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。

质子转移反应质谱仪聚焦型漂移管的设计及仿真研究

漂移管是质子转移反应质谱仪(PTR-MS)的核心部件之一,对漂移管进行技术创新是改善仪器性能的重要途径。近年来,聚焦型漂移管(focusing drift tube, FDT)因具有离子利用率高的优点逐渐被重视。本研究报道了一种结合射频四极杆及电阻玻璃管的聚焦型漂移管的设计与仿真,四极杆用于提供射频聚焦场,电阻管用于产生均匀分布的直流梯度电场。基于设计的3D结构,在SIMION 8.1中构建仿真模型,采用m/z 19、55和100等3种离子对四极杆的杆体直径、射频场频率及电压幅值等参数进行系统性探究。结果表明,射频场的引入对减小离子束半径非常有效,较大直径的杆体有利于提高装置的聚焦能力,特别是对于低质荷比离子。当频率约2 MHz时,聚焦效率最高,随着电压幅值的提高,离子束半径迅速减小,随后逐渐趋平。另外,超过85%的离子能够顺利透过直径为1.0 mm的采样孔,传输效率比传统漂移管提升了约28倍。该研究对射频四极杆聚焦型漂移管(RFQ-FDT)的结构设计、SIMION建模及离子透射率均做了详细阐述,可为装置的实际应用提供一定的理论支持。

C_(1)~C_(3)正构醛、醇在质子转移反应飞行时间质谱中的产物离子特征分析

为分析C1~C3正构醛、醇化合物在质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF MS)中的产物离子特征,考察了不同E/N值(E:电场强度,N:气体分子数密度)下C1~C3正构醛、醇的产物离子种类和强度的变化.结果表明,低分子量正构醇类(甲醇、乙醇和丙醇)倾向于形成质子化聚合物[nMH]+及其失水离子[nMH−H2O]+,且随着E/N值升高,醇类会产生较多裂解碎片和多聚体离子.低分子量正构醛(甲醛、乙醛和丙醛)主要产生质子化产物[MH]+和一水合质子化产物[M·H_(3)O]+,高E/N值(>125 Td)会抑制甲醛质子化,也会抑制其加合产物的生成.乙醛倾向于形成水加合物,且随着E/N值增高,质子化乙醛与一水合质子化乙醛的变化趋势相反.另外,丙醛在较高的E/N值下会产生一系列聚合物,如[MH·C_(2)H_(5)]+和[2MH]+.通过分析C1~C3正构醛、醇的质子转移反应特征及产物离子形成过程,获得了C1~C3正构醛、醇的特征离子和对应的最佳E/N设置值,为低分子量醛、醇的定性分析提供了重要依据.