直流等离子仪

p style=" text-align: justify " 　　近日，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室与四川大学开展联合研究，发现在大气常压环境中磁场有效约束离子传播特性，并基于此研发出一种大气常压高效痕量检测磁约束微型质谱离子源。相关研究工作以通讯的形式发表在国际期刊Chemical Communications上。 /p p style=" text-align: justify " 　　直流辉光放电微型等离子体源，凭借其放电的稳定性和等离子体的非平衡特性，在化学分析和环境监测等领域有着独特的技术优势和广阔的应用前景。具有高灵敏度、高选择性和快速响应等特点的质谱法，已成为分析化学领域的核心技术之一，在痕量物种定性和定量检测中发挥着巨大作用。长期以来人们一直致力于提高质谱仪的分析性能。常压离子源，作为质谱仪的核心部件，主要作用是将样品解吸和电离，产生气态样品离子。能否有效将样品离子化和把离子化的待测物传输到检测入口，在很大程度上决定了整个质谱仪分析的灵敏度。 /p p style=" text-align: justify " 　　在大气环境中，一般通过气流将离子化的待测物输运到质谱仪检测入口。该种传输方式使得很大一部分离子逃逸到环境大气中损失掉，导致传输效率低下。为提高离子传输效率，该研究团队基于常压磁约束离子传播特性，提出一种大气环境中纵向磁场约束离子传输的新方法，研发出一种用于痕量物种检测与分析的大气常压磁约束微型直流辉光放电质谱离子源。该方法关键在于：1)在弱电场中，气流和洛伦兹力共同作用离子，使之做螺旋运动，降低逃逸概率 2)利用离子与环境氮气和氧气等分子的集体碰撞效应，进一步减少约束半径，使得更多的离子传输到检测入口，增加离子传输效率。通过质谱分析，该方法成功地将样品质谱信号强度提高到原来的10倍，检测限可降低到原有的1/10，使得部分有机物待测样品的检测限达到几十PPt的水平。该项工作为化学分析和环境监测等领域提供了更为可靠的检测手段，为低温等离子体的应用拓展了新的研究方向。该工作受到科技部、国家自然科学基金委和中科院“西部青年学者”项目的资助。 /p p style=" text-align: justify " 　　近几年来，瞬态光学与光子技术国家重点实验室在等离子体基础研究领域实现了一次又一次原理上的创新和技术上的突破，取得了一系列原创科研成果。研究团队曾首次将“透镜扩束”概念引入低温等离子体领域，提出“电场透镜模型”，构建大气压均匀弥散放电新的基础理论，该项工作以封面和亮点文章发表于国际应用物理类学术期刊JAP (2017)。此外，在低温等离子体领域已连续8篇论文发表于国际学术期刊APL。上述成果为西安光机所等离子体学科的发展奠定了坚实的基础。 /p p style=" text-align: center " img title=" 大气常压质谱离子源.webp.jpg" alt=" 大气常压质谱离子源.webp.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/7631dd7f-9436-45d8-b144-ba3c9e5173cc.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　大气常压磁场约束离子运动轨迹及样品阿司匹林溶液质谱检测 /p p style=" text-align: justify " 　文章链接： a href=" https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c8cc05360j#!divAbstract" target=" _blank" https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c8cc05360j#!divAbstract /a /p p style=" text-align: justify " & nbsp /p

