一种小型化质谱仪高压射频电源的设计与研制
发布时间：2021-02-01 17:36
质谱分析是一种测量离子质荷比（质量-电荷比）的现代元素分析方法,能够将物质成分按照质荷比的不同进行分离,广泛的应用在物理、化学、天文、生物等科学研究领域。质谱仪由离子进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器、数据处理系统、射频电源及真空系统组成。作为常用质谱仪的一种,四极杆质谱仪由于其仅依靠纯电场工作,具有结构简单、扫描速度快、无磁滞现象、恶劣环境适应性强等优点。四极杆质量分析器由中心对称的四根电极杆构成,通过将高频高压信号施加在电极杆结构上,可以在四极杆的内部形成质谱分析所需的双曲电场,进而利用变化的电场实现对离子的过滤和分析。射频电源是四极杆质谱仪的重要组成部分,用于在质谱仪的分析过程中为四极杆结构提供高频高压信号。针对我国质谱分析仪器国产化与便携化的产业需求,本文设计了一款可以应用于四极杆质谱仪的射频电源。本文简要介绍了四极杆质谱分析仪的基本工作原理与离子稳定运动条件,并根据质谱分析的实际工作流程确定了射频电源的输入、输出条件。基于质谱仪的工作原理,在综合国内外其他射频电源设计特点的基础之上,本文给出了射频电源系统的总体设计方案以及详细的模块设计方案。本文所设计的射频电源系统主要...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MAVEN搭载的四极杆质量分析器Figure1.1QuadrupolemassanalyzeronMAVEN
第2章四极杆质谱仪工作的基本原理9第2章四极杆质谱仪工作的基本原理四极杆质谱分析技术虽然诞生于上个世纪，但目前仍在快速的发展并有着广泛的应用场景。本章将以带电离子在四极杆结构中的稳定运动条件为核心，对四极杆电系统理论做简要的介绍。2.1四极杆电系统理论四极杆电系统分析的基本原理由Paul等人于1958年提出[31]。质量分析器的四根电极杆可以分别为双曲面结构，也可以是圆柱形电极，当四极杆直径与其内部所构成的电场区域直径的比值约为1.130-1.140时，圆柱形电极所形成的电场和双曲面电极形成的电场近似相同[32,33]。在实际加工过程中，由于圆柱形的加工难度更低且形成的电场结构类似，所以目前圆柱形电极成为了主流的质量分析器的设计方案。在理想四极杆中，电极杆半径为r，电极杆和轴线之间的距离为0r，即四根圆柱形电极均匀的围绕于一个直径为02r的同心圆周围。常用的四极杆示意图如图2.1所示。图2.1四极杆电极结构Figure2.1Structureofquadrupole在xy方向的两组电极分别施加幅度相同，相位差180°的高频高压信号φVU)cos(+=ωtA和φVU))cos(+(-=ωtB[34,35]。在前式中，U代表高频高压信号中的直流成分，V代表高频高压信号中的交流成分的最大值，ω为角频
一种小型化质谱仪高压射频电源的设计与研制10率，t为时间。施加在四极杆上的高频高压信号会在四极杆结构内部形成一个近似的双曲电场，双曲电场的渐近线位于45°方向的位置，电场结构的示意图如图2.2所示[23]。图2.2双曲电场示意图Figure2.2Hyperbolaelectricfield带电离子在电场中会在电场力的作用下运动，由于电场中的xyz三个方向相互正交，并且在四极杆结构中，z方向为结构的径向方向且z方向没有电场力的作用，所以我们可以以x方向为例进行讨论：带电离子在双曲电场中受到的电场力的大小为所带电荷量e和电场强度xE之间的乘积：xxF=eE...(2.1)根据牛顿第二运动定律可知离子的运动方程为：22==xdxFmamdt...(2.2)其中，m为离子质量，a为加速度，x为在电场中所处的位置。四极场中任意一点(x,y,z)的电场强度可以用电位分布函数的偏微分形式进行求解，x方向的电场强度为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]四极质谱仪中偶极辅助四极激发仿真研究[J]. 郭琦,姜婷,汤扬,徐伟. 真空与低温. 2019(06)
[2]微型化质谱仪研究进展[J]. 向玉,侯晨月,徐伟. 生命科学仪器. 2019(03)
[3]小型化离子阱质谱仪在毒品快速采集与分析中的应用[J]. 富庆,尤晓明,金洁. 质谱学报. 2019(03)
[4]国产四极质谱仪的研发[J]. 杨云,徐宁,董华军,臧侃,郭方准. 大连交通大学学报. 2018(04)
[5]低真空环境下四极杆质量分析器灵敏度仿真研究[J]. 姜佩贺,周志权,陈焕文,赵占锋. 质谱学报. 2018(01)
[6]质谱计在行星系统与小天体探测中的应用[J]. 王馨悦,孙越强,李永平,唐萍. 深空探测学报. 2017(06)
[7]质谱仪在乳腺癌生物标记物研究中的应用[J]. 唐武芳,吴超超,范海伟,高强. 中国医疗设备. 2017(02)
[8]ICP/GC/MS联用技术的现状及发展前景[J]. 陈俭友. 化学工程与装备. 2016(09)
[9]质谱仪在深空探测中的应用[J]. 周志权,吕浩,张栋,陈焕文,赵占锋. 质谱学报. 2015(06)
