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實驗室，上海00433)　(浙江大學(xué)化學(xué)系，杭州3007)

儀器裝置與實驗技術(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實驗室，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存能力明顯優(yōu)于相同體積下的三維離子阱，近年來被認(rèn)為是離子阱小型化發(fā)展的另一個重要方向。為進一步優(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，它由兩個完全等同的、截面為三角形的圓環(huán)電極及兩個大小不等的圓筒型電極所組成，離子通過共振激發(fā)方式彈出。通過理論模擬和對電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，獲得了具有非對稱性的三角形電極結(jié)構(gòu)，通過改善圓環(huán)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電場分布，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m/z 609離子的質(zhì)量分辨率達到1486。

圓環(huán)離子阱;理論模擬;不對稱電極;質(zhì)量分辨;多級場分析

1　引言

四極離子阱質(zhì)譜儀是目前常用的質(zhì)譜儀之一。由于離子阱獨特的幾何結(jié)構(gòu)，使得它不僅能夠?qū)﹄x子進行質(zhì)量分析，具有離子儲存功能，更重要的是，離子阱質(zhì)譜還可以單獨完成串級質(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，在過去的幾十年間，隨著質(zhì)譜應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，特別是所謂的實時、在線分析，發(fā)展便攜式小型化質(zhì)譜成為質(zhì)譜領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。

質(zhì)譜儀器的小型化也會面臨一系列技術(shù)上的挑戰(zhàn)，例如，對于傳統(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的離子呈點狀分布，當(dāng)離子阱結(jié)構(gòu)減小時，電荷間的庫侖相互作用會導(dǎo)致嚴(yán)重的空間電荷效應(yīng)，使得離子儲存能力和質(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辟了道路。但當(dāng)離子阱結(jié)構(gòu)減小時，空間電荷效應(yīng)增加，檢測靈敏度和質(zhì)量分辨能力減小的問題依然存在。為此，研究者又很快開發(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］，將離子的儲存從點分布拓展為線性分布，大大增加了離子阱的離子儲存能力，減小了空間電荷效應(yīng)對于離子阱小型化的影響。2004年，Cooks等進一步提出了結(jié)構(gòu)簡單的矩形離子阱［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)計了便攜式質(zhì)譜儀［9］。但其過于簡單的電極結(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］，對利血平離子m/z 609的質(zhì)量分辨達到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)，與線性離子阱類似，該設(shè)計的目的是為了將離子在阱中的點狀分布擴展為圓環(huán)狀分布，降低空間電荷效應(yīng)對于小型化的阻礙，相對于三維離子阱，相同結(jié)構(gòu)大小時能夠提高數(shù)個數(shù)量級的離子儲存能力。2012年，Austin等提出了以圓柱型離子阱為基礎(chǔ)的簡化的圓環(huán)離子阱［15］，但是過于簡單的電極結(jié)構(gòu)不能很好地解決圓環(huán)結(jié)構(gòu)對于四級場的影響，且徑向出射的離子會受到向心力的影響，對甲苯離子m/z 92的質(zhì)量分辨率不足300。

2007年，Austin等提出了Halo ion trap［16］，它是由上下兩個中央開孔的圓盤電極組成的離子阱，在圓盤上鍍有多圈環(huán)電極，并在不同的環(huán)電極上施加不同的射頻電壓，使得圓盤之間形成以四極場為主的圓環(huán)形電場分布，通過掃描射頻電壓及加在最里和最外兩個環(huán)電極上的激發(fā)電壓，離子會向圓盤中心出射，并被檢測。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點在于不用通過加工復(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，對甲苯離子m/z 92的質(zhì)量分辨率僅為100。

對于圓環(huán)離子阱，其圓環(huán)形的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在圓環(huán)型場中的離子會感受到外側(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等曾對雙曲面進行優(yōu)化［13］，得到具有不對稱電極結(jié)構(gòu)的圓環(huán)離子阱，并獲得了比對稱結(jié)構(gòu)更高的質(zhì)量分辨，但是具有不對稱結(jié)構(gòu)的雙曲面電極的機械加工難度仍然非常大。而其它幾何結(jié)構(gòu)類型的電極結(jié)構(gòu)還未見報道。

