率－５５。５ｄＢｃ,二次谐波－４５ｄＢｃ,三次谐波－４６．２ｄＢｃ）。此模块可产生省去外接滤波器的ＲＦ传输区域,从而使电路具有体积小的和结构薄的特点。     

电源频率对差动变压器输出特性的影响分析

介绍差动变压器的工作原理，结合其理想状态下的等效电路从理论上详细分析了激励电源频率对差动变压器输出特性的影响，同时进行了实验。实验结果表明，在低频段差动变压器输出电压随电源频率的增高而增大；当电源频率较高时，在某一区间差动变压器输出变化很小；而频率继续增加时，会使输出电压下降。该结论和实验方法对这类传感器的设计和使用具有一定的指导价值。     

X射线管用140kV高压直流电源系统的设计

本文介绍了一种140KV输出的x射线管用高压直流电源.主电路采用直流24V供电,经过半桥逆变、高频变压器、正负双向倍压整流.达到产生直流高压的目的.灯丝电源采用的是基于TOPSwitchFX单端反激式开关电源.由单片机控制可远程启动.系统设计了延时电路.在灯丝电源启动8s后启动高压直流电源.     

一种新型低功耗小型高压电源

介绍一种新型低功耗小型高压电源，该电源采用全集成化电路设计。由振荡电路产生脉冲方波推动开关电路，采用自举升压电路，提高高压变压器的初级电压。脉冲高压经高压变压器升压整流后，可得到需要的稳定直流高压，对于正高压，在高压升压电路后采用倍压整流，用直接取样反馈方式来凋整输出高压，使高压更趋稳定。该电源具有功耗低、体积小、重量轻、绝缘性能好等特点，而且输出高压连续可凋。电源的正负高压输出值分别为：正高压0～＋50kV、负高压0～-25kV。可用于小功率X光管供电和其他相关科学研究及野外作业。     

质子转移反应质谱仪聚焦型漂移管的设计及仿真研究

漂移管是质子转移反应质谱仪(PTR-MS)的核心部件之一,对漂移管进行技术创新是改善仪器性能的重要途径.近年来,聚焦型漂移管(focusing drift tube,FDT)因具有离子利用率高的优点逐渐被重视.本研究报道了一种结合射频四极杆及电阻玻璃管的聚焦型漂移管的设计与仿真,四极杆用于提供射频聚焦场,电阻管用于产生...     

四极杆并联振荡电子学系统和反馈控制

四极杆质谱的电场是由随时间变化的射频交变电压(RF)及直流电压(DC)分别加在两对极杆上产生的。通常射频交流电压由电感电容谐振振荡电路产生,根据电感电容的连接方式不同分为并联振荡电路和串联振荡电路。本综述主要解读并联振荡电子学系统及其反馈控制的核心技术原理。并联谐振的优势在于对射频振荡源的内阻要求不高,容许高内阻的振荡源,使电路的设计与研制更加简单;其缺点是需要采用双调谐振荡回路,在阻抗匹配方面有较高的要求。另外,并联振荡回路的升压主要依靠次级线圈与初级线圈的匝数比,因此仅适合于升压较小,即所需RF输出电压较低的场合。     

四极杆离子光学和串联振荡电子学系统

四极杆和飞行时间质谱是液相色谱-质谱（LC/MS）、三重四极杆质谱（QQQ）和四极杆-飞行时间质谱（Q TOF）等质谱仪器中必备的核心部件，也是我国亟待研发的国产化仪器。目前，国内对质谱仪器的研制热情日益高涨，得到了国家相关部门的高度认可和广大研发人员的积极响应。本综述基于作者课题组多年的研制经验，从质谱仪器研发的角度介绍实现离子光学系统和电子学系统的技术原理。首先回顾四极杆的基本原理；然后着重讨论加工和装配精度对提高四极杆分辨率的重要性，以及四极杆尺寸选择对射频电压控制的影响；最后重点介绍四极杆串联振荡电子学系统以及在系统中起关键作用的阻抗匹配，希望能为质谱仪器研制提供参考。