[10]小型化质谱设计的探究[J]. 周浩林. 仪表技术. 2014(04)
博士论文
[1]数字离子阱质谱仪及新型离子激发方法的研究[D]. 薛兵.上海大学 2016
[2]四极场质量分析器的理论研究[D]. 罗婵.复旦大学 2011
[3]飞行时间质谱及串联质谱关键技术的系统研究[D]. 徐国宾.复旦大学 2010
硕士论文
[1]质谱仪的发展研究报告[D]. 姜啸龙.北京工业大学 2017
[2]低频射频识别技术研究[D]. 徐斌.西安电子科技大学 2013
[3]四极质谱仪新型工作方式研究[D]. 唐国强.天津大学 2008
本文编号：3013166
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MAVEN搭载的四极杆质量分析器Figure1.1QuadrupolemassanalyzeronMAVEN
第2章四极杆质谱仪工作的基本原理9第2章四极杆质谱仪工作的基本原理四极杆质谱分析技术虽然诞生于上个世纪，但目前仍在快速的发展并有着广泛的应用场景。本章将以带电离子在四极杆结构中的稳定运动条件为核心，对四极杆电系统理论做简要的介绍。2.1四极杆电系统理论四极杆电系统分析的基本原理由Paul等人于1958年提出[31]。质量分析器的四根电极杆可以分别为双曲面结构，也可以是圆柱形电极，当四极杆直径与其内部所构成的电场区域直径的比值约为1.130-1.140时，圆柱形电极所形成的电场和双曲面电极形成的电场近似相同[32,33]。在实际加工过程中，由于圆柱形的加工难度更低且形成的电场结构类似，所以目前圆柱形电极成为了主流的质量分析器的设计方案。在理想四极杆中，电极杆半径为r，电极杆和轴线之间的距离为0r，即四根圆柱形电极均匀的围绕于一个直径为02r的同心圆周围。常用的四极杆示意图如图2.1所示。图2.1四极杆电极结构Figure2.1Structureofquadrupole在xy方向的两组电极分别施加幅度相同，相位差180°的高频高压信号φVU)cos(+=ωtA和φVU))cos(+(-=ωtB[34,35]。在前式中，U代表高频高压信号中的直流成分，V代表高频高压信号中的交流成分的最大值，ω为角频
一种小型化质谱仪高压射频电源的设计与研制10率，t为时间。施加在四极杆上的高频高压信号会在四极杆结构内部形成一个近似的双曲电场，双曲电场的渐近线位于45°方向的位置，电场结构的示意图如图2.2所示[23]。图2.2双曲电场示意图Figure2.2Hyperbolaelectricfield带电离子在电场中会在电场力的作用下运动，由于电场中的xyz三个方向相互正交，并且在四极杆结构中，z方向为结构的径向方向且z方向没有电场力的作用，所以我们可以以x方向为例进行讨论：带电离子在双曲电场中受到的电场力的大小为所带电荷量e和电场强度xE之间的乘积：xxF=eE...(2.1)根据牛顿第二运动定律可知离子的运动方程为：22==xdxFmamdt...(2.2)其中，m为离子质量，a为加速度，x为在电场中所处的位置。四极场中任意一点(x,y,z)的电场强度可以用电位分布函数的偏微分形式进行求解，x方向的电场强度为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]四极质谱仪中偶极辅助四极激发仿真研究[J]. 郭琦,姜婷,汤扬,徐伟. 真空与低温. 2019(06)
[2]微型化质谱仪研究进展[J]. 向玉,侯晨月,徐伟. 生命科学仪器. 2019(03)
[3]小型化离子阱质谱仪在毒品快速采集与分析中的应用[J]. 富庆,尤晓明,金洁. 质谱学报. 2019(03)
[4]国产四极质谱仪的研发[J]. 杨云,徐宁,董华军,臧侃,郭方准. 大连交通大学学报. 2018(04)
[5]低真空环境下四极杆质量分析器灵敏度仿真研究[J]. 姜佩贺,周志权,陈焕文,赵占锋. 质谱学报. 2018(01)
[6]质谱计在行星系统与小天体探测中的应用[J]. 王馨悦,孙越强,李永平,唐萍. 深空探测学报. 2017(06)
[7]质谱仪在乳腺癌生物标记物研究中的应用[J]. 唐武芳,吴超超,范海伟,高强. 中国医疗设备. 2017(02)
[8]ICP/GC/MS联用技术的现状及发展前景[J]. 陈俭友. 化学工程与装备. 2016(09)
[9]质谱仪在深空探测中的应用[J]. 周志权,吕浩,张栋,陈焕文,赵占锋. 质谱学报. 2015(06)
[10]小型化质谱设计的探究[J]. 周浩林. 仪表技术. 2014(04)
博士论文
[1]数字离子阱质谱仪及新型离子激发方法的研究[D]. 薛兵.上海大学 2016
[2]四极场质量分析器的理论研究[D]. 罗婵.复旦大学 2011
[3]飞行时间质谱及串联质谱关键技术的系统研究[D]. 徐国宾.复旦大学 2010
硕士论文
[1]质谱仪的发展研究报告[D]. 姜啸龙.北京工业大学 2017
[2]低频射频识别技术研究[D]. 徐斌.西安电子科技大学 2013
[3]四极质谱仪新型工作方式研究[D]. 唐国强.天津大学 2008
本文编号：3013166
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