線性離子阱質(zhì)譜儀的設(shè)計(jì)與性能探究.pdf

1、質(zhì)譜儀作為現(xiàn)代分析儀器的代表，其應(yīng)用領(lǐng)域隨著時(shí)代的進(jìn)步而不斷擴(kuò)展，已經(jīng)涉及到醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、化學(xué)、環(huán)境生物分析和載人航天等眾多領(lǐng)域。質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心部件，決定質(zhì)譜儀的分析性能。線性離子阱是質(zhì)量分析器的一種，具有較高的離子捕獲效率和離子存儲(chǔ)效率。然而傳統(tǒng)線性離子阱的雙曲面結(jié)構(gòu)對(duì)加工和裝配的精度要求過(guò)高，使得對(duì)其電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的研究工作成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。因此誕生了較多簡(jiǎn)化電極結(jié)構(gòu)的線性離子阱，如矩形離子阱、三角形電極線性離子阱等。但是由

2、于電極的簡(jiǎn)化，其內(nèi)部電場(chǎng)中存在較多的高階電場(chǎng)成分，使其分析性能如質(zhì)量分辨率等受到較為嚴(yán)重的影響。
　　本文提出了制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且具有較優(yōu)分辨率線性離子阱的設(shè)計(jì)方案，研發(fā)了線性離子阱質(zhì)譜儀平臺(tái)并全面測(cè)試其分析性能。具體內(nèi)容如下:
　　(1)本文設(shè)想將易于加工的圓弧形電極結(jié)構(gòu)代替原來(lái)的雙曲面結(jié)構(gòu)去構(gòu)建線性離子阱，并通過(guò)理論分析來(lái)驗(yàn)證這個(gè)方案的可行性。理論研究的具體方法為:利用計(jì)算機(jī)軟件SIMION對(duì)半圓弧形電極線性離子阱進(jìn)行建模，

3、采用模擬軟件AXSIM分析離子運(yùn)動(dòng)軌跡并生成模擬質(zhì)譜峰。模擬研究結(jié)果表明:半圓弧形電極線性離子阱的理論分析性能較優(yōu)，掃描速率為1500Th/s時(shí)，質(zhì)量分辨率可達(dá)到2858，證實(shí)了采用圓弧形電極構(gòu)建性能優(yōu)良的線性離子阱方案的可行性。
　　(2)搭建了電噴霧電離源—半圓弧形電極線性離子阱質(zhì)譜儀(ESI-HreLIT)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以驗(yàn)證半圓弧形電極線性離子阱的分析性能。設(shè)計(jì)并搭建了整個(gè)儀器系統(tǒng)，完成了半圓弧形電極線性離子阱(HreLIT)的

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工及裝配，三級(jí)真空系統(tǒng)的建立、電噴霧電離源的設(shè)計(jì)與制作、離子導(dǎo)引系統(tǒng)的建立與電路系統(tǒng)的搭建等。
　　(3)在離子徑向出射模式下，通過(guò)改變質(zhì)量掃描速率，測(cè)試質(zhì)量分析范圍以及進(jìn)行多級(jí)質(zhì)譜分析，分析并評(píng)估ESI-HreLIT質(zhì)譜系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:ESI-HreLIT質(zhì)譜儀可檢測(cè)的質(zhì)量范圍超過(guò)2800Th，最高質(zhì)量分辨率可達(dá)4350，并可以成功進(jìn)行三級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜分析，一級(jí)CID效率可達(dá)78％，二級(jí)CID效率可達(dá)5

5、9％。
　　(4)在離子軸向出射模式下，測(cè)試并評(píng)估ESI-HreLIT質(zhì)譜系統(tǒng)的分析性能，同時(shí)探究了電壓配置參數(shù)，如后端蓋電壓、共振激發(fā)頻率和質(zhì)量掃描速率等對(duì)軸向出射效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:ESI-HreLIT質(zhì)譜儀成功地完成了離子軸向出射，且分辨率與徑向出射模式下的基本相同，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了電壓配置參數(shù)對(duì)軸向出射效率的影響規(guī)律。
　　研究結(jié)果最終表明:本文設(shè)計(jì)的新型線性離子阱HreLIT結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在徑向出射模式和軸向