特约分享|四川大学分析仪器研究中心在电喷雾电离质谱常压接口的研究进展

        本期特约分享：四川大学分析仪器研究中心(RCAI)的何星亮博士生在Analyst 杂志发表了题为“From droplets to ions: a comprehensive and consecutive ion formation modelling in atmosphere pressure interface of electrospray ionization mass spectrometry”的研究性论文。论文通讯作者为四川大学分析仪器研究中心的赵忠俊副研究员和段忆翔教授。

        数值仿真是质谱仪器开发中必不可少的重要环节。当前用于电喷雾电离质谱常压接口(ESI-MS API)的数值模拟算法一般仅能对气相离子的轨迹进行仿真，而普遍无法对电喷雾电离中至关重要的带电液滴-气相离子转化过程进行模拟，其准确性有待提升。

图1.用于ESI-MS API的新型离子生成多物理场耦合模拟方法

        基于COMSOL Multiphysics和Ansys Fluent提出了一种用于ESI-MS API的新型离子生成多物理场耦合模拟方法。该方法通过对仿真软件标准模块二次开发引入了电喷雾电离中蒸发驱动的带电液滴演化过程，首次完成ESI-MS API中的动态带电液滴-离子转化过程可视化。仿真结果和实验表明，该模型更好地阐释了ESI-MS API中离子的演化机制并且能准确预测典型ESI-MS API结构中鞘气速度对离子传输效率及仪器信噪比的影响。

图2.（a）ESI-MS API内部速度场分布及温度场分布（b）不同鞘气速度下ESI-MS API喷雾区的初始液滴和二次液滴空间分布（c）ESI-MS API真空腔内的离子轨迹图

        该仿真模型在求解粒子运动的同时考虑了蒸发驱动的带电液滴库仑裂解，并将液滴追踪和离子光学模型结合，实现了液滴演化的全面连续数值模拟，并通过实验进行了验证，为电喷雾电离质谱仪结构优化和离子源参数调整提供了新的途径。

四川大学/西北大学分析仪器研究中心（RCAI）注重多学科交叉，重点研究分析化学新技术、新方法和新仪器。研究领域包括非侵入式医学诊断；新型质谱离子源与生物质谱技术；新型生物传感器及光纤传感技术；激光光谱和等离子体光谱分析技术与仪器；以及便携式分析仪器的研发。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/an/d3an00607g

撰稿人：四川大学分析仪器研究中心 何星亮

责任编辑：四川大学分析仪器研究中心/机械工程学院测控系 罗泽伟