新型三角形電極圓環(huán)離子阱的理論模擬研究

楊海洋　許崇晟　岳　磊　Mikhail Sudakov　潘遠(yuǎn)江　丁傳凡*(復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，上海市分子催化與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海00433)　(浙江大學(xué)化學(xué)系，杭州3007)

儀器裝置與實(shí)驗(yàn)技術(shù)

新型三角形電極圓環(huán)離子阱的理論模擬研究

楊海洋1許崇晟1岳磊2Mikhail Sudakov1潘遠(yuǎn)江2丁傳凡*1
1(復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，上海市分子催化與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200433)2(浙江大學(xué)化學(xué)系，杭州310027)

圓環(huán)離子阱由于其離子儲(chǔ)存能力明顯優(yōu)于相同體積下的三維離子阱，近年來(lái)被認(rèn)為是離子阱小型化發(fā)展的另一個(gè)重要方向。為進(jìn)一步優(yōu)化圓環(huán)形離子阱的質(zhì)譜性能，特別是質(zhì)量分辨能力，本研究提出了一種由三角形電極構(gòu)建的新型圓環(huán)離子阱，它由兩個(gè)完全等同的、截面為三角形的圓環(huán)電極及兩個(gè)大小不等的圓筒型電極所組成，離子通過(guò)共振激發(fā)方式彈出。通過(guò)理論模擬和對(duì)電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，獲得了具有非對(duì)稱(chēng)性的三角形電極結(jié)構(gòu)，通過(guò)改善圓環(huán)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電場(chǎng)分布，提高了離子引出效率和離子阱的質(zhì)量分辨能力，其中一種最優(yōu)化結(jié)構(gòu)的圓環(huán)離子阱對(duì)m/z 609離子的質(zhì)量分辨率達(dá)到1486。

圓環(huán)離子阱;理論模擬;不對(duì)稱(chēng)電極;質(zhì)量分辨;多級(jí)場(chǎng)分析

1　引言

四極離子阱質(zhì)譜儀是目前常用的質(zhì)譜儀之一。由于離子阱獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)，使得它不僅能夠?qū)﹄x子進(jìn)行質(zhì)量分析，具有離子儲(chǔ)存功能，更重要的是，離子阱質(zhì)譜還可以單獨(dú)完成串級(jí)質(zhì)譜分析和離子分子反應(yīng)等［1～5］。自1953年P(guān)aul等［1］提出離子阱概念以來(lái)，在過(guò)去的幾十年間，隨著質(zhì)譜應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，特別是所謂的實(shí)時(shí)、在線分析，發(fā)展便攜式小型化質(zhì)譜成為質(zhì)譜領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。

質(zhì)譜儀器的小型化也會(huì)面臨一系列技術(shù)上的挑戰(zhàn)，例如，對(duì)于傳統(tǒng)的三維離子阱，雙曲面電極的加工精度要求及離子檢測(cè)靈敏度等因素，限制了其體積的大小。后者是由于三維離子阱中存儲(chǔ)的離子呈點(diǎn)狀分布，當(dāng)離子阱結(jié)構(gòu)減小時(shí)，電荷間的庫(kù)侖相互作用會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的空間電荷效應(yīng)，使得離子儲(chǔ)存能力和質(zhì)量分辨能力都大大減小。

1977年，Bonner等［6］首次提出了圓柱型電極離子阱，將由雙曲面電極組成的傳統(tǒng)三維離子阱簡(jiǎn)化為由圓筒型電極和平板型端蓋電極所組成，大大降低了電極的加工難度，為離子阱的小型化開(kāi)辟了道路。但當(dāng)離子阱結(jié)構(gòu)減小時(shí)，空間電荷效應(yīng)增加，檢測(cè)靈敏度和質(zhì)量分辨能力減小的問(wèn)題依然存在。為此，研究者又很快開(kāi)發(fā)了線性離子阱，1995年，Thermo Finnigan公司推出了商業(yè)化的線性離子阱［7］，將離子的儲(chǔ)存從點(diǎn)分布拓展為線性分布，大大增加了離子阱的離子儲(chǔ)存能力，減小了空間電荷效應(yīng)對(duì)于離子阱小型化的影響。2004年，Cooks等進(jìn)一步提出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的矩形離子阱［8］，即使用平板電極構(gòu)成的線性離子阱，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了便攜式質(zhì)譜儀［9］。但其過(guò)于簡(jiǎn)單的電極結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了質(zhì)量分辨能力降低，為此，研究者又陸續(xù)提出了其它形狀電極的小型離子阱質(zhì)量分析器［10，11］，其中以三角形電極為基礎(chǔ)的線性離子阱［12］，對(duì)利血平離子m/z 609的質(zhì)量分辨達(dá)到1500以上，很好地平衡了電極加工難度和質(zhì)量分辨能力。

