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。     

新型200keV离子注入机

一、前言新型中能离子注入机(LC—2A 型)的离子光学系统属先分析后加速方式,如图1所示。分析器处于高电位[1],在较低的能量上进行质量分析,再把分析出的离子束加速到最终能量。这样,既缩小了分析器的尺寸和减轻了它的重量,又降低了X 射线的辐射。     

质谱仪（Mass spectrometer）

质谱仪又称质谱计（Mass spectrometer）,是一种进行质谱分析的仪器,即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子,按质荷比m／z大小分离的装置。     

高分辨电喷雾离子源三级四极杆-飞行时间质谱仪的研制

报道了实验室研制的电喷雾离子源 ,具有射频四极杆接口的高分辨飞行时间质谱 (ESI- QQQ- TOFMS)仪器。该仪器具有以下特点 :在离子调制区使用三组四极杆 ,有效地减少离子束的空间分散和能量分散 ;采用正负双脉冲推斥和离子垂直引入方式 ;经过优化设计的二级有网反射器 ;新颖的 MCP安装方法。经初步调试 ,该仪器的分辨本领已优于 1 0 ,0 0 0 ,质量测定精度优于 1 0× 1 0 - 6 。该仪器于 2 0 0 2年 6月通过了国家教育部科技成果鉴定 [鉴字 [教 2 0 0 2 ]第 0 0 8号 ],其主要性能指标已经达到了国际先进水平     

质谱仪离子导向装置的原理、应用和进展

离子导向装置（ion guide）是传输离子的重要手段。在质谱仪器中,离子导向装置是离子光学（ion optics）系统的重要组成部分,是联络处于低真空（或大气压）电离源和质量分析器的桥梁。离子导向装置不仅用于传输离子,还可降低离子的空间发散度和能量分散度,使离子最大限度到达质量分析器。本工作主要对一些常用的离子导向装置的原理、应用和进展进行了评述,并展望了未来的发展。     

脉冲离子阱的设计

本文提出了一种适用于飞行时间质谱仪的新颖离子阱。它可在脉冲状态下工作，并可存储极宽质量范围的离子。离子的存储量与离子阱中心所加的负电位理论上成正比，并可选择被存储离子的能量范围，可做为能量过滤器，减小离子的能量分散对分辨本领的影响；特别是该离子阱具有独立于离子源而引入离子的特点，扩大了应用范围。与通常所用的三维四极离子阱相比，其机械加工和配套电子线路都比较简单，可在一般的实验室内制做。     

轨道阱边缘场效应及其补偿方法的研究

静电轨道阱(Orbitrap)自推出以来已被证明是一款强大的离子分析器,其分辨率受电极结构中边缘场的影响。因此,亟需研究由离子入射孔和外电极间隙共同导致的畸变场对分辨率的影响,并提出边缘场效应的解决方法。本实验利用离子光学仿真软件(SIMION)分别建立了理想、畸变和矫正3种结构模型,以测量不同初始轴向振幅和不同轨道半径对应的轴向振动周期分散来衡量轨道阱可以达到的极限分辨率。通过对比理想模型的实验结果与理论结果,验证了仿真参数选取和离子运动计算方法的可靠性;在畸变模型实验中,探究外电极间隙和离子入射孔导致的边缘场效应引起的离子轴向运动周期分散情况,及其对分辨率产生的影响;在矫正模型实验中证明了可以通过调节2个补偿电极的电压来修正畸变场,从而克服离子入射孔和外电极间隙共同产生的边缘场效应,乃至其他缺陷所引起的场畸变问题,仿真得到轨道阱对m/z 100离子的极限质量分辨率可达2 500 000。     

实验用扇形磁质谱计

本文叙述了一台实验用的扇形磁质谱计。对离子源离子光学系统进行了离子轨迹的模拟实验,磁分析室用铜电铸而成,离子探测器采用单通道连续电子倍增管,对磁分析器离子光学系统的几何参数做了理论计算。仪器的分辨本领为380,对锶样品的灵敏度为2×10~4。     

一个用于俄歇微分析的场发射枪探针系统

高分辩俄歇分析要求一次电子束在低的束能下具有足够的束流和尽可能小的束斑。为了这一目的发展了全静电式电子探针系统。该系统是由一个具有加速单透镜的场发射电子枪及一个不对称静电物镜所组成,它可以方便地与CMA 等多数电子能量分析器相配合,并且可以工作在相当低的束能下(<1 keV)而具有良好的光学特性。实验结果表明,当试样工作距离为2.5cm,束能为10keV 时,可以在100(?)的探针直径内获得0.1nA 的束流。     

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。     

基于有限元法的离子迁移谱电场数值模拟研究

传统线性离子迁移谱中漂移管电场的均匀性是离子迁移谱性能的主要影响因素之一。本研究利用COMSOL Multiphysics仿真平台,基于有限元法对线性漂移管的内电场进行数学物理建模及数值模拟分析,给出建模方法和均匀电场的标准,研究了电极厚度、绝缘环厚度、漂移管内径以及漂移管外部电场等因素对漂移管内电场的影响,旨在通过模拟结果优化离子迁移谱仪器设计,提高离子迁移谱的性能,为设计者提供参考。     

