小型化磁质谱仪离子源的模拟及优化设计

电子轰击离子源(Electron Impact Ion Source,EI源)作为小型化磁质谱仪的核心部件之一,其性能指标直接影响质谱仪器的质量分辨率与灵敏度。本文对小型化EI源的结构和电压驱动方式进行了改进和优化,旨在提升EI源的综合性能。采用离子光学模拟软件simion-8.0构建了小型化EI源的三维模型,重点研究几何参数、离子推斥极结构以及驱动EI源的电压参数对离子聚焦性能和离子传输效率的影响。通过模拟离子的运动轨迹,得到离子的运动参数,同时利用相空间法,分析EI源的离子聚焦效果和离子传输效率。理论模拟结果表明:当聚焦极与电离室距离S1为1.2mm,主狭缝与聚焦极距离S2与S1的比值为1.6,主狭缝缝宽S3为2mm,推斥极为圆弧结构,且聚焦透镜和主狭缝透镜通过扫描高压恒压跟踪驱动方式时,离子的位置聚焦半径小于0.08mm,离子传输效率可达到99%以上。研究表明:经过几何参数、推斥极结构优化和电压驱动方式改进后的EI源,可大幅提高离子传输效率,提升聚焦效果,并能在全质量范围内保持离子聚焦性能稳定,上述特性使其在小型化磁质谱仪开发中具有显著优势。