摘要：在质谱仪器内部存在着许多非真空环境,如质子转移反应质谱(PTR-MS)的漂移管区域。离子在非真空环境中的运动十分复杂,受电场及气流、压强等多种环境因素的影响。在离子光学仿真软件simion中,常采用硬球碰撞模或统计扩散模型对离子在非真空环境中的迁移过程进行仿真。本文通过改变仿真参数,对这两种模型各自的特点和适用条件进行了分析对比。并结合实验对仿真结果加以验证。结果表明,两种模型的适用条件存在显著差异,根据实际情况合理选择仿真模型,对质谱仪器的设计优化有着重要意义。

摘要：A design for an efficient monochromatic electron source for Inverse Photoemission Spectroscopy （IPES） apparatus is described. The electron source consists of a BaO cathode, a focus electrostatic lens, a hemispherical deflection monochromator （HDM）, and a transfer electrostatic lens. The HDM adopts a “slit-in and slit-out” structure and the degradation of first-order focusing is corrected by two electrodes between the two hemispheres, which has been investigated by both analytical methods and electron-ray tracing simulations using the simion program. Through the focus lens, the HDM, and the standard five-element transfer lens, an optimal energy resolution is estimated to be about 53 MeV with a beam flux of 27 μA. Pass energy （P.E.） of 10 eV and 5 eV are discussed, respectively.

摘要：漂移管是质子转移反应质谱仪(PTR-MS)的核心部件之一,对漂移管进行技术创新是改善仪器性能的重要途径。近年来,聚焦型漂移管(focusing drift tube, FDT)因具有离子利用率高的优点逐渐被重视。本研究报道了一种结合射频四极杆及电阻玻璃管的聚焦型漂移管的设计与仿真,四极杆用于提供射频聚焦场,电阻管用于产生均匀分布的直流梯度电场。基于设计的3D结构,在simion 8.1中构建仿真模型,采用m/z 19、55和100等3种离子对四极杆的杆体直径、射频场频率及电压幅值等参数进行系统性探究。结果表明,射频场的引入对减小离子束半径非常有效,较大直径的杆体有利于提高装置的聚焦能力,特别是对于低质荷比离子。当频率约2 MHz时,聚焦效率最高,随着电压幅值的提高,离子束半径迅速减小,随后逐渐趋平。另外,超过85%的离子能够顺利透过直径为1.0 mm的采样孔,传输效率比传统漂移管提升了约28倍。该研究对射频四极杆聚焦型漂移管(RFQ-FDT)的结构设计、simion建模及离子透射率均做了详细阐述,可为装置的实际应用提供一定的理论支持。

摘要：根据高场非对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)原理,设计了一种微型生化传感器.采用真空紫外灯离子源在大气压环境下对样品进行电离,紫外灯发射的光子能量为10.6 eV,波长116.5 nm.迁移区由上下两块紫铜金属平板电极构成,尺寸为10 mm×10 mm×1 mm.完成了高场非对称方波电源的设计,所输出的射频电压最大值为1 180 V,最小值为-480 V,频率189 kHz,占空比30%.以丙酮为实验样品,通过高场非对称波形离子迁移谱-质谱联用技术进行传感器的性能验证实验,实验结果表明所设计的基于FAIMS原理的生化传感器可以实现离子分离和过滤功能.基于simion软件对FAIMS生化传感器进行仿真分析,仿真与实验结果相符.最后利用硅片双面感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)刻蚀和硅-玻璃键合工艺,加工出基于微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)技术的微型FAIMS传感器芯片.采用频率2 MHz、最大电压364 V、占空比30%的高场非对称方波电压进行FAIMS芯片实验.载气流速80 L/h,补偿电压从-10 V～3 V以0.1 V的步长扫描,得到了丙酮的FAIMS谱图,验证了芯片的性能.

