本文首先利用離子光學模擬軟件SIMION7.0, 對自制的電子轟擊離子源(EI) 進行模擬試驗, 獲得離子在EI 內的運動參數, 包括位置、速度。隨后, 利用相空間方法, 分析EI 各參數對其性能的影響, 包括各電極電壓對聚焦效果以及出射速度分散程度的影響, 并最終獲得EI 各參數對離子源發射度的影響。本文的研究能夠指導EI 的理論設計, 使其參數得到最優化,從而改善EI 的性能, 以實現EI與質量分析器最佳連接。

　　電子轟擊源(EI) 是質譜分析氣態樣品時常用的離子源之一, 能夠用于四極桿、飛行時間和磁式質量分析器, 在物理、化工、環境、能源、檢驗檢疫、公共安全等領域有著廣泛的應用 。在質譜儀器中, 離子源的作用有兩方面: 將被分析的物質電離成正離子或負離子; 把離子引出、加速和聚焦。由此可知,離子源性能是影響質譜儀器分析性能的關鍵因素之一。因此, 在進行離子源設計時, 必須首先分析離子源參數對其性能影響, 使得離子源參數最優化,實現離子源的最佳性能。

　　本文首先采用離子光學模擬軟件SIMION 7.0得到離子在自制EI 內的運動狀態。隨后, 利用相空間方法進行離子在自制EI 內的初始位置和自制EI的電參數對粒子束聚焦效果以及離子出射速度分散影響的研究, 并以此對自制EI 進行了改進。

1、自制EI 結構

　　自制GC-MS 離子源結構如圖1 所示。電離室R與極板C 構成了離子源的電離區域, 用于氣態樣品的電離。電離室R 上下有兩個開口N, 為電子入口。電極A 和電極B 組成了一組靜電透鏡, 用于將被離子化的樣品離子引出, 加速并聚焦。

圖1 自制電子轟擊離子源的結構圖

　　自制EI 的電離室R 的長度為6mm, 開口直徑為9mm。電極C 的開口直徑為5mm, 電極B 的開口直徑為5 mm, 電極A 的開口直徑為3.2 mm。電極A、B 和C 之間的間距為1mm。電子入口處的開口直徑為3 mm。電極A、B 和C 的厚度為0.5mm。

5、結論

　　基于SIMION7.0 的模擬試驗, 本文利用相空間方法分析了離子在離子源內初始位置和離子源電參數對離子出射時狀態的影響, 包括聚焦程度和速度分散。通過本文的分析可知, 離子在x , y , z 方向上的初始位置分散, 將使得離子從離子源出射時的相空間圖形發生變形, 這使得離子源的出射度不能與四極式質譜儀的接受度很好的匹配。有關如何實現離子源出射度如何與四極式質譜儀接受度的最佳匹配將在后續的報道中對其進行論述。

　　通過利用相空間方法進行離子源電參數對離子出射時狀態的研究, 可知在自制EI 原有的結構上,無論怎么調整離子源的電壓, 都無法實現離子在出射處的位置分散最小和速度分散最小。因此, 本文最后改了自制EI 的結構參數, 并利用相空間方法對其進行了性能分析。通過調整離子源B 電極電壓, 最終實現了離子在出射處位置和速度分散的最小化。

　　本文的研究為EI 的理論設計提供了方法。該方法能夠用于指導EI 參數的優化, 以實現EI與質量分析器的最佳連接。