2001年，Lammert等提出了一種圓環(huán)型的新型離子阱結(jié)構(gòu)［13，14］，將傳統(tǒng)三維離子阱的旋轉(zhuǎn)軸由中心移至橫截面的外側(cè)，與線性離子阱類(lèi)似，該設(shè)計(jì)的目的是為了將離子在阱中的點(diǎn)狀分布擴(kuò)展為圓環(huán)狀分布，降低空間電荷效應(yīng)對(duì)于小型化的阻礙，相對(duì)于三維離子阱，相同結(jié)構(gòu)大小時(shí)能夠提高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)的離子儲(chǔ)存能力。2012年，Austin等提出了以圓柱型離子阱為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化的圓環(huán)離子阱［15］，但是過(guò)于簡(jiǎn)單的電極結(jié)構(gòu)不能很好地解決圓環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)于四級(jí)場(chǎng)的影響，且徑向出射的離子會(huì)受到向心力的影響，對(duì)甲苯離子m/z 92的質(zhì)量分辨率不足300。

2007年，Austin等提出了Halo ion trap［16］，它是由上下兩個(gè)中央開(kāi)孔的圓盤(pán)電極組成的離子阱，在圓盤(pán)上鍍有多圈環(huán)電極，并在不同的環(huán)電極上施加不同的射頻電壓，使得圓盤(pán)之間形成以四極場(chǎng)為主的圓環(huán)形電場(chǎng)分布，通過(guò)掃描射頻電壓及加在最里和最外兩個(gè)環(huán)電極上的激發(fā)電壓，離子會(huì)向圓盤(pán)中心出射，并被檢測(cè)。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)在于不用通過(guò)加工復(fù)雜的電極就能夠優(yōu)化得到適合于圓環(huán)離子阱的電場(chǎng)分布，但是其依然不能克服圓環(huán)離子阱質(zhì)量分辨能力較低的缺點(diǎn)，對(duì)甲苯離子m/z 92的質(zhì)量分辨率僅為100。

對(duì)于圓環(huán)離子阱，其圓環(huán)形的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在圓環(huán)型場(chǎng)中的離子會(huì)感受到外側(cè)電極具有更大的立體角，而內(nèi)側(cè)的電極具有較小的立體角，因而Lammert等曾對(duì)雙曲面進(jìn)行優(yōu)化［13］，得到具有不對(duì)稱(chēng)電極結(jié)構(gòu)的圓環(huán)離子阱，并獲得了比對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)更高的質(zhì)量分辨，但是具有不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的雙曲面電極的機(jī)械加工難度仍然非常大。而其它幾何結(jié)構(gòu)類(lèi)型的電極結(jié)構(gòu)還未見(jiàn)報(bào)道。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)理論模擬離子阱的性能篩選離子阱的最優(yōu)結(jié)構(gòu)已應(yīng)用于離子阱研究［17］，其中常見(jiàn)的模擬軟件有SIMION，AXSIM［18］，ITSIM［19］等。近年來(lái)報(bào)道的新型離子阱結(jié)構(gòu)，如陣列離子阱［20，21］、三角形電極離子阱［22，12］、圓弧形電極離子阱［23，24］等，都通過(guò)理論計(jì)算證明其可行性，并篩選其最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

