阶梯电极离子阱质量分析器的结构与性能

本研究从理论上优化了一种新型结构的线型离子阱质量分析器-阶梯电极离子阱质量分析器,它是由2对阶梯电极与1对端盖电极组成。与传统平板电极矩形离子阱长阶梯电极离子阱相比,具有调节电场分布的优点,同时在几何结构设计上更接近于双曲面电极结构,但比双曲面电极更容易加工。通过改变阶梯电极结构的高度、宽度、场半径比例等几何参数,实现了对离子阱内部电场分布的优化,从而实现离子阱性能的优化。理论模拟研究结果表明,根据几何结构和电场分布优化获得的阶梯电极离子阱质量分析器(X0×Y0=9 mm×5 mm),可以在225 Da/ s 扫速下获得10150的质量分辨率。阶梯电极离子阱结构简单,分辨能力明显高于矩形离子阱。初步的实验结果表明,阶梯电极离子阱具有较好的串级质谱分析性能。     

新型三角形电极圆环离子阱的理论模拟研究

圆环离子阱由于其离子储存能力明显优于相同体积下的三维离子阱,近年来被认为是离子阱小型化发展的另一个重要方向。为进一步优化圆环形离子阱的质谱性能,特别是质量分辨能力,本研究提出了一种由三角形电极构建的新型圆环离子阱,它由两个完全等同的、截面为三角形的圆环电极及两个大小不等的圆筒型电极所组成,离子通过共振激发方式弹出。通过理论模拟和对电极结构的优化,获得了具有非对称性的三角形电极结构,通过改善圆环结构,优化电场分布,提高了离子引出效率和离子阱的质量分辨能力,其中一种最优化结构的圆环离子阱对m/z 609离子的质量分辨率达到1486。     

离子阱阵列的理论模拟研究

采用电脑模拟的方法对一种新型的离子阱质量分析器——离子阱阵列进行了电极结构的优化.该离子阱质量分析器为一种多通道质量分析器,可以同时对不同的离子进行储存和质量分析.本实验主要研究了该离子阱质量分析器的性能和电极结构之间的关系.通过对离子运动轨迹的计算分析,可以得到模拟的离子质谱峰.通过对模拟离子质谱峰的分析,可以区分出使得离子阱性能较优的电极结构.在对模拟质谱峰的分析中,峰形和离子弹出效率都作为性能指标被考虑.有部分模拟的数据与实验结果进行了对比.     

气相色谱矩形离子阱质谱联用仪的设计与性能

气相色谱离子阱质谱联用仪(GC-ITMS)广泛地应用于药物分析、环境分析、农药检测和食品分析、有机化学品分析、毒品分析以及医学和生物分析等领域。离子阱质谱作为色谱的检测器,决定了色质联用仪的分析性能,包括检出限、分辨率。离子阱质量分析器从传统的双曲型3D离子阱发展到2D线性离子阱,质量歧视效应得到了极大的改善,灵敏度得到了提高。矩形离子阱作为线性离子阱,结构简单,加工和装配容易,因此应用到GCMS系统中将具有非常大的优势。介绍了矩形离子阱质谱仪的设计方案、仪器整机的性能测试、质量分辨和质量歧视效应分析,与Agilent6890组成GCMS联用仪,对实际样品进行了分析。     

离子阱质量分析器中直流电压驱动的串级质谱分析方法

本发明属于质谱分析测试技术领域,具体为离子阱质量分析器中直流电压驱动的串级质谱分析方法。本发明方法具体包括离子选择隔离、碰撞诱导解离和质量分析三个阶段。在碰撞诱导解离阶段,通过在离子阱质量分析器电极上施加非对称波形射频工作电压,使得在离子阱中心产生偏置直流电压。此偏置直流电压使得被隔离的具有一定质荷比的母体离子偏离离子阱束缚中心获得能量而被激发。被激发到高能量状态的离子,可以与与离子阱中的中性分子发生碰撞并解离,实现串级质谱分析。本发明不需要额外的直流电源,仅通过软件的控制即可实现偏置直流电压,实现时序控制,可以显著简化实验装置和方法。     

