一种微型FAIMS传感器芯片的研制

基于微机电系统(MEMS)技术,研制了一种微型高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)传感器芯片.芯片尺寸为18.8mm×12.4mm×1.2mm,由离子化区、迁移区、离子检测区组成.采用真空紫外灯离子源在大气压环境下对样品进行离子化,经过离子化区中聚焦电极的电场作用,实现离子在进入迁移区之前的聚焦,提高离子信号的强度.通过在上下玻璃上溅射Au/Cr(300nm/30nm)金属,并与厚度为200μm、采用感应耦合等离子体(ICP)工艺刻蚀的硅片键合,形成迁移区的矩形通道,尺寸为10mm×5mm×0.2mm.离子检测区为三排直径200μm、间距100μm交错排列的圆柱阵列式微法拉第筒,能同时检测正负离子.采用频率为2MHz,最大电压为364V,占空比为30%的高场非对称方波电压进行FAIMS芯片实验.以丙酮和甲苯为实验样品,载气流速80L·h-1,补偿电压从-10V到3V以0.1V的步长进行扫描,得到了丙酮和甲苯的FAIMS谱图,验证了FAIMS芯片的性能.丙酮和甲苯的FAIMS-MS实验进一步表明FAIMS系统实现了离子分离和过滤功能.     

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。     

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.     

一种新型二次离子质谱的一次离子源及其离子光学系统

本研究设计了一种新型用于二次离子质谱的一次离子源及其离子光学系统.通过此一次离子源,大气压下产生的一次离子可以被加速、聚焦并传输到位于真空条件下的样品表面并电离样品得到可供质谱仪分析的二次离子.通过理论模拟结合实验系统研究了此一次离子源的主要组成部分——离子光学系统的原理、结构和性能.以电喷雾电离源为例,成功地将大气压...     

多壁碳纳米管修饰玻碳电极测定铜离子

以多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰玻碳电极为工作电极,采用阳极溶出线性扫描法研究了铜离子的电化学测定方法。探讨了MWCNTs修饰层数、富集电位、富集时间、溶液pH、支持电解质对峰电流的影响。实验表明,铜离子浓度在1.0×10-8~1.0×10-5mol·L-1范围内与峰电流呈良好的线性关系,检测限为2.0×10-9mol·L-1,且该电极具有良好的稳定性和抗干扰能力。     

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.     

栅网电极离子阱质量分析器的结构与性能

报道了一种结构非常简单的新型线型离子阱质量分析器,它由4块"栅网电极"电极与2块端盖电极合围而成的一个近似于长方体的离子存储和分析空间。"栅网电极"的结构为:首先在矩形电极上加工一个"口"字型的通孔,然后再用导电的栅网覆盖住"口"字表面构成。这4块含有栅网的电极合围成一个四面对称的长方体空间,它们与二个端盖电极组成一个完整的离子阱。用栅网电极构成离子阱质量分析器具有以下优势:(1)结构非常简单。它可以极大地减小离子阱质量分析器对组成离子阱电极的机械加工精度要求,如电极对称性,离子引出孔的线性度与大小,以及对离子阱组装精度的要求,使离子阱质谱的生产工艺和使用维护更加简化;(2)由于传统离子引出电极上的离子引出槽被省去,使得离子阱电极的对称性提高,这有可能改善离子阱内部的电场分布,提高离子阱质量分析器的质谱性能;(3)由于离子引出电极的大部分为栅网,它可以成倍提高离子引出效率,提高质谱仪的分析灵敏度。初步的实验结果表明,用本工作给出的用栅网电极组成的离子阱质量分析器,当栅网宽度为4 mm时,在较低的离子共振激发电压下,即可将离子从阱中弹出,并可以获得高于400的质量分辨率和300 Thomson以上的质量扫描范围。     

对乙酰氨基酚在碳纳米管-离子液体糊修饰电极上的电化学行为及分析应用

制备了碳纳米管-离子液体糊修饰电极并用电化学方法对其进行了表征,研究对乙酰氨基酚在碳纳米管-离子液体糊修饰电极上的电化学行为,建立了以碳纳米管-离子液体糊修饰电极测定对乙酰氨基酚(APAP)的灵敏的电化学方法.在优化的实验条件下,对乙酰氨基酚的氧化峰电流与其浓度在1.0×10-7～1.0×10-6 mol/L和1.0×...     

铜离子印迹传感器的制备及其性能研究

以铜离子为模板,邻苯二酚为功能单体,在玻碳电极表面进行电聚合,成功制备了铜离子印迹聚合物膜,并采用差分脉冲伏安法对铜离子电化学传感器的性能进行了分析研究。铜离子浓度在1.0×10^-7 ～1.0×10^-4 M时,与峰电流呈良好的线性关系,其线性回归方程为y=0.2347 x+3.1227,其相关系数为0.9939,检出限为1.0×10^-8 M。此印迹电极可用于环境水样中的微量铜离子的检测。     

纳米氧化铁修饰玻碳电极检测痕量镉离子

制备了一种纳米氧化铁修饰玻碳电极,并研究了镉离子在该修饰电极上的溶出伏安行为。结果表明,纳米氧化铁颗粒能有效促进镉离子的溶出伏安响应。在pH 6.0的磷酸缓冲溶液中,镉离子能有效吸附在纳米氧化铁表面并在-1.0 V时被还原。被还原的镉在正向扫描过程中可以重新氧化,并在-0.85 V处出现一明显的溶出伏安氧化峰。该峰电流随镉离子浓度的增大而增大,可用于对镉离子的检测。在最佳检测条件(pH 6.0,富集时间350 s,富集电位-1.0 V)下,镉离子的响应电流与其浓度在6.0×10-10～1.0×10-8mol/L以及1.0×10-8～1.0×10-5 mol/L范围内呈良好线性,检出限(S/N=3)为1.0×10-10 mol/L。干扰实验结果表明,一些常见的阳离子以及阴离子对镉离子的检测无明显干扰。将该方法用于实际样品的检测,回收率良好。