Comparaison expérience / simulation : dimère de PABA

Pour produire un jet de dimères de PABA, on prépare un barreau de PABA (M = 274 uma) comme déjà vu précédemment, mais cette fois en doublant le pourcentage massique de la poudre de PABA. Ceci a pour but de favoriser le phénomène de dimérisation. Les tensions appliquées au spectromètre sont focalisantes (Vext = 370 V, Vacc = 3500 V). La vitesse du jet mesurée par le hacheur mécanique est de 1435 m/s. La valeur optimale des tensions UH

appliquées aux plaques de déviation verticale, est de 50 V, ceci correspond au maximum de signal obtenu sur l’ion de (PABA)2⁺. Cette tension doit imposer alors une tache du jet centrée sur notre détecteur. En faisant varier progressivement cette tension de 10 à 100 V, la tache du jet correspondant à chaque cas doit occuper une position différente sur l’axe Y. Les résultats sont illustrés sur la figure 6.

A 10 et 100 V, on ne détecte pas de signal. Pour une tension de 10 V, le champ électrique correspondant, n’est pas du tout suffisant pour compenser l’effet de la vitesse initiale du jet. Les ions alors frappent au-dessus du détecteur. Pour une tension de 100 V, le champ électrique correspondant est trop fort par rapport à l’énergie cinétique en question, les ions cette fois sont partis dans le sens des Y négatifs, au-dessous du détecteur.

En augmentant progressivement la tension UH de 20 V à 90 V, les ions commencent à dévier de plus en plus dans le sens du champ électrique créé par les plaques de déviation verticales.

Figure 6 : Images des différentes taches du jet d’un dimère de PABA. Les tensions appliquées aux plaques de déviation verticales, sont indiquées pour chaque cas, à droite de l’image correspondante.

Figure 7 : Comparaison des différentes images d’un jet de dimère de PABA, obtenues par expérience et par simulation (tensions du spectromètre sont focalisantes ; lentille électrostatique appliquée ; Vitesse du jet = 1485 m/s). Les tensions appliquées aux plaques de déviation verticales, sont indiquées pour chaque cas, en dessus de l’image correspondante.

Les taches correspondantes vont se déplacer dans le sens de Y négatif. Vers 50 V la tache est centrée sur le détecteur (maximum de signal), l’image correspondante visualise seulement la partie détectée qui s’étend sur tout le détecteur. Si on continue à monter les tensions, le jet va commencer à se diriger vers les Y négatifs jusqu’à ce qu’on visualise l’extrémité haute de la tache (ce qui est les cas de 90 V, voir figure 6). Le même phénomène apparaît à 20V lorsque le jet part dans l’autre sens (Y positif). La petite partie du jet est alors détectée par le PSD et le reste des ions passent au dessus du détecteur vers les Y positifs.

Des simulations ont été faites pour le même jet de dimère de PABA à 1485 m/s, à travers le spectromètre de masse à temps de vol, et en présence de la lentille électrostatique. Comme pour l’expérience précédente, on fait varier la tension des plaques de déviation et on repère le signal sur le détecteur pour les deux valeurs permettant de visualiser expérimentalement les

extrémités de la tache des ions (20 et 90 V). La comparaison expériences / simulation est présentée dans la figure 7. Il s’agit de deux images expérimentales du jet obtenues respectivement à 20 et à 90 V, et de deux autres images correspondantes obtenues par simulation. On remarque que les simulations reproduisent bien les extrémités des taches expérimentales ce qui confirme quantitativement l’effet des fils sur l’éclatement du jet.

b) Simulations des trajectoires de gly-trp

à travers différents systèmes de fils

et de grilles

Les simulations de Colby, ont montré une déflexion ou une distorsion des trajectoires des ions selon les deux directions X, Y perpendiculaires à la direction d’arrivée des ions Z. Cette distorsion, dépend des gradients de champs de part et d’autre de la grille. Dans notre équipe nous avons testé grâce aux simulations différents systèmes de grilles et de fils afin de valider le choix des fils utilisés dans le montage expérimental.

1- Cas des grilles

Dans le but de visualiser les effets dramatiques de la distorsion des trajectoires des ions associée à la présence de grilles dans le spectromètre de masse à temps de vol, on a simulé les trajectoires d’un jet de gly-trp⁺ à travers une grille idéale (pas d’effet de distorsion) puis à travers une grille classique.

La grille idéale n’existe pas expérimentalement, c’est une possibilité de SIMION permettant de limiter proprement les champs sans subir les effets des micro-lentilles entre les fils de la grille. Cette grille "idéale" permet d’avoir la forme de la tache sur le détecteur sans aucun effet de distorsion. La grille réelle a la géométrie des grilles utilisées dans différents domaines de spectrométrie. Nous avons choisi des fils de 16 µm de diamètre avec des ouvertures carrées de 368 µm. Les résultats des simulations sont présentés dans la figure 8 :

- 8 a) grille idéale : La zone d’impact correspond directement à la projection de la zone ionisée sur le détecteur. La tache est de faible extension et non déformée. La transmission est de 100 %.

-8 b) grille réelle : La zone d’impact est déformée dans les deux directions. La tache s’étale sur une surface 50 à 100 fois plus importante que dans 8 a). La transmission de 87 % correspond bien à l’effet d’ombrage des deux maillages en série.

Figure 8 : Images du jet gly-trp+, obtenues en traversant respectivement une grille idéale (cas a), et une autre grille typique formée de fils de 16µm de diamètre avec des ouvertures carrées de 368µm (cas b).