電-流體力學(xué)輔助、高效離子傳輸小型質(zhì)譜儀大氣壓接口

大氣壓接口是質(zhì)譜儀的一個(gè)重要組成部分，尤其在小型質(zhì)譜儀中，高效離子傳輸大氣壓界面已經(jīng)成為突破儀器的靈敏度、功耗、尺寸等性能瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。本課題通過(guò)交叉學(xué)科理論建模、仿真與實(shí)驗(yàn)研發(fā)了小型質(zhì)譜儀高效離子傳輸大氣壓接口，并基于理論設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了兩款國(guó)際上領(lǐng)先的微型質(zhì)譜儀器。項(xiàng)目首先建立一套基于新的電-流體力學(xué)模型的多學(xué)科仿真方法，首次實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模離子軌跡的快速仿真與表征?；诖朔椒?，設(shè)計(jì)集成離子光學(xué)與氣體整流技術(shù)的、小型質(zhì)譜儀大氣壓接口。項(xiàng)目創(chuàng)新型的開(kāi)發(fā)了脈沖針孔大氣壓接口；世界上首款微型毛細(xì)管電泳質(zhì)譜聯(lián)用儀；世界上最小的連續(xù)大氣壓接口微型質(zhì)譜儀。不僅為國(guó)際上微型質(zhì)譜儀的研發(fā)提供了新的路徑，也為我國(guó)未來(lái)微型質(zhì)譜儀器的產(chǎn)業(yè)化提供了理論基礎(chǔ)與思路。 2100433B

大氣壓接口是質(zhì)譜儀的一個(gè)重要組成部分，尤其在小型質(zhì)譜儀中，高效離子傳輸大氣壓界面已經(jīng)成為突破儀器的靈敏度、功耗、尺寸等性能瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。本課題欲通過(guò)交叉學(xué)科理論建模、仿真與實(shí)驗(yàn)研發(fā)小型質(zhì)譜儀高效離子傳輸大氣壓接口。項(xiàng)目將首先建立一套基于新的電-流體力學(xué)模型的多學(xué)科仿真方法，以首次實(shí)現(xiàn)對(duì)離子在通過(guò)高氣壓梯度條件下?lián)p耗路徑的研究（從開(kāi)放式離子源到質(zhì)譜儀內(nèi)部）。基于此方法，設(shè)計(jì)集成離子光學(xué)與氣體整流技術(shù)的、小型質(zhì)譜儀大氣壓接口。項(xiàng)目擬創(chuàng)新性的運(yùn)用大氣壓條件下的離子聚焦透鏡增大離子從離子源到質(zhì)譜儀入口的采集效率，同時(shí)利用氣體整流設(shè)備與真空條件下的離子光學(xué)透鏡減小由超音速膨脹效應(yīng)帶來(lái)的離子二次損耗。本研究如獲成功，將不僅為新型、高靈敏度小型質(zhì)譜儀的研發(fā)奠定基礎(chǔ)，電-流體力學(xué)方法還可以直接應(yīng)用于大型質(zhì)譜儀器的研發(fā)，促進(jìn)高性能質(zhì)譜儀器的原始創(chuàng)新與整體發(fā)展。

離子阱質(zhì)譜儀

利用離子阱作為分析器的質(zhì)譜儀稱(chēng)為離子阱質(zhì)譜儀。使用最多的是由高頻率電場(chǎng)進(jìn)行離子封閉的保羅阱（Paul trap）。由一個(gè)雙曲面截面的環(huán)形電極和上下一對(duì)端電極構(gòu)成。封閉在真空池內(nèi)的離子，通過(guò)高頻電壓掃描，將離子按m/z從池中引出進(jìn)行檢測(cè)。離子阱質(zhì)譜儀是一種低分辨時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀?？梢赃M(jìn)行msn的測(cè)定（通常n=2-6）。而且價(jià)格比其它類(lèi)型的串聯(lián)質(zhì)譜儀便宜。在有機(jī)物定性方面得到了很廣泛的應(yīng)用。2100433B

電感耦合等離子發(fā)射光譜-質(zhì)譜儀，是指以電感耦合等離子體作為離子源，將無(wú)機(jī)元素電離成帶電離子后通過(guò)接口部分將離子束從等離子體中提取進(jìn)入質(zhì)量分析器，再根據(jù)質(zhì)荷比不同，通過(guò)質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)的無(wú)機(jī)多元素分析儀器。ICP-MS可進(jìn)行多元素濃度快速分析和同位素分析，且具有高靈敏度、低檢出限、線(xiàn)性范圍寬、譜線(xiàn)簡(jiǎn)單、干擾少、分析精密度高、可分析元素范圍廣等特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)的ICP-MS儀器分為電感耦合等離子體、質(zhì)譜計(jì)、接口三個(gè)基本部分。由于質(zhì)譜和等離子體之間存在溫度、壓力和濃度的巨大差異，前者要求在高真空和常溫條件下工作，而后者則是在常壓下工作，所以接口是整個(gè)ICP-MS系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分。

ICP-MS儀器靈敏度特別高，因此在樣品制備期間需要特別注意避免污染問(wèn)題，待測(cè)液制備時(shí)用酸要考慮到可能引起的多原子離子干擾問(wèn)題，ICP-MS分析最好的酸介質(zhì)是硝酸。由于氫氟酸會(huì)腐蝕玻璃進(jìn)樣系統(tǒng)，所以在樣品測(cè)定時(shí)必須保證待測(cè)液中不含氟離子或者使用耐氫氟酸的進(jìn)樣系統(tǒng)。由于含鹽量過(guò)高會(huì)引起接口錐嚴(yán)重堵塞和基體抑制效應(yīng)，所以對(duì)待測(cè)液中含鹽量（TDS）有限制，一般控制在2%以下。2100433B

測(cè)定超痕量元素和同位素比值的儀器。由等離子體發(fā)生器，霧化室，炬管，四極質(zhì)譜儀和一個(gè)快速通道電子倍增管（稱(chēng)為離子探測(cè)器或收集器）組成。其工作原理是：霧化器將溶液樣品送入等離子體光源，在高溫下汽化,解離出離子化氣體,通過(guò)銅或鎳取樣錐收集的離子,在低真空約133.322帕壓力下形成分子束,再通過(guò)1～2毫米直徑的截取板進(jìn)入四極質(zhì)譜分析器，經(jīng)濾質(zhì)器質(zhì)量分離后，到達(dá)離子探測(cè)器，根據(jù)探測(cè)器的計(jì)數(shù)與濃度的比例關(guān)系,可測(cè)出元素的含量或同位素比值。其優(yōu)點(diǎn)是:具有很低的檢出限（達(dá)ng/ml或更低），基體效應(yīng)小,譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，能同時(shí)測(cè)定許多元素，動(dòng)態(tài)線(xiàn)性范圍寬及能快速測(cè)定同位素比值。地質(zhì)學(xué)中用于測(cè)定巖石、礦石、礦物、包裹體，地下水中微量、痕量和超痕量的金屬元素，某些鹵素元素、非金屬元素及元素的同位素比值。