大气压离子源真空接口的研制及其在电喷雾电离飞行时间质谱仪上的应用

研制了一种大气压离子源真空接口,并已将其用于自制高分辨率垂直引入式电喷雾电离飞行时间质谱仪.初步研究了该接口的性能,包括射频四极杆、进样片对仪器灵敏度的影响.利用该接口检测了利血平样品.结果表明,接口能有效地提高离子的传输效率,使飞行时间质谱仪达到较高的灵敏度.     

多通道数字化离子阱质谱仪测控系统研制

为了提高离子阱质谱仪的质谱分析性能,提出了一种基于多通道离子阱质谱仪的测控系统的软硬件设计方案。该测控系统采用ARM芯片S3C6410完成质谱分析的数据采集以及与计算机间的通信功能,采用可编程逻辑器件FPGA完成对质量分析过程的时序控制。通过对多通道离子阱数据的同时处理,该测控系统帮助离子阱质谱仪实现更高的质量分辨能力。     

下一代主力液质联用仪——AB SC IEX 4500系统

AB SCIEX公司在2012年美国PITTCON会议上推出下一代主力液相色谱质谱联用系统4500系列,为常规定量和筛查分析设定了新标杆。AB SCIEX Triple Quad 4500系统是一款新型的三重四极杆质谱仪,相比市场上竞争的其它三重四极杆质谱仪,该系统灵敏度提高了10倍。AB SCIEX 4500系统同样具备QTRAP技术,集定性和定量功能于一体。专利QTRAP技术结合业界灵敏度最高的线性加速离子阱,使得灵敏度相比同档次的三重四极杆质谱提高了100倍。     

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。     

微型离子阱质谱仪研发与工程化

传统的大型质谱仪具有灵敏度高、分析速度快的优点，但因体积庞大，一般只用于实验室分析。微型质谱仪具有质量轻、便携的特点，虽然牺牲了部分性能，但能满足现场检测的需求。本工作设计了2款基于线形离子阱和连续大气压接口的Brick-L和Brick-V微型质谱仪，二者的真空腔体结构设计相似，离子漏斗、质量分析器和控制电路等主要部件相同。区别在于，Brick-L需要耦合常压离子源，可以测量气体、液体和固体样品；而Brick-V内部安装了紫外灯离子源，可以测量挥发性有机物(VOC)。仪器整体质量约20 kg,尺寸为38 cm×23 cm×34 cm,正常工作时功耗200 W。Brick-L微型质谱仪对可卡因和伊马替尼的检测限(LOD)可达1μg/L,分辨率大于1 600。     

低分辨质谱仪的数据采集与处理系统

本文介绍了一种用于低分辨率质谱仪的数据采集与处理系统，它能对质谱数据作快速和高精度的处理，在一定程度上改善信噪比，提高分辨本领域和灵敏度。     

高压模块性能对数字离子阱质谱仪性能的影响

数字线性离子阱质谱仪的供电高压模块的稳定度、负载变化率等参数对数字离子阱的性能有很大影响。为了研究供电高压模块对仪器性能的影响,本工作基于正在研制的便携式数字线性离子阱质谱仪,以1 mg/L苯、甲苯、二甲苯、氯苯混合标准气体为检测对象,研究高压模块性能改进后仪器性能的变化情况。结果表明：通过增加稳压模块的方法,使离子阱质谱仪一级质谱的质量稳定性、离子响应,二级质谱的隔离效率都有较大幅度的提高;一级质谱中,离子的质量轴波动减小到之前的一半,响应值提高了10%以上,二级质谱离子的隔离效率提高了1.6倍。     

电压不稳定性对离子阱中离子运动特征的影响

在离子阱共振激发过程中,电压的微小变化可能导致离子的运动特征发生显著改变。本工作基于赝势理论,建立了电压不稳定时3D离子阱中离子运动的理论模型,并以辅助交流电压AC的毛刺和端盖电极施加的直流电压为例,揭示端盖电极上辅助交流电压AC的稳定性对离子阱性能的影响。结果表明,当辅助交流电压存在毛刺时,离子的运动速度和振幅将发生突变,扰乱离子阱内离子的冷却状态,致使部分离子在激发阶段打在阱壁上而无法被检测,从而降低了离子阱质谱仪的灵敏度。同时,该模型表明,对于处于冷却状态的离子,可以通过测量其在脉冲激励作用下的响应来测量离子运动的久期频率。若在端盖电极上施加直流电压,离子运动的平衡位置将发生明显的偏移,通过将离子检测器置于偏移的一侧,可以明显地提高离子的检测效率,从而提高离子阱质谱仪的灵敏度。     

