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ESTUDIO COMPUTACIONAL DE LA EXTRACCIÓN DE IONES EN UNA TRAMPA ELECTROSTÁTICA CON POTENCIAL ANARMÓNICO Y PERTURBACIÓN DE RADIO FRECUENCIA 1 1 1 1 Autores Jhon F. Carreño , José A. Hernández , Saúl Pérez , Eduardo A. Orozco 1 Universidad Industrial de Santander, A.A. 678 Bucaramanga, Colombia [email protected] RESUMEN Las trampas electrostáticas son utilizadas generalmente para el confinamiento de iones, especialmente en dispositivos de espectroscopia de masas, en la cual se mide la razón masa-carga de dichos iones (M/Z). Este fenómeno se utiliza para la separación de los compuestos químicos. En este trabajo se analizó computacionalmente el proceso físico del confinamiento de Iones en una configuración de trampa electrostática. Los resultados comprueban que la geometría y configuración de la trampa, la razón (M/Z) y la amplitud instantánea de oscilación son las que determinan la frecuencia de oscilación de los iones confinados, efecto determinante para una futura extracción de iones. El potencial electrostático, a partir del cual se determina el campo eléctrico, es calculado mediante solución numérica de la ecuación de Laplace utilizando el método de relajación sucesiva. Las posiciones, velocidades y energías de los iones confinados se determinaron utilizando el método de leap-frog. INTRODUCCIÓN Y METODOLOGÍA R A L 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -6 6 -4 -2 0 2 4 -500 V -500 V Se presentan los resultados del estudio computacional de una trampa para confinamiento de iones con potencial anarmónico puramente electrostatico. La trampa se compone de dos electrodos extremos de radio R y profundidad L ubicados a lo largo y un electrodo central en forma de disco con apertura axial de diámetro A, para una mejor comprensión del sistema ver la figura 1. Figura 1. Geometría de la trampa. El potencial electrostático, axialmente simétrico, se calculó a partir de la ecuación de Laplace en coordenadas cilíndricas: Dicha ecuación, aproximada en diferencias finitas, es resuelta numéricamente utilizando el método de relajación sucesiva. La configuración de la trampa es tal que genera un pozo de potencial anarmónico como se muestra en la figura 2. El campo electrostático se calculó numéricamente a partir de los valores determinados del potencial V(i,j) en los puntos de la malla. La ecuación de movimiento para estudiar el confinamiento del ión se resolvió numéricamente utilizando un esquema Figura 2. Aproximación armónica para el potencial RESULTADOS CONCLUSIONES Y PROYECCIÓN Parámetros de simulación: Condiciones iniciales: x=1.5e-3*cos(theta) Ux = 2100 y=1.5e-3*sin(theta) Uy = 2400 z=2.0e-3 Uz = 0 Figura 3. Perfil del potencial electrostático en un plano longitudinal de la trampa. Figura 4. Proyección de la trayectoria del ión sobre un plano transversal a la trampa después de: (a) t=120 [µs], (b) t=200[µs], (c) t=300[µs] y (d) t=400[µs] Figua 5. trayectoria 3D del ión. Figua 6. posición radial del ión en función de su posición longitudinal. Mediante la configuración de la trampa, se confirma que por medio de la relación masa-carga (M/z) se pueden confinar iones. Se midió su frecuencia de oscilación y se comprobó que ésta depende de factores como las condiciones iniciales y la relación carga masa. Este efecto es determinante para la extracción de iones mediante una perturbación de radio frecuencias. Se planea continuar con el estudio del efecto de la perturbación de radiofrecuencias sobre la amplitud de oscilación de los iones, su frecuencia de oscilación y las condiciones del mantenimiento de la resonancia hasta producir la expulsión de los iones. REFERENCIA: [1] An electrostatic autoresonant ion trap mass spectrometer and 013107 (2010); doi: 10.1063/1.3276686 A. V. Ermakov B. J. Hinch, [2]12_514_339_Electrostatic_Ion_Trap-unitedState Patent Aplication Publication Ì CĶ LÖMŒM ŐCŃMŊM ŐĽ Frecuencia[Hz] 1 4,2735 0.5 6,0643 0.33 7,5245 0.2 9,9001 3,0817 3 2,5907 5 29.183 2 Tabla 1.Frecuancia para diferentes relaciones masa carga
