脉冲离子阱的设计

　　1简介

　　常规的质谱仪是由离子源、分析器和检测器三大部分组成，样品在离子源内被电离，经聚焦和加速后，进入质量分析器进行分离，最后由检测器得到质谱图。除了飞行时间质谱仪外，一般的质谱仪均采用质量扫描工作方式，在某一时刻，只有某一质量的离子能被分析，其他质量的离子则被损失，离子利用率只有0.1%~0.01%.因此，以提高离子利用率为目的的离子阱成为提高仪器灵敏度的一种有力工具。

　　目前国际上流行的离子阱为三维四极离子阱(ThreeDimensionalQuadrupolelonTrap)，早在60年代末，人们就开始了这方面的研究，至80年代中后期，三维四极离子阱已进入成熟期，并在GC/MS仪器中得到广泛的应用，属近年来质谱领域的一项重大发明，有取代常规质量扫描式质谱仪的趋势[1j。我国目前已有一些使用。

　　三维四极离子阱由一个双曲面的圆环电极和两端带有小孔的两个盖帽组成。当射频电压施加于圆环电极时，离子阱的内部空腔形成射频电场，使某一质量范围的离子在电场内以一定的频率稳定地振荡;当射频电压的幅度均匀变化时，离子按质量顺序逐渐地变得不稳定，并顺序通过盖帽的小孔到达电子倍增检测器。其工作原理与四极杆质量分析器类似。三维四极离子阱既是离子存储装置，又是质量分析器，该类仪器的灵敏度明显高于常规仪器。但是它的离子存储范围和质量扫描范围有一定限度(通常为10~650amu)，其光滑的双曲面和精密的射频振荡电源也难于加工制做。

　　飞行时间质谱仪具有接近100%的离子利用率，它的瞬时检测性能和可测质量范围是其他质谱仪所无可比拟的。然而，使用常压离子源(电感藕合等离子体源、辉光放电等)时，则存在连续产生离子与脉冲引入离子之间的障碍，通常，离子利用率小于20写〔.针对这一不利因素，我们使用离子光学计算机软件sIMIONvERSION4.J3〕设计了一种新颖而简单的离子阱。该离子阱以脉冲方式工作，适用于飞行时间质谱仪。它由中心开有圆孔的圆片(Gl)、圆筒(GZ)、栅网(G3)、细螺旋线(G4)组成(见图1)，以上部件均为金属材料，一般用不锈钢制做，配套电器仅为直流电源和脉冲电源。

　　2脉冲离子阱的原理

　　通常使用电离规测量高真空，在圆筒型电离规中，热阴极发射的电子由于受到栅极的吸引和圆筒的拒斥而在栅极附近不断地振荡，直至被栅极捕获[4j。脉冲离子阱的设计是基于上述原理，使离子在一定的空间范围内振荡。如图2所示，脉冲离子阱工作周期依照G3的电位变化可分为离子存储期和离子引出期。