在质谱仪系统中,质量分析器影响着整个系统的分析性能。在众多质量分析器中,离子阱质量分析器凭借其结构简单、对真空要求低、可实现多级串联质谱分析等优点而得到广泛的应用。但是,传统双曲面结构的线性离子阱加工难度大、精度低、不易安装等缺点也在一定程度上制约了其发展。因此,本实验室提出了一种半圆弧面线性离子阱(Half round rod electrodes linear ion trap,HreLIT),但是与传统的双曲面线性离子阱相比,其分析性能有较大降低。离子阱的分析性能主要受其内部电场的影响,而内部电场主要由离子阱的电极结构和几何尺寸决定。因此,为了提升HreLIT的分析性能,本文将在前人的研究基础上采用两种电极结构优化方法:(1)优化离子阱电极半径和场半径的比值(r/r0);(2)优化离子阱出射方向上电极的“拉伸”距离。其实质也是通过优化几何尺寸来改变其内部电场,进而提升其分析性能。在研究途径上,本文采用理论模拟、仿真和实验验证相结合的方法。首先,通过几何建模、电场分析以及离子运动轨迹模拟等方法,对不同尺寸的HreLIT进行分析和性能评估。具体的模拟过程为:运用SIMION软件建立不同电极半径和场半径的比值(r/r0)和“拉伸”距离的HreLIT模型,并分析其内部电场分布;然后用AXISM软件对不同尺寸离子阱内部离子运动轨迹进行模拟,得到模拟质谱图,通过比较质谱峰的峰形和质量分辨率来比较不同几何结构HreLIT的分析性能。最后,在理论模拟的基础上,选取仿真结果较好的几何模型,进行HreLIT的实物加工制造,并搭建质谱仪系统进行实际的分析实验,以验证本文的模拟结果。通过软件模拟可知,电极半径和场半径的比值(r/r0)在1.08(5/4.6)到1.25(5/4)之间,通过调节“拉伸”距离均可以得到较好的质量分辨率,当扫描速率为1600amu/s时,质量分辨率可以达到3000以上。最后,根据模拟结果再结合实际经验,本文选取r/r0=5/4,“拉伸”距离分别为1.0mm和1.4mm进行实验验证。实验结果表明:在扫描速率为1800amu/s时,质荷比为609Da的离子质量分辨率可以达到1603,当扫描速率为323amu/s时,可以达到4060。与原有尺寸相比,优化后的HreLIT在质量分辨率等关键性能指标上有了较大提升,对基于HreLIT的质谱仪系统的设计和使用有重大的指导意义。最终本文的研究成果,即优化后的四面开槽的半圆弧面线性离子阱,已经应用于实验室最新一代小型质谱仪中。