稳定图的测定与矩形离子阱质谱性能分析

从理论上讲, 离子阱质谱仪的性能是由阱内电场分布决定的,而电场分布又是由组成离子阱的电极几何结构和离子阱工作电压决定的. 对于矩形离子阱, 即使不考虑其几何结构的偏差, 其阱内的电场分布一般也很复杂. 在矩形离子阱内, 除四极电场外, 还包含多种成分的其他各种高阶场, 它们直接影响离子在阱内的运动轨迹和离子阱质谱的性能. 由于各种电场成分对离子阱内离子运动的影响非常复杂, 还很难从数学上给出精确的解析解, 使得目前从理论上还无法预测高阶场成分对质谱性能的影响. 本工作通过测定不同几何结构的矩形离子阱的稳定图, 从实验上比较了不同场半径, 即不同电场分布条件下的离子阱质谱性能的差别. 实验中, 通过改变离子阱的几何比例结构, 详细测定了不同结构的矩形离子阱的稳定图特征, 并与实验测得的质谱分析结果进行比较. 同时, 我们还详细介绍了矩形离子阱质谱的稳定图的测定方法, 并根据得到的不同情况下的稳定图结构分析了离子阱的质谱性能. 研究结果表明： 可以通过比较试验得到的稳定图结构来判断其离子阱质谱仪的性能如质量分辨能力等. 此外, 实验结果还发现： 对于y方向拉伸结构的矩形离子阱, 其实验绘制得到的是不完整的稳定图. 但根据稳定图边界的特点, 通过采用四极直流电压调制的方法, 可以对y方向拉伸结构的矩形离子阱的性能进行改善, 极大地提高了阱的质量分辨能力.     

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SIMI-ON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rx/ry=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。     

数字离子阱质谱仪低质量截止值的改进方法

本研究在实验室自制的线形数字离子阱质量分析器上,通过改变数码电源的频率扫描方式,在CID过程中,通过扫描数字束缚方波电源的频率和数字激发方波的频率实现母体解离。例如对于利血平母体离子,当将离子数字束缚方波频率从500 kHz扫描到560 kHz,可以测量到低质荷比的碎片离子,成功实现了串级质谱分析的低质量碎片离子的分析。通过与利血平三重四极质谱串级质谱分析实验结果的比较,发现可以在数字离子阱质谱仪上获得与三重四极质谱相同的串级质谱测量结果。结果表明,本方法可以用于低质量离子的测量,克服了传统离子阱质谱进行串级质谱分析的一个主要难点,显著提高数字离子阱质谱的性能。     

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/△M, 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。     

用数字离子阱进行快速质量分析

利用数字离子阱技术进行样品的快速质量分析.在样品离子被引入离子阱的过程中,同时扫描数字射频工作电压的频率和离子共振偶极电压的频率,使得离子在进入离子阱质量分析器后,立即被相应的共振偶极电压所共振激发而逐出离子阱,并被离子探测器测量到.本方法相较于传统离子阱分析过程省去了离子引入、离子冷却和离子清空3个阶段,减少了约3/4的实验分析时间.通过对扫描速度、离子门电压参数的优化,数字束缚射频频率从1000～ 400 kHz线性扫描,扫描速度为2385 Th/s,离子门电压为9V,对利血平(m/z 609),精氨酸(m/z 174)等样品的进行测试,离子信号强度达到最优.结果表明,利用本方法可以获得与离子阱质量分析传统方法相同的质谱结果.     

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.     

数字化矩形离子阱质谱仪的设计及性能

将数字化离子阱技术和矩形离子阱(RIT)技术相结合,建立了数字化矩形离子阱质谱仪.此技术和装置既具有数字化电源的结构简单、输出稳定和易精确控制等特点,又结合了矩形离子阱的高离子存储效率、结构简单以及加工和装配容易等优点.构建了基于电喷雾(ESI)电离源的数字化矩形离子阱质谱仪系统,并使用Fenfluramine和PPG2000分别对此系统的质量分辨率和质量范围进行了测试.研究结果表明:一个用印刷线路板(PCB)制作的简单矩形离子阱,在200 V(半峰值)的数字束缚电压的驱动下,获得了大于500的质量分辨率和超过2600 Th的质量范围.实验证明,数字化离子阱技术的应用可以显著提高矩形离子阱的性能,特别是质量范围等关键的质谱仪指标.     

离子阱颗粒质谱研究进展

随着质谱技术的不断发展,对超高质量颗粒物质的分析已经成为质谱领域研究的一个重要方向.离子阱颗粒质谱(particle ion trap mass spectrometry)作为用于完整颗粒质量分析的有利工具,拓展了质谱技术在巨大颗粒物质量分析中的应用范围.本文对离子阱颗粒质谱仪器的研究进展及其在各个领域的应用进行了综述,并展望了离子阱颗粒质谱未来的发展趋势.     

碰撞气体的种类和压力对离子阱质谱性能的影响

基于数字离子阱技术,研究了离子阱质谱分析实验过程使用的碰撞气体种类及压力对离子阱质谱性能,如质量分辨能力、信号强度、串级质谱分析,以及低质量截止效应等的影响.实验过程中,在离子的激发和碰撞诱导解离阶段,分别采用质量数不等的氦气(质量数=4 amu)、氮气(质量数=28 amu)、氩气(质量数=40 amu)等作为碰撞气体,以及不同的气体压力,研究了它们对质谱性能的影响.结果表明,当采用质量数较大的氩气作为碰撞气体时,可以有效改善低质量数截止效应和提高离子碰撞过程中的能量转移效率,同时提高离子捕获和解离效率,但是质量分辨率会明显降低.在获得较高质量分辨率方面,氦气作为碰撞气体时效果最好.在气压相同的情况下,质量数大的碰撞气体有利于提高串级质谱分析效率,即获得更多碎片离子峰和更多有关母体离子结构的信息.     

