四極桿和飛行時間質(zhì)譜是液相色譜-質(zhì)譜（LC/MS）、三重四極桿質(zhì)譜（QQQ）和四極桿-飛行時間質(zhì)譜（Q TOF）等質(zhì)譜儀器中必備的核心部件,也是我國亟待研發(fā)的國產(chǎn)化儀器。目前,國內(nèi)對質(zhì)譜儀器的研制熱情日益高漲,得到了國家相關(guān)部門的高度認(rèn)可和廣大研發(fā)人員的積極響應(yīng)。本綜述基于作者課題組多年的研制經(jīng)驗,從質(zhì)譜儀器研發(fā)的角度介紹實現(xiàn)離子光學(xué)系統(tǒng)和電子學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)原理。首先回顧四極桿的基本原理;然后著重討論加工和裝配精度對提高四極桿分辨率的重要性,以及四極桿尺寸選擇對射頻電壓控制的影響;最后重點介紹四極桿串聯(lián)振蕩電子學(xué)系統(tǒng)以及在系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的阻抗匹配,希望能為質(zhì)譜儀器研制提供參考。 

【文章來源】：質(zhì)譜學(xué)報. 2020,41(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

四極桿串聯(lián)振蕩電子原理圖

式(17)的函數(shù)曲線示于圖5,3條曲線對應(yīng)3個不同的Q值(Q1>Q2>Q3)。可以看出,當(dāng)外加信號頻率ω偏離電路的諧振頻率ω0時,I/I0均小于1。Q值越高,在一定的頻率下電流下降得越快,其諧振曲線越尖銳,說明電路的選擇性被電路的品質(zhì)因素Q所主導(dǎo),Q值越高選擇性越好。但是,Q值也表示串聯(lián)振蕩電路的電壓放大倍數(shù),放大倍數(shù)并不是越大越好。因此,研制人員需要設(shè)計和制作Q值合適的串聯(lián)振蕩電路,以保證四極桿處于滿意的諧振狀態(tài)。6 串聯(lián)振蕩的阻抗匹配

從上面的討論可知,射頻電壓將到達上千伏到幾千伏。為獲得精確的離子振蕩效果,四極桿射頻電壓系統(tǒng)是質(zhì)譜研發(fā)中最為重要的核心技術(shù)[25-28]。這里介紹一種串聯(lián)振蕩技術(shù),主要由電容C、電感L和內(nèi)源電阻Rs組成,其電子學(xué)原理圖示于圖3。該串聯(lián)振蕩的電子技術(shù)涉及到電感-電容(LC)振蕩電路和振蕩源之間的諧振,其復(fù)數(shù)阻抗Z為3個元件的復(fù)數(shù)阻抗之和,示于式(11)。其中,電阻值Rs是復(fù)數(shù)的實部,感抗與容抗之差是復(fù)數(shù)的虛部(即電抗),ω是外加信號的角頻率。當(dāng)j(ωL-1/ωC)=0時,電路處于諧振狀態(tài)(ω2=1/(LC)),電感L和電容C之間實現(xiàn)了巧妙的能量交換,電感釋放的磁能完全轉(zhuǎn)換成電場能并儲存進電容;而在另一時刻電容放電, 電容中的電場能又轉(zhuǎn)換成由電感儲存的磁場能。由于LC串聯(lián),兩者能量的交換以電壓極性變化的形式進行;但從等效阻抗的角度來看,兩者可以等效成一個阻值為零的電阻[29]。因此,LC串聯(lián)諧振時,容抗和感抗抵消,回路阻抗最小。恰恰是這種容抗和感抗的抵消,使得振蕩源電壓完全能夠加載在最小的回路阻抗上,此時電流幾乎通行無阻,因此串聯(lián)振蕩模式獲得的電流達到最大。Ζ=R s +jωL+(-j 1 ωC )= R s +j(ωL- 1 ωC )?????? ??? (11) Q= 1 ωC?R s = ωL R s ?????? ??? (12) V C =V L =Q?V s ?????? ??? (13)

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3509513