title: 小型高分辨电子轰击离子源反射式飞行时间质谱仪的研制（何坚等，2012） original_path: /工作相关/Personnal/2017工作/质谱仪软件架构资料调研/质谱仪应用/小型高分辨电子轰击离子源反射式飞行时间质谱仪的研制_何坚.pdf file_size: 963 KB total_pages: 6 author: 何坚, 黄如俊, 李刚, 唐紫超, 林水潮 processed_date: 2026-09-20 method: PDF文本提取(pdftotext) status: done
小型高分辨电子轰击离子源反射式飞行时间质谱仪的研制（何坚等，2012）
文献信息
- 期刊: 分析化学, 2012, 40(10): 1616-1621
- DOI: 10.3724/SP.J.1096.2012.20403
- 作者单位:
- 厦门大学物理与机电学院分析仪器实验室
- 中科院大连化学物理研究所
- 厦门大学化学化工学院
- 基金: 中央高校科研业务费（2010121042）
研究背景
常用气体分析质谱仪多采用**四极杆质谱（QMS）**作为分析器，分辨率一般低于300，无法解决同质量数离子干扰问题。例如：
| m/z | 分子式 | 精确质量 | 最低分辨率要求 |
|---|---|---|---|
| 28 | CO⁺/N₂⁺ | 27.99437/28.00559 | 2500 |
| 43 | C₂H₃O⁺/C₃H₇⁺ | 43.01786/43.05426 | 1209 |
| 44 | CO₂⁺/N₂O⁺/C₂H₃OH⁺/C₃H₈⁺ | 43.98929/44.00050/… | 1209 |
TOF-MS优势：分析速度快、分辨率高、质量精度高、质量范围宽，是实现高分辨气体分析的最佳选择。
仪器设计
总体结构
仪器腔体总长仅45 cm，包含四个部分：
- 进样针系统
- 离子源及离子传输系统
- 质量分析器
- 离子检测器
真空系统
| 部件 | 型号/规格 | 抽速 |
|---|---|---|
| 分析器腔泵 | Hipace 300（Pfeiffer） | 260 L/s |
| 离子源腔泵 | Hipace 80（Pfeiffer） | 67 L/s |
| 分析器真空度 | 1×10⁻⁵ Pa | - |
| 离子源真空度 | 1×10⁻⁵ Pa（极限） | - |
EI离子源设计
采用Simion 3D软件仿真优化：
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 灯丝类型 | G4型小灯泡灯丝（线径0.1mm） |
| 电子能量 | 10~100 V可调 |
| 发射电流 | 40~500 μA（通常120 μA） |
| 电子入射狭缝 | 1mm × 2mm |
| 电子利用率 | ~2% |
| 离子引出效率 | ~30% |
质量分析器设计
采用离子垂直引入、双推斥脉冲场、栅网弥散场补偿和二级有网反射镜等技术：
| 区域 | 长度(mm) | 电压(V) |
|---|---|---|
| 脉冲区 | 12 | ±450 |
| 加速区 | 45 | +2012 |
| 无场区 | 210 | 0 |
| 反射区 | 110 | +783 |
| 入射狭缝 | - | 0 |
| 单透镜间距 | 7 | -32 |
| MCP | - | +720 |
实验结果
质量分辨率
- m/z 28处：分辨率 3100（FWHM），实现CO和N₂的半峰谷分离 ✓
- m/z 43处：分辨率 4000，C₂H₃O⁺和C₃H₇⁺能峰底分开
- m/z 69处：分辨率 5000（FWHM）
检测灵敏度
直接大气压进样空气测试：
| 物质 | 含量 | 检测限(S/N=3) |
|---|---|---|
| ¹³⁶Xe | 7.8 μg/m³ | 可检测 ✓ |
| ⁸⁰Kr | 2.8 μg/m³ | 可检测 ✓ |
动态范围
使用ADC采集时，动态范围达 10⁶
质量范围
检测范围 > 1000 amu，碎片离子分布与NIST标准EI谱图相似度良好
性能提升方向
- 灯丝改进：当前使用简易灯泡，电子发射电流仅120μA，常规过程气体质谱仪为mA级
- 径向磁场：未使用径向磁场加强电离效率，使用后灵敏度可提升数倍
- MCP电压：当前720V低于厂家标称800V，还有提高空间
- 脉冲频率：可进一步提高推斥频率，缩短采集时间
预计改进后，200 amu范围内对Xe的检测时间可缩短至1分钟。
应用前景
该仪器可作为：
- 高端气体分析质谱仪
- 车载质谱仪
- 台式GC-TOF-MS联用仪
应用于：过程监测在线分析、环境有机挥发物研究、热分析质谱、催化反应监测等领域。
关联文件
- 飞行时间质谱仪在线检测多环芳烃-张晓翔 — PAHs在线检测应用
- 飞行时间质谱仪国内研究状况及发展趋势-郭长娟 — TOF-MS研究综述
- 质谱数据存储格式调研 — 相关软件架构资料