等离子体火焰仪

仪器信息网讯 2013年2月，岛津公司推出了高灵敏度气相色谱系统Tracera。Tracera一经推出就受到了业内的关注，在5月15日召开的CISILE2013上，仪器信息网就Tracera的研发背景、特点及应用等采访了岛津分析仪器事业部市场部温焕斌。 高灵敏度气相色谱系统Tracera 　　Tracera是基于岛津GC-2010 Plus平台构建，最大的创新在于融合全新开发的介质阻挡放电等离子体检测器(BID)。据温焕斌介绍，“传统情况下，进行气体分析时，常常需要配置FID和TCD等多个检测器的系统气相，仪器结构复杂，分析灵敏度有限 在分析液体样品时，又常常需要根据不同的化合物更换不同的检测器，很多物质，如甲酸、甲醛、水等，我们无法用FID分析，这个时候会用到TCD，但是TCD又存在灵敏度不够的问题。还有痕量含卤素化合物，在FID上响应也很小，这又得换ECD检测器进行分析，总之，这些因素都会影响我们实验效果和效率。正是基于此背景，岛津开发了BID检测器技术，BID可同时分析无机气体和有机气体，也可分析液体样品，且灵敏度高于FID和TCD，对于以往需要同时使用FID和TCD的复杂分析而言，单独BID检测器就可以满足要求。BID检测器是岛津与大阪大学Katsuhisa Kitano博士的合作研究成果，5年前大阪大学开发了微型等离子体技术，然后岛津将其商品化，并结合岛津的气相色谱系统推出。目前，BID检测器已获得3项美国专利，还有4项专利在审批中。” 　　BID检测器主要具有以下三大特点： 　　(1)高灵敏度。BID检测器能够产生具有极高光子能量的氦等离子体。氦等离子体能够使样品成分离子化，从而实现高灵敏度分析。此系统比TCD的灵敏度高100倍以上，比FID的灵敏度高2倍以上，可以满足0.1ppm含量水平上所有类型痕量成分的分析需求。 　　(2)高通用性。单检测器解决方案轻松应对复杂分析需求。BID检测器可以满足除氦气和氖气之外所有有机和无机化合物的分析要求，比如，FID检测器对含C-H键化合物响应良好，是烃类化合物分析的理想选择。但FID检测器对羰基碳(C=O)化合物无响应，因此不能分析甲酸和甲醛。另外，FID对含有羟基(-OH)、醛基(-CHO)、卤素(F、Cl等)等化合物响应不好。相比较而言，BID检测器可以极大提高上述化合物的灵敏度，且灵敏度较为均一。 　　(3)高稳定性。 BID检测器的一个重要特点就是介质阻挡放电。使用低频电源从绝缘介质外部电极上放电，产生接近室温的低温氦等离子体，且和电极无任何接触，因此电极不用处于高温环境中，避免了“溅射”损伤，不会发生电极老化现象。 　　除了这三个特点外，BID检测器只使用氦气，无需氢火焰，因此对于限用FID检测器的实验室来说，BID检测器可以放心应用，非常安全。 岛津公司在CISILE 2013的展台 　　目前，市场上也有其他供应商提供同类型产品，谈及BID检测器的优势及区别，温焕斌说，“BID检测器采用了很多岛津独创的技术：首先，BID等离子体产生部位使用交流放电，而其他同类产品大多采用直流放电，相对来讲交流放电产生等离子体的稳定性更好。第二，BID采用了介质阻挡放电技术，此耐用式结构设计使BID检测器可以长期保持稳定分析状态，完全不需要仪器维护或消耗品更换。第三，从结构上讲，BID采用了优化的双吹扫流路设计，化合物从吹扫流路2流出，不会到达等离子体发生室，因此不会污染检测器池。这种设计最大限度降低了流路对检测器响应的影响。” 　　关于市场定位，温焕斌表示，“BID属于高灵敏度通用型检测器，主要还是应用于痕量、微量分析，可以弥补使用FID或TCD时的很多不足，对于常规的分析实验来说，如果能简单的使用FID或者TCD完成，那一般来说还是推荐使用常规检测器。