射頻四極桿導(dǎo)向裝置的研制

賀飛耀，趙忠俊，任標，張超凡，付玉，段憶翔

doi: 10.7538/zpxb.2019.0080

    離子傳輸系統(tǒng)是質(zhì)譜儀的重要組成部分，主要作用是將離子高效率地傳輸?shù)劫|(zhì)量分析器。本工作研制了一種用于質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)飛行時間質(zhì)譜（PTR-TOF MS）系統(tǒng)的射頻四極桿離子導(dǎo)向裝置，四極桿長80 mm，桿半徑2.6 mm，內(nèi)切圓半徑2.25 mm，該裝置可針對性地實現(xiàn)低質(zhì)荷比揮發(fā)性有機化合物（VOCs）離子的聚焦傳輸。利用SIMION 8.1離子光學模擬平臺對裝置的運行環(huán)境進行仿真，然后在自行搭建的測試平臺上對裝置的工作條件，如氣壓、頻率和電壓幅值進行測試。結(jié)果表明，仿真和測試結(jié)果具有較好的一致性，裝置的工作氣壓范圍較寬，在0.2~0.3 Pa時的傳輸效率最高；當頻率為3~4 MHz，電壓幅值（Vp-p）為500 V左右時，對丙酮、甲苯等低質(zhì)荷比VOCs（

四極桿質(zhì)譜質(zhì)量分辨自動調(diào)節(jié)技術(shù)研究

劉磊，江游，劉梅英，戴新華，

方向，陳大舟，邱春玲，黃澤建

doi: 10.7538/zpxb.2019.0118

    質(zhì)譜儀器的質(zhì)量分辨是指儀器區(qū)分兩個質(zhì)量相近離子的能力，是儀器的一項重要指標。為了保持四極桿質(zhì)譜儀質(zhì)量分辨的穩(wěn)定性和可靠性，降低儀器維護成本，實現(xiàn)儀器的自動化及智能化，本實驗室研究了一套適用于四極桿質(zhì)譜儀質(zhì)量分辨的自動調(diào)節(jié)算法。該算法實現(xiàn)了對質(zhì)譜譜峰半峰寬（full width at half maximum, FWHM）的檢測，并通過與設(shè)定的FWHM目標值進行對比的方式對儀器進行調(diào)整，最終使FWHM達到目標值，達到自動調(diào)節(jié)質(zhì)量分辨的目的。本研究在由中國計量科學研究院研發(fā)的四極桿質(zhì)譜儀上開展相關(guān)工作，根據(jù)該儀器的電路設(shè)計，建立算法流程，將算法理論應(yīng)用于具體儀器。使用四極桿質(zhì)譜儀常用的標準物質(zhì)全氟三丁胺（PFTBA）測試算法調(diào)節(jié)四極桿質(zhì)譜儀的質(zhì)量分辨，實驗結(jié)果均達到預(yù)期。該算法對四極桿質(zhì)譜儀具有普適性，降低了對操作人員調(diào)節(jié)儀器能力的要求，提高了儀器的穩(wěn)定性。算法經(jīng)多次測試，均可達到減小實驗數(shù)據(jù)偏差，提高譜圖質(zhì)量分辨的目的。

基于LabVIEW的三重四極桿質(zhì)譜儀

開發(fā)平臺的設(shè)計與應(yīng)用

張濤，韓文念，趙學玒，汪曣

doi: 10.7538/zpxb.2019.0149

    相對于單四極桿，三重四極桿質(zhì)譜儀具有多種工作模式和更復(fù)雜的工作時序。為了適應(yīng)研發(fā)需要，本設(shè)計采用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)了一套用于三重四極桿質(zhì)譜儀的測控平臺。平臺硬件由工控機、PXIe板卡和輔助電路組成，軟件基于LabVIEW開發(fā)環(huán)境，以狀態(tài)機為基本架構(gòu)。該平臺能夠?qū)x器各執(zhí)行單元進行控制和監(jiān)測；對離子光學系統(tǒng)、高壓及四極桿電源的時間響應(yīng)特性進行測量，獲取建立時間等關(guān)鍵參數(shù)；測試各工作模式下不同條件的時序特征，從而對抗串擾等儀器性能進行評價。該平臺具有界面友好、易維護、功能可擴展等優(yōu)點，可以作為三重四極桿質(zhì)譜儀研制過程中一種有效、方便的工具。