由于圓環(huán)離子阱具有比線性離子阱更大的離子儲(chǔ)存能力，可能成為離子阱進(jìn)一步小型化的重要方向。本研究報(bào)道了一種以平板和三角形電極為基礎(chǔ)的圓環(huán)形離子阱，由于三角形電極具有可調(diào)節(jié)和易加工的特點(diǎn)，是簡(jiǎn)化不對(duì)稱(chēng)雙曲面電極的最佳選擇，通過(guò)理論模擬，優(yōu)化了圓環(huán)離子阱的各類(lèi)電極參數(shù)，最優(yōu)結(jié)構(gòu)對(duì)m/z 609離子的質(zhì)量分辨達(dá)到1486，已經(jīng)接近三角形線性離子阱的質(zhì)量分辨能力。

圖1　(a)三角形電極圓環(huán)離子阱的剖面圖 (b)為優(yōu)化前電極結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)時(shí)的右側(cè)截面圖(c)為優(yōu)化后電極結(jié)構(gòu)非對(duì)稱(chēng)時(shí)的右側(cè)截面圖Fig．1　(a)Profile of toroidal ion trapmass analyzerwith triangular electrode，(b)sectional view with symmetrical electrode and(c)sectional view with asymmetrical electrode after optimization

2　理論模擬

2．1三角形圓環(huán)離子阱的幾何結(jié)構(gòu)模型

本研究提出的三角形圓環(huán)離子阱的剖視圖如圖1a所示，它是由兩個(gè)完全等同的、截面為三角形的圓環(huán)電極及兩個(gè)大小不等的圓筒型電極所組成。兩塊三角形圓環(huán)電極和兩塊圓筒型電極相互垂直。這4個(gè)電極合圍成一個(gè)圓筒型的離子存儲(chǔ)空間。

三角形圓環(huán)離子阱的右側(cè)的截面圖如圖1b所示，其中，三角形電極的頂角(α1+α2)為140°，當(dāng)R= 30 mm時(shí)，取三角形底寬為12 mm;當(dāng)R=10 mm時(shí)，取三角形底寬為11 mm，離子引出槽內(nèi)外寬分別為0．8和3．5 mm，平板電極的厚度為2 mm，寬度為16 mm，y軸方向的場(chǎng)半徑為a=5 mm。其中，狹縫處半徑R，外環(huán)內(nèi)徑R+b2，內(nèi)環(huán)外徑R－b1，三角形電極的底部寬度D，頂角中的α1，均為在模擬過(guò)程中可以改變和優(yōu)化的參數(shù)，其中優(yōu)化后的不對(duì)稱(chēng)電極結(jié)構(gòu)如圖1c所示，其結(jié)構(gòu)中，b1≠b2，α1≠α2。

2．2模擬計(jì)算方法

在模擬計(jì)算中，通過(guò)繞z軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)獲得三角形圓環(huán)離子阱的三維幾何模型，通過(guò)SIMION8．1 (Scientific Instrument Services，Ringoes，NJ，USA)的計(jì)算獲得此離子阱內(nèi)的電磁場(chǎng)分布，精度為0．05 mm。

采用AXSIM軟件對(duì)離子阱的質(zhì)量分辨能力進(jìn)行模擬計(jì)算［18］，其中，離子與氣體的碰撞過(guò)程采用簡(jiǎn)化的硬球碰撞模型，碰撞氣為氦氣，氣壓為0．798 mPa，氣體溫度為300 K。選擇m/z 609，610，611的3種離子作為檢測(cè)物，離子碰撞截面為2．8 nm2。在模擬質(zhì)譜分析的過(guò)程中，每種離子取1000個(gè)用于離子冷卻和質(zhì)量分析過(guò)程的模擬計(jì)算，不考慮空間電荷效應(yīng)的影響，離子的初始位置為高斯分布，以x= R，y=z=0為中心，x、y、z方向分布半徑均為0．1 mm。

離子通過(guò)共振激發(fā)的方式彈出，其中RF信號(hào)的頻率為768 kHz，振幅的變化速度優(yōu)化至質(zhì)量分析過(guò)程的掃速約為1700 Da/s，AC信號(hào)的頻率選擇RF的三分頻，即256 kHz，電壓值根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)具體優(yōu)化，而質(zhì)譜信號(hào)根據(jù)不同離子彈出狹縫的時(shí)間計(jì)算得到。RF信號(hào)和AC信號(hào)耦合后施加在上下三角形電極上，內(nèi)外側(cè)的圓筒形電極施加相位相反的RF信號(hào)。