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。     

车载生物气溶胶质谱仪用小型化双极质量分析器的设计

生物气溶胶是大气中一类特殊的气溶胶，实时检测与识别生物气溶胶是实现生物预警预报的前提。小型车载生物气溶胶质谱仪对双极飞行时间(TOF)质量分析器的设计提出了要求。本研究基于指数脉冲延时引出技术开展小型TOF设计，结合SIMION 2020软件，模拟了速度分散为峰值800 m/s的高斯分布，空间分散0.3 mm情况下的粒子飞行轨迹。采用粒子群优化算法(PSO)自动优化TOF多组电极电压以及延迟时间。在130 ns延迟时间下，即使是极限的空间分散和能量分散也能实现全质量范围内的分辨率超过500,不同颗粒之间的质量偏差可控制在0.4 u以内。对比模拟分析了方波脉冲延时引出和指数脉冲延时引出对单个颗粒形成离子的分辨率影响，结果表明，指数脉冲延时引出在全质量范围内的分辨率显著优于方波脉冲。实验模拟了在颗粒处于光斑中心以及光斑偏左和偏右0.15 mm的极限情况下，颗粒电离位置对质谱分辨率的影响，结果表明，分辨率存在差异，但仍优于500。通过实际检测黑炭颗粒，小型TOF在全质量范围内可获得500以上的分辨率，能够满足车载生物气溶胶质谱仪的分辨率要求。虽然小型TOF的飞行长度为SPAMS 0525的6...     

基于粒子群算法的多次反射飞行时间质量分析器电压优化

多次反射飞行时间(MR-TOF)是一种新型的质量分析器,常用于分析短寿命离子、分离同重元素和存储离子。随着使用需求的增加,提高MR-TOF质量分析器的分辨能力越来越重要。然而,MR-TOF质量分析器电压参数的优化涉及高维度、高精细度和非线性的问题,很难用解析方法得到最优参数。本研究提出了一种基于粒子群(PSO)算法的MR-TOF质量分析器电压参数优化方法,并对粒子群算法进行改进。在SIMION离子光学仿真平台上对优化方法进行测试,比较了标准粒子群算法和改进粒子群算法的优化结果。结果表明,改进粒子群算法能够获得超过810 000的极限质量分辨率,相比标准粒子群算法有更好的性能。该方法具有操作简单、优化速度快、求解效果好等优点,可为MR-TOF质量分析器的电压优化提供方法参考,从而提高MR-TOF质量分析器的开发效率。     

提高直线式飞行时间质谱仪分辨率方法的研究

直线式飞行时间质谱仪的缺点之一是质量分辨率较低,造成这种情况的主要原因是离子的初始空间分散和能量分散,以及电场的不均匀性。本文在自制直线式辉光放电飞行时间质谱仪的基础上,探讨了提高分辨率的方法。     

质谱仪器及其应用(三)

第七章双聚焦仪器在质谱技术中,单聚焦一般指方向(角度)聚焦,双聚焦则指同时实现方向(角度)聚焦和能量(速度)聚焦而言。在第五章中讨论了不同类型的离子源,并列举了多种离子源所产生的离子的能量分散数值。光电离源的能量分散很小,只有0.01-0.2电子伏特,火花源的能量分散却大到约1000电子伏特。对于一级方向聚焦静态质谱计而言,分辨本领的表达式为     

在线检测挥发性有机物的质子转移反应飞行时间质谱仪的研制

基于质子转移离子源和飞行时间质谱分析器技术,自主设计和开发了质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR-TOF MS)。该仪器主要由空心阴极放电区、质子转移反应管、离子传输区及飞行时间质量分析检测器4部分组成。为了增加离子的传输效率,提高仪器的性能,整个仪器的真空系统采用三级真空设计,分别对应于质子转移反应管、离子传输区和飞行时间质量分析器。离子在离子传输区的运动轨迹通过Simion程序进行了模拟和优化。采用不同浓度的甲苯标准气体对仪器的整体性能进行测试,该仪器的线性动态范围可达3个数量级,检测限可达5×10^-10(甲苯)(S/N=6),分辨率优于4 500。     

离子迁移(IMS)漂移管的多物理场模拟方法研究

针对离子迁移漂移管的设计优化,本文建立了一种包括气流和电场的多物理场模拟研究方法。对漂移管进行气路仿真,定性研究其中气流的运动,考察是否存在涡流等影响漂移管性能的因素。利用漂移管中气流速率分布,研究常压下离子在电场与气流共同作用下的迁移过程。根据模拟得到的离子迁移谱图,对漂移管的性能进行了分析。结果表明,该方法能够有效地模拟离子在漂移管中的迁移运动,对漂移管的优化设计有着重要的意义。     

四极的探讨

四极质量分析器早已脱离它的最初应用。早期是作为同位素分离使用的,目前四极已应用在质谱法的各个方面。由于四极分析器的体积小,重量轻,价格较低,还因为四极具有检测多种来源的离子和中性粒子的独特能力,所以才获得了上述的成就。     

在线红外气体分析器的发展及工程应用研究

红外气体分析器是一种应用广泛、最具代表性的在线气体分析器,灵敏度高、稳定性好,常见非单元素气体都有可能适用。本文简述了红外气体分析器的测量原理、基本结构以及发展趋势。介绍了几种常用红外分析器及国内外主要厂家产品。实际现场使用时,背景气体及工作环境复杂多变,本文深入分析了测量误差复杂的影响因素,研究了提高分析器现场应用能力的若干方法,以增强红外气体分析器工程应用的适应性和力度。在线分析工程技术的应用及发展,必须有在线分析器这一牢固强大的技术基础。