四极杆离子光学和串联振荡电子学系统
发布时间:2021-11-21 12:28
四极杆和飞行时间质谱是液相色谱-质谱(LC/MS)、三重四极杆质谱(QQQ)和四极杆-飞行时间质谱(Q TOF)等质谱仪器中必备的核心部件,也是我国亟待研发的国产化仪器。目前,国内对质谱仪器的研制热情日益高涨,得到了国家相关部门的高度认可和广大研发人员的积极响应。本综述基于作者课题组多年的研制经验,从质谱仪器研发的角度介绍实现离子光学系统和电子学系统的技术原理。首先回顾四极杆的基本原理;然后着重讨论加工和装配精度对提高四极杆分辨率的重要性,以及四极杆尺寸选择对射频电压控制的影响;最后重点介绍四极杆串联振荡电子学系统以及在系统中起关键作用的阻抗匹配,希望能为质谱仪器研制提供参考。
【文章来源】:质谱学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】:9 页
【部分图文】:
四极杆串联振荡电子原理图
式(17)的函数曲线示于图5,3条曲线对应3个不同的Q值(Q1>Q2>Q3)。可以看出,当外加信号频率ω偏离电路的谐振频率ω0时,I/I0均小于1。Q值越高,在一定的频率下电流下降得越快,其谐振曲线越尖锐,说明电路的选择性被电路的品质因素Q所主导,Q值越高选择性越好。但是,Q值也表示串联振荡电路的电压放大倍数,放大倍数并不是越大越好。因此,研制人员需要设计和制作Q值合适的串联振荡电路,以保证四极杆处于满意的谐振状态。6 串联振荡的阻抗匹配
从上面的讨论可知,射频电压将到达上千伏到几千伏。为获得精确的离子振荡效果,四极杆射频电压系统是质谱研发中最为重要的核心技术[25-28]。这里介绍一种串联振荡技术,主要由电容C、电感L和内源电阻Rs组成,其电子学原理图示于图3。该串联振荡的电子技术涉及到电感-电容(LC)振荡电路和振荡源之间的谐振,其复数阻抗Z为3个元件的复数阻抗之和,示于式(11)。其中,电阻值Rs是复数的实部,感抗与容抗之差是复数的虚部(即电抗),ω是外加信号的角频率。当j(ωL-1/ωC)=0时,电路处于谐振状态(ω2=1/(LC)),电感L和电容C之间实现了巧妙的能量交换,电感释放的磁能完全转换成电场能并储存进电容;而在另一时刻电容放电, 电容中的电场能又转换成由电感储存的磁场能。由于LC串联,两者能量的交换以电压极性变化的形式进行;但从等效阻抗的角度来看,两者可以等效成一个阻值为零的电阻[29]。因此,LC串联谐振时,容抗和感抗抵消,回路阻抗最小。恰恰是这种容抗和感抗的抵消,使得振荡源电压完全能够加载在最小的回路阻抗上,此时电流几乎通行无阻,因此串联振荡模式获得的电流达到最大。Ζ=R s +jωL+(-j 1 ωC )= R s +j(ωL- 1 ωC )?????? ??? (11) Q= 1 ωC?R s = ωL R s ?????? ??? (12) V C =V L =Q?V s ?????? ??? (13)
【参考文献】:
期刊论文
[1]四极杆电极系统的应用与研究进展[J]. 徐福兴,杨凯,王强,赵欣,陈斌,丁传凡. 质谱学报. 2015(06)
[2]含高阶场成分的四极杆电极系统及其性质[J]. 王岳东,肖育,陈末华,王冠军,丁传凡. 质谱学报. 2014(03)
[3]大气压接口-单四极杆质谱仪的研制[J]. 江游,方向,黄泽建,熊行创,张小华. 质谱学报. 2010(06)
[4]四极杆质量分析器的研究现状及进展[J]. 方向,覃莉莉,白岗. 质谱学报. 2005(04)
本文编号:3509513
【文章来源】:质谱学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】:9 页
【部分图文】:
四极杆串联振荡电子原理图
式(17)的函数曲线示于图5,3条曲线对应3个不同的Q值(Q1>Q2>Q3)。可以看出,当外加信号频率ω偏离电路的谐振频率ω0时,I/I0均小于1。Q值越高,在一定的频率下电流下降得越快,其谐振曲线越尖锐,说明电路的选择性被电路的品质因素Q所主导,Q值越高选择性越好。但是,Q值也表示串联振荡电路的电压放大倍数,放大倍数并不是越大越好。因此,研制人员需要设计和制作Q值合适的串联振荡电路,以保证四极杆处于满意的谐振状态。6 串联振荡的阻抗匹配
从上面的讨论可知,射频电压将到达上千伏到几千伏。为获得精确的离子振荡效果,四极杆射频电压系统是质谱研发中最为重要的核心技术[25-28]。这里介绍一种串联振荡技术,主要由电容C、电感L和内源电阻Rs组成,其电子学原理图示于图3。该串联振荡的电子技术涉及到电感-电容(LC)振荡电路和振荡源之间的谐振,其复数阻抗Z为3个元件的复数阻抗之和,示于式(11)。其中,电阻值Rs是复数的实部,感抗与容抗之差是复数的虚部(即电抗),ω是外加信号的角频率。当j(ωL-1/ωC)=0时,电路处于谐振状态(ω2=1/(LC)),电感L和电容C之间实现了巧妙的能量交换,电感释放的磁能完全转换成电场能并储存进电容;而在另一时刻电容放电, 电容中的电场能又转换成由电感储存的磁场能。由于LC串联,两者能量的交换以电压极性变化的形式进行;但从等效阻抗的角度来看,两者可以等效成一个阻值为零的电阻[29]。因此,LC串联谐振时,容抗和感抗抵消,回路阻抗最小。恰恰是这种容抗和感抗的抵消,使得振荡源电压完全能够加载在最小的回路阻抗上,此时电流几乎通行无阻,因此串联振荡模式获得的电流达到最大。Ζ=R s +jωL+(-j 1 ωC )= R s +j(ωL- 1 ωC )?????? ??? (11) Q= 1 ωC?R s = ωL R s ?????? ??? (12) V C =V L =Q?V s ?????? ??? (13)
【参考文献】:
期刊论文
[1]四极杆电极系统的应用与研究进展[J]. 徐福兴,杨凯,王强,赵欣,陈斌,丁传凡. 质谱学报. 2015(06)
[2]含高阶场成分的四极杆电极系统及其性质[J]. 王岳东,肖育,陈末华,王冠军,丁传凡. 质谱学报. 2014(03)
[3]大气压接口-单四极杆质谱仪的研制[J]. 江游,方向,黄泽建,熊行创,张小华. 质谱学报. 2010(06)
[4]四极杆质量分析器的研究现状及进展[J]. 方向,覃莉莉,白岗. 质谱学报. 2005(04)
本文编号:3509513
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