面向現場套用的實用型質譜儀的研製

《面向現場套用的實用型質譜儀的研製》是依託清華大學，由余泉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向現場套用的實用型質譜儀的研製
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：余泉
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

質譜儀器是現代分析中的一種有效工具，而攜帶型質譜儀器的移動性能使它們在實時、原位的快速分析檢測方面具有無可替代的作用。研製攜帶型小型質譜儀的關鍵問題在於如何減小進樣系統、離子源、質量分析器以及電源系統等的體積和功耗，同時還要保證儀器的分析性能。本研究提出一種基於離子遷移譜（IMS）技術的小型常壓質譜儀系統。該系統將採用適合於現場檢測的簡化型電噴霧離子源，實現液體樣品的直接進樣和離子化。在分析器的設計上，為了提高IMS分析的靈敏度，我們將射頻技術引入到線性漂移管中，以此來束縛離子束在管中的遷移運動。本項目將首先針對食品安全檢測領域進行儀器的套用開發，這不僅有利於儀器結構和性能的最佳化設計，更能充分體現攜帶型質譜的套用價值，從而為將來儀器的市場化打下堅實的基礎。

結題摘要

質譜儀器是現代分析中的一種有效工具，而攜帶型質譜儀器的移動性能使它們在實時、原位的快速分析檢測方面具有無可替代的作用。研製攜帶型小型質譜儀的關鍵問題在於如何減小進樣系統、離子源、質量分析器以及電源系統等的體積和功耗，同時還要保證儀器的分析性能。本項目主要針對小型質譜儀系統中的關鍵部件及技術，包括攜帶型電噴霧離子源、小型射頻離子遷移譜技術以及低功耗射頻電源等進行研究。在離子源的設計上，通過對噴口結構的最佳化設計，利用高速氣流在毛細管噴口處產生的負壓實現了自吸式進樣，避免了注射泵的使用，而且通過氣體流速的調節也能控制進樣流速，另一方面，所使用的氣流也可以實現輔助霧化的效果，是一種理想的攜帶型電噴霧離子源。在遷移譜的設計上，項目通過在漂移管上增加射頻電壓來束縛離子在管內的運動，並詳細最佳化了裝置的幾何及電參數，由SIMION的仿真結果來看，離子的傳輸效率得到顯著提高，同時還能實現不同離子的有效分離。此外，項目還針對所設計的射頻遷移譜中的具體需求開發了一套低功耗射頻電源，也可以用於其它的小型質譜裝置中。本項目的研究使我們掌握了小型質譜儀中的幾個關鍵單元技術，並進行了驗證和調試，初步證實了這些技術的可行性，取得了包括論文、專利在內的多項研究成果，培養了多名研究生，為後續小型質譜儀整機系統的研究奠定了良好的基礎。