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.     

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.     

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。     

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。     

小型离子阱的质量校正

各种野外环境的现场检测、现场诊断、流程监控、排放物检测与控制、突发事件的处理、尤其是化学和生物武器的检测等诸多需要现场使用质谱仪的场合都对质谱仪的小型化提出了迫切的要求。小型离子阱具有较高的灵敏度,可进行MS／MS实验,可利用离子-分子反应来识别特殊的化学基团,因而是小型质谱仪的重要质量分析器。本研究对小型离子阱的工作原理作了简要介绍,并以此为依据提出了进行小型离子阱质量校正的方法,推导了相关的公式,还成功地将其应用于自制的小型矩形离子阱质谱仪进行了质量校正,并指出该方法还可用于仪器RF等电学系统性能的检验。     

羟基多环芳烃的电喷雾电离离子阱串联质谱检测

采用电喷雾电离离子阱串联质谱检测了1-/2-羟基萘、 2-羟基芴、 2-/3-/4-/9-羟基菲、 6-羟基屈和3-羟基苯并[a]芘等9种不同环数的羟基多环芳烃(OH-PAHs, 2~5环), 考察了碰撞诱导解离操作参数活化值Q和相对碰撞能量对羟基多环芳烃各单体碎片离子产率的影响. 通过优化活化值Q和相对碰撞能量, 得到了3-羟基苯并[a]芘的碎片离子, 提高了1-羟基萘、 2-羟基芴、 3-/9-羟基菲和6-羟基屈碎片离子的产率, 并发现活化值Q是电喷雾电离离子阱串联质谱检测不同环数PAHs的关键参数.     

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.     

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。     

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。     

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.     

射频电场幅值对高场非对称波形离子迁移谱检测对二甲苯的影响

高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)是一种利用非对称电场对气相分子进行分离检测的高灵敏度快速检测技术,超高的非对称波形电场是其迁移区的核心,非对称射频电场的幅值显著影响FAIMS的检测性能.实验以对二甲苯为样品,分析了非对称射频电场幅值对FAIMS检测性能的影响,实验表明随着射频电场幅值增大,检测灵敏度降低而分辨率增...     

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.     

碱金属离子对甘氨酸五肽气相解离过程的影响

为了获得更多的多肽结构信息,采用结构简单的甘氨酸五肽(简写为GGGGG或G5)作为模型,研究了碱金属离子(Li+、Na+、K+、Rb+)对甘氨酸五肽GGGGG气相解离过程的影响.将一定化学计量比的甘氨酸五肽分别和四种碱金属盐溶液混合后,静置10h,使反应达到平衡.电喷雾质谱结果表明,四种碱金属离子均可以在溶液中与甘氨酸五肽形成非共价复合物,其中主要组分为碱金属离子与G5配合比为1:1和2:1的非共价复合物.质谱碰撞诱导解离(CID)时的碰撞能量为25eV.气相碰撞诱导解离实验结果表明,在配合比为1:1的复合物中,其碎片化程度按照Li+、Na+、K+、Rb+的次序依次减小,Rb+的复合物碎裂过程中生成了不常见的c、z离子;在配合比为2:1的复合物中,其碎片化程度按照Li+、Na+、K+、Rb+的次序依次增大.与1:1的非共价复合物相比,Na+、K+、Rb+的2:1复合物的气相解离显得更加容易.除Li+外,两个碱金属离子对G5的活化能力明显较单个碱金属离子强,它们可以诱导多肽在更多位点断裂,生成更多类型的碎片离子.     

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。     

微波诱导等离子体离子迁移谱仪性能及影响因素的研究

离子迁移谱仪的性能受到多种因素的影响,如漂移管电场强度离子门脉冲宽度、离子源工作条件、漂移管尺寸、离子门加工工艺和屏蔽网透过率等。在实际应用中需要对漂移管电场强度和离子门脉冲宽度进行调整以平衡灵敏度和分辨率。本研究详细研究了漂移管电场强度和离子门脉冲宽度对微波诱导等离子体离子迁移谱( MIPI-IMS)分辨率和灵敏度的影响。实验结果表明,存在一个最佳电场强度值使得分辨率达到最大,而且不同离子门脉冲宽度对应的最佳电场强度值不同;增大电场强度和离子门脉冲宽度有利于灵敏度的提升。与其它离子流较弱的离子源相比,离子流较大的微波诱导等离子体离子源在实际应用中对离子门脉冲宽度和漂移管电场强度有更多的选择。此研究结果有助于MIPI-IMS仪器性能的提升。将异丙醇用于测试MIPI-IMS的性能,结果表明,MIPI-IMS在保持较低检出限(7.7×10-11, V/V)的同时,分辨率可以达到66。     

线性离子阱飞行时间质谱仪的研制及性能表征

基于飞行时间质谱技术、线性离子阱技术、大气压电离源等核心技术,自制了一款台式高分辨线性离子阱飞行时间联用质谱仪器(LIT-TOF MS)。以电喷雾离子源对仪器性能进行表征:LIT-TOF MS的质量分辨率超过12 000(利血平m/z 609),质量范围达到33～1 922 amu,灵敏度为1μg/L;能够实现MS3的三级质谱分析效果。对氨基酸进行了定性及定量的初步应用分析,结果表明:LIT-TOF MS可为代谢组学研究中实时、在线、高通量测定生物复杂样品中氨基酸的含量及其变化提供一定依据。该仪器能与多种常压电离技术联用,有望用于药品、环境、食品等领域。