仪器仪表学报

作者：周文兴，黄刚，蔡红华，董文平，杨清宇

单位：周文兴,1.西安交通大学自动化科学与工程学院西安710049； 2.中国航天员科研训练中心北京100094； 3.人因工程全国重点实验室北京100094),,黄刚,2.中国航天员科研训练中心北京100094； 3.人因工程全国重点实验室北京100094,,蔡红华,2.中国航天员科研训练中心北京100094； 3.人因工程全国重点实验室北京100094,,董文平,中国航天员科研训练中心北京100094,,杨清宇,西安交通大学自动化科学与工程学院西安710049,yangqingyu@xjtu.edu.cn,

关键词：小型四极杆质谱仪;多物理场耦合;离子轨迹模拟仿真;参数优化设计

针对小型四极杆质谱仪研制中工程约束条件多、技术迭代代价高、研制周期长等问题，为满足特殊场景对仪器小体积、轻重量、低功耗、长寿命及高可靠性的严苛要求，在系统分析产品特性和工程研制难点的基础上，建立了涵盖电离、传输、筛选、检测全过程的四极杆质谱仪物理模型和数学表达，并基于Lua语言集成开发了四极杆质谱仪性能仿真系统。该系统实现了温度场、流体场、真空场与电磁场的耦合计算，集成了离子全生命周期轨迹追踪、参数批量处理等12项核心功能，显著提升了工程适用性。通过批量化仿真，系统研究了EI源透镜出口孔径（1.5~3.5mm）、EI源伸入QMA深度（-0.5~0.5mm）及进样速率（0~1mL/min）3项关键工程参数对仪器性能的影响，确定了各参数最优的取值范围。仿真结果表明：透镜出口孔径为3.0mm时离子传输效率最高；EI源伸入深度为0.2mm时可有效抑制边缘场效应，使离子束空间分布更集中；进样速率在0.3mL/min时能在保证高信号强度的同时维持系统真空度。搭建实验平台验证了仿真系统的有效性，优化后质谱仪质量覆盖范围为m/z10~180，对全氟三丁胺(PFTBA)的检测信噪比（signaltonoiseratio,SNR）优异，性能满足设计要求。该性能仿真系统为小型四极杆质谱仪研发提供了关键技术支撑。

来源：2026年第1期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

查看仪器仪表学报杂志2026年第1期