靜電場離子漏斗聚焦新技術 促進質譜儀靈敏度再升級
【化工儀器網 項目成果】質譜是分析測試中常用的儀器分析方法，質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、分子結構等，質譜法是進行有機物鑒定的有力工具。且質譜技術的應用也十分廣泛，在化學、生物、藥品、臨床、食品等多個領域大放異彩，再加上質譜技術分析樣品時擁有靈敏度高、測量結果精準度高等優點，因此其從研發至今一直備受關注。
近日，據中國科學院合肥物質科學研究院消息，該院健康所醫用光譜質譜研究團隊提出了一種靜電場離子漏斗聚焦新技術，可在靜電場下實現對離子的高效聚焦引導，進而提升質譜類儀器的靈敏度。相關結果作為封面文章已發表于國際分析領域頂級期刊Analytical Chemistry(《分析化學》)。
質子轉移反應質譜(PTR-MS)技術在環境監測、醫學研究、公共安全和食品科學等領域都有著極其重要的應用價值。中科院合肥物質科學研究院醫用光譜質譜研究團隊歷經十余年時間，通過對PTR-MS技術研究和儀器研制工作不懈努力，實現了PTR-MS儀器產品化。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。針對大氣揮發性有機物(VOCs)車載監測等需求，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。文章稱，研究團隊開發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 個傳統環形電極和5個新型直流聚焦電極 (DC-FE)組成，用于質子轉移反應質譜法(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。
研究團隊將傳統的圓環狀電極改進為球面加網電極，并通過孔徑逐漸縮小的漏斗狀組合設計，實現靜電場下離子的高效聚焦引導。實驗表明，相比于傳統的反應管結構，新型結構對于考察的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申請了專利，并將其應用于大氣VOCs車載走航監測的小型化PTR-MS中，相關儀器已成為政府部門和行業龍頭企業開展業務化監測的重要工具。
此前，國務院印發了《計量發展規劃（2021－2035年）》表明，要加強高端儀器設備核心器件、核心算法和核心溯源技術研究，推動關鍵計量測試設備國產化。該研究提出的靜電場離子漏斗聚焦技術是一種通用的離子聚焦引導，不僅可以拓展應用于其他質譜儀器中，更能為我國高端質譜儀器自立自強提供關鍵支撐。
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