基于SIMION仿真的高场非对称波形离子迁移谱谱图峰辨识

高场非对称波形离子迁移谱仪FAIMS(High-Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry)由于工作在敞开大气压条件下,易受空气中杂质干扰,因而在实际样品分析过程中通常会检测到不止一个峰,这对要观察的目标样品离子的辨识造成一定困难,目前多采用FAIMS和质谱仪联用的方式予以辨识。为解决上述FAIMS和质谱仪联用结构复杂的问题,本研究通过分析丙酮样品在紫外灯电离源下产生的几种主要离子,对比SIMION仿真和实验FAIMS谱图中各离子峰对应补偿电压(Compensation Voltage)随射频(Radio Frequency)RF电压幅值的变化曲线,根据其平行关系初步推断出FAIMS谱图中对应的3种主要离子:丙酮单体离子[M+H]+、丙酮二聚体离子[2M+H]+和水合质子(H2O)nH+。并通过理论分析了仿真和实验补偿电压曲线近似平行的原因。理论分析和仿真结果相吻合,证明了该方法的正确性。

脉冲慢束空间聚焦的SIMION模拟

用SIMION 7.0光学离子模拟软件对正电子在慢正电子束装置的静电及静磁场中的加速、输运、空间聚焦情况进行了模拟计算,初步得到了很好的空间聚焦模拟结果。对于加速能量为0.5～30keV的正电子束流聚焦半径控制在5 mm以下,满足了实验的需要。

SIMION中多物理场模拟方法的研究与对比

在质谱仪器内部存在着许多非真空环境,如质子转移反应质谱(PTR-MS)的漂移管区域。离子在非真空环境中的运动十分复杂,受电场及气流、压强等多种环境因素的影响。在离子光学仿真软件SIMION中,常采用硬球碰撞模或统计扩散模型对离子在非真空环境中的迁移过程进行仿真。本文通过改变仿真参数,对这两种模型各自的特点和适用条件进行了分析对比。并结合实验对仿真结果加以验证。结果表明,两种模型的适用条件存在显著差异,根据实际情况合理选择仿真模型,对质谱仪器的设计优化有着重要意义。

The Study of Microchannel Plate Gain Using SIMION

Microchannel plates (MCP) are widely used for particle detection. The gain of chevron MCPs is related to geometrical parameters, but no study has been done through SIMION simulation. The purpose of this study is to model a chevron MCP and its secondary emission process using SIMION and determine the relationship between microchannel plate gain, voltage, channel bias angle, and diameter. Two geometry files simulated MCP electric field and shape, and a Lua program simulated secondary emission. Simulation results showed that MCP gain is proportional to voltage, angles between 5 and 15 degrees maximize gain, and gain is inversely proportional to the diameter. This study accurately simulates a chevron MCP and yields the relationship between gain, voltage, channel bias angle, and diameter. Further studies are needed to simulate electron trajectories for improved precision.

基于Simion软件的线型离子阱的仿真

基于Simion软件首先对线型离子阱电极进行了建模、配置了电极电压、设置了离子运动初始条件,然后模拟仿真了离子在阱内的运动情况。仿真结果表明,离子能否在阱中心稳定囚禁由电极间的相对位置、电极上加的射频电压幅值、离子发射的初始条件等因素决定,仿真结果与相关文献中的理论分析基本吻合。最后根据大量的仿真实验结果对电极尺寸、电极电压等工作参数进行了优化,仿真结果对后期离子阱实验装置的机械设计和囚禁实验参数的选取具有重要指导意义。

“进入罗马尼亚等于进入29个国家”——专访罗马尼亚驻华使馆商务参赞Dan Simion

波兰、捷克、匈牙利等邻国加入欧盟后，罗马尼亚跟它们之间的经贸关系将发生怎样的变化?

EI源电离室离子提取性能的数值模拟与优化

目的:电子轰击电离源(electron impact ion source,EI)是气相色谱-质谱仪的核心部件之一,优化EI源的离子提取性能是提高仪器灵敏度的一个重要方法。方法:基于带电粒子在电场和磁场中的运动理论,利用离子光学仿真软件SIMION8.2对EI源电离室内的电子能量分布和离子提取性能进行数值模拟。目的是确定最佳的电参数,以提供更好的电子电离和更高的离子提取效率。结果:仿真结果显示,电子孔网格的引入可以优化电子轨迹和离子提取效率。此外,较低的提取透镜电压V_(E)和大于且接近V_(E)的推斥极电压V R有助于实现更窄的电子能量的分布。当V_(E)和电离室电压V_(C)之间的电势差较小时,可以实现较高的离子提取效率,这一结论与Ahn等的研究一致。通过引入0.03 T的性能系数PF_(T)(performance factor,PF)作为参考点,当磁场强度增加到0.06 T时,性能系数提高了约1.67倍。结论:本研究的结果进一步巩固了现有的理论,并为理解和优化EI源提供了新的视角。

