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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 presenta el estudio computacional de la dinámica de iones confinados en un pozo de potencial anarmónico axialmente simétrico. El pozo es producido por una configuración de electrodos, un electrodo central en forma de disco con apertura axial conectado a una fuente DC de $-1kV$ y dos electrodos en los extremos cada uno de radio R, separados a una distancia L con respecto al electrodo central. Una fuente de radiofrecuencia (RF) de $5V$ de amplitud se conecta a uno de los dos electrodos con frecuencia que decrece desde los $MHz$ hasta los $KHz$ esta se utiliza para perturbar el sistema. El campo eléctrico en los nodos de la malla se calculó numéricamente a partir del potencial eléctrico, el cual es obtenido en aproximación cuasiestática $200$ veces por pseudoperiodo. El potencial eléctrico es calculado resolviendo la ecuación de Laplace en un esquema de diferencias finitas usando el método de relajación sucesiva. Para determinar el campo eléctrico en las posiciones de los iones en cada paso de tiempo se utilizó interpolación lineal en el tiempo y en el espacio. Para resolver la ecuación de movimiento se utilizó un esquema lepfrog. 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. Sus amplitudes de oscilación se incrementan debido a la resonancia con la fuente RF, lo cual favorece el fenómeno de extracción en la trampa electrostática. Este fenómeno ha servido de base para el diseño y construcción de espectrómetros de masas.
Palabras claves:
trampas electrostáticas, potencial anarmónico, perturbación de radio frecuencia, resonancia, extracción de iones.
Referencias:
[1] Ermakov, A. V., Hinch, B. J. (2010). An electrostatic autoresonant ion trap mass spectrometer. Review of Scientific instruments, 81(1), 013107.
[2] Brucker, G. A., Van Antwerp, K. D., Rathbone, G. J., Heinbuch, S. C., Schott, M. N., Hinch, B. J., Ermakov, A. V. (2013). U.S. Patent No. 8,586,918. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
[3] Birdsall, C. K., Langdon, A. B. (2004). Plasma physics via computer simulation. CRC Press.
