含高阶场成分的四极杆电极系统及其性质

由4根柱状电极组成的四极杆电极系统在射频电源的作用下主要产生以四极电场为主的电场分布。四极电场可以用于离子质量分析、离子存储和离子传输等。理论分析表明,只有用4根双曲面电极组成四极杆电极系统时,才会产生纯四极场分布;在其他情况下,除四极电场外,还可能会产生六极、八极、十二极、二十极等高阶电场成分。本研究用数值计算的方法,分析了用4根不同直径的圆柱形电极组成的四极杆电极系统的电场分布情况和作为质量分析器时的性能。结果表明：当用3根相等直径和1根较大直径的圆柱形电极组成四极杆电极系统时,可以产生除四极电场外的高阶电场分布,其高阶场成分主要有六极场（A₃）、八极场（A₄）、十极场（A₅）、十二极场（A₆）、二十极电场（A₁₀）等;各种高阶场的含量可以通过改变圆柱形电极的直径,或使具有较大直径的圆柱形电极偏转一定的角度加以调节;当四极电场中含有一定量的高阶电场时,仍可获得较好的质量分辨。含高阶场的四极杆电极系统具有较高的离子传输效率和更好的离子串联质谱分析能力,具有潜在的实用价值。     

四极杆线性离子阱系统和预存干涉波的傅里叶逆变换技术

本文在回顾四极杆线性离子阱结构和原理的基础上,阐释了线性离子阱的电子系统和串联质谱的核心技术原理,介绍了预存干涉波的傅里叶逆变换技术在四极杆线性离子阱中的应用,特别是用于选择母离子。四极杆线性离子阱的加工精度要求适中、成本低、电路设计和控制(包括射频和直流)相对容易,使其在研发方面具有较大优势。线性离子阱特有的MS^n、碰撞冷却、较高的灵敏度和分辨率,以及选择性的离子储存和激发能力都使其拥有广阔的应用前景。预存干涉波的傅里叶逆变换技术的应用使得母离子被特异性驻留,而非母离子通过共振被甩出,提高了线性离子阱的分析能力。     

四极杆质量分析器的杆系位置度检测方法研究

四极杆质量分析器是四极质谱仪的核心部件之一,主要由四根圆柱极杆组成,四根极杆之间的相互位置决定其物理性能,其位置度检测十分关键。由于极杆较长,且四极杆质量分析器中无基准平面,常用的位置度检测方法不适合该位置度检测及评定。通过测量不同轴截面处相邻极杆距离、相对极杆距离,根据测量数据进行位置度评价的方法适合四极杆质量分析器的杆系位置度评价,也适合类似杆系的位置度检测。     

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。     

质谱相关四极场的设计思路探讨

四极杆和离子阱等基于四极场理论的质谱技术自诞生至今已发展得较为成熟,并对质谱学产生了重大影响。本文通过对四极场的设计和产生过程进行完整的物理和数学公式推演与诠释,着重讨论了四极场电势分布的获得过程,电极形状、电极上电压等边界条件的获得过程,以及根据四极场电势分布推演出的四极杆结构和离子阱结构的过程等。该内容是对四极场质谱理论相关阐述的重要补充,有助于更加深入地理解四极场的基本原理。同时,还提供了一种潜在的质量分析器设计思路,对质谱相关的理论研究和原始创新的研发工作具有重要的借鉴意义。     

四极质谱仪通用数字控制系统结构的研究

设计了一个能在四极杆和四极离子阱质谱仪中通用的数字控制系统结构。新结构在商业仪器Polaris Q结构的基础上,增加了PC104总线用于扩展硬件,以32位MCU和FPGA为核心处理器,基于操作系统uClinux的多任务编程而不使用DSP器件,设计了通用远程控制协议和基于FPGA的分时段同步程序。基于这种结构开发的数字控制系统在EI-四极杆,EI-矩形离子阱,ESI-矩形离子阱3种产品样机中成功应用。相比现有的结构,新结构兼备了小型化和通用性。     

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。     

四极杆-线形离子阱串联质谱法测量血清中万古霉素

本研究采用自主研制的QLIT-6610MD液相色谱-串联质谱系统,建立了测量血清中万古霉素的高准确度方法。样品经蛋白沉淀和液液萃取后,进入QLIT-6610MD系统分析。样本中的内源性物质在保留时间内对目标物无干扰。结果表明：在1.56～50.0 mg/L范围内,万古霉素的线性关系良好,相关系数(R²)≥0.99,检出限和定量限分别为0.19、1.56 mg/L,日内和日间精密度范围分别为1.62%～3.82%和2.07%～5.07%,血清样本的加标回收率为95.97%～97.74%,基质效应归一化因子(CV)≤7.60%,样品保存稳定性CV≤4.26%,进样长时稳定性优于2.13%。通过测定低、中、高质控品对方法进行验证,结果均在靶值范围内。采用QLIT-6610MD、AB API4000和YS EXACT 9900MD 3台液相色谱-串联质谱仪测定42例临床血清样本,经过Deming回归、Bland-Altman分析和Pearson相关性分析,结果具有良好的一致性。本研究证明了自主研制的QLIT-6610MD液相色谱-串联质谱系统能够达到三重四极杆质谱仪的定量...     

