Molecular Dynamics Simulations of Electrosprayed Water Nanodroplets: Internal Potential Gradients, Location of Excess Charge Centers, and “Hopping” Protons
Notice bibliographique
Résumé
Water nanodroplets charged with excess protons play a central role during electrospray ionization (ESI). In the current study molecular dynamics (MD) simulations were used for gaining insights into the nanodroplet behavior based on classical mechanics. The SPC/E water model was modified to permit the inclusion of protons as highly mobile point charges at minimum computational cost. A spherical trapping potential was assigned to every SPC/E oxygen, thereby allowing the formation of protonated water molecules. Within a tightly packed nanodroplet the individual potential wells merge to form a three-dimensional energy landscape that facilitates rapid proton hopping between water molecules. This approach requires short-range modifications to the standard Coulomb potential for modeling electrostatic proton-water interactions. Simulations on nanodroplets consisting of 1248 water molecules and 10 protons (radius, ca. 21 A) result in a proton diffusion coefficient that is in agreement with the value measured in bulk solution. Radial proton distributions extracted from 1 ns MD runs exhibit a large peak around 14 A, in addition to substantial population density closer to the droplet center. Similar radial distributions were found for nanodroplets charged with Na+ ions. This behavior is dramatically different from that expected on the basis of continuum electrostatic theory, which predicts that excess charge should be confined to a thin layer on the droplet surface. One important contributor to this effect seems to be the ordering of water molecules at the liquid/vacuum interface. This ordering results in an electrical double layer, generating a potential gradient that tends to pull positive charge carriers (such as protons, but also others such as Na+ ions) toward the droplet interior. This deviation from the widely assumed surface charge paradigm could have implications for the mechanism by which protonated analyte ions are formed during ESI.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».