LC-MS/MS軟件系統(tǒng)設(shè)計及定量分析研究

賈明正，劉海培，韓文念，

李艷，程文播，董文飛，汪曣

doi: 10.7538/zpxb.2019.0148

    介紹了國內(nèi)面向臨床檢驗的HTQ2020液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀軟件系統(tǒng)，說明了其軟件架構(gòu)、設(shè)計原理和用戶界面實現(xiàn)方法。該軟件系統(tǒng)采用一種四層軟件架構(gòu)，將硬件控制等操作與數(shù)據(jù)處理相隔離，實現(xiàn)軟硬件解耦，便于擴展其他高級應(yīng)用。該軟件系統(tǒng)基于Modbus協(xié)議實現(xiàn)了對儀器的精準控制、自動調(diào)諧和狀態(tài)監(jiān)測；包含了豐富的數(shù)據(jù)處理及其可視化操作，可以方便用戶對數(shù)據(jù)進行基本處理以及精準定量分析；通過與醫(yī)院LIS系統(tǒng)的連接，可以快速進行批量采集，減輕醫(yī)生的工作量。通過維生素D檢測實驗，證明了HTQ2020軟件系統(tǒng)能夠滿足目前臨床檢驗要求。

小型質(zhì)譜雙線形離子阱間離子傳輸

王南，劉新瑋，歐陽證

doi: 10.7538/zpxb.2019.0145

    多級質(zhì)譜串聯(lián)在各個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。雙線形離子阱的小型質(zhì)譜可以實現(xiàn)類似傳統(tǒng)三重四極桿質(zhì)譜儀的串聯(lián)質(zhì)譜分析功能，而在此過程中，雙阱間的離子傳輸為重要的儀器功能。在已發(fā)表的雙線形離子阱工作中，對阱間離子傳輸，尤其是質(zhì)量選擇性傳輸鮮有系統(tǒng)的研究。本工作研究了離子阱q值、阱內(nèi)氣壓、輔助性交流電（AC）的強度、輔助性AC的作用時長等因素對傳輸?shù)哪繕穗x子強度的影響，優(yōu)化了離子傳輸條件，如q1=q2=0.3，阱內(nèi)氣壓為0.37 Pa，AC強度為350 mV，離子傳輸時長大于10 ms等。該結(jié)果對小型質(zhì)譜雙線形離子阱的自主研發(fā)和提升阱間離子傳輸效率具有指導(dǎo)作用。

小型飛行時間質(zhì)譜裝置的構(gòu)建

李玉澤，袁震，聶宗秀

doi: 10.7538/zpxb.2019.0140

    飛行時間質(zhì)譜儀（TOF MS）在準確度、分辨率、靈敏度、質(zhì)量上限、分析速度等方面具有優(yōu)勢，在生命科學等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。目前商用飛行時間質(zhì)譜儀已經(jīng)比較成熟，但儀器尺寸普遍較大，且價格昂貴，維護困難；而小型儀器則面臨分辨率較低等問題。提高小型飛行時間質(zhì)譜儀的分辨率，降低購置成本和維護成本，對于飛行時間質(zhì)譜儀的大范圍推廣有著重要意義。本工作構(gòu)建了一套分辨率較高的小型飛行時間質(zhì)譜裝置，包括真空系統(tǒng)、離子源、錐孔、引出加速及偏轉(zhuǎn)模塊、離子反射鏡模塊、探測器模塊、電路系統(tǒng)等。該儀器主體尺寸較小（0.5 m×0.5 m×0.7 m），飛行管長度僅0.25 m。由于采用了模塊化設(shè)計思路，各個模塊之間獨立封裝，儀器的維護、升級工作簡單易行。該儀器的關(guān)鍵模塊采用創(chuàng)新設(shè)計，使得在m/z 2000處分辨率可達4200。

