频分傅立叶变换离子阱质谱的理论与实验研究

The development of new mass spectrometry (MS) theory and instrument is critical to MS industrialization, more importantly; it is the key for discoveries in biology, chemistry and physics. In this work, based on frequency division theory, a new Fourier Transform Quadrupole Ion Trap MS (FT-QITMS) technique will be developed. To this purpose, high-order harmonic motion of an ion under different types of AC excitation will be first studied through mathematic modeling and multi-physics simulation. Different operation modes will be explored, including broadband and narrow-band excitation and detection. As a result, a FT-QITMS testing system will be set up and characterized, which will have the advantages such as high resolution, non-destructive nature, gas-phase ion reaction capability and etc. The success of this project will not only provide a new tool for biomolecule structure analysis and complex gas phase ion chemistry system analysis, but also benefit the development of general MS instrumentation.

质谱新原理和新仪器不仅是质谱产业化的基础，而且是科学家发现新现象、新原理的重要工具之一。本项目拟研究傅立叶变换离子阱频分原理，并通过实验开发频分傅立叶变换离子阱质谱分析方法。将具有高分辨率、非破坏性的傅立叶变换技术与具有多级质谱、气相离子反应等功能的离子阱技术有机结合。为此，项目首先通过数学建模和离子阱仿真，开展高次谐波激发离子瞬态响应特性研究，探索傅立叶变换离子阱频分原理及其工作模式。在此基础之上，结合电子信息领域内的先进理论和技术，搭建实验验证平台，考察频分傅立叶变换质谱分析方法在分辨率、离子无损检测、气相离子反应等方面的优势。项目如获成功，将为生物大分子结构分析、复杂体系离子/离子、离子/分子反应机理研究提供新的方法与工具，也可促进我国原创质谱仪器的研发。

质谱新原理和新仪器不仅是质谱产业化的基础，而且是科学家发现新现象、新原理的重要工具之一。本项目研究了傅立叶变换离子阱频分原理，并通过实验开发出了利用傅立叶变换质谱分析仪器实现离子碰撞截面积分析的方法。为此，项目首先通过数学建模和离子阱仿真，开展了高次谐波激发离子瞬态响应特性研究，探索傅立叶变换离子阱频分原理及其工作模式。在此基础之上，结合电子信息领域内的先进理论和技术，在傅里叶变换质谱仪仪器内实现了高分辨质谱、离子碰撞截面积的同时获取。同时，开发了基于离子阱的气相离子反应装置和产物富集技术，实现了气相离子交联反应，用于研究生物分子的空间结构。.在本项目资助下，团队发表SCI论文24篇，授权国家发明专利９项、美国发明专利３项，其中３项专利已经实现产业转化，开始服务于社会。项目成果获得2017年中国分析测试协会科学技术奖一等奖、部分成果与合作单位共同获得2017年国家科学技术进步奖二等奖。