根據(jù)文獻(xiàn)［25］報(bào)道，對(duì)于像圓環(huán)離子阱這樣的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，是無(wú)法精確分析解Laplace方程的，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)軸附近的電場(chǎng)是不連續(xù)的。但是在遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)軸的部分，可以將其近似為線性離子阱，并用多級(jí)場(chǎng)參數(shù)An(n=3，4，5，…)表示。

取圓環(huán)離子阱的一個(gè)二維截面，通過(guò)PAN33軟件，計(jì)算其多級(jí)場(chǎng)參數(shù)，取樣半徑為離子阱的場(chǎng)半徑，即5 mm。在多級(jí)場(chǎng)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程中，兩塊三角形圓環(huán)電極和兩塊圓筒型電極分別帶有+1和-1 V電壓。

3　結(jié)果與討論

3．1R=30 mm時(shí)的三角形圓環(huán)離子阱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

當(dāng)R=30 mm時(shí)，雖然圓環(huán)的曲率半徑較大，但還是對(duì)離子阱內(nèi)的電場(chǎng)分布具有獨(dú)特的影響。如圖2a所示，當(dāng)b1=b2=9．5 mm時(shí)，離子阱的場(chǎng)中心并沒(méi)有在截面的幾何中心上，即未與離子出射狹縫在一條水平線上，這導(dǎo)致其離子出射效率只有44．78%。

圖2　由SIMION8．1計(jì)算得到的離子阱截面的電場(chǎng)分布(a)具有對(duì)稱(chēng)電極結(jié)構(gòu)b1=b2=9．5mm(b)優(yōu)化b1的距離后的不對(duì)稱(chēng)電極結(jié)構(gòu)，b1=8．3 mm，b2=9．5mmFig．2　Electric field distribution in ion trap by SIMION 8．1(a)with symmetrical electrode，b1=b2=9．5mm;(b)asymmetrical electrode with optimized b1，b1=8．3 mm，b2=9．5mm

從圖2b可見(jiàn)，通過(guò)優(yōu)化b1，多級(jí)場(chǎng)中心很好的和狹縫對(duì)齊，位于離子阱的幾何中心，這也可以作為b1是否優(yōu)化至最佳的簡(jiǎn)單判斷標(biāo)志。優(yōu)化多級(jí)場(chǎng)中心是使三角形圓環(huán)離子阱具有良好性能的基礎(chǔ)，后續(xù)對(duì)于離子阱其它參數(shù)的優(yōu)化過(guò)程，都是在完成了對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)中b1的優(yōu)化后進(jìn)行的。

圖3　當(dāng)b2=9．5 mm時(shí)，調(diào)節(jié)b1對(duì)離子阱質(zhì)量分辨和離子出射效率的影響Fig．3　When b2=9．5 mm，the changing ofmass resolution and ions ejection rate by adjusting b1

圖4　在共振激發(fā)彈出條件下，m/z 609，610，611的3種離子的模擬質(zhì)譜圖Fig．4　Simulated mass spectra for m/z609，610，611 under resonance ejection conditions (a)R=30 mm，b1－b2=0;(b)R=30 mm，b1－b2=1．2mm;(c)R=30mm，b1－b2=1．6 mm;(d)R=10 mm，b1－b2= 2．64 mm，α1=71．5°．

在離子阱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，場(chǎng)半徑的優(yōu)化是非常重要的。在確定場(chǎng)半徑a=5 mm的前提下，調(diào)節(jié)b2的長(zhǎng)度(8．0～10．5mm)，如圖5所示，在場(chǎng)半徑比為5∶9．5時(shí)，質(zhì)譜性能達(dá)到最優(yōu)，對(duì)m/z609離子的質(zhì)量分辨率為1433。傳統(tǒng)的線性離子阱或矩形離子阱都是在場(chǎng)半徑接近1∶1時(shí)達(dá)到最佳分辨率，但是三角形電極和平板電極的組合，卻是在場(chǎng)半徑接近1∶2時(shí)達(dá)到最佳分辨率，這可能是因?yàn)楫?dāng)平板電極和三角形電極的兩端靠得很近時(shí)，會(huì)在四角形成高階場(chǎng)，影響離子在阱中的運(yùn)動(dòng)。