高能量離子束診斷質(zhì)譜儀的研制及性能表征

蘇海波，譚國斌，黃正旭，洪義，

車欣欣，王攀攀，高偉，周振

doi: 10.7538/zpxb.2019.0143

    本研究開發(fā)了一臺應(yīng)用于高能量離子束診斷的直線式飛行時間質(zhì)譜儀，實現(xiàn)了其與高能真空弧放電離子源的聯(lián)用。該儀器加速電壓30 kV，飛行腔有效飛行距離1.5 m，通過短脈沖離子門精確截取，ICCD高速相機優(yōu)化聚焦，儀器分辨率優(yōu)于90 FWHM，對放電過程中產(chǎn)生的等離子體可實現(xiàn)不同時間的離子成分分析。將該方法用于真空弧放電離子源放電過程中離子成分的檢測，放電2 μs時，電離成分以氣態(tài)離子C+、O+、C2+、O2+為主；放電6 μs后，除氣體成分外，還可以檢測到Fe+、Cu+及其同位素金屬離子峰。該儀器能夠給出離子源放電產(chǎn)生離子的種類、價態(tài)以及相對含量等信息，可實現(xiàn)整個放電過程產(chǎn)生離子成分信息的準確診斷。

靜電軌道離子阱離子切向引入的新方式和模擬

劉穎超，劉嘉琳，申華莉，楊芃原

doi: 10.7538/zpxb.2019.0163

    靜電軌道離子阱質(zhì)譜儀的關(guān)鍵壟斷技術(shù)是將離子引入靜電軌道離子阱的C形離子阱。本工作提出一種新的離子引入方式，即設(shè)計了一種O形離子阱，用于將更多的離子以較少的損失引入到靜電離子阱中進行分析。O形離子阱嵌套在靜電軌道離子阱外軌道上，可以直接使離子從O形圓軌道下滑降軌內(nèi)切至橢圓軌道，再沿橢圓軌道下滑降軌外切，最終射入靜電軌道離子阱中的圓軌道。新的離子引入方式避免了C形離子阱遠距離傳輸離子，離子流可連續(xù)進入O形圓軌，在脈沖電壓作用下進入靜電軌道離子阱；隨著離子的引入面增大，離子的引入量有所增加。另外，還推導(dǎo)了離子運動軌跡方程及降軌脈沖的能量方程，對離子引入方式進行模擬，結(jié)果表明，多離子多位置同時引入對離子軌跡無明顯影響，而離子是否切向引入則至關(guān)重要，偏離切向引入會大大降低離子壽命。

射頻增強-VUV燈單光子/化學電離復(fù)合離子源研究

陳平，花磊，謝園園，

蔣吉春，侯可勇，李海洋

doi: 10.7538/zpxb.2019.0151

    微型VUV放電Kr燈因體積小巧、功耗低，適合作為現(xiàn)場/便攜式質(zhì)譜的光電離源，但是該光源存在光強弱、照射區(qū)域離子利用率低等缺點，制約了質(zhì)譜的靈敏度。本工作基于射頻四極桿電場聚焦離子傳輸?shù)脑?，發(fā)展了射頻增強-單光子/化學電離復(fù)合離子源技術(shù)，通過改善離子源傳輸效率和引入化學電離方式，進一步提高了VUV光電離源質(zhì)譜的靈敏度。相比單光子電離，射頻增強復(fù)合電離方式的靈敏度提高了26倍。測試結(jié)果表明，基于該復(fù)合離子源的質(zhì)譜對苯、甲苯、對二甲苯的最低檢出限（S/N=3）分別可達約52、53、71 ng/m3。結(jié)果顯示，射頻增強-VUV燈單光子/化學電離復(fù)合離子源的體積小巧，靈敏度高，適合用作現(xiàn)場/便攜質(zhì)譜的離子源。

