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。     

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。     

安捷伦科技亮相2008慕尼黑上海分析生化展推出创新质谱技术

安捷伦科技公司在2008慕尼黑上海分析生化展上展出了全新的质谱产品系列:全新7000A型超高灵敏度的三重串联四极杆气质联用仪、采用创新的安捷伦喷射流离子聚焦技术的6460型三重串联四极杆液质联用仪和6530型至尊高精度四极杆一飞行时间串联质谱仪以及多种应用软件.这些质谱技术将被广泛应用于基因组学、代谢组学、蛋白质组学、药物杂质鉴定、环境污染物筛查和食品分析等领域.     

一种轻小型四极杆质谱仪射频电源的研制

四极杆结构是四极杆质谱仪的核心结构，由射频电源分别施加两组高压高频信号进行驱动，利用电场的变化和输入离子的质荷比差异对离子进行筛选。针对四极杆质谱仪小型化的研制需求，以信号调制模块、放大模块、反馈电路和直流模块为基本构型，设计了一种应用于轻小型四极杆质谱仪的射频驱动电源。经实际测试，该电源可以在谐振频率1.33 MHz、扫描频率10 Hz的输入条件下，输出峰 峰值电压最高可达3.33 kV的调幅射频高压信号并驱动四极杆结构，扫描切换时间不高于1 ms。射频电源输出信号稳定、波动小、交直比的波动为0.1%。该射频电源相较于常规的四极杆射频电源具有更高的扫描范围，体积小巧，功耗仅30 W，接口简单，有较高的实用价值。     

四极质量分析器装配工艺研究

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。四极杆质量分析器是四极式质谱仪的核心部件,使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。四极质量分析器零件主要精度误差都要求小于0.002mm,且组件平行度、位置度误差要求均小于0.004mm,传统装配方法已经很难满足精度要求。提出了一种基于手工修研的装配方法,利用该方法装配了一套150型四极质量分析器,最高装配内切圆精度误差小于0.0015mm。     

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。     

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。     

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.     

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   

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。     

Noncontact measurement of electrostatic fields: verification of modeled potentials within ion mobility spectrometer drift tube designs

The heart of an ion mobility spectrometer is the drift region where ion separation occurs. While the electrostatic potentials within a drift tube design can be modeled, no method for independently validating the electrostatic field has previously been reported. Two basic drift tube designs were modeled using SIMION 7.0 to reveal the expected electrostatic fields: (1) A traditional alternating set of electrodes and insulators and (2) a truly linear drift tube. One version of the alternating electrode/insulator drift tube and two versions of linear drift tubes were then fabricated. The stacked alternating electrodes/insulators were connected through a resistor network to generate the electrostatic gradient in the drift tube. The two linear drift tube designs consisted of two types of resistive drift tubes with one tube consisting of a resistive coating within an insulating tube and the other tube composed of resistive ferrites. The electrostatic fields within each type of drift tube were then evaluated by a noncontact method using a Kelvin-Zisman type electrostatic voltmeter and probe (results for alternative measurement methods provided in supplementary material). The experimental results were then compared with the electrostatic fields predicted by SIMION. Both the modeling and experimental measurements reveal that the electrostatic fields within a stacked ion mobility spectrometer drift tube are only pseudo-linear, while the electrostatic fields within a resistive drift tube approach perfect linearity.     

基于SIMION／SDS的非对称场离子谱（FAIMS）多物理场仿真研究

针对非对称场离子谱（FAIMS,field＆symmetricw＆veformionmobilityspectrometry）的设计优化,本文基于SIMION／SDS多物理场仿真研究方法,结合离子迁移率计算算法、非对称射频方波电压与直流扫描电压算法实现了非对称场离子谱（FAIMS）的仿真。应用该仿真方法,对FAIMS迁移管的迁移区、迁移区与检测区之间的区域离子的运动进行了仿真,结果与理论分析一致。采用相同的结构及控制参数,将SatendraPrasad的实验结果与仿真结果进行对比,定量地分析仿真结果对扫描电场谱图的预测能力。结果表明,该方法能够有效地模拟离子在FAIMS迁移管中的迁移运动,对FAIMS迁移管的优化设计有着重要的意义。     

四极滤质器中离子振荡周期影响因素研究

位于四极滤质器稳定区中的离子,在x、y方向上的振荡幅度近似为周期性变化。取两个相邻最大振幅之间的时间间隔作为离子振荡周期。对于由射频激励信号(正弦波形式)驱动的四极场,离子振荡周期受到射频频率、工作点a、q值等参数的影响。本文通过对四极场中离子运动轨迹的数值分析,发现离子振荡频率随射频频率的变化呈线性关系,随工作点a、q值的变化近似于幂函数关系。     

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。     

行波离子迁移谱的行波脉冲电源设计及应用

基于行波的无损离子操作结构装置（TW-SLIM）是一种新型的可实现复杂气相离子操作的离子漂移管,是行波离子迁移谱（TWIMS）的核心器件,其利用行波脉冲电源提供振荡电场实现离子传输和分离。 针对行波无损离子操作结构特性,采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）作为行波脉冲信号源,使用集成半桥驱动器作为栅极驱动,以金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）构成的半桥拓扑电路作为脉冲输出级,使用可调高压电源作为半桥电路的直流母线电源,设计了一种行波脉冲电源。脉冲电源输出脉冲电压最大频率可达100 kHz,峰 峰值可达200 V,上升时间和下降时间均小于20 ns。在实验室自制的行波离子迁移谱仪器平台上测试了行波幅值和频率对离子传输和离子分离的影响。结果表明,当频率为10 kHz、幅值为35 V时,六（2,2 二氟乙氧基）磷腈的传输效率最高;在行波幅值不变时,随着行波频率的增大,离子信号强度减小。利用六（2,2 二氟乙氧基）磷腈和六（1H,1H,3H 全氟丙氧基）磷氮烯探究行波幅值和频率对离子基于结构分离情况的影响,在行波幅值不变时,随着行波频率增大,对2种离子的分离能力变强;在频率不变时,随着行波幅值增大,对2种离子的分离能力变弱。实验结果为行波离子迁移谱中的离子传输与分离机制提供了基本理解,该行波脉冲电源对于高分辨率TWIMS研发具有重要价值。