靜電場離子漏斗聚焦新技術(shù) 促進質(zhì)譜儀靈敏度再升級
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】質(zhì)譜是分析測試中常用的儀器分析方法，質(zhì)譜分析可以通過極微量的樣品來確定該樣品的分子含量、分子式、分子結(jié)構(gòu)等，質(zhì)譜法是進行有機物鑒定的有力工具。且質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用也十分廣泛，在化學、生物、藥品、臨床、食品等多個領(lǐng)域大放異彩，再加上質(zhì)譜技術(shù)分析樣品時擁有靈敏度高、測量結(jié)果精準度高等優(yōu)點，因此其從研發(fā)至今一直備受關(guān)注。
近日，據(jù)中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院消息，該院健康所醫(yī)用光譜質(zhì)譜研究團隊提出了一種靜電場離子漏斗聚焦新技術(shù)，可在靜電場下實現(xiàn)對離子的高效聚焦引導(dǎo)，進而提升質(zhì)譜類儀器的靈敏度。相關(guān)結(jié)果作為封面文章已發(fā)表于國際分析領(lǐng)域頂級期刊Analytical Chemistry(《分析化學》)。
質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜(PTR-MS)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學研究、公共安全和食品科學等領(lǐng)域都有著極其重要的應(yīng)用價值。中科院合肥物質(zhì)科學研究院醫(yī)用光譜質(zhì)譜研究團隊歷經(jīng)十余年時間，通過對PTR-MS技術(shù)研究和儀器研制工作不懈努力，實現(xiàn)了PTR-MS儀器產(chǎn)品化。但前期研制的PTR-MS儀器在具有高靈敏的同時，還存在大功率和大體積的不足。針對大氣揮發(fā)性有機物(VOCs)車載監(jiān)測等需求，如何在減小體積和功率的情況下，保證較高的靈敏度是車載小型化PTR-MS發(fā)展的一個難題。
針對上述問題，研究團隊提出了一種靜電場離子漏斗聚焦新技術(shù)。文章稱，研究團隊開發(fā)了一種稱為直流離子漏斗 (DC-ion funnel) 漂移管的新型漂移管，由 20 個傳統(tǒng)環(huán)形電極和5個新型直流聚焦電極 (DC-FE)組成，用于質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法(PTR-MS)。離子軌跡模擬展示了 DC-FE 和 DC-離子漏斗漂移管的離子聚焦效果。
研究團隊將傳統(tǒng)的圓環(huán)狀電極改進為球面加網(wǎng)電極，并通過孔徑逐漸縮小的漏斗狀組合設(shè)計，實現(xiàn)靜電場下離子的高效聚焦引導(dǎo)。實驗表明，相比于傳統(tǒng)的反應(yīng)管結(jié)構(gòu)，新型結(jié)構(gòu)對于考察的8種VOCs靈敏度提升了3.8-7.3倍，且不破壞PTR-MS中的軟電離效果。研究團隊已圍繞該技術(shù)申請了專利，并將其應(yīng)用于大氣VOCs車載走航監(jiān)測的小型化PTR-MS中，相關(guān)儀器已成為政府部門和行業(yè)龍頭企業(yè)開展業(yè)務(wù)化監(jiān)測的重要工具。
此前，國務(wù)院印發(fā)了《計量發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》表明，要加強高端儀器設(shè)備核心器件、核心算法和核心溯源技術(shù)研究，推動關(guān)鍵計量測試設(shè)備國產(chǎn)化。該研究提出的靜電場離子漏斗聚焦技術(shù)是一種通用的離子聚焦引導(dǎo)，不僅可以拓展應(yīng)用于其他質(zhì)譜儀器中，更能為我國高端質(zhì)譜儀器自立自強提供關(guān)鍵支撐。
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