微型化质谱仪研究进展

质谱仪具有高效、准确、快速分析的独特优势,在众多领域得到了广泛的认可和应用。其中,质谱仪小型化的发展极大拓展了质谱的适用环境和场景,成为质谱研究的一个重要方向。由于离子阱分析器具有较高性能且易小型化的优势,多被小型化质谱仪所采用。本文总结了近期离子阱质谱仪微型化的研究进展,主要是本实验室近五年的微型质谱仪研发进展,主要从理论、仿真和硬件系统进行介绍,并对小型质谱仪的未来发展方向进行展望。     

分析元素在ICP-MS取样锥口的空间分布

为提高电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）的检测灵敏度,需保证分析离子在ICP与质谱仪间的传递效率。本研究利用激光诱导荧光技术,以钡元素为分析粒子,在不同ICP功率、雾化气流速的条件下,对分析元素在ICP-MS取样锥前端的空间分布及等离子体温度的变化进行研究。结果表明,ICP功率、雾化气流速对被分析物质在等离子体内的原子化及电离过程有很大的影响,但增加ICP功率并不一定能提高被分析粒子到达ICP-MS取样锥口的数量。该结果可为提高ICP-MS仪器性能及改进设计方法提供理论参考。     

飞行时间质谱和高性能电子学控制技术

飞行时间质量分离器是飞行时间质谱仪的主要组成部分。飞行时间质谱（TOF MS）具有分析质量范围宽、分析速度快、仪器结构简单等优点,但离子初始动能和初始位置容易分散是影响其分辨率的核心因素。本综述根据本课题组多年的研制经验,着重介绍离子束垂直引入方式的反射式有栅网飞行时间质谱的离子光学以及相关电子学控制的核心技术原理。离子光学核心技术涉及到离子加速场和离子反射场的机械加工控制和精密装配控制等,电子学控制核心技术主要包括高压电源和高压脉冲电源的精密制作。     

MAT261型离子源及离子透镜系统的仿真与实际应用

The simulation results of MAT-261 type ion source and ion optics with the SIMION 3D 7.0 software were given. By means of simulation, the ion's trajectory was studied, the cause of low abundance sensitivity was analyzed and the optimal poles' voltage ranges of the ion optics were found. Modifications were made to the LRIMS3000 type mass spectrometer according to result of the simulation. The abundance sensitivity of the mass spectrometer is improved to 2×10-6 from original 5×10-5.     

磁-电-四极杆级联质谱中的离子光学设计

离子光学设计是质谱仪器的核心技术,为了提高常规质谱的丰度灵敏度指标,设计了磁-电-四极杆级联质谱,并构建了一台原理实验样机。样机中的离子光学设计是仪器设计的关键内容,尤其是与最后一级质谱相关的离子透镜的设计,与常规双聚焦质谱和四极杆质谱中的透镜均有较大差异。本工作介绍了样机中的总体离子光学设计、四极杆前后相关透镜的设计、离子轨迹的 SIMION仿真计算,最后通过实验调试实现了整体设计,并测试了整套设计的总体指标。结果表明,样机比原仪器的丰度灵敏度指标提高约330倍,样机最后一级的传输率约为9%,与仿真计算结果相符。     

基于铁电阴极材料离子源的结构设计

为解决质谱仪的离子源发射阴极材料发射电子能力降低、使用寿命短等问题,需要用更好的阴极材料来代替传统的灯丝等热阴极材料。经国内外研究证实铁电阴极材料具有发射电流密度大、发射电子束品质好、寿命长、对真空度要求不高等优点。将原本完全独立的两块领域——铁电阴极材料和离子源的发射阴极相结合,通过计算机软件设计新型铁电阴极材料离子源的结构,用铁电阴极材料来增强质谱仪离子源的使用寿命。     