但是如果常规检测器不能满足要求，或者需要联合使用FID和TCD等，操作非常复杂时，我们推荐用户选择BID检测器，此时只要选择合适的色谱柱后，就可以使用BID一个检测器完成，它可以带给分析工作者不一样的分析体验。目前，BID是作为岛津气相色谱标准检测器，既可以整机配置销售，也可以后追加配置。所有GC-2010 Plus的现有用户都可以追加配置BID检测器。” 　　“过去，BID这种类型的检测器一直被认为比较娇贵，吹扫时间长，而且成本较高。如今，BID的推出可能会使这类型检测器与用户的距离更近，而且和同类产品相比，BID检测器稳定的时间更短，因此用户体验比较好，更易于这种类型检测器的普及。”温焕斌说。(撰稿：杨娟)

阿贡纳米材料中心的超快电子显微镜，图片自：阿贡国家实验室每个去过大峡谷的人都能体会到靠近自然边缘的强烈感受。同样，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的科学家们发现，当接近一层单原子厚的碳薄膜(石墨烯)边缘时，金纳米颗粒会表现异常。这可能对新型传感器和量子设备的发展产生重大影响。这一发现是通过美国能源部科学用户设施办公室——阿贡纳米材料中心 (CNM) 新建立的超快电子显微镜 (UEM) 实现的。UEM能够实现在纳米尺度和不到一万亿分之一秒的时间尺度内的可视化和现象研究。 这一发现可能会在不断发展的等离子体领域引起轰动，该领域涉及光撞击材料表面并触发电子波，称为等离子体场。多年来，科学家们一直致力于开发具有广泛应用的等离子体设备——从量子信息处理到光电子学（结合光基和电子元件），再到用于生物和医学目的的传感器。为此，他们将具有原子级厚度的二维材料（例如石墨烯）与纳米尺寸的金属颗粒相结合。而要想理解这两种不同类型材料的组合等离子体行为，就需要准确了解它们是如何耦合的。在阿贡最近的一项研究中，研究人员使用超快电子显微镜直接观察金纳米颗粒和石墨烯之间的耦合。“表面等离子体是纳米粒子表面或纳米粒子与另一种材料界面上的光诱导电子振荡，”阿贡纳米科学家Haihua Liu说， “当我们在纳米粒子上照射光时，它会产生一个短寿命的等离子体场。当两者重叠时，我们 UEM 中的脉冲电子与这个短寿命场相互作用，电子要么获得能量，要么失去能量。然后，我们收集那些使用能量过滤器获得能量的电子来绘制纳米粒子周围的等离子体场分布。”在研究金纳米粒子时，Liu和他的同事发现了一个不寻常的现象。当纳米颗粒位于石墨烯薄片上时，等离子体场是对称的。但是当纳米颗粒靠近石墨烯边缘时，等离子体场在边缘区域附近集中得更强烈。Liu说：“这是一种非凡的新思考方式，可以思考我们如何利用纳米尺度的光以等离子体场和其他现象的形式操纵电荷。” “凭借超快的能力，当我们调整不同的材料及其特性时，很难预测我们将看到什么。”整个实验过程，从纳米粒子的刺激到等离子体场的检测，发生在不到几百千万亿分之一秒内。CNM 主管 Ilke Arslan 表示：“CNM 在容纳 UEM 方面是独一无二的，该 UEM 对用户开放，并且能够以纳米空间分辨率和亚皮秒时间分辨率进行测量。” “能够在如此短的时间窗口内进行这样的测量，开启了对非平衡状态中大量新现象的研究，而我们以前没有能力探测到这些现象。我们很高兴能够提供这种能力给国际用户。”对于这种纳米颗粒-石墨烯系统的耦合机制的理解，将是未来开发令人兴奋的新型等离子体装置的关键。基于这项研究的论文“使用超快电子显微镜可视化等离子体耦合”（Visualization of Plasmonic Couplings Using Ultrafast Electron Microscopy）发表在 6 月 21 日的《Nano Letters》上，DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01824。