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离子聚焦系统原理

谱策ProC-1在线/实验分析质谱仪离子聚焦系统

  谱策ProC-1在线/实验分析质谱仪离子聚焦系统主要由离子源、牵引电极、离子聚焦系统和检测电极组成。其中,离子源为线筒结构,主要由内线电极( Inner electrode) 、外筒电极( Outer electrode) 组成。内线电极与外筒电极之间放电产生离子,筒壁电极上开有对称的 4 个 槽,用于通入样品和牵引离子。

  为了使离子加速运动,减小离子在空气中的损耗,在外筒电极与检测电 极( Detector) 之间设置了一个牵引电极( Traction electrode) ,并维持外筒电极与牵引电极以及检测电之间的阶梯电势差,确保在三者之间形成定向牵引 电场,导引待检离子定向运动( Y 方向) ,顺利到达待 检电极。

  离子聚焦系统( Ion focus system) 为一个金 属矩形隧道,其上施加相同的电压。而在离子运动 的过程中,隧道状的聚焦系统会对离子起到聚焦约 束的作用( X 和 Z 方向) 。检测电极用于接收离子,形成离子电流,进而进行检测。 以正离子为例来阐释其工作原理。图 2a 为金 属矩形隧道的剖面图( X-Y 方向) 。由于是正离子, 离子聚焦系统上施加正电压。

  为了能直观清晰地观察隧道腔内的电场,进而判断离子的运动轨迹,利用 Comsol 仿真软件进行了仿真计算,如图 2b 所示。从仿真结果可见,隧道内的电场线是指向中心的。因此,若此时有正离子进入离子聚焦系统,那么正离子必然沿着电场线方向向中心运动,从而在 X 方向上 起到了离子聚焦的作用。同时,由于在 Y 方向上有牵引电极和检测电极之间形成的电场,会使离子沿着 Y 方向向前运动( 未在图 2 仿真结构中体现) 。因此,离子在沿着 Y 方向前行的同时,实现了在 X 方 向的聚焦。图 1 中 Y-Z 方向上的情况与上述情况相同。

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