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。     

基于矩形离子阱的台式质谱仪的设计与性能

介绍离子阱质谱技术的发展以及离子阱的基本原理,叙述矩形离子阱的结构及特点,介绍自主研制的矩形离子阱质谱仪的仪器结构以及各项关键指标的性能情况.根据测试结果,该矩形离子阱质谱仪质量分辨可以达到1800,质量数范围可以达到m/z 1000,环己烷溶液中的1pg八氟萘,在质量范围150Da-300Da的扫描时,其信噪比达到66:1;8小时质量稳定度优于±0.15Da.与Agilent 6890进行色质联用,6种拟除虫菊酯标准溶液均检出.该矩形离子阱质谱仪各项性能指标优良,可替代进口商业质谱用于常规质谱检测.     

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。     

小型化矩形离子阱捕获能力的仿真研究

基于SIMION 7.0离子光学仿真软件对设计的矩形离子阱（RIT）的离子捕获效率进行了仿真,研究了离子初始位置和射频电压、频率对离子捕获效率的影响。仿真结果表明,只有初始位置靠近RIT中心的离子才能被有效捕获到。针对常见毒品及爆炸物所在的质量范围,对于内建电场空间尺寸为10mm×8.4mm×44mm（x,y,z）的RIT,选择捕获射频电压为50V0-p～100V0-p、频率1MHz时,既能保证较高的离子捕获效率,同时也降低了对电路系统指标的要求。     

离子阱质谱仪质量分段校正算法研究

针对质谱仪质量校正过程中分段校正模式下手动分段效率低的问题,本研究设计了一种自动分段校正算法,以提高校正精度,方便快速操作。利用逐点拟合来判断分段区间是否符合要求并确定各分段区间,使质量范围自动分段以减小各检查点的质量偏差。实验结果表明,该算法可将质量范围合理分段,并建立新的线性关系,使各检查点偏差控制在较低的预设范围(0.1 u)内,有效地提高了仪器校正效率及测量精度。     

双势阱平面离子阱的设计与模拟研究

双势阱平面离子阱作为离子收集与聚焦装置,2个势阱可分别实现进入离子的收集和约束离子的可控冷却及抛出,相比于单势阱平面离子阱,其对离子的收集与聚焦更加充分。本工作利用SIMION 8.1离子光学模拟软件,研究离子阱工作的4个阶段,即离子收集、离子转移、离子冷却和离子抛出。模拟得到离子阱的工作周期可从1 ms延长至超过10 ms,总离子传输效率为83%,离子通量上限达1.6×10⁶个。此外,充分冷却的离子从离子阱中抛出,具有1.0、1.0 mm的径向直径,24 mrad、16 mrad的角度标准偏差,15 eV的能量标准偏差。双势阱平面离子阱的工作周期、离子通量、抛出离子均满足多次反射飞行时间质量分析器的工作需要,并可与其耦合,为其提供通量高、状态集中的引入离子。     

PCB分压离子阱性能优化的理论模拟研究

印刷线路板（Printed-Circuit-Board,以下简称PCB）分压离子阱是一种主要由印刷线路板围成的新型简单电极结构的质量分析器。PCB分压离子阱的尺寸小巧、加工装配容易且成本较低,适于用作小型化离子阱质谱仪的质量分析器。为进一步提高PCB分压离子阱的分析性能,本研究对原有的PCB分压离子阱的电压施加方式与几何结构进行改进。利用计算机模拟软件SIMION和AXSIM,分析了分压离子阱的内部电场、离子运动轨迹及模拟质谱峰图。模拟中分别采用m/z 4 000、4 001和4 002离子,结果显示在射频信号（RF）分压比不变的情况下,不同的共振激光信号（AC）分压比对质量分辨率有显著的影响。随着该分压比的减小,质量分辨率得到相应的提高。当仅在中央电极施加AC信号时,可将质量分辨率提高约25%。另一方面,撤除角接地电极的新型PCB分压离子阱结构的性能较原有PCB分压离子阱的性能更优,对于m/z 4 001离子,其质量分辨率可以达到10 325。该结果可为进一步的实验提供理论基础。     