DESIGN AND PERFORMANCE OF TWO ORTHOGONAL EXTRACTION TIME-OF-FLIGHT SECONDARY ION MASS SPECTROMETERS FOR FOCUSED ION BEAM INSTRUMENTS

The design and performance of two orthogonal extraction time-of-flight mass spectrometers are reported that were adapted to existing focused ion beam microscopes for secondary ion mass spectrometry. The performances of these designs were compared to that of a prototype previously described by our group. The differences include newly designed transfer ion optics and in the use of a larger microscope chamber. The two new prototypes allow a mass resolving power of either 600 Th/Th (compact design) or 3000 Th/Th (high resolution design) while simultaneously achieving a lateral spatial resolution of less than 50 nm. The spectrometers and their performance (effective ion yield, mass resolving power, lateral, and depth resolution) are described and compared. Additionally, example applications are presented with multivariate statistical methods to visualize the data sets. Both time-of-flight mass analyzers use orthogonal extraction which avoids the need to pulse the primary ion beam, and the of use monoisotopic gallium to preserve the mass resolution. The goal of the design was a cost-effective accessory to augment typical focused ion beam-scanning electron microscopy applications as an alternative to the cost of a dedicated secondary ion mass spectrometer. The modified instrument allows excellent non destructive imaging and easy sample access, and benefits from the presence of complementary non destructive analytical and imaging techniques that exploit the presence of an electron microscope.     

全合成左旋士的宁六种关键中间体的电喷雾离子阱质谱研究

采用电喷雾离子阱质谱法(ESI—MS)对不对称全合成左旋士的宁的六种中间体进行了深入探讨,获得了它们的结构碎片信息,通过比较它们的异同对其质谱裂解途径进行解析。结果表明:以正离子检测方式下可以得到较强的准分子离子[M+H]+峰,并检测到各自少量的加合离子。它们的(+)ESI—MSn(n=1～3)质谱主要产生氧醚键C-O和硫醚键S-C断裂的碎片。这些特征为全合成士的宁的关键中间体及其结构类似物的结构推断提供了有力的证据,有助于提高合成工作效率。     

离子阱质谱计的研究现状及其进展

离子阱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。离子阱质谱计的小型化主要集中在对离子阱质谱计各组成部分（离子源、质量分析器、离子检测、真空系统）的小型化上。随着科技的不断发展，离子阱质谱计体积的小型化，分析对象的不断扩大，仪器性能上实现大质量范围、高分辨率和高灵敏度，以及成本的有效降低等，将是离子阱质谱计相关研究的主要趋势。     

RGA10质谱计的改进及在K-Ar、Ar-Ar同位素定年中的应用

对 RGA1 0质谱计离子源、分析室、样品提纯系统及数据处理系统等方面进行了改进 ,并增加了 3 8Ar大小球分取装置 ,使该仪器灵敏度、真空度及仪器的综合指标比过去有了较大改善 ,仪器的稳定性及测试样品的速度有了很大提高。仪器改造后三年来的实验证明 :Ar同位素的分析效率提高了 2至 3倍。     

电过滤纸喷雾离子源的性能优化及应用研究

常压离子源是质谱技术在生命科学、环境保护、医药卫生、食品安全等领域的研究热点之一.随着质谱分析技术的应用范围越来越广,直接快速分析复杂体系的化合物组成和含量越发重要.本工作基于已研制的小型化离子阱质谱和电过滤纸喷雾离子源,对其分析性能和应用进行深入研究.以提高质谱信号强度和检测灵敏度为目标,对所用滤纸的孔径、离子源尖端...     

一种面向低真空环境的质量分析方法仿真研究

在低真空环境进行质谱分析可以大幅降低仪器的成本、体积和功耗,实现质谱仪的便携化。在四极杆质量分析器中,增大压强会导致离子轴向运动能量不足,无法到达检测器。为解决这一问题,提出了一种使用顺向气流作为离子出射动力,适用于低真空环境的质量分析方法,并在COMSOL Multiphysics中搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明,利用该方法得到的谱峰强度和谱峰宽度明显优于无气流条件下的分析结果。该研究成果为低真空质谱仪的研发奠定了理论基础,促进质谱仪便携化和传感器化、降低使用门槛、扩展应用领域。