小分子化合物在离子阱质谱中的分子离子反应研究

利用离子阱质谱的原理和特点，研究了小分子醇、醚、胺、醛、酮等有机化合 物（分子量小于200）在离子阱里的分子离子反应，总结了反应特点和规律，并把 它归类为自身化学电离（SCI）反应。以丁酮、丙烯醇为例，采用FTMS对反应产物 离子进行准确质量测定，验证了它们各自的分子离子反应结果。另外，把该类化合 物（30个）SCI反应的质谱图与NIST98库中的标准EI质谱图进行了比较，建立了 SCI质谱图库，提高了在离子阱质谱上对这类小分子化合物定性分析的准确率。     

仪器装置与实验技术小型矩形离子阱质谱仪的研制

研制的小型质谱仪以电子轰击源(EI)和矩形离子阱(RIT)质量分析器为核心部件,采用渗透阀控制的直接进样系统,高增益的电子倍增器用于离子检测,通过小信号放大系统对电子倍增器输出的弱电流再次放大,并输出电压信号,计算机上的NI数据采集卡和Labview操作软件对电压信号进行采集处理。由旋片机械泵和分子泵组成的真空系统可以形成10-5Pa的质谱工作环境。对研制的仪器进行了初步测试,得到了相应的质谱图,通过质量校正表明,结果令人满意。     

气相色谱/离子阱质谱中组分图谱提取的主成分分析方法

由于离子阱质谱中容易发生分子-离子反应, 致使质谱图发生改变, 影响与主要由四极质谱建立的参照图谱的匹配效果. 本文采用主成分分析方法对气相色谱/离子阱质谱中组成色谱峰的所有全扫描质谱进行提取, 提取后的质谱图能够有效克服分子-离子反应和基线干扰的影响, 应用不同的匹配算法均能很好地和参照图谱匹配, 和传统方法相比匹配度显著提高, 对目标化合物定性准确.     

一种新型光电离/微型正交加速飞行时间质谱仪的设计和性能测试

介绍了自行研制的光电离/微型正交加速飞行时间质谱仪的设计原理和性能。电离源采用光子能量为10.6 eV真空紫外灯,它可将待测分子电离只产生单电荷母体离子,不产生碎片离子。采用该光电离方法得到的质谱谱图比较简单,气体样品可以不经分离直接进行分析。离子正交引入结构的飞行时间质量分析器有效地提高了质谱分辨率。用32 cm无场飞行管,测量碘甲烷得到的质谱分辨率可达430。在谱图获得频率10 kHz的操作条件下,样品总分析时间20 s,得到苯和碘甲烷的检出限分别为10×10-6,5×10-6。软电离和微型化使得该质谱仪在可挥发性有机物的实时在线监测方面有广泛的应用。     

高效液相色谱-质谱法对癍痧凉茶的化学成分鉴定及指纹图谱研究

采用高效液相色谱-飞行时间质谱(HPLC-TOF-MS)和高效液相色谱-离子阱质谱(HPLC-ITMS)对癍痧凉茶进行化学成分分析。研究结果表明,"黄振龙"和"平安堂"两种癍痧凉茶中共含有40种主要化学成分,其中17种通过与文献对照得到鉴定,13种通过与对照品比较保留时间和质谱数据得到确证。同时采用HPLC-IT-MS建立了"黄振龙"和"平安堂"癍痧凉茶的液相色谱-质谱联用指纹图谱,并采用主成分分析对41批次的癍痧凉茶的质量稳定性和一致性进行了评价。主成分分析结果表明,"黄振龙"和"平安堂"癍痧凉茶之间的化学成分和内在质量具有显著性差异,提示配方组成及生产工艺不同,应予以区分。该分析方法快速、高效、可靠,是癍痧凉茶质量控制的有效手段。     

2003年匹兹堡分析化学暨应用光谱学会议简介(Ⅱ)

石油组学是对分析化学的一次伟大挑战,关于这方面的专题报告有5个。(1)CSHsu,石油组学———用质谱技术探测石油的组成;(2)RPRodg es,石油组学———运用傅里叶转换离子回旋共振高分辨率质谱技术研究石油及其制品的化学组成与其性能之间的关系;(3)SGRoussis,烃的复杂性———在分子水平作石油和石油化学制品的组成鉴定是对分析化学的挑战;(4)REWinans,真空汽油中酸性化合物的鉴定;(5)OCMullins,多环芳烃的环式沥青的分子质量与其结构。有关报告尚有:(1)LJNash,用紫外荧光法测定燃料中低数量级硫;(2)RLShearer,一种新的硫化学发…