质谱仪是一种定性和定量性能卓越的现代高端分析仪器,被广泛应用于环境监测、食品安全和医学制药等众多领域。近年来,质谱学领域中的研究热点和前沿方向之一是研制出一种具备现场分析和应急监测功能的小型化质谱仪,降低其研发和制造成本以及提高其综合分析性能（包括仪器检测限、质量分辨率、离子信号丰度等指标）。开发小型化质谱仪的关键技术之一在于设计合适的质量分析器,而双曲面电极线形离子阱质量分析器凭借其理论完善、综合性能良好、易于研究和分析等独特优势在质谱学领域中占据一席之地,其结构和性能的优化也是本文着重研究的内容。针对小型化离子阱质谱仪离子探测效率低的共性问题,本文提出一种非对称双曲面线形离子阱（Asymetric hyperboloid Linear Ion Trap,AhLIT）结构,拟通过理论研究和实验论证相结合的探究手段,建立AhLIT的仿真模型并进行优化,从模拟和实验两个角度来研究AhLIT的分析性能,特别是与离子探测效率相关的离子单向出射性能。本文具体的研究内容如下:（1）理论研究:利用SIMION和AXSIM等模拟软件,在性能优化后的对称双曲面线形离子阱结构（场半径r0=4.0 mm、X轴两侧电极与离子阱几何中心的距离rx=4.9 mm）的基础上,通过模拟仿真和参数调节来优化其离子出射方向（即X轴方向）上单个电极的单向拉伸距离,引入合理的非对称射频电场,使离子的运动中心向安装离子探测器一端的电极偏移,进而提高离子单向出射效率。模拟结果表明:当优化其X轴左侧电极的单向拉伸距离Δra=0.8 mm时,AhLIT的离子单向出射率高达90%以上,同时m/z 609离子的质量分辨率超过5100且m/z 1890离子的质量分辨率超过10500。（2）实验论证:为了进一步验证该AhLIT非对称结构的可行性,本文设计并搭建了对应的基于电喷雾电离源（Electrospray Ionization,ESI）的小型化非对称双曲面线形离子阱质谱仪平台,包括电离源、离子传输系统、质量分析系统、离子检测系统、真空系统和整机电控系统等独立子系统,详细阐述了仪器整体结构以及关键模块的研制。然后,通过PC端上位机软件下发控制参数,分别对测控系统的各个电信号进行调试,检验该测控系统是否符合该小型化非对称双曲面线形离子阱质谱仪平台的工作需求。最后,将ESI与小型化非对称双曲面线形离子阱质谱仪联用,配置多种实验样品溶液进行检测应用研究,并根据实验结果进行讨论和分析。测试结果表明:基于ESI的小型化非对称双曲面线形离子阱质谱仪平台整机性能良好,相比于对称结构的双曲面线形离子阱,非对称双曲面线形离子阱质谱仪在离子信号丰度方面可提高50%左右,并保证相当的高质量分辨率,大幅提高仪器的离子探测效率和灵敏度。本文基于构建非对称结构的线形离子阱提出一种实现离子单向出射的新思路——电极单向“拉伸”,该方法可适用于大多数线形离子阱。经优化几何结构后的非对称双曲面线形离子阱（AhLIT）,可在保证高质量分辨率的情况下大幅提高小型化质谱仪的离子探测效率,这对进一步开发基于双曲面线形离子阱的高性能小型化质谱仪具有重要的参考价值。