近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，通過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］，其中常見的模擬軟件有SIMION，AXSIM［18］，ITSIM［19］等。近年來報道的新型離子阱結(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，都通過理論計算證明其可行性，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存能力，可能成為離子阱進一步小型化的重要方向。本研究報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，是簡化不對稱雙曲面電極的最佳選擇，通過理論模擬，優(yōu)化了圓環(huán)離子阱的各類電極參數(shù)，最優(yōu)結(jié)構(gòu)對m/z 609離子的質(zhì)量分辨達到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)對稱時的右側(cè)截面圖(c)為優(yōu)化后電極結(jié)構(gòu)非對稱時的右側(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，它是由兩個完全等同的、截面為三角形的圓環(huán)電極及兩個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個電極合圍成一個圓筒型的離子存儲空間。

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，取三角形底寬為12 mm;當(dāng)R=10 mm時，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，均為在模擬過程中可以改變和優(yōu)化的參數(shù)，其中優(yōu)化后的不對稱電極結(jié)構(gòu)如圖1c所示，其結(jié)構(gòu)中，b1≠b2，α1≠α2。

2．2模擬計算方法

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

采用AXSIM軟件對離子阱的質(zhì)量分辨能力進行模擬計算［18］，其中，離子與氣體的碰撞過程采用簡化的硬球碰撞模型，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種離子作為檢測物，離子碰撞截面為2．8 nm2。在模擬質(zhì)譜分析的過程中，每種離子取1000個用于離子冷卻和質(zhì)量分析過程的模擬計算，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。

離子通過共振激發(fā)的方式彈出，其中RF信號的頻率為768 kHz，振幅的變化速度優(yōu)化至質(zhì)量分析過程的掃速約為1700 Da/s，AC信號的頻率選擇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)譜信號根據(jù)不同離子彈出狹縫的時間計算得到。RF信號和AC信號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。

根據(jù)文獻［25］報道，對于像圓環(huán)離子阱這樣的旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，是無法精確分析解Laplace方程的，因為在旋轉(zhuǎn)軸附近的電場是不連續(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，并用多級場參數(shù)An(n=3，4，5，…)表示。

取圓環(huán)離子阱的一個二維截面，通過PAN33軟件，計算其多級場參數(shù)，取樣半徑為離子阱的場半徑，即5 mm。在多級場參數(shù)的計算過程中，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時的三角形圓環(huán)離子阱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

當(dāng)R=30 mm時，雖然圓環(huán)的曲率半徑較大，但還是對離子阱內(nèi)的電場分布具有獨特的影響。如圖2a所示，當(dāng)b1=b2=9．5 mm時，離子阱的場中心并沒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計算得到的離子阱截面的電場分布(a)具有對稱電極結(jié)構(gòu)b1=b2=9．5mm(b)優(yōu)化b1的距離后的不對稱電極結(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，通過優(yōu)化b1，多級場中心很好的和狹縫對齊，位于離子阱的幾何中心，這也可以作為b1是否優(yōu)化至最佳的簡單判斷標(biāo)志。優(yōu)化多級場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)對于離子阱其它參數(shù)的優(yōu)化過程，都是在完成了對每個結(jié)構(gòu)中b1的優(yōu)化后進行的。

圖3　當(dāng)b2=9．5 mm時，調(diào)節(jié)b1對離子阱質(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)化過程中，場半徑的優(yōu)化是非常重要的。在確定場半徑a=5 mm的前提下，調(diào)節(jié)b2的長度(8．0～10．5mm)，如圖5所示，在場半徑比為5∶9．5時，質(zhì)譜性能達到最優(yōu)，對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半徑接近1∶1時達到最佳分辨率，但是三角形電極和平板電極的組合，卻是在場半徑接近1∶2時達到最佳分辨率，這可能是因為當(dāng)平板電極和三角形電極的兩端靠得很近時，會在四角形成高階場，影響離子在阱中的運動。

