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。     

漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法分析寡糖同分异构体

分析糖类分子的结构是研究生物功能的必要前提，然而一种糖类常存在多种同分异构体，传统方法难以实现快速有效鉴别。本研究使用漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法将乙腈-水-甲酸溶液中的寡糖同分异构体分子经过电喷雾电离源电离，在漂移管内实现基于离子分子结构和带电荷数的分离，离子在四极杆中碎裂，最终被飞行时间质谱检测。寡糖同分异构体离子到达检测器的时间相差0.15~0.66 ms，能实现部分分离。此外，探讨了离子淌度-质谱（IM-MS）谱图分析时存在的多聚体碎片离子干扰问题。二级质谱使用注射泵直接进样，研究寡糖金属加合离子的裂解方式用于辨别同分异构体。最后，计算了两个寡糖系列的平均碰撞横截面积，可据此使用线性拟合预测同系列更长糖链离子的平均碰撞横截面积值。研究结果表明，漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法能有效实现寡糖同分异构体的定性分析。     

便携式水质分析仪智能充电装置的设计

现有便携式水质分析仪的充电装置过于简单,长时间使用会缩短蓄电池工作时间和使用寿命。针对上述问题,设计了一种具有自适应模糊PID控制器的充电装置。介绍了充电装置的结构。关键电路的参数计算和软件设计。通过实际应用,证明此装置可有效减少充电电压的波动,达到延长电池工作时间和使用寿命的目的。     

直线飞行时间质谱计的脉冲离子源

在任何质谱计中,特别在飞行时间质谱计中,离子源的工作是很关键的。因为组成直线飞行时间质谱计的三个主要组成部分(即离子源、分析部分和接收检测部分中的分析部分)实际上只是一段消极的无场自由漂移管道,所以仪器的性能主要决定于离子源的工作,并受离子接收器与有关电子设备的限制。飞行时间质谱计中离子的形成和引出尤其重要。因为离子     

一种激光探针离子源

本文介绍一种由三维样品调节器、光学系统和离子光学系统组成的激光探针离子源的工作原理与结构设计。此种装置适用于固体分析飞行时间质谱计。     

双电场飞行时间质谱计的质量分辨与脉冲激光离子源飞行时间质谱计的设计

目前国内外的飞行时间质谱计,大多采用双电场加速的方式改善其质谱分辨率。本文通过较详尽的计算,讨论了双电场飞行时间质谱计中各参数对质谱分辨率的影响及其选择的方向,为飞行时间质谱计的设计与改进提供了依据。本文还介绍了在此基础上设计与建立的脉冲激光离子源飞行时间质谱计。     

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   

液化石油气中硫化物的测定方法

对液化石油气中硫化物的分析方法进行了评述。总硫测定多采用氧化微库仑法,灯法等。形态硫分析多采用气相色谱与硫选择性检测器结合的方法,这些检测器有火焰光度检测器（FPD）,原子发射检测器（AED）,硫化学发光检测器（SC）和脉冲火焰光度检测器（PFPD）等。其中硫化学发光检测器能较好地检测液化石油气中的各种形态硫化物。此外,液相色谱法,燃烧－离子色谱法,极谱法和核磁共振法等也可用于硫化物的分析。     

飞行时间质谱计在原子簇分子研究中的运用

在现代物理化学研究中,常将多种实验技术结合,应用于对特殊体系的研究。本文介绍了笔者在对原子簇分子与离子的研究中,将飞行时间质谱计与双光子共振电离、激光离解、光电子能谱等实验技术相结合,并与二级飞行时间质谱计和离子回旋加速共振质谱仪串联使用所建立起来的多种实验装置及其研究成果。     

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。     

离子门参数对真空紫外光电离-大

离子门是离子迁移谱仪的一个重要部件,主要作用是用来控制离子以脉冲的方式有效地进入迁移管。以丙酮为例,详细研究了离子门的脉冲宽度、电压差及离子门处的横向电场强度分布等对大气压离子迁移谱仪的分辨率和灵敏度的影响,这些参数对研制高分辨率、高灵敏度的实用化大气压离子迁移谱仪有指导意义。     

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。     

Electron multiplier-scintillator detector for pulse counting positive or negative ions

A general-purpose ion detector has been developed for fast pulse counting in mass spectrometry. It consists of a six-stage electron multiplier joined to part of a scintillator detector. This novel arrangement combines the virtually noiseless pulse-amplification response of an electron multiplier with the bipolar voltage flexibility of a scintillator detector. The resulting hybrid detector is superior in performance to either an electron multiplier or a conventional scintillator detector. It is designed to detect a beam of positive ions or negative ions focused to a line image or to a spot at the focal plane of a mass analyzer. Background counting noise is less than 1 count/min when the detector is used in either the positive ion or negative ion detecting mode. Mass-resolved ions are post-accelerated through an electric field to give them an additional kinetic energy of 10 keV before they strike the ion-to-electron converter in the electron multiplier. This allows low-energy ions to be detected with an efficiency close to unity, over a range of ion masses from 1 amu up to several hundred amu. Randomly spaced pulses can be counted at rates from 0 Hz to 10 MHz. The design of the detector and its operating characteristics are discussed.     

