新型数字离子阱及解离方法研究

Studies on molecular composition, structure and interaction are the most efficient way to understand its properties and functions. Among many scientific methods, mass spectrometry has been one of the most important methods of these studies. Based on our former work by ion-trap excitation and dissociation method, this project aims to investigate ion structure and ion motion dynamics with high-energy excited states via digital ion trap technology. Driven by digital square wave frequencies, precursor ions with different excited states are dissociated into fragment ions and information on ion motion dynamics and its interaction can be obtained by analyzing fragment ion structures. Additionally, combined with theoretical simulations, ion excitation frequencies and excitation energies under various ion excitation frequencies are calculated, and the dissociation law is thus concluded at different excitation energies. Our results would provide theory basis and experimental technology on molecular composition，structure and interaction studies. The research owns not only the theoretical significance, but also the practical application value in mass spectrometry research area.

研究分子的组成、结构及相互作用是了解分子性质和功能的最有效途径。在众多研究分子结构和组成的科学方法中，质谱技术已成为探索分子组成、结构、分子间相互作用以及其机理研究中最重要的科学手段之一。本项目在前期离子阱激发解离方法的研究基础上，采用新型数字离子阱技术研究气相分子的结构及其在高能量激发态下的离子运动动力学。利用数字方波频率驱动离子，得到离子在不同激发状态下解离的碎片离子并分析其相关结构，获得离子在离子阱中的运动动力学特征及分子间相互作用机理等信息。实验进一步结合理论模拟，计算离子在离子阱中的激发频率及离子在不同激发频率下的激发态能量，归纳总结离子在不同激发能量下的解离规律。本项目的研究成果将为用离子阱质谱研究分子组成、结构及相互作用提供理论基础和实验技术方法。该研究不仅具有理论研究意义，而且在质谱研究领域具有实际应用价值。

研究气相分子的结构以及生物小分子的离子共振激发与解离过程，是获得分子在高能量激发状态下解离产物以及离子动力学信息的重要方法之一。本项目在执行过程中，主要采用数字方波驱动离子阱质谱技术，基于自主搭建的新型数字离子阱仪器系统，运用理论模拟计算和实验结合的方法，研究了数字方波激发频率驱动离子活化及解离、动态方波激发频率解离技术等并获取更多的分子结构信息；研究了离子阱内离子运动轨迹和动态，计算出场半径；并进一步研究其在爆炸物和毒品快速筛查检测等方面的应用。主要研究内容如下：. 第一，搭建和优化新型数字离子阱仪器平台。采用理论模拟和实验研究相结合的方法，系统研究了两种数字方波激发频率驱动解离新方法，即数字方波共振激发技术和动态频率解离技术，研究发现共振激发频率驱动技术的解离效率要高，提高解离时碰撞能量和解离效率；动态激发频率驱动离子可获得更高的能量激发，促动离子在阱内激发解离，获取到更多的低质量碎片离子信息，有助于进一步了解分子结构信息。. 第二，继续研究了离子在阱内的运动轨迹和动态分布。首先通过理论模拟计算，计算出离子在不同的激发频率驱动的离子在有效场半径下运动轨迹和行程；进一步实验，测出的离子阱的场半径与理论计算基本吻合，该方法在研究离子在离子阱内的运动和轨迹分布具有很大的参考意义。. 第三，基于上述已完成的仪器平台和解离方法的研究，开展了一些毒品和爆炸物快速检测的应用实验。通过比较串联质谱碎片和创建的数据库，可以使用单次分析在 3 秒内识别出被检获的分析物，成功分析了 22 种非法毒品和 7 种爆炸物的丰富碎片。研究表明离子共振激发是快速分析非法毒品和爆炸物的有效方法。. 除了上述主要研究工作之外，还探索开展了离子阱高阶场成分的研究。.本项目执行期间共发表7篇学术论文；申请发明专利2项，已授权2项；一项技术成果转让。