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室汤洁研究员课题组联合美国劳伦斯伯克利国家实验室教授Vassilia Zorba团队，在激光等离子体光谱研究领域取得重要进展。相关研究成果发表在Cell Reports Physical Science上。激光诱导击穿光谱(LIBS)是基于原子发射光谱学的元素分析技术，在多元素分析、实时快速原位测量等方面具备优势，且在定性识别物质与定量物质成分分析等领域具有重要的应用前景。目前，该技术在深空深海探测、地质勘探、生物医药以及环境监测等领域广泛应用。D-LIBS即放电辅助LIBS技术，通常是将火花放电或电弧放电与LIBS技术相结合来实现。以上两种放电模式具有放电功率密度大和电子数密度高的特点，在辅助元素定性和定量分析方面具有独特的技术优势。因此，利用放电辅助可以显著增强LIBS信号强度，从而达到提高分析灵敏度的目的。然而，D-LIBS在放电时电能消耗过大，同时从交变电压和电流中产生电磁脉冲，导致能源浪费和环境污染相关问题。这一负面因素加大了安全隐患和运行风险，更不利于社会倡导的节能减排和环境保护要求，进而限制了D-LIBS技术的进一步应用。因此，开发一种“两低一高”(低环境危害、低能耗、高分析灵敏度)的D-LIBS技术仍是物质分析领域中难度较大的挑战。针对上述问题，该团队提出离子动力学调制方法，对克服传统D-LIBS放电能耗大、安全风险高、环境危害大等不利因素，同时提高分析灵敏度具有显著改善效果。该工作借助这一方法，合理优化电极配置，有序调控放电模式，在有效增强光谱信号强度的同时，大幅降低放电能耗。关键创新点在于：(1)首次提出并利用激光诱导等离子体冲击波与外加电场空间零弧度耦合方式，实现有效放电区域全方位覆盖激光等离子体中粒子的扩散方向，离子的动力学特征从原始的向外扩散变更为放电空间内阳极和阴极之间的漂移运动。这种调制使得大部分离子被抓捕、约束在有效放电空间内，促进电能与激光等离子体耦合，大幅降低放电能耗。(2)突破传统D-LIBS方法，即仅在电容器放电过程中辅助LIBS，将放电增强LIBS拓展到电容器放电和充电的两个过程。采用直流电源与充电电容共同作用等离子体间隙的策略，使约束的带电粒子在电容放电结束后继续在电极之间漂移，并在毫秒尺度维持带电粒子电迁移运动特性，大幅延长等离子体寿命，进而实现火花和电弧放电的有序调控以及原子和离子光谱信号的选择性增强。上述研究有效解决了在D-LIBS中同时具备“两低一高”特性的关键技术难题。实验测试结果表明：与传统D-LIBS对比，该成果对于非平坦样品实现了在维持光谱信号2个数量级提升情况下，放电能耗降低了约1个数量级。结合经改进的小波变换降噪方法，D-LIBS中谱线信噪比、信背比以及稳定性相比原光谱均获得了显著提升。微量元素(Mg)的检出限从近百ppm降低至亚ppm量级。此外，与传统D-LIBS及其他LIBS增强技术相比，微量元素(Mg、Si)探测灵敏度提高近2个数量级。该研究有助于推动节能环保建设以及D-LIBS的广泛应用，同时，在低烧蚀激光功率密度的极端条件下，为D-LIBS微量或痕量元素定性与定量分析提供了有力的理论依据和技术支撑。研究工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、瞬态光学与光子技术国家重点实验室自主课题、中科院光谱成像技术重点实验室开放基金等的支持。离子动力学调制LIBS增强原理和思路

据国家知识产权局公告，钢研纳克检测技术股份有限公司申请一项名为“一种用于电感耦合等离子体质谱仪的聚焦传输透镜装置“，公开号CN117373899A，申请日期为2023年11月。专利摘要显示，本发明涉及电感耦合等离子体质谱仪技术领域，公开了一种用于电感耦合等离子体质谱仪的聚焦传输透镜装置，应用于三重四极质谱仪，设置在所述三重四极质谱仪的第一级四极杆与第二级多极杆之间或第二级多极杆与第三级四极杆之间；所述聚焦传输透镜装置包括：依次设置的透镜一、透镜二、透镜三，透镜一、透镜二、透镜三之间互不接触且相对距离可调节，所述透镜一、透镜二、透镜三的中心均开设有通孔，且通孔的中心处于同一水平轴；通过直流电压施加装置分别对透镜一、透镜二和透镜三施加零电压、正电压或负电压。本发明提供的聚焦传输透镜装置，能够实现对电压的灵活施加，实现离子的有效传输与聚焦，从而提高质谱仪的灵敏度。