旋转电场中与离子迁移率相关的离子限制效应的特性研究

《Journal of the American Society for Mass Spectrometry》：Characterization of Mobility-Dependent Ion Confinement in Rotating Electric Fields

离子在旋转电场中的捕获特性与迁移率关系研究。采用八电极环结构施加45°相位偏移正弦波，在3.8-8.0 Torr低E/N条件下，通过质谱监测发现离子捕获强度与迁移率呈负相关，压力增大需提高电场强度达峰。定义无量纲参数α（离子速度/场旋转速度），最优捕获条件为0.1＜α＜1.5，揭示了电场强度、迁移率与旋转速度的协同作用机制。

　　

本文描述了在低电子数密度（E/N）条件下，基于离子在旋转电场中的运动特性实现离子约束的现象。为此，我们构建了一种包含八个分段环形电极的装置，并对这些电极施加了相位差为45°的正弦波信号。通过使用四极杆飞行时间质谱仪测量离子强度来评估离子约束效果。该装置（All Pressure Ion Confinement，简称APIC）的工作压力范围为3.8–8.0 Torr。实验中使用了两种由磷杂环烷和四烷基铵离子组成的混合物，这些混合物具有不同的离子迁移率，以评估APIC的离子传输性能。研究结果表明，离子约束效果与离子在旋转电场中的迁移率密切相关：随着压力的增加，达到最大离子强度所需的电场强度也随之增强。高迁移率的离子在相同压力下需要较弱的电场，而低迁移率的离子则需要较强的电场才能达到最大强度。我们还发现，离子约束效果还受到电场旋转速度的影响，这突显了平衡离子运动速度与电场旋转速度的重要性。我们定义了一个无量纲参数α，该参数反映了离子运动速度与电场旋转速度的比值。通过改变电场强度、离子迁移率和电场旋转速度，我们发现离子约束效果与α之间存在显著的相关性，当α介于0.1到1.5之间时，离子约束效果最佳。这些发现有助于预测离子在旋转电场中的迁移率依赖行为，并可为利用此类电场的离子光学系统的设计与操作提供指导。