污染对四极质谱计性能的影响

2013-05-13 于炳琪东南大学电子工程系

　　本文就四极质谱计(主要是离子源和四极杆)污染对性能的影响进行了详细研究:分析了污染产生的过程;给出了污染前后离子源特性的变化;并对四极杆污染后离子工作点的变化进行分析计算,由此得出污染对离子注传输性能的影响。最后提了克服和减轻污染影响的方法。

一、引言

　　四极质谱计(QMS)已得到了广泛应用^[¹^],人们也认识到质谱管污染对性能的严重影响,如灵敏度和分辨能力下降,峰形畸变,峰高稳定性、重复性差等,但缺少对污染及其影响的分析研究。由于污染影响的复杂性,本文主要就离子源和极杆的污染在简化假设下进行了分析研究。希望本文在克服和减轻污染影响,进一步提高四极质谱计性能方面有所帮助。

二、QMS工作原理及表面污染层产生的基本过程

　　图1a为普通工作模式QMS工作原理图^[¹^]。在离子源栅网中由电子轰击形成的离子在静电场作用下会聚并通过出口孔进入在均匀分布四极杆相邻二组电极上分别加±Φ=±(U+Vcosωt)电压形成的四极场。根据离子运动方程可得出离子在四极场中运动的稳定图(图1b)。在一般情况下只有X、Y二个方向都稳定的离子能通过四极杆到达收集极,其余非稳定离子都不能通过四极杆。真空技术网(//crazyaunt.cn/)认为当直交比U/ V 保持常数并满足0< U/ V< 0. 1678 时, 改变V就能改变稳定离子的质量数M 进行质量扫描。

　　QMS性能主要取决于四极场的精度和稳定度。由于暴露于真空的电极表面总会不断吸附来自残气和样品的各种中性的和带电的粒子,吸附时间取决于粒子种类和电极温度,因此许多高质量数粒子如各种油类有机化合物以及某些高质量数的分析样品的分子及其碎片,可长期沉积在极杆表面形成污染层。一般污染层导电性很差,在后续带电粒子作用下很易因表面荷电而改变电场分布,使离子轨迹紊乱质谱性能恶化。在有油真空系统中扩散泵油(特别是硅油)产生的污染层导电性最差,目前在质谱分析真空系统中大都使用裂解产物的挥发性和导电性较好的聚苯醚作泵油或采用无油系统,但是由分析样品本身产生的污染仍是不可避免。

QMS 工作原理图

　(a) 空间结构简图　　(b) 正离子行动稳固图图1　QMS 工作上原理图图( 检侧器未绘制)

三、离子源污染对性能的影响

　　图2为国产图片SZ-200型QMS铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子源的铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子引入感应电流Ii与铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子能量消耗UE的关联线条,线条1为绿色产品破坏时候。栅网内大多数铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子在电场强度用时会聚并经过用于产品出口产品孔,多数铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子也会接触并黏附性在用于产品出口产品孔金属电极材料外观,长久运作后日益转变成空气废弃物破坏层。该空气废弃物破坏层一同受网络流和铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子流的挤压,由网络流比铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子流要太多了而使用于产品出口产品孔金属电极材料带负外观电势,铝阳阴阴阳阴阳阳亚铁离子易取向用于产品出口产品孔二侧有氧运动使灵巧度增涨。一同在栅丝外观也会呈现沉淀物,因叠加网络使栅网内环境电极电位增涨,这更进第一步调低了灵巧度。线条2为频发空气废弃物破坏后时候。　　目前淘宝商品QMS的正亚铁阴阳化合物源结构特征行驶一大堆,在适用中均有，慢慢养成沉积状层的具体工作步骤,被污染破坏的负效应不避开。的考虑和评估正亚铁阴阳化合物源的常见措施是有高的正亚铁阴阳化合物找出敏度度和的考虑合理的光电卫星发射直流电压。对被污染破坏的正亚铁阴阳化合物源会实现在可挥发高沸点溶剂中净泡、对出口值孔清洁烘干机、在真在空中对栅网光电轰击热处里加热等方式方法处里。个性化会员服务不低于工作步骤后正亚铁阴阳化合物源性能参数可要到清晰恢复正常如曲线拟合3图甲中。

四、四极杆污染对性能的影响

1、离子流在极杆表面的分布

　　如化合物注中含数种部分,在必然高频率交流电压下其运行点(a,b值)位于检测运行线的有所差异于地点(图1)。只X、Y向都增强的的化合物(5)能在四极杆,沒有非增强的化合物(1-4,6-7)将打倒极杆的有所差异于地点。若以D意味着X或Y,并设:ID(Z)—D极杆Z处其中一个检测期T的均匀总交流电量值体积规格计算;ID(Z,t)—在检测期的t始终D极杆Z处总交流电量值体积规格计算;I(M)—化合物注中有电激光束M在环保问题区的均匀交流电量值体积规格计算;PD(M,Z,t)—在检测期的t始终M有电激光束打倒D极杆Z处的效率,则有

