非對稱雙曲面線形離子阱的設計及性能研究

吳 輝，朱雯飛，葛賽金，張英軍，姚如嬌，李曉旭

(1.蘇州大學機電工程學院，江蘇 蘇州 215021；2.上海衛星裝備研究所，上海 200240)

離子阱質量分析器作為質譜儀的核心部件，憑借其結構簡單、靈敏度高、對真空度要求低及具有多級質譜分析功能[1]等優勢，成為小型化質譜儀[2-3]的首選，并得到廣泛應用。

三維離子阱[4](3D ion trap)是最早出現的商用離子阱質量分析器，由1個環電極和2個端蓋電極構成，但其對外部注入的離子捕獲效率低、易產生空間電荷效應[5-6]，還存在質量歧視大的問題。二維的線形離子阱[7](linear ion trap, LIT)改善了3D離子阱的缺點，顯著提高了離子的存儲容量和捕獲效率，質量歧視性明顯減小。傳統的線形離子阱由三段式雙曲面柱狀電極和2個端蓋電極組成，僅中間段的1對電極中央開設離子引出槽。而雙曲面電極通常具有加工難度高、組裝精度要求高等局限性。因此，多種簡化電極結構的LIT[8]相繼問世，如矩形離子阱[9](rectilinear ion trap, RIT)、PCB分壓離子阱[10](print circuit board ion trap, PCBIT)、三角形電極線形離子阱[11](triangular electrode linear ion trap, TeLIT)及半圓弧面線形離子阱[12-13](half round-rod electrode linear ion trap, HreLIT)等。然而，用簡化的電極結構取代傳統的雙曲面電極，離子阱內部會產生非線性高階場[14]，在一定程度上犧牲了LIT的分析性能。

近年來，隨著精密機械加工技術的迅速發展，如雙曲面慢走絲技術[15]和雙曲面組件加工工藝[16]等，雙曲面電極的加工精度[15-16]得到大幅提高，制造和加工成本也在逐步降低。同時，傳統的雙曲面電極LIT理論完善、靈敏度高、分析性能良好；其z軸的橫截面具有雙曲線性質，能構成以四極場為主的射頻電場，減少復雜的高階場成分，易于研究和分析。……