基于CFD–DSMC方法的双离子化源（PI/EI）四极杆质谱仪的数值模拟与实验研究

《RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRY》：Numerical Simulation and Experimental Study of a Dual-Ionization Source (PI/EI) Quadrupole Mass Spectrometer Based on the CFD–DSMC Method

复杂气体混合物在线分析中光谱重叠问题通过双离子源质谱仪（DISQMS）结合光电子电离（PI）和电子电离（EI）解决，采用多物理场离子轨迹模拟优化仪器参数，验证了PI模式对有机物分子离子的高选择性检测，EI模式对无机气体高电离能物质的全谱检测能力，两者互补提升复杂体系分析效率。

　　

摘要

背景

在线分析复杂气体混合物时，常常会受到传统电子电离（EI）源产生的大量碎片化现象导致的光谱拥堵问题的阻碍。虽然光电离（PI）能够通过保持分子离子的完整性来提供清晰的质量谱，但其对低电离能物种的检测能力受到限制。

方法

为了解决这些问题，开发了一种集成了光电离（PI）和电子电离（EI）的双电离源四极杆质谱仪（DISQMS）。其设计和优化基于一种多物理场离子轨迹模拟方法，该方法将连续介质-稀薄流场与电场相结合。从采样毛细管到四极杆质量分析器的整个流场是通过混合计算流体动力学-直接模拟蒙特卡洛（CFD-DSMC）方法进行数值模拟的。

结果

在模拟的指导下，关键仪器参数得到了系统的优化，并通过实验验证了模拟模型的可靠性。在检测丙酮、苯和空气混合物时，采用PI模式获得了清晰的有机质谱；而在检测高电离能的无机气体（如N₂和O₂）时，则通过EI模式实现了对无机气体的全面检测，并获得了详细的碎片离子信息。

结论

成功开发并验证了DISQMS，并提出了一个多物理场离子轨迹模拟框架来数值优化仪器的灵敏度。研究表明，通过双模式功能可以实现有机和无机物种的互补检测。具体而言，结合EI提供的详细碎片离子信息与PI产生的清晰分子离子数据，可以有效促进光谱解析和分子结构的阐明。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据可向通讯作者索取，具体请求请通过合理途径提出。

同行评审

为了保证透明度，与本文相关的同行评审文件可在以下链接查看：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1002/rcm.70069。

第二轮评审
编辑决定信	2026/03/14
评审员2报告	2026/03/14
评审员1报告	2026/03/09
第一轮评审
编辑决定信	2026/03/04
评审员1报告	2026/03/04
评审员2报告	2026/03/01