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

為進一步探討小型化圓環(huán)離子阱的特性，在理論模擬過程中盡可能地縮小了圓環(huán)離子阱的體積。由于這類三角形圓環(huán)離子阱在場半徑接近1∶2時性能較為優(yōu)秀，故選取R=10 mm，在如此小的半徑下，電極的彎曲產(chǎn)生的多級場可能對質(zhì)譜性能有更大的影響。

此時，當(dāng)b2=10 mm時，需要將b1調(diào)至7 mm才能使場中心和狹縫對齊，而此時內(nèi)外圓筒型電極的過度不對稱又導(dǎo)致了離子在阱中運動的不穩(wěn)定，離子的引出效率只有38．72%，因此希望能夠通過同時調(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　場半徑對于三角形圓環(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，α1在67°～73°變化時，b2－b1的值也在不斷減小，狹縫的位置(α1)和內(nèi)環(huán)外徑(b1)可以同時優(yōu)化，使場中心和狹縫對齊。

隱意的產(chǎn)生機制指的是，話語參與者的概念信息和語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用充實層面，但是他沒有提出隱意產(chǎn)生的條件。阿卜杜外力等人提出了會話隱意產(chǎn)生的四個條件:說話者的意圖、聽話人的交際期待、合理的所言和語境的參與。［10］96-98基于此，本文從認(rèn)知語用學(xué)的視角對這些條件在隱意產(chǎn)生過程中的相互作用機制進行探討。

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

圖6　調(diào)節(jié)狹縫位置(即α1的角度)對優(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，不同場半徑對質(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多級場參數(shù)分析

R=10 mm，α1=71．5°時，不同場半徑對應(yīng)的相對多級場參數(shù)(An/A2)(n=3，4，5，6)如圖8所示，盡管圓環(huán)離子阱的多級場參數(shù)不能被精確求得，但依然可以通過近似結(jié)果得出一些規(guī)律，在這類圓環(huán)離子阱結(jié)構(gòu)中，隨著場半徑變化，A3，A6相對于A2始終為負(fù)，而A4相對于A2始終為正，且它們相對于其它多級場占比較大。其中A5處于較接近于0，且為負(fù)值時，對應(yīng)的結(jié)構(gòu)具有較好的質(zhì)量分辨能力，這類似于在傳統(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。但是進一步的規(guī)律還需要通過更多的案例佐證。

圖8　R=10 mm，α1=71．5°時，不同場半徑對于多級場參數(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)計的關(guān)鍵步驟，已經(jīng)越來越得到大家的重視，本文通過理論模擬優(yōu)化得到一種新型的三角形電極圓環(huán)離子阱，通過截面為三角形和矩形的電極的不對稱設(shè)計，有效的解決了圓環(huán)結(jié)構(gòu)對于電場的影響，其中最優(yōu)結(jié)構(gòu)對m/z609離子的質(zhì)量分辨達到近1500。

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

為了驗證理論模擬的結(jié)果，進一步的實驗驗證正在進行。同時就如前言中所說，離子阱的小型化是離子阱發(fā)展的重要方向，進一步縮小離子阱的設(shè)計體積，提高離子儲存能力，簡化電極結(jié)構(gòu)是我們努力的方向，希望未來能在圓環(huán)離子阱的基礎(chǔ)上得到更優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。

References

1PaulW，Steinwedel H．German Patent 944900，1956;U．S．Patent 2939952，1960

2Chunsing O，Schuessler H A．Intern．J．Mass Spectrom．Ion Phys．，1980，35:305－309

3McLuckey SA，Van Berkel G J，Glish G L．J．Am．Chem．Soc．，1990，112:5668－5677

4Dawson P H，Whetten N R．J．Vacuum Sci．Technol．，1968，5:11－23

5XU Fu-Xing，DANG Qian-Kun，CHEN Yin-Juan，YANG Kai，WANG Qiang，CHEN Bin，WANG Yuan-Yuan，DING Chuan-Fan．Chinese J．Anal．Chem．，2015，43(6):949～954徐福興，黨乾坤，陳銀娟，楊凱，王強，陳斌，汪源源，丁傳凡．分析化學(xué)，2015，43(6):949－954