静电轨道离子阱离子切向引入的新方式和模拟

静电轨道离子阱质谱仪的关键垄断技术是将离子引入静电轨道离子阱的C形离子阱。本工作提出一种新的离子引入方式,即设计了一种O形离子阱,用于将更多的离子以较少的损失引入到静电离子阱中进行分析。O形离子阱嵌套在静电轨道离子阱外轨道上,可以直接使离子从O形圆轨道下滑降轨内切至椭圆轨道,再沿椭圆轨道下滑降轨外切,最终射入静电轨道离子阱中的圆轨道。新的离子引入方式避免了C形离子阱远距离传输离子,离子流可连续进入O形圆轨,在脉冲电压作用下进入静电轨道离子阱;随着离子的引入面增大,离子的引入量有所增加。另外,还推导了离子运动轨迹方程及降轨脉冲的能量方程,对离子引入方式进行模拟,结果表明,多离子多位置同时引入对离子轨迹无明显影响,而离子是否切向引入则至关重要,偏离切向引入会大大降低离子寿命。     

Design and performance evaluation of a novel square ion trap with mass analysis in the radial a axial directions

A novel three-dimensional square ion trap is reported as a mass analyzer or an ion transfer device. The square ion trap was constructed with six square planar electrodes while the electric field was optimized by changing their relative positions to arrange the strength of higher-order fields. Ion trajectory simulations demonstrate the square ion trap efficiently operates with radial and axial excitation. Additionally, ions ejected from the radial direction contained lower kinetic energies and their energy distribution were more centralized. These properties may improve the ion transfer efficiency.     

Positive/negative ion velocity mapping apparatus for electron-molecule reactions

In molecular dissociative ionization by electron collisions and dissociative electron attachment to molecule, the respective positively and negatively charged fragments are the important products. A compact ion velocity mapping apparatus is developed for the angular distribution measurements of the positive or negative fragments produced in the electron-molecule reactions. This apparatus consists of a pulsed electron gun, a set of ion velocity mapping optic lenses, a two-dimensional position detector including two pieces of micro-channel plates, and a phosphor screen, and a charge-coupled-device camera for data acquisition. The positive and negative ion detections can be simply realized by changing the voltage polarity of ion optics and detector. Velocity sliced images can be directly recorded using a narrow voltage pulse applied on the rear micro-channel plate. The efficient performance of this system is evaluated by measuring the angular distribution of O(-) from the electron attachments to NO at 7.3 and 8.3 eV and O(+) from the electron collision with CO at 40.0 eV.     

非对称双曲面线形离子阱的设计及性能研究

为提升离子阱质量分析器的分析性能,本文提出一种非对称双曲面线形离子阱结构,通过优化离子出射方向上x电极的单向拉伸距离Δr_a,引入合理的非对称射频电场,从而提高离子单向出射效率。利用SIMION和AXSIM模拟软件分析非对称双曲面线形离子阱的内部电场分布、离子运动轨迹及模拟质谱图。结果表明,在性能优化的对称双曲面线形离子阱结构的基础上,其中1个x电极单向拉伸Δr_a=0.8 mm时,通过优化AC频率和扫描速率等参数,非对称双曲面线形离子阱的离子单向出射率可达90%以上,同时m/z 609离子的质量分辨率超过5 100。经优化几何结构后的非对称双曲面线形离子阱可在保证高质量分辨率的情况下,大幅提高离子检测效率,这在小型化质谱仪的开发中具有显著的优势。     

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...     

Ti-Al-Zr靶材的多弧离子镀沉积过程的模拟研究

本文模拟了Ti-Al-Zr靶材的多弧离子镀的镀膜过程.通过对圆柱形镀膜室-偏压电场的模拟,讨论了在不同的偏压电场下粒子的运动特性、成分离析效应的影响因素、涂层成分均匀性的影响因素,模拟结果与实际的镀膜实验相符.