高性能质谱计的设计方法

　　对双聚焦质谱计的离子光学进行了研究。对QQHQC(Q透镜、Q透镜、均匀扇形磁场、Q透镜、圆柱扇形电场)所组成的场配置的高性能仪器设计技巧也进行了描述.用计算机计算程序如何减小2级和3级像差，本文也作了详细的说明.给出了具有优异离子光学参数的质谱计的一些例子，并给出了计算机程序的全部清单。

　　1前言

　　为了得到高性能质谱计，首先必需寻找高性能的离子光学系统，笔者以前曾提出了各种双聚焦质谱计，在那些报告中，仅给出了最终结果，在此之前各种试探进行的过程则省略了记述。然而由于在实际考虑过程中既然是试探，也就不会全能得到良好的结果，

　　在多数情况下是根据某种经验进行有规则性地试探以求得最终结果。所以详细记述其过程也许对同一目的的研究者是一个很好的参考。基于这样的考虑这次与以前不同，是将质谱计的中间过程作为重点一并报告。而且本论文还给出了在改变离子光学系统各参数时聚焦性能的变化。作为设计的例子，我选择了用尽量小的磁铁而又能够得到高性能的质谱计。如果能够给大家一个借鉴的话，我将感到非常高兴。

　　2轨道计算法和目的

　　使用电场和磁场的小型高性能质谱计的研究已在文献了中进行了记述，请参看文献。这里就用个人电脑作轨道计算时的步骤和目的作些说明。所用的程序是将文献5中叙述的2级近似轨道计算程序扩展到3级近似的程序，其全部的程序在附录中给出。首先把该程序所使用的文字符号的离子光学意义作如下说明:

　　X与轨道平面平行的位置座标(x)

　　A轨道与光轴在x方向上的倾角(a)

　　C任意离子的相对质量偏差(γ）

　　D任意离子的相对能量偏差(δ）

　　Y垂直于轨道平面的位置座标(y)

　　B轨道与光轴y方向上的倾角(β)

　　这些文字符号同时也表示轨道最终位置的展开系数。例如D为为。因此双聚焦的条件是A=0，D=0。2级像差系数是AA、AD、DD、YY、YB、BB共6个。3级像差系数是AAA、AAD、ADD、DDD、AYY、AYB、ABB、DYY、DYB、DBB共10个。

　　其次，取配置如图1所示的QQHQC(四极透镜、四极透镜、均匀扇形磁场、四极透镜、圆柱形扇形电场)装置的质谱计。这个装置由于有如下特点，所以可视为高性能质谱计.

　　1.由于在离子源和磁场之间放置2个四极透镜，对离子束起聚焦作用，因而在垂直轨道平面的y方向上离子束变得很细，即使通过极狭的磁极间隙，也能得到很高的离子透过率。

　　2.四极透镜在离子轨道面x方向上有光学凹透镜作用，因而产生了小的虚像，因为像放大系数X(Ax)变小，所以即使用宽的狭缝也能得到高分辨本领。