2014论文

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四极离子阱中离子碰撞模型的研究

何睦一国许

摘要:离子阱中运动的离子与中性载气分子发生碰撞并交换能量，导致离子“冷却”，即离子运动的幅度减小。这种衰减过程的检测和分析对于获得样品性质，例如离子质量和离子反应横截面积是非常重要的。基于这一原理的检测技术广泛应用于FT-ICR等仪器[1]。目前研究离子碰撞机制的理论主要有朗之万碰撞模型[2]和硬球碰撞模型[3]，都有一定的局限性。本工作介绍了一种基于四极离子阱的混合碰撞模型，该模型有效地结合了朗之万碰撞模型和硬球碰撞模型的理论特点，使该模型能够合理、准确地描述离子阱中的离子衰减过程。用平均法求解朗之万碰撞模型、硬球碰撞模型和混合碰撞模型的运动微分方程，得到了三种模型的理论离子衰减轨迹。通过轨迹对比，可以得出不同模型对离子衰减过程的影响。为了验证混合模型的合理性，进行了基于Matlab的离子轨迹仿真实验，并对仿真数据进行了理论曲线拟合。模拟条件为:在几何尺寸为5×5mm的线性离子阱上施加频率为]MHz的射频电压，真空度为65438±0毫托，缓冲载气为氦气，样品为血管紧张素ⅱ(离子尺寸r0=0.883nm，质荷比m/z=523)，离子初始位置距子阱中心4mm， 并且模拟时间为100ms，q初步结果如下:在衰变初期(53ms之前)，离子的碰撞主要是硬球碰撞，之后的衰变以朗之万碰撞为主，即离子阱不同位置的离子因能量不同而碰撞不同，高能离子容易发生硬球碰撞，反之亦然。 传统模型无法描述这种衰减的全过程，但混合模型合理地反映了不同模型之间的变化，离子轨迹模拟实验验证了这一结论(如图)。采用朗之万、硬球和混合理论模型对模拟结果进行拟合，R~2分别为0.7447、0.988l和0.995438+02，即混合模型最能描述模拟结果。另一方面，样品离子的性质也会影响其衰减过程。高质量数大半径样品离子的衰减过程以硬球碰撞为主，反之则以朗之万碰撞为主。载气类型、温度、真空度、离子阱大小等因素也不同程度地影响离子碰撞模型。上述结果表明，混合模型能够合理地表示单一模型无法描述的离子衰减过程。通过对混合模型衰减过程的分析，可以获得样品的质量和大小信息，有助于提高离子阱质谱的检测效果。

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