摘要：四极质谱计应用需求的不断扩大对四极杆组件需求量迅速增加,为满足大批量、通用化要求需研发几种固定尺寸的模块化四极杆组件,再设计不同的射频电源来满足应用需求。基于四极电场和离子运动理论,使用离子光学仿真软件simion对电场分布和离子运动轨迹进行了建模和计算分析。仿真分析结果表明,在所选定仿真参数下,场半径主要决定大质荷比离子通过率曲线形状,其对不同质荷比离子通过率影响不同,对分辨率的影响随质荷比增大而减小;质荷比越小,离子稳定分离所需杆长越长,达到所需杆长前,离子通过率随杆长增加而减小,分辨率相反;直交比的增加会减小通过率、提高分辨率,对大质荷比段影响更大;频率的增加在全质荷比提高分辨率,增加低质荷比通过率,但显著降低大质荷比通过率;大尺寸杆特别适用于低质荷比离子分析,用于大质荷比时必须采取降低边缘场影响的措施。研究结果可为不同应用目的四极质谱计的设计提供参考。

摘要：漂移管是离子迁移谱(IMS)检测仪的核心部件,设计优劣直接影响IMS仪器的性能。离子在漂移管中的运动十分复杂,受电场及气流、温湿度、压强等多种环境因素的影响。为了研究离子在漂移管中的迁移过程,为IMS漂移管的设计和优化提供指导,本文建立了一种基于simion/SDS的多物理场仿真方法,综合考虑了电场、气流、温度及压强等因素的影响,模拟离子在漂移管中的运动。选择IMS标准剂进行实验测试,将仿真结果与实测的离子迁移谱图进行对比分析,验证该仿真方法的正确性。结果表明,漂移管的多物理场仿真方法能够有效地模拟多环境因素影响下离子在漂移管中的迁移情况,对漂移管的设计优化有着重要的意义。

摘要：四极滤质器(Quadrupole Mass Filter,QMF)因其高灵敏度和高选择性而广泛用于质谱分析。对其操作原理的深入理解对优化其性能至关重要。基于相空间动力学方法和离子运动理论,使用离子光学仿真软件simion 8.2,深入研究了四极杆入口端盖与QMF电极间隙对入口边缘场及离子传输的影响。研究结果表明,端盖间隙的大小直接影响不同m/z范围内的离子传输效率。较小的间隙可以优化高m/z值的离子传输,而较大的间隙则有助于优化低m/z值的离子传输。对于质量数范围m/z 1~100 amu时,r_(0)~1.25 r_(0)的间隙大小可使离子传输效率达15.92%~25.80%,比无边缘场时提升了约2.45~3.97倍;对于质量数范围m/z 1~1000 amu时,小于0.5 r_(0)的间隙大小可使离子传输效率达12.06%~26.40%,比无边缘场时提升了约1.86~4.06倍。这项研究为调整端盖间隙以优化所需m/z值范围内的离子传输提供了理论依据,对仪器设计具有一定的参考价值。

摘要：基于静电风力发电系统中杆电极结构参数对系统效率影响的分析,设计静电雾化装置。基于simion8.0仿真软件平台,对电极结构参数进行一系列的仿真,观察不同参数下喷针附近电势的变化。初步得到了喷针附近的电势与杆电极之间的间距、喷针之间的间距以及喷针顶端距电极平面的间距有关。

摘要：基于simion 7.0离子光学仿真软件对设计的矩形离子阱(RIT)的离子捕获效率进行了仿真,研究了离子初始位置和射频电压、频率对离子捕获效率的影响。仿真结果表明,只有初始位置靠近RIT中心的离子才能被有效捕获到。针对常见毒品及爆炸物所在的质量范围,对于内建电场空间尺寸为10mm×8.4mm×44mm(x,y,z)的RIT,选择捕获射频电压为50V0-p～100V0-p、频率1MHz时,既能保证较高的离子捕获效率,同时也降低了对电路系统指标的要求。

摘要：离子迁移谱技术(IMS)是一门新兴的化学分析技术,被广泛应用于测定痕量的化学武器、毒品、爆炸物,以及空气污染物等,跟其他的有机化合物分析仪器相比较,他具有体积小、灵敏度高、适用范围广、分析时间快,能在大气压和室温下工作等优点,是一种前景广阔的检测仪器。介绍了激光离子源IMS的工作原理、主要特点和仪器结构,利用软件SMION设计模拟激光离子源IMS,通过模拟实验得出真空状态下,信号接收盘半径与信号强度成正比关系,以及迁移管内的离子门开关电压阈值。