6Bonner R F，F(xiàn)ulford JE，March R E，Hamilton G F．Intern．J．Mass Spectrom．Ion Phys．，1977，24:255－262

7Schwartz JC，Senko M W，Syka JE P．U．S．Patent 5420425，1995

8Ouyang Z，Wu G X，Song Y S，Li H Y，PlassW R，Cooks R G．Anal．Chem．，2004，76:4595－4605

9Gao L，Song Q，Patterson G E，Cooks R G，Ouyang Z．Anal．Chem．，2006，78:5994－6002

10LIMing，F(xiàn)EIQiang，CHEN Huan-Wen，JINWei，JIANG Jie，JIN Qin-Han，ZHOU Jian-Guang，XU Xiao-Yu．Chinese Journal of Scientific Instrument，2007，28(6)，1147－1152李明，費強，陳煥文，金偉，姜杰，金欽漢，周建光，許曉宇．儀器儀表學(xué)報，2007，28(6)，1147－1152

11JIANG Jie，F(xiàn)EIQiang，JINWei，LIMing，PANG Xiao-Dong，LIBin，F(xiàn)AN Zhi-Yong，XU Xiao-Yu，ZHOU Jian-Guang，JIN Qin-Han．Chinese J．Anal．Chem．，2007，35(9)，1387－1390姜杰，費強，金偉，李明，龐曉東，李彬，范志勇，許曉宇，周建光，金欽漢．分析化學(xué)，2007，35(9)，1387－1390

12Xiao Y，Ding Z Z，Xu C S，Dai X H，F(xiàn)ang X，Ding C F．Anal．Chem．，2014，86:5733－5739

13Lammert SA，PlassW R，Thompson C V，Wise M B．International Journal of Mass Spectrometry，2001，212:25－40

14Lammert SA，Rockwood A A，Wang M，Lee M L，Lee E．D，Tolley SE，Oliphant JR，Jones JL，Waite R W．J．Am．Soc．Mass Spectrom．，2006，17:916－922

15Taylor N，Austin D E．Inter．J．Mass Spectrom．，2012，321:25－32

16Austin D E，Wang M，Tolley SSE，Maas JD，Hawkins A R，Rockwood A L，Tolley H D，Lee E D，Lee M L．Anal．Chem．，2007，79:2927－2932

17CHEN Yi，TANG Fei，WANG Xiao-Hao．Chinese J．Anal．Chem．，2013，41(10):1577－1581陳一，唐飛，王曉浩．分析化學(xué)，2013，41(10):1577－1581

18Sudakov M．The 7th International Conference on Charged Particle Optics，Cambridge，UK，July 24－28，2006

19Bui H A，Cooks R G．J．Mass Spectrom．，1998，33(4):297－304

20LUO Chan，DING Chuan-Fan．Chinese J．Anal．Chem．，2012，40(7):989－995羅嬋，丁傳凡．分析化學(xué)，2012，40(7):989－995

21Li X，Jiang G Y，Luo C，Xu F X，Wang Y Y，Ding L，Ding C F．Anal．Chem．，2009，81(12):4840－4846

22SudakovM Y，Apatskaya M V，Vitukhin V V，Trubitsyn A A．J．Anal．Chem．，2012，67(14):1057－1065

23ZHANG Zhong-Yao，LICui-Ping，HUANGQi-Bin，LIBao-Qiang，LIZhi-Jun，ZHANG Lin．Journal of ChineseMass Spectrometry Society．，2014，35(3):244－249張眾垚，李翠萍，黃啟斌，李寶強，李志軍，張琳．質(zhì)譜學(xué)報，2014，35(3):244－249

24Zhang Z Y，Li C P，Ding C F，Xu F X，Li B Q，Huang Q B，Xia H X．Rapid Commun．Mass Spectrum．，2014，28: 1764－1768

25Wang M，Quist H E，Hansen B J，Peng Y，Zhang Z，Hawkins A R，Rockwood A L，Austin D E，Lee M L．J．Am．Soc．Mass Spectrom．，2011，22(2):369－378

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