基于COMSOL的四极质谱仪仿真研究与结构优化

发布时间：2020-07-02 17:27

【摘要】：四极质谱仪是目前被广泛应用的质谱仪器。通过对四极质谱仪结构、场分、加工工艺等问题的进一步研究,有助于改善其性能。本文采用理论推导和有限元分析软件COMSOL Multiphysics5.2相结合的方法,围绕四极质谱仪的技术要求,对四极质谱仪进行了仿真研究和结构优化。主要内容如下:(1)基于四极场离子运动理论基础,结合低能粒子碰撞的极化散射理论,建立了带电粒子在四极质谱仪中的运动仿真理论基础,同时结合有限元仿真软件,得到了四极质谱仪分析器有限元仿真的理论基础。(2)构建四极质谱仪分析器仿真模型,对四极质谱仪分析器电场分布和离子运动轨迹进行了仿真研究。利用碰撞频率表征压强,对环境压强的影响进行了仿真研究,结果表明当环境压强高于10~(-2)Pa时,离子通过率会明显下降。对Mathieu参数a、q值的影响进行仿真分析,结果表明,在参数选定时,需要对二者综合考虑。对入射离子能量,角度的影响进行了仿真研究,同时探讨了释放离子位置的影响,结果表明,离子准直入射到分析器能显著提升通过率。对离子电荷正负性对离子轨迹的影响进行了研究探讨,得到了分析器内正负离子的运动轨迹。基于射频相位角与时间的关系,对射频电场相位角的影响进行了探讨分析,并对离子入口孔径的影响进行了仿真研究,结果表明,当入射孔径的大小在中心轴线0.05R_0的范围内,离子进入到分析器内能够实现最优的通过率。(3)基于四极质谱仪分析器的仿真研究结果和使用要求,结合聚焦透镜相关理论,以提高离子通过率为目的,对聚焦透镜系统进行了仿真研究和结构优化。对无聚焦透镜、有聚焦透镜无静电屏蔽、有聚焦透镜有静电屏蔽三种结构进行了仿真研究,得到了在分析器前端施加聚焦透镜,并施加静电屏蔽能够显著提高离子通过率并改善质谱性能的结论。本文的研究方法为四极质谱仪的生产设计提供了理论支撑和仿真技术上的支持,仿真研究结果为四极质谱仪的参数选定和结构优化提供了一定的参考。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH843
【图文】：

质谱仪,四极质谱仪

合肥工业大学硕士学位论文LVAC 都是最早开始进行四极质谱仪商业化研究生极质谱仪的国家之一，国内的清华大学、北京仪器 ZHL-01 型四极质谱仪。但由于研究基础薄弱和错我国在四极质谱仪的研发和生产方面仍然处于发展对四极质谱仪的研究多集中在四极质谱仪离子源的稳定图区研究、射频信号优化等方面。同时，随着来越多的研究人员利用该技术对四极质谱仪进行研

电场分布,研究方法,通过率

交变电场离子运动理论和粒子碰撞理论，建立四极质谱仪用有限元软件分析研究四极质谱仪质量分析器交变电场空质谱仪的结构尺寸对电场的影响。(4)分析模拟离子在四步研究相关参数对离子通过率和质谱性能的影响。(5)分析统结构，研究聚焦系统电场对分析器电场的影响。(6)分析统结构，优化聚焦结构并研究聚焦电压对离子通过率和质路和方法的研究思路如图 1.2 所示，针对四极杆部分，主要从基本型，离子轨迹、电场分布仿真模拟，离子通过率、质谱性行研究设计。结合研究结果，对相关参数进行分析。同时究结果，对四极质谱仪聚焦系统结构模型进行搭建，并进数对聚焦性能的影响，结合离子通过率和质谱性能的仿真的结构进行优化。具体方法如下：

【参考文献】