栅网电极离子阱质量分析器的结构与性能.pdf

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1、第41卷分析化学(FENXIHUAXUE)仪器装置与实验技术第5期2013年5月ChineseJournalofAnalyticalChemistry78l～786DOl：10．3724／SP．J．1096．2013．20980～一置装器仪一～栅网电极离子阱质量分析器的结构与性能与一徐福兴王亮汪源源丁传凡(复旦大学化学系激光化学研究所，上海200433)。(复旦大学电子工程系，上海200433)摘一术要一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

2、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

3、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4mm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300Thomson以上的质量扫描范围。关键词离子阱质量分析器；栅网电极；质量分辨率；灵敏度1引言质谱分析技术是分析领域最重要的仪器分析技术之一。在化学、生命科学、环境科学、国土安全、食品安全、临床医学检测、新型材料、军事技术和航天技术等热门领域中，具有越来越显著的作用，质谱技术和质谱仪器的发展水平在一定的程度上决定了相关学科的发展。离子阱质谱是应用广泛的质谱仪器之

4、一，具有结构简单，体积小的特点，同时具备离子存储，离子质量分析以及串级质谱分析功能。根据构成离子阱质谱电极形状的不同，离子阱质谱又分为三维离子阱和线型离子阱。传统上，不论是三维还是线型离子阱，它们都是由双曲面形阱构成的。由双曲面电极组成的离子阱，其加工难度和组装难度大。某种程度上，高机械加工难度也限制了离子阱质谱的广泛应用。离子阱质谱的研究和开发是近几十年来质谱领域备受关注的方向之一。鉴于双曲面电极的加工和组装难度，寻找一种由较简单电极构造离子阱质量分析器一直是近年来质谱研究追求的目标之一。各种新型离子阱，如线型离子阱(LIT)，圆柱形离子阱(ClT)L5,63，矩形离子阱等先后

5、被发展起来。基于这几种离子阱的商业仪器也不断被各个领域的科研人员广泛使用。矩形线型离子阱是一种新型离子阱质量分析器，它具有捕获离子效率高、容纳离子数量多、空间电荷效应小、结构简单、容易加工和装配等优点。矩形离子阱电极在材料的选择性方面更广，可以采用不锈钢]、PCBl9，m]、陶瓷¨卜”等作为电极材料，电极材料的多样性为阵列离子阱[】’的多通道离子检测研究工作提供发展空间。在小型便携质谱仪、气相色谱离子阱质谱联用仪¨和手提便携式质谱仪等仪器研究工作中得到了广泛应用，为矩形离子阱技术提供了广阔的发展空间。不论是传统的双曲面电极离子阱，还是近年发展起来的各种其他形状电极离子阱，都必须在

6、组成离子阱的某个电极上加工出一个离子引出／J,TL或槽，让离子可以从此dqL中被引出和测量“J。2012-09-26收稿；2012．11-22接受本文系国家“十一五”科技支撑计划(No．2009BAK60B03)资助E—mail：cfding@fudan．edu．cn第5期徐福兴等：栅网电极离子阱质量分析器的结构与性能7832．2离子阱质谱仪系统本研究设计和加工的电喷雾电离源栅网离子阱质谱仪系统的结构如图3所示。其真空系统为三级差分抽气真空系统，第一级差分真空腔室使用机械泵(抽速为8L／S)进行抽气，第二级和第三级真空腔室均使用机械泵(抽速8L／S)和分子泵(600L／S)进行抽

7、气；其中第二级真空腔室可达到真空度为1×10Torr；第三级真空腔室可达到真空度为5×10Torr。实验过程中在第三级真空腔室内需要通入缓冲气体He气，此时第三级真空度控制在1xlOTorr。图3栅网电极结构离子阱质谱仪系统结构不意图Fig．3Structuraldiagramofmeshelectrodeiontrapmassspectrometer实验中，电喷雾电离源(ESI)产生的离子通过采样板小孔(直径为0．15mil1)进入第一级差分真空腔室，随后通过取样锥孔(直径为0