小型質譜儀器關鍵技術研究

《小型質譜儀器關鍵技術研究》是依託清華大學，由張新榮擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：小型質譜儀器關鍵技術研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張新榮
• 項目類別：專項基金項目

項目摘要

本項目針對小型攜帶型質譜設計中涉及到的離子源、質量分析器和檢測器等關鍵部件進行創新性研究，探索適於小型質譜設計的新原理、解決主要部件設計中涉及到的關鍵技術問題。研究內容包括：（1）將具有自主智慧財產權的DBDI離子源用於小型攜帶型質譜儀器，實現常壓下的解吸附與離子化功能；（2）設計一種能夠在常壓、長距離條件下實現離子遷移，並能夠依據離子遷移中質量/電荷比差異進行質量分離的新型質量分析器，擺脫質譜需要依賴真空體系的限制；（3）設計一種三維線性離子阱陣列，實現組分與基體成分的快速分離和多組分成分的同時分離，並適用於研究離子-離子反應的機理。在此基礎上，研究小型攜帶型質譜儀器在載人太空飛行器空氣品質檢測、食品安全相關農藥殘留快速檢測以及疾病標誌物快速篩選和疾病診斷方面的套用。

結題摘要

本項目針對小型攜帶型質譜設計中涉及到的離子源和質量分析器兩個關鍵部件進行研究，探索適於小型質譜設計的新原理、解決主要部件設計中涉及到的關鍵技術問題。項目執行期間在小型質譜儀器關鍵部件和整機研究方面取得了以下有學術意義和實際套用價值的研究成果：（1）設計了三種基於DBDI 原理的常壓離子源，對其性能進行了評價，證明這類離子源結構簡單，離子化效率高，能夠很好地用於小型質譜儀器；（2）對小型質譜儀器的接口技術進行了研究，設計了一種適合小型質譜的大氣壓接口，能夠在小型質譜特有的真空系統下進行工作；（3）設計了三種適於小型質譜的質量分析器，分別為矩形離子阱質量分析器、陣列離子阱質量分析器、以及基於MEMS技術的晶片式離子阱陣列質量分析器；（4）對常壓離子分離系統進行了研究，設計了一種高場非對稱波形離子遷移譜（FAIMS）；（5）對整機系統的性能參數進行了評價，並將其套用於室內和密閉空間環境氣體的檢測、呼吸氣體的檢測以及部分農藥殘留物的檢測。在項目執行過程中，我們還著重對質譜儀器的離子源系統進行了研究，提出了一種基於梯度電壓的電噴霧離子源，能夠用於極小體積樣品中基質的去除，顯著提高待測分子的信噪比，該論文發表在德國套用化學雜誌上（Angew. Chem. Int. Ed. 52:11025, 2013）；我們設計了一種基於誘導電噴霧的質譜離子源，能夠調節多肽分子的電荷，使多肽分子形成單電荷的分子離子峰，從而不經過色譜分離，就可以實現混合物中多種多肽分子的分析，相關論文發表在美國分析化學雜誌上（Anal. Chem. 83: 8863, 2011）；此外，我們還研究了一種活體線上離子化的方法，可以直接對活體植物所含成分進行分析，在現場不穩定化合物分析方面有重要用途，相關論文發表在美國分析化學雜誌上（Anal. Chem. 84: 3058, 2012）。這些研究成果對於小型質譜儀器在現場檢測中的套用有重要意義。本項目執行期間共申請發明專利6項（均已公開，尚未授權），發表標註本項目編號的論文41篇。曾在加拿大、西班牙、中國台灣及大連等地召開的有關質譜分析研究的國際學術會議上作邀請報告4次，並多次在國內有關會議上作邀請報告。項目執行期間還培養博士生（畢業）8人，博士後（出站）3人。完成了計畫書的預定目標。