3．2R=10 mm時(shí)的三角形圓環(huán)離子阱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為進(jìn)一步探討小型化圓環(huán)離子阱的特性，在理論模擬過(guò)程中盡可能地縮小了圓環(huán)離子阱的體積。由于這類(lèi)三角形圓環(huán)離子阱在場(chǎng)半徑接近1∶2時(shí)性能較為優(yōu)秀，故選取R=10 mm，在如此小的半徑下，電極的彎曲產(chǎn)生的多級(jí)場(chǎng)可能對(duì)質(zhì)譜性能有更大的影響。

此時(shí)，當(dāng)b2=10 mm時(shí)，需要將b1調(diào)至7 mm才能使場(chǎng)中心和狹縫對(duì)齊，而此時(shí)內(nèi)外圓筒型電極的過(guò)度不對(duì)稱(chēng)又導(dǎo)致了離子在阱中運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定，離子的引出效率只有38．72%，因此希望能夠通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)狹縫的位置和內(nèi)圓筒型電極的半徑完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

圖5　場(chǎng)半徑對(duì)于三角形圓環(huán)離子阱質(zhì)量分辨的影響Fig．5　Effect of field radius onmass resolution of new toroidal ion trap

由于三角形電極的性能與頂角的大小直接相關(guān)，因此，在調(diào)節(jié)狹縫位置的過(guò)程中，保持三角形頂角為140°不變，且狹縫依然在正頂角處，從圖6可見(jiàn)，α1在67°～73°變化時(shí)，b2－b1的值也在不斷減小，狹縫的位置(α1)和內(nèi)環(huán)外徑(b1)可以同時(shí)優(yōu)化，使場(chǎng)中心和狹縫對(duì)齊。

隱意的產(chǎn)生機(jī)制指的是，話語(yǔ)參與者的概念信息和語(yǔ)言形式如何整合并構(gòu)建具備交際功能的隱意。雖然Bach指出隱意是邏輯上先于含意的語(yǔ)用充實(shí)層面，但是他沒(méi)有提出隱意產(chǎn)生的條件。阿卜杜外力等人提出了會(huì)話隱意產(chǎn)生的四個(gè)條件:說(shuō)話者的意圖、聽(tīng)話人的交際期待、合理的所言和語(yǔ)境的參與。［10］96-98基于此，本文從認(rèn)知語(yǔ)用學(xué)的視角對(duì)這些條件在隱意產(chǎn)生過(guò)程中的相互作用機(jī)制進(jìn)行探討。

在不同的狹縫位置的狀態(tài)下，對(duì)場(chǎng)半徑進(jìn)行了優(yōu)化，從圖7可見(jiàn)，當(dāng)α1為71．0°和71．5°時(shí)，最優(yōu)的場(chǎng)半徑是不同的，當(dāng)α1=71．5°，場(chǎng)半徑比為5∶10時(shí)具有最優(yōu)的質(zhì)量分辨能力，其對(duì)于m/z 609，610，611的3種離子的模擬質(zhì)譜如圖4d所示，離子通過(guò)共振激發(fā)的方式彈出離子阱，對(duì)m/z609離子的質(zhì)量分辨達(dá)到1486。

圖6　調(diào)節(jié)狹縫位置(即α1的角度)對(duì)優(yōu)化后的b2－b1距離的影響Fig．6　Effect of different position of slit on the distance of b2－b1after optimizing

圖7　當(dāng)α1為71．0°和71．5°時(shí)，不同場(chǎng)半徑對(duì)質(zhì)量分辨的影響Fig．7　Effect of field radius on mass resolution when α1=71．0°or 71．5°