激光后電離技術(shù)對高電離能元素的信號增強

林錚，孟一凡，王彤彤，杭緯

doi: 10.7538/zpxb.2019.0165

    固體樣品的元素分析一直是分析化學重點關(guān)注的對象。激光作為一種固體直接采樣和電離技術(shù)，常與飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用，用于固體樣品的元素分析。然而，對于高電離能元素的檢測往往需要較大的激光功率密度，導(dǎo)致其離子的動能分散較大，嚴重影響譜圖分辨率。本研究使用激光解吸/激光后電離質(zhì)譜法（解吸激光波長515 nm，后電離激光波長266 nm）對固體樣品中的Pd、Sb、Cd、Au等高電離能元素進行分析。一方面，采用較弱的解吸激光能量解決了強激光解吸電離所帶來的動能分散問題，顯著提高了譜圖分辨率；另一方面，利用較強的后電離激光電離原來被“浪費”掉的絕大部分中性原子，提高原子利用率和儀器靈敏度。該方法無需任何樣品前處理、分析時間短、操作簡單，適用于固體中高電離能元素的快速檢測。

基于傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT ICR MS）的超寬波段光解離光譜系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

張凱林，周敏，石瑩瑩，馬利福，李樹奇，汪曣，孔祥蕾

doi: 10.7538/zpxb.2019.0146

    基于質(zhì)譜技術(shù)的光解離光譜方法具有靈敏度高和可行性好的優(yōu)勢，近年來在氣相離子化學和分析化學研究領(lǐng)域得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。本工作基于一臺7 T的傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT ICR MS），搭建了超寬波段的可調(diào)諧激光光路系統(tǒng)，獲得了氣相離子超寬波段的光解離光譜。該系統(tǒng)的光譜可調(diào)諧范圍為192~3700 nm，是目前已知在單臺質(zhì)譜儀上可獲得最寬波段的光解離光譜系統(tǒng)。超寬波段的波長覆蓋范圍使用兩臺寬波段可調(diào)諧OPO激光器實現(xiàn)，光路可以在真空傳輸，提高了紫外和紅外激光的傳輸效率。該系統(tǒng)結(jié)合了電噴霧（ESI）電離源和FT ICR MS的高分辨能力以及超強的離子操控能力，可以獲得目標離子的紫外-可見光以及中紅外區(qū)域的光解離光譜，分別對應(yīng)于分子的電子和振動能級，實現(xiàn)了分子結(jié)構(gòu)信息的互補。以羅丹明110和色胺為例，獲得了相應(yīng)的離子在不同波段中的光解離光譜，初步證明了該儀器實現(xiàn)相關(guān)功能的可行性。

調(diào)控納微尺度分子組裝的裝置

楊國平，吳小峰，黃科科，劉坤，陳煥文，馮守華

doi: 10.7538/zpxb.2019.0157

    分子間電子云共享機制決定分子間作用力強弱（化學鍵形成與否）。據(jù)此原理，設(shè)計研制了能對納微尺度分子組裝過程進行調(diào)控的新型儀器裝置。創(chuàng)新性的將激光粒度分析、高速成像系統(tǒng)等可視化監(jiān)測手段集成到該儀器裝置中，實現(xiàn)電極化反應(yīng)及產(chǎn)物形成過程的實時在線監(jiān)測，記錄去溶劑化過程的特征。研究分子的本質(zhì)屬性（如分子結(jié)構(gòu)、極性、揮發(fā)性、電負性）、共存基體（如溶劑、其它共存物質(zhì)）、環(huán)境參數(shù)（如溫度、壓力、距離、電場）對不同粒子（如中性分子、正離子、負離子）組裝過程的影響及能量相關(guān)的動力學過程。目前，已實現(xiàn)了極稀NaCl溶液快速可控結(jié)晶、納米金形貌尺寸調(diào)控、Pd/TiO2等納米線陣列及ZnFe2O4等薄膜的制備，在無機功能材料的結(jié)構(gòu)合成與制備中展示了良好的發(fā)展前景。