基于相空间方法的电子轰击离子源参数对其性能影响的研究

本文首先利用离子光学模拟软件SIMION7.0,对自制的电子轰击离子源(EI)进行模拟试验,获得离子在EI内的运动参数,包括位置、速度。随后,利用相空间方法,分析EI各参数对其性能的影响,包括各电极电压对聚焦效果以及出射速度分散程度的影响,并最终获得EI各参数对离子源发射度的影响。本文的研究能够指导EI的理论设计,使其参数得到最优化,从而改善EI的性能,以实现EI与质量分析器最佳连接。

微型FAIMS生化传感器的设计与制作

根据高场非对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)原理,设计了一种微型生化传感器.采用真空紫外灯离子源在大气压环境下对样品进行电离,紫外灯发射的光子能量为10.6 eV,波长116.5 nm.迁移区由上下两块紫铜金属平板电极构成,尺寸为10 mm×10 mm×1 mm.完成了高场非对称方波电源的设计,所输出的射频电压最大值为1 180 V,最小值为-480 V,频率189 kHz,占空比30%.以丙酮为实验样品,通过高场非对称波形离子迁移谱-质谱联用技术进行传感器的性能验证实验,实验结果表明所设计的基于FAIMS原理的生化传感器可以实现离子分离和过滤功能.基于SIMION软件对FAIMS生化传感器进行仿真分析,仿真与实验结果相符.最后利用硅片双面感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)刻蚀和硅-玻璃键合工艺,加工出基于微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)技术的微型FAIMS传感器芯片.采用频率2 MHz、最大电压364 V、占空比30%的高场非对称方波电压进行FAIMS芯片实验.载气流速80 L/h,补偿电压从-10 V～3 V以0.1 V的步长扫描,得到了丙酮的FAIMS谱图,验证了芯片的性能.

四栅网式离子能量分析仪栅网特性研究

为了研究等离子体中离子能量的分布规律,基于栅网式离子能量测试原理,采用离子光学模拟软件Simion7.0,对四栅网离子能量分析仪中网格大小和网格间距对离子能量测量结果的影响进行了理论分析。分析结果表明,当离子能量为800 eV左右时,网格尺寸的大小会影响离子能量的测量精度,网格间距的大小对离子能量的测量结果几乎不产生影响。该研究结果对栅网式离子能量测试装置的设计及网格参数的优化具有重要的理论和实践指导意义。

栅网式离子能量分析仪中栅网特性的模拟研究

等离子体中离子能量的分布是离子束加工技术的关键参数之一。本文基于栅网式离子能量测试原理,采用离子光学模拟软件Simion7.0对栅网式离子能量分析仪的网格大小和网格间距进行了理论分析,这两个几何结构参数影响着离子能量的测试。理论分析结果表明,在离子能量为800 eV左右时,网格尺寸的大小会影响离子能量的测量精度,网格间距的大小对离子能量的测量结果几乎不产生影响。本文的研究结果对栅网式离子能量测试装置的设计及网格参数的优化具有重要的理论和实践指导意义。

不同参数四极杆组件宽质量范围性能仿真

四极质谱计应用需求的不断扩大对四极杆组件需求量迅速增加,为满足大批量、通用化要求需研发几种固定尺寸的模块化四极杆组件,再设计不同的射频电源来满足应用需求。基于四极电场和离子运动理论,使用离子光学仿真软件SIMION对电场分布和离子运动轨迹进行了建模和计算分析。仿真分析结果表明,在所选定仿真参数下,场半径主要决定大质荷比离子通过率曲线形状,其对不同质荷比离子通过率影响不同,对分辨率的影响随质荷比增大而减小;质荷比越小,离子稳定分离所需杆长越长,达到所需杆长前,离子通过率随杆长增加而减小,分辨率相反;直交比的增加会减小通过率、提高分辨率,对大质荷比段影响更大;频率的增加在全质荷比提高分辨率,增加低质荷比通过率,但显著降低大质荷比通过率;大尺寸杆特别适用于低质荷比离子分析,用于大质荷比时必须采取降低边缘场影响的措施。研究结果可为不同应用目的四极质谱计的设计提供参考。

栅网式离子能量分析仪的模拟及实验研究

为了研究离子源所发射出的离子能量分布规律,本文采用离子光学模拟软件Simion7.0对四栅网离子能量分析仪中网格参数进行了相关模拟实验,理论分析表明,栅网透射率对离子能量的测试有一定影响,在设计栅网式离子能量分析仪时应根据所测等离子体的特性确定网格大小和网格间距。采用研制的四栅网离子能量分析仪对宽束冷阴极离子源在不同条件下的离子能量分布进行了实验测试,测试结果表明,离子源的工作真空度越低,测得的离子平均能量越小;当改变离子源的引出电压时,离子平均能量测试误差小于2%。