圆柱形离子阱质谱仪关键技术研究及参数优化

采用EI电离源,研制了采用圆柱形离子阱为质量分析器的质谱仪,结合电子倍增管、小信号放大系统和数据采集卡,实现了离子的检测和数据采集,并通过LabVIEW控制整个系统。在真空系统中,优化了该质谱仪的灯丝电流、推斥极电压、背景气体压强及质量扫描速度等工作参数,并给出不同工作参数下谱峰的变化规律。使用优化后的参数对水杨酸甲酯进行检测,结果表明,该仪器性能良好,可以获得准确的有机物谱图信息,完成物质的质量分析。     

离子阱质谱图的特性研究

离子阱检测器的原理不同于四极杆和磁质谱仪。采用ＩＮＣＯＴＭ库检索和概率匹配（ＰＢＭ）算法，把五百余种环境中常见有机化合物的离子阱质谱与国际上通用的ＮＢＳ质谱库及Ｗｉｌｅｙ质谱库中质谱数据相比，其结果是绝大部分化合物的离子阱质谱与经典质谱非常相似，极少数化合物的质谱二者之间存在某些差异，文中分析了可能导致差异的原因。     

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。     

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。     

理论模拟和实验对照研究幅值扫描ac对离子阱质谱性能的影响

随着离子阱质谱分析技术的广泛应用,离子阱共振激发过程的理论模拟和实验验证对于深入研究离子阱质谱性能具有重要的意义.常见的线性离子阱所使用的共振激发弹出电压ac(alternating current)的设置有两种方式:一种是设定1个很小的恒定值(如1 V0-p),另一种是设定为1个幅值扫描范围.然而,鲜有人对比研究这两...     

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。     

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。     

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。     

新型电子电离源线型离子阱-飞行时间杂化串联质谱研究进展

本研究介绍了一种新型电子电离源线型离子阱-飞行时间杂化串联质谱仪,该仪器结合了线型离子阱质谱和飞行时间质谱的优点,具有较强的定性分析能力。选用全氟三丁胺(PFTBA)、四氯化碳和丙酮为测试样品对开发的仪器样机进行性能测试,包括对PFTBA碎片离子的离子分离（ISO）和碰撞诱导解离（CID）实验,以及样品同位素离子间的分离实验。测试结果表明,该仪器基本实现了离子碎裂、离子储存和串联质谱分析等功能,能够进行高精度母离子选择。本研究所开发的EI LIT-TOF质谱,在易挥发类有机化合物的结构和化学性质等研究中具有特殊的应用前景。     

基于离子阱原理的空间小型质谱仪理论模拟研究

当前空间探测活动日益频繁,其中对空间有机分子的探测是空间探测的一项重要任务。由于太空中特殊的工作条件,一般商品质谱仪的体积、功耗和分析能力等都不能满足要求,因此需要研发小体积、低功耗、高稳定性的质谱仪。本研究基于离子阱原理,提出了由多个环形电极构成的新型平方离子阱,这种多环高压结构能有效减小离子阱的体积,从而实现质谱仪器的小型化。通过采用成比例的直流电压分时段供电,成功扩展了该质谱仪的离子检测范围。经仿真计算,拟合出了离子振荡频率与其质量数的关系。该质谱仪对质量数在1~2000 u 范围内的分子,质量分辨大于1400,能够满足空间大分子质量分辨的基本要求。     

小型化离子阱质谱仪在毒品快速采集与分析中的应用

本研究设计并搭建了一台尺寸与行李箱相当,质量仅30 kg的小型化离子阱质谱仪。由于毒品的饱和蒸汽压较低,该仪器以热解吸和载气载带的方式实现毒品样品的进样,以10.6 eV低压氪灯为电离源,以矩形离子阱作为质量分析器对毒品样品进行检测。通过串联质谱(MS/MS)分析,同时用母离子和碎片离子对毒品进行定性,提高了毒品检测的准确性。本研究共测试了8种毒品样品,包括4种麻醉药品和4种精神类药品。它们的特征离子均为质子化的准分子离子［M+H］⁺,分析时间为2 min,检出限可达pg量级,MS/MS分析可卡因等毒品可同时得到样品的准分子离子和特征碎片离子信息。该小型化离子阱质谱仪不仅体积小、质量轻,而且灵敏度高、分析速度快、检测准确性高,有望成为未来毒品现场快速检测的有力工具。