激光多价电离及其在质谱中的应用.doc

激光多价电离及其在质谱中的应用

TheMechanismofLaserMultipleIonizationand
ItsApplicationinMassSpectrometry

ZHAOWu-duo,ZHANGNa-zhen,WANGWei-guo,WUQing-hao,HUALei,
CUIHua-peng,CHENPing,WUJing,LIHai-yang
(DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian116023,China)

Abstract:Multiplechargedionsareproducedwhentheclustersareirradiatedwiththeintensitylaser,andtheionizationmechanismhasbeenstudiedexperimentallyandtheoretically.Themultiplechargedionsthatinteractwiththesamplewillsupplymoreusefulfragmentalionsinformationbecauseofitsmultiplecharges.Itispossiblethatthemultiplechargesionizationcanbeservedasanionsource.
Keywords:multiplechargedions;laserionization;cluster;massspectrometry

中图分类号：O657.63文献标识码：A文章编号：1004-2997（2010）增刊-0001-02

在医学领域，高价离子治疗癌症比传统的放射性在生理学上有很大的优越性。在材料学领域，高价离子注入制备纳米材料是一个非常前沿的科技，用其处理过的材料拥有良好的特性。此外，高价离子在印刷电路、半导体等方面也有应用。
在分析化学领域，可以用质谱通过对高价离子的比值分析来确定纳米粒子的元素组成[1]。高价离子在做二次离子源方面也有非常大的潜力，因此寻找稳定高价离子来源，对质谱应用领域的拓宽具有重要的意义。
人们很早就发现，强激光场与团簇相互作用时能够产生高价离子的现象。随着超短激光脉冲放大技术的发展，强激光与团簇的相互作用已成为一个重要的研究领域。在强激光场作用下团簇能够产生高价离子及高能电子，已出现了很多理论和模型解释这种现象。虽然关于理论研究的比较多，但有关激光电离团簇产生高价离子的应用报道很少。本研究将简单介绍一下激光高价离子的产生机制和在质谱领域中的应用及潜在应用。

1高价离子的产生机制
团簇在飞秒激光场中（功率密度1016W·cm-2）能够释放出keV的电子和MeV的高价离子[2-3]。但纳秒激光场（功率密度1011W·cm-2）与团簇相互作用时，虽然功率密度低了好几个数量级，实验中仍然可以产生高价离子[4]，这是因为作用的机理不同造成的[5]。
王卫国、张娜珍[5]等研究了激光的功率密度、波长等对高价离子的影响，并提出了“多光子电离—逆韧致吸收—电子碰撞电离”三步理论模型。激光的功率密度对高价离子的价态分布影响不大，只是影响离子的强度分布。波长对高价离子的产生影响显著，示于图1，激光波长越长，产物离子价态越高，1064nm主要的高价离子为C4＋，而532nm主要高价离子为C3＋，这主要是因为长激光波长有利于电子的逆韧致吸收，因而电离时产生的离子价态较高，对高价离子的影响明显。
在研究苯团簇激光电离实验的过程中发现了团簇的尺寸效应，团簇尺寸对高价离子的强度分布有着明显的影响。主要表现为大尺寸的团簇有利于高价离子的生成，小尺寸的团簇有利于低价离子的产生，这为控制高价离子产生又创造了一个条件。

图1脉宽5ns、功率密度1011wcm－2、波长分别为532nm和1064nm的苯团簇激光电离质谱图

2高价离子在质谱中的应用
在激光电离气溶胶方面，利用质谱分析高价离子的比值可以确定元素的组成。在离子源方面，高价离子具有很高的电势，用其电离生物及有机大分子样品将供更多的物质结构信息，因为高价离子电离是利用其高电势，而EI电离是利用电子的能量，存在本质的区别。此外，高价离子还可以应用在二次离子质谱和表面分析上面。

参考文献：
[1]李海洋,张娜珍.一种实时测量纳米粒子组成元素的飞行时间质谱仪:中国,200810229881.9[P].
[2]WabnitzH,BittnerL,DeCASTROARB,etal.MultipleionizationofatomclustersbyintensesoftX-raysfromafree-electronlaser[J]