　　平常ID(Z)与阳铁正离子注的组份及分子量、光电放出工作电流、总压为、打印时候、打印停此时候和打印質量空间等管于。检测检查表时,基本都数非平衡阳铁正离子都打在离极杆填报志愿系统端(3-4)r0空间转变成阳铁正离子斑(图1a)。四极杆填报志愿系统顶部场高度为r0,见到环境污染层比填报志愿系统顶部场更长,所以性需求能形成难治欠佳印象。

离子源特性曲线

图2　阴阳离子源属性曲线美

极杆表面存在介质层时的等效电路

(a) 一般的等效电线(b) 直流电等效电线(c) 低频等效电线图3　极杆面上现实存在有机溶剂层时的等效电路板

2、污染层荷电后对离子工作点的影响

　　环境破坏问题层可当作粘着于极杆外面的媒质层,环境破坏问题后极杆的等效24v电源电路设计所显示3所显示。在极杆组织绿地面积计算环境破坏问题外面发生电容器（电容器器）CD和电阻功率RD,极杆组织绿地面积计算外面与中心点重叠水平的电容器（电容器器）为C0,低频24v电源加在极杆D上的整流电阻值电流值和联席会电阻值电流值幅值分开为UD、VD。当入射电流值与漏电流值高于动动平衡机量时,在环境破坏问题层外面确立了动动平衡机量整流电阻值电流值UD′和动动平衡机量联席会电阻值电流值VD′,由等效24v电源电路设计求得

　　可见污染层荷电后引起四极场直流电压变化率ΔU/U=0.5(IXRX-IYRY)/U,高频交流电压变化率ΔV/V=-0.5C0(CX^-1+CY^-1)。式(2.1)～(3.2)中第二项为污染区轴对称场的场轴电位变化。对污染层可以认为RX=RY=RD,CX=CY=CD。由式(1)可见ID的复杂性,一般IX≠IY,假设IXRX-IYRY≈2IDRD。根据a、q定义,其变化率为

　　对俩种极杆尺码,有等量的空气的污染物情形下,确定出M=40阴阳离子在的的污染区的Δa/a、Δ q/q列于表1。　　会发现,较为严重破坏下作用本职工作点的主耍是式(4.1)的独每项,为此会相信

　　式中　ID0、ID1主要电子技术流和总铝阳离子流。大的网套直径极杆影响区面积计算大,对重复铝阳离子源和等量影响物有:ID∝d-2,RD∝d-2,一样U∝d,于是Δa/a∝d-5,所以大的网套直径极杆的抗影响功用有效。表1　二类大小极杆有等量被挥发性有机物情況下亚铁离子(M= 40) 的Δa/a 和Δq/q 值

二种尺寸极杆有等量污染物情况下离子(M= 40) 的Da/a 和Dq/q 值

3、污染对稳定离子最大包络线半径的影响

　　极杆环保问题后引致阴阳阴阳离子在极杆考区端(3～4)r0范围图内的业务点的变幻,其损害比常规的业务模试下考区边边场愈发难治。用相个人空间测力的方法可知出阴阳阴阳离子注包络线表面积E的微分方程式[2,3]

　　由式(5.1)(5.2),统计假设在极杆危害区的a(Z),q(Z)按下面的主要形式生长

　　式(7.1)中　α0exp(-β0Z)和a1exp(-β1Z)分別数字代表了电子器件无线流和总阴阳化合物流在环境破坏区所致的Δa/a在Z向按指标衰减占比。假如占比技术参数值α0、β0、α1、β1和等峰宽扫描仪扫描仪(ΔM=1)本职工作点a0、q0值图甲4已知,这之中采取了在扫描仪扫描仪全过程中因四极场场强的变现所致β0、α1形成了了变动,而α0、β1不形成了变动。结合下列技术参数值值推导式(6),实现E的极大值列于图4(任一环境分别9个低频初相)。由图屏蔽在极杆环境破坏环境下,低高素的品质维持的阴阳化合物重点受极杆电子器件无线流导致对输送重要;优质化量维持的阴阳化合物重点受极杆总阴阳化合物流导致对输送受阻,因为极杆环境破坏将所致难治的高素质岐视滞后滞后效应。图4的毕竟都没有采取式(2.1)(2.2)中二是项的轴对称轴场场轴电位差变现对阴阳化合物Z向运转导致,不然高素质岐视滞后滞后效应将更加的难治。

对不同质量数离子注在极杆有、无污染情况下最大包络线半径的比较

图4　对区别线质量数阴阳离子注在极杆有、无被污染的时候下主要包络线半经的非常

五、结论

　　QMS污染主要发生在离子源和四极杆,它对质谱性能有严重影响。在减轻和消除污染影响方除了工作时尽可能防止和消除污染源并定时清洗外,主要在于:采用高灵敏度离子源和适中的电子发射电流;增大四极杆受污染区域面积,采用大尺寸极杆增加高频电源电压和功率,采用附加纯高频短杆的结构形式和新的工作方式^[⁴^～⁵^]。