离子在质谱仪中的运动不仅受到电场的影响,同时受到气体场的影响.在SIMION中通常使用硬球碰撞模型(HS)或统计扩散模型(SDS)对离子在多物理场中的运动情况进行模拟[1].本文从数学模型和理论基础出发,对两种模拟方法的根本区别、优势略势和适用范围进行了分析研究.HS模型的理论基础是分子动力学的基本方程,认为离子与气体分子的每一次碰撞均为完全弹性碰撞,通过插值的方法求解玻尔兹曼方程,同时忽略了离子与气体分子碰撞过程中化学反应的影响,得到离子的位置分布和离子束的漂移速度.然而,当模拟环境的气压增大即离子和分子数目显著增多时,HS模型的计算量太大,导致模拟速度十分缓慢同时对电脑提出了极高的要求,因此,HS模型仅适用于气压很低,真空度比较好的情况.SDS模型在分子动力学的基础上,引入了表征离子随机跳跃位移的物理量rjump,认为当离子质量远大于气体分子质量时,少数气体分子对离子的碰撞并不会改变离子的运动状态,此时离子仅做自由扩散运动,扩散运动的位移用rjump表征.只有当碰撞次数足够大时,离子的运动状态才会由于碰撞发生改变,该碰撞对离子带来的影响依旧使用分子动力学基本方程表示.SDS模型大大减少了模拟过程中的计算量,即使是在大气压条件下,也能比较快速的对离子的运动状态进行模拟,当气压较高时,SDS模型比HS模型得到的结果更加准确.但是,两种模型均忽略了模拟环境中空间电荷效应带来的影响,所以在某些情况下存在一定误差[2].接下来,我们通过质子转移反应质谱进行实验,验证了上述对两种模型的分析结果.