3．3多級(jí)場(chǎng)參數(shù)分析

R=10 mm，α1=71．5°時(shí)，不同場(chǎng)半徑對(duì)應(yīng)的相對(duì)多級(jí)場(chǎng)參數(shù)(An/A2)(n=3，4，5，6)如圖8所示，盡管圓環(huán)離子阱的多級(jí)場(chǎng)參數(shù)不能被精確求得，但依然可以通過(guò)近似結(jié)果得出一些規(guī)律，在這類(lèi)圓環(huán)離子阱結(jié)構(gòu)中，隨著場(chǎng)半徑變化，A3，A6相對(duì)于A2始終為負(fù)，而A4相對(duì)于A2始終為正，且它們相對(duì)于其它多級(jí)場(chǎng)占比較大。其中A5處于較接近于0，且為負(fù)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)具有較好的質(zhì)量分辨能力，這類(lèi)似于在傳統(tǒng)的線性離子阱中，接近于0或者較少的正的A4能夠提高離子阱的質(zhì)量分辨。但是進(jìn)一步的規(guī)律還需要通過(guò)更多的案例佐證。

圖8　R=10 mm，α1=71．5°時(shí)，不同場(chǎng)半徑對(duì)于多級(jí)場(chǎng)參數(shù)的影響(An/A2，n=3，4，5，6)Fig．8　Relative high-order multipoles(An/A2for n=3，4，5，6)as a function of field radius when R=10 mm，α1=71．5°

4　結(jié)論

理論模擬作為離子阱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，已經(jīng)越來(lái)越得到大家的重視，本文通過(guò)理論模擬優(yōu)化得到一種新型的三角形電極圓環(huán)離子阱，通過(guò)截面為三角形和矩形的電極的不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，有效的解決了圓環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)于電場(chǎng)的影響，其中最優(yōu)結(jié)構(gòu)對(duì)m/z609離子的質(zhì)量分辨達(dá)到近1500。

本研究同時(shí)仔細(xì)分析了內(nèi)圓環(huán)電極的位置對(duì)于離子引出效率以及質(zhì)量分辨的影響，認(rèn)為當(dāng)場(chǎng)中心和出射狹縫對(duì)齊時(shí)為最優(yōu)狀態(tài)。并且通過(guò)使用截面為不等腰三角形的電極，有效解決了當(dāng)圓環(huán)電極曲率半徑小時(shí)對(duì)質(zhì)量分辨的影響。

為了驗(yàn)證理論模擬的結(jié)果，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證正在進(jìn)行。同時(shí)就如前言中所說(shuō)，離子阱的小型化是離子阱發(fā)展的重要方向，進(jìn)一步縮小離子阱的設(shè)計(jì)體積，提高離子儲(chǔ)存能力，簡(jiǎn)化電極結(jié)構(gòu)是我們努力的方向，希望未來(lái)能在圓環(huán)離子阱的基礎(chǔ)上得到更優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。

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Optim ization of Performance of Toroidal Ion Trap with Triangular Electrode by Theoretical Simulation

YANG Hai-Yang1，XU Chong-Sheng1，YUE Lei2，Mikhail Sudakov1，PAN Yuan-Jiang2，DING Chuan-Fan*1
1(Department of Chemistry and Laser Chemistry Institute，F(xiàn)udan University，Shanghai200433，China)2(Department of Chemistry，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China)

The toroidal ion trap is an ideal candidate forminiaturized ion trap because it hasmuch higher ion trapping capacity than a standard quadrupole ion trap of equal trapping dimensions．A novel toroidal ion trap mass analyzer with triangular electrode which contained a filament end cap，a detector endcap，an inner ring and an outer ring was reported．After designing and optimizing the electrodes by theoretical simulations，we found that the asymmetric triangle electrodes could reduce the affection from toroidal shape and improve the ion ejection rate and the mass resolution of the ion trap．The best design of the toroidal ion trap with a mass resolution of 1486 at m/z609 was obtained．

Toroidal ion trap;Theoretical simulation;Asymmetric electrodes;Mass resolution;High-order multipoles analysis

11 November 2015;accepted 4 January 2016)

10．11895/j．issn．0253-3820．150900

2015-11-11收稿;2016-01-04接受

*E-mail:cfding@fudan．edu．cn