双静电四极透镜点聚焦特性分析与仿真

静电四级透镜具有优越的电子光学聚焦成像性能,单一静电四极透镜可实现电子束线聚焦,组合静电四极透镜系统拥有点聚焦的能力。文中对实现点聚焦的双静电四极透镜系统相关参数进行了计算,利用电子光学软件SIMION仿真发现,静电四极透镜之间的畸变场与两端的边缘场引起的像差会严重影响系统聚焦成像质量。仿真分析了系统像差与发射电子初动能的关系。结果表明:系统在保证点聚焦的情况下,增加电子发射初动能可以有效减小系统像差;当电子初动能增加至1×105 e V时,最大发散角为2°的电子束在聚焦平面上的弥散斑减小至3.2μm×28μm。

ICP-MS离子提取模型的建立与传输透镜的参数优化

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)具有对一种或多种基本元素、同位素快速分析的能力,在诸多领域有其广泛应用。本文对ICP-MS接口部分中等离子体气流及离子的运动过程进行了理论分析,基于Child鞘层定律首次建立了正离子提取模型,以确定离子束形成的初始位置。然后在忽略空间电荷效应的前提下,利用电、离子光学模拟软件SIMION计算离子在透镜传输系统中的运动轨迹,通过调整透镜电极电压参数来获取最佳的离子传输效率,并以此作为分析实验前透镜调谐工作的理论依据。

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。

激光离子源离子迁移谱仪模拟研究

离子迁移谱技术(IMS)是一门新兴的化学分析技术,被广泛应用于测定痕量的化学武器、毒品、爆炸物,以及空气污染物等,跟其他的有机化合物分析仪器相比较,他具有体积小、灵敏度高、适用范围广、分析时间快,能在大气压和室温下工作等优点,是一种前景广阔的检测仪器。介绍了激光离子源IMS的工作原理、主要特点和仪器结构,利用软件SMION设计模拟激光离子源IMS,通过模拟实验得出真空状态下,信号接收盘半径与信号强度成正比关系,以及迁移管内的离子门开关电压阈值。

电极结构参数对静电雾化效果影响的研究

基于静电风力发电系统中杆电极结构参数对系统效率影响的分析,设计静电雾化装置。基于simion8.0仿真软件平台,对电极结构参数进行一系列的仿真,观察不同参数下喷针附近电势的变化。初步得到了喷针附近的电势与杆电极之间的间距、喷针之间的间距以及喷针顶端距电极平面的间距有关。

一种敞开式离子聚焦装置的研制及其检测方法研究

本研究构建了一种可在大气压下工作的离子聚焦装置。此装置主要结构为一个矩形隧道,当在其上施加相同的电压,矩形隧道状的离子聚焦系统会形成指向中心线的电场,当离子进入到离子聚焦隧道后,便会向中心线附近运动。同时,离子在牵引电极与检测电极之间形成的电场的作用下,向检测电极运动。利用仿真软件SIMION8.0仿真验证了此离子聚焦装置的有效性。从检测电极的离子电流入手,提出了一种可以在大气压下判断离子空间分布的新方法。利用紫铜、环氧树脂板、电木板等材料设计加工了此离子聚焦装置,聚焦装置的尺寸为5 mm×5 mm×3.5 mm;检测电极直径为0.8 mm;相邻电极间的中心距为1.6 mm。结合实验室自行设计的离子源进行了静电计检测实验。结果表明;中间电极上的电流约为66 nA,超出其它电极电流一个数量级,离子强度可提高6倍以上。仿真以及实验数据充分说明此装置具有离子聚焦的功能。

电感耦合等离子体质谱中碰撞反应池的模拟探讨

碰撞反应池是电感耦合等离子体质谱中去除多原子离子干扰的重要手段,通过使用SIMION软件对池中离子的运动特性进行了研究,有效分析了影响碰撞池效率的因素。模拟显示:碰撞反应池在标准模式下工作时,离子的最大偏移半径直接影响着仪器的信号强度,保证q值(射频数值)和射频电压为定值时,检测不同离子采用不同频率,离子聚焦效果近似。碰撞反应池在碰撞模式下工作时:离子发生碰撞聚焦效应,离子通过率降低,信号强度减弱;不同半径离子的能量碰撞损失不同,在较低增压下差异明显,适合采用动能歧视效应去除副产物干扰。模拟结果与实验相符,且模拟能够为仪器参数优化、实验参数设计提供指导。