四极质量分析器几何误差与质量分辨率的关系研究

摘要

四极杆质谱仪是目前最成熟，应用最广泛的质谱仪之一。四极质量分析器（简称四极杆)是四极杆质谱仪的核心组件，其几何误差是影响质谱仪核心参数的重要因素。四极质量分析器的制造涉及大量的高精度几何参数控制，工艺难度大，成本很高。研究各项几何误差对质量分辨率的不同影响和规律，在实际生产中针对关键参数重点控制，对优化生产工艺，制造高性能四极质量分析器，降低生产成本，实现产品的正确检测和质量分级，具有重要的实际意义。
　　(1).基于四极质量分析器二维模型的数值模拟方法研究。利用模拟电荷法推导了场圆电场强度计算方法，得到了电场强度的解析表达式，列出了离子在四极杆内的运动轨迹方程，提出了该方程的数值求解方法;利用质谱峰和q-a稳定区域作为四极质量分析器的评价工具，研究了它们的数值计算方法，给出了利用质谱峰计算四极杆质量分辨率的方法。
　　(2).编写了四极质量分析器二维模型的数值模拟程序，给出了极杆的位置误差和直径误差对四极杆质量分辨率的影响的定量模拟结果。
　　(3).以二维模型为基础，对四极质量分析器的三维模型进行了简化，提出了分段模拟法，与Simion离子光学模拟软件的模拟结果进行了比对。实现了四极杆三维模型的快速、高精度的数值模拟，编写了相应的数值模拟程序，对几种典型的几何误差与四极杆质量分辨率的关系进行了研究。
　　通过以上研究，建立起了较为完整的从四极杆的几何参数到其质量分辨率的数值模拟程序，利用该程序，可以研究大多数几何误差对四极杆质谱性能的影响。数值仿真结果表明:四根极杆的直径差以及四根极杆形成的场圆的圆度误差对四极杆的质量分辨率影响最大，在四极杆的轴线方向，如果仅考虑空间的低频误差，误差最大截面对四极杆的整体性能具有关键影响。现有实验样本的几何量测量结果及质谱测试结果均支持了论文中的数值模拟结果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 四极杆质谱仪简介

1．1．1 四极杆质谱仪的组成

1．1．2 四极杆质谱仪的工作原理

1．1．3 四极杆质谱仪的性能指标

1．1．4 圆柱形四极杆

1．2 四极质量分析器几何误差与质量分辨率的关系

1．3 国内外研究概况

1．4 存在的主要问题

1．5 论文研究目的及意义

1．6 主要研究内容

1．7 论文章节安排

第2章 四极质量分析器二维模型数值模拟方法研究

2．1 四极质量分析器二维模型

2．2 场圆区域电场强度的计算

2．2．1 模拟电荷法

2．2．2 场圆电场的多极场理论

2．2．3 场圆区域电场中心

2．3 离子运动轨迹的计算

2．4 离子初始状态的模拟

2．5 质谱峰

2．5．1 质谱峰的计算方法

2．5．2 质量分辨率的计算

2．5．3 离子在杆内运动的射频周期数

2．5．4 λ值的选取

2．6 稳定区域的计算

2．7 四极杆质谱仪数值模拟程序的编写

2．8 本章小结

第3章 几何误差对四极杆质量分辨率影响的二维数值模拟

3．1 四极杆的几何参数

3．2 Φ0和-Φ0的施加杆位

3．3 四极杆的位置误差

3．3．1 杆沿场圆的径向移动

3．3．2 杆沿场圆的切向移动

3．4 极杆的直径误差

3．5 几何误差的综合

3．6 计算结果分析

3．7 实验验证

3．7．1 实验平台

3．7．2 实验内容

3．7．3 实验结果及分析

3．8 本章小结

第4章 四极质量分析器三维模型与数值模拟

4．1 分段模拟法

4．1．1 区段的划分

4．1．2 三维模拟方法比较

4．2 四极杆几何误差的三维数值模拟

4．2．1 单杆相对于对径杆偏摆

4．2．2 四根极杆呈锥形排列

4．3 数值模拟结果分析

4．4 实验验证

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 研究工作总结

5．2 技术进步点

5．3 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间参加的学术活动