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。     

新型QTRAP~(TM)四极杆-线性离子阱串联质谱仪的特点及应用

本文介绍新型QTRAPTM 四极杆 -线性离子阱串联质谱仪的基本原理和主要性能 ;并简述在药物筛选及代谢产物分析、蛋白分析和在天然产物结构分析方面的应用     

四极离子阱阱内离子解离技术的研究进展

准确高效的离子解离技术对串联质谱分析方法具有非常重要的影响。四极离子阱可以存储离子，实现离子选择存储或逐出并进行多级质谱分析，适合各种解离技术在阱内的实施。由于生物质谱分析等研究工作对分子结构鉴定的需求，研究人员陆续开发了一系列阱内离子解离技术，推动了相关仪器与应用的发展。本文在离子阱几何结构和阱内离子运动规律的基础上，对是否依赖背景气体碰撞的两类阱内离子解离技术进行综述。其中，将依赖于背景气体碰撞的解离技术分为基于共振激发和非共振激发两类，归纳了每种解离技术的实施过程、解离特点及应用，并对各种解离技术存在的问题以及未来的研究方向进行总结。     

Quadrupole ion traps

The extraordinary story of the three‐dimensional radiofrequency quadrupole ion trap, accompanied by a seemingly unintelligible theoretical treatment, is told in some detail because of the quite considerable degree of commercial success that quadrupole technology has achieved. The quadrupole ion trap, often used in conjunction with a quadrupole mass filter, remained a laboratory curiosity until 1979 when, at the American Society for Mass Spectrometry Conference in Seattle, George Stafford, Jr., of Finnigan Corp., learned of the Masters' study of Allison Armitage of a combined quadrupole ion trap/quadrupole mass filter instrument for the observation of electron impact and chemical ionization mass spectra of simple compounds eluting from a gas chromatograph. Stafford developed subsequently the mass‐selective axial instability method for obtaining mass spectra from the quadrupole ion trap alone and, in 1983, Finnigan Corp. announced the first commercial quadrupole ion trap instrument as a detector for a gas chromatograph. In 1987, confinement of ions generated externally to the ion trap was demonstrated and, soon after, the new technique of electrospray ionization was shown to be compatible with the ion trap. © 2009 Wiley Periodicals, Inc., Mass Spec Rev 28:961–989, 2009     

圆弧形电极离子阱质量分析器的理论模拟

为了给圆弧形电极离子阱质量分析器的实验研究提供可靠的科学依据,本工作从理论上研究了一种由不同半径的圆弧形电极所组成的线性离子阱。使用SIMION和AXSIM软件对设计的线性离子阱进行计算模拟。通过分析电极半径及其比例与离子阱内的电场分布关系,各种多极场成分分布、离子阱内离子运动轨迹、质谱峰形状、分辨率及离子逐出效率等,得到了圆弧形电极所组成的线性离子阱的优化结构。     

基于FPGA的便携式四极杆质谱控制系统设计

针对便携式仪器小型化和低功耗的研制需求,本文设计了一套便携式四极杆质谱的下位机控制系统,基于Xilinx Spartan-6系列现场可编程的门阵列(FPGA)平台进行开发,采用FPGA单一芯片替代传统多种芯片组合的繁琐架构,去掉主控电路板上原有的W5500\MCU(微控制单元芯片)\DSP(数字信号处理专用芯片)\DDR(双倍速率同步动态随机存储器)等功能芯片,将这些芯片实现的扫描、控制、采集、存储、数据处理和高速传输等功能集成于同一FPGA片内。与现有的小型化四极杆质谱控制系统比较,本系统在功能和性能不变的前提下,不仅节省了芯片成本,而且主控硬件板卡的功耗节省了约2.7 W,约为原板卡功耗的37%,主控硬件板卡的面积减小了约20 cm²,约为原板卡面积的10%。本研究设计的便携式四极杆质谱下位机控制系统已成功应用于便携式四极杆质谱仪中,并且针对类似的小型化仪器有着较高的技术移植性和实用价值。     

面向海洋应用的低真空质谱仪操作模式研究

为使质谱仪能够在低真空环境下进行质量分析,扩展其在海洋科学领域的应用,研究了适用于低真空环境的质量分析操作模式。针对圆柱形离子阱质量分析器,在COMSOL Multiphysics中基于Langevin碰撞理论搭建了低真空环境离子运动仿真平台。利用该平台模拟了不同低真空条件下,射频电压频率、射频电压零峰值、离子阱尺寸等参数对质谱仪分辨率和灵敏度的影响。结果表明,增大射频电压频率、减小离子阱尺寸等操作模式可适用于低真空环境质量分析。