除了 Liu 和 Arslan，其他作者还包括 Argonne 的 Thomas Gage、Richard Schaller 和 Stephen Gray。印度理工学院的 Prem Singh 和 Amit Jaiswal 也做出了贡献，武汉大学的 Jau Tang 和 IDES, Inc. 的 Sang Tae Park 也做出了贡献（日本电子于2020年初收购超快时间分辨电镜商IDES）。文：Jared Sagoff，阿贡国家实验室关于CNM新建立的超快电子显微镜 (UEM)CNM 的超快电子显微镜 (UEM) 是一种独特的工具，可供美国能源部纳米科学研究中心的用户使用。CNM超快电子显微镜实验室。左起顺时针:Thomas Gage, Haihua Liu和Ilke ArslanUEM 的应用是利用电子研究纳米级材料中的超快（亚皮秒）结构和化学动力学，这是一个广受关注的新兴科学领域。CNM的 UEM 结合了以下功能：■具有高重复率的可调谐飞秒激光器■产生脉冲电子束的多种途径■配备高灵敏度相机和电子能量过滤的同步激光泵浦脉冲透射电子显微镜CNM精心设计的UEM打开了通向任何标准电子显微镜都不具备的科学理解领域的大门，即理解亚纳米空间分辨率材料中的快速(亚皮秒到纳秒)动力学和短期亚稳态相。它代表了一种关键的分析工具，可以提供超快的结构和化学变化，以广泛的系统。在未来几年，通过开发超快的电气和机械触发机制，CNM期望开发具有基础和设备相关性的新型样品环境和样品激发途径。结合超快探测，这将允许深入了解电场和应变的非平衡现象。例如，人们可以探索声学声子模式在量子信息科学感兴趣的材料和系统中产生的应变随时间变化的影响，例如金刚石或碳化硅中的空位缺陷。在纳米科学的许多领域中，UEM 在促进对瞬态过程的理解方面具有很高的价值，例如激子定位、短寿命亚稳相、光致分离、拓扑材料动力学、等离子体系统、分子马达和磁波动等。连同理论建模，UEM 将为纳米科学界提供对纳米材料的前所未有的理解。阿贡国家实验室是 1946 年在伊利诺伊州杜佩奇县成立的第一个也是最大的国家实验室。 美国能源部资助阿贡国家实验室和芝加哥阿贡大学有限责任公司管理该实验室。 阿贡国家实验室前身是芝加哥冶金实验室，也是恩里科费米 (Enrico Fermi) 第一个受控核链式反应演示的所在地。 目前，阿贡实验室由阿贡先进光子源、阿贡串联直线加速器系统组成，开展基础科学研究、清洁能源实验、全国环境问题管理，最重要的是审查和监测国家安全风险。

为解决医务工作者每天花大量时间洗手消毒的问题，德国研究人员最近开发出一种等离子体快速消毒仪，可在几秒钟内对皮肤进行一次安全快捷的消毒处理。 　　德国马克思普朗克宇宙物理学研究所研究人员在新一期英国《新物理学杂志》(New Journal of Physics)上报告说，等离子态是物质在固体、液体、气体之外的第四种存在状态，宇宙中的许多恒星就处于等离子态。研究人员将少量高温等离子态原子混入大量低温普通原子中，可以得到低温等离子态物质，它产生的自由基和紫外线等具有杀菌效果。 　　研究人员说，在此基础上开发出的消毒仪使用的等离子体可像空气一样与消毒对象全面接触。例如，人们将双手伸入消毒仪中，几秒钟之内就能对双手实施一次安全快捷的消毒，并可杀灭近年来多次引发感染事故的“超级细菌”耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等。消毒过程中，除了需要电力之外，并不需要别的流体和容器。 　　研究人员说，如果按外科医生一次标准洗手程序需3到5分钟计算，那么在一个繁忙的工作日里医务人员可能要花上几个小时来洗手，如果使用这种等离子体消毒仪，可将这一时间缩短到10分钟。 　　在同一期杂志上，德国和日本研究人员还报告了另一种杀毒强度可调节的等离子体消毒仪，它形似手电筒，可以专门用来“照射”人体伤口，为缓慢愈合的伤口进行消毒。