半圆弧面线性离子阱性能优化的模拟研究

半圆弧面线性离子阱具有电极结构简单、便于加工和安装精度高等优点。为进一步提升半圆弧面线性离子阱的分析性能,本研究在实验室原有半圆弧面线性离子阱的基础上提出了一种四面开槽的半圆弧面线性离子阱,并对其电极半径与场半径之比r/r0以及离子出射方向上电极的＂拉伸＂距离进行了优化。模拟结果表明：当r/r0=5∶5,离子出射方向上的电极向外＂拉伸＂0.8-1.2 mm时,离子阱的性能有较大提升,尤其是＂拉伸＂距离为0.9 mm时所得质量分辨率最高,当扫描速率为409 Da/s时,m/z=609 Da的离子质量分辨率可达到6264（M/ΔM,FWHM）。作为对比,本研究同时对双曲面线性离子阱的性能进行了仿真优化,结果表明,经过优化后的半圆弧面线性离子阱的性能可与双曲面线性离子阱相媲美。

小型化离子漏斗设计与仿真

离子漏斗是一种新型的离子传输装置,可在高气压下聚焦离子,大幅提高离子的传输效率。针对经典离子漏斗几何尺寸较大的问题,设计了一种小型化离子漏斗。通过优化电极间距等几何参数对其离子传输性能进行优化,采用电场模拟软件SIMION和离子轨迹仿真软件AXSIM,对具有不同几何参数的小型化离子漏斗进行了模拟。模拟结果表明:在离子漏斗电极厚度为0.5 mm的情况下,当电极间距为1.6 mm时,离子的传输效率达到最高。进一步研究了电参数对小型化离子漏斗性能的影响。结果表明:在射频频率为0.5 MHz、射频电压为100 V且直流电压梯度为9.1 V/cm时,该漏斗对于质荷比大于100 Da的离子传输效率达到95%。经优化后的小型化离子漏斗总体外形为圆柱结构,其长度和径向直径均小于36 mm,可用于小型化质谱仪的开发。

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/z4 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。

印刷线路板分压离子阱的离子单向出射性能研究

印刷线路板(Printed-Circuit-Board,PCB)分压离子阱是一种新型质量分析器,其突出优点在于内部电场可通过调节射频分压比进行优化。本实验在PCB分压离子阱离子出射方向的两组离散电极上配置了非对称的射频分压,以引入奇次阶场成分,使得射频电场的场中心(即离子运动中心)发生偏移,从而实现离子单向出射。通过数值计算软件SIMION和AXSIM分析了射频分压比差值与其内部电场分布的关系,并模拟离子运动轨迹,得到离子出射情况和模拟质谱峰。模拟结果表明,当两组离散电极的射频分压比差值为20%时,在合适的AC频率条件下,对于m/z=609 Th的离子,PCB分压离子阱的离子单向出射率可达90%以上,且质量分辨率大于2500。本研究可使PCB分压离子阱在基本不损失质量分辨率和使用单检测器模式下,大幅提高离子检测效率,因而在小型化质谱仪应用中具有显著优势。

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/z610离子单向出射率可达95%以上,且质量分辨率达到2 647。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。

三角形电极离子阱的理论模拟及性能优化

作为一种新型结构的线性离子阱,三角形电极离子阱(TeLIT)具有简单的电极结构与良好的分析性能。为进一步提高TeLIT的质谱性能,本研究考察了TeLIT的性能与电极结构的关系。利用模拟软件SIMION和AXSIM分析TeLIT场半径比与其内部电场分布的关系,并模拟离子运动轨迹,得出模拟离子质谱峰。理论模拟结果表明:优化场半径比可以改善内部电场分布,并能显著提高TeLIT的质量分辨率。最终模拟得出场半径比r_x/r_y=5.75∶5时为最优结构,在该结构下,m/z为1892 Th的离子在扫描速率为1500 Th/s时,质量分辨率可以达到8287;扫描速率降为300 Th/s时,最高质量分辨率可达23000。