大气常压

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

随着第二届原位电离质谱会议的圆满闭幕，以原位电离技术为主要标志的敞开式常温常压质谱(ambient mass spectrometry)再一次引起了人们的关注。 提到敞开式质谱技术，我们可能首先需要回顾一下它的前辈，上世纪八、九十年代蓬勃发展起来的大气压电离源（API）及其接口技术，其代表类型包括大气压基质辅助激光解吸附电离源（AP-MALDI)，大气压化学电离源（APCI）以及大气压光离子化电离源(APPI)。正是由于该技术的出现，才推动了液质联用的飞速发展。但是传统的大气压电离源依然需要繁琐的样品制备步骤，譬如需要将样品溶解于或是被涂覆上一种特殊选择的基质，而这种基质本身要求能够被分析系统所接受。同时传统的大气压电离源需要在一个密闭的环境中离子化被分析物。 这些问题一直到2004年，普渡大学Cooks教授研究小组的第一篇关于解吸附电喷雾离子源（DESI）文章发表后，才得以解决。此后不到一年时间，日本电子的Laramee博士和Cody博士研制出了另外一种敞开式质谱离子源技术完成商品化，也就是现在为大家所熟知的DART(实时直接分析)技术。 由于敞开式常温常压质谱可以在实验室开放环境中维持被分析物本身性质的条件下, 直接完成对样品的离子化以及进样。其典型特征是无需或只需要简单的样品制备过程（例如：加入内标以用于定量分析）就可以完成对样品的分析。因此它提供了更为简单的工作流程,大大提高了质谱仪器的易用性, 由此开启了由传统封闭式到敞开式新型离子源质谱在快速质谱分析领域的研究热潮。针对不同样品、不同分析目的的超过二十种敞开式离子源, 如：基于喷雾技术的电喷雾萃取离子源（EESI）；基于等离子体技术的解吸附电晕束离子源(DCBI)、大气固体分析探针（ASAP）、和在APCI基础上开发的直接样品分析系统（DSA）；基于激光照射技术的红外激光剥蚀电喷雾离子源（IR-LADESI）；和基于热辅助的大气压热解吸附离子源（APTDI）等被陆续研究成功。 同时, 利用敞开式质谱进行各类分析鉴定的工作近些年来也不断被报道, 展现了该技术强大的应用潜力。过去, 样品的前处理一直是困扰分析化学工作者的难题, 样品的前处理过程不仅耗时耗力, 在一些活体生物分析的过程中, 样品前处理过程还会导致无法对生物的某种生理特征进行实时的监测。例如：实时监测尿液中药代产物的变化趋势。敞开式离子源技术的出现和发展，免除了复杂的样品前处理过程,使相关实验室具备了实时监测的能力。类似的进步，在对某些化学反应进行实时监测中同样可以看到。 此外, 敞开式质谱离子源独特的机械设计可实现高通量的分析检测。在利用质谱进行样品分析时,从样品分子的离子化到获得样品分子的检测信号所需的响应时间通常在毫秒之内。因此, 通过与高空间分辨率的解吸附技术联用（例如：激光），敞开式质谱离子源技术已开始被应用于生物成像。 不可否认，在定量分析方面，敞开式质谱技术依然存在着巨大的挑战，而目前暂时还看不到如何从根本上解决这一难题的明确前景。科学家们可能需要在追求百分之百的实时检测和降低来自环境基体的干扰之间寻找一种折衷的方案。(主编当班)

仪器原理：大气中HONO浓度的测量采用湿化学法。基本原理是使用吸收液，利用气液之间的扩散，将采样气体中的HONO转变为亚硝酸根（NO2-），后续利用双通道长光程吸收光谱法（LOPAP）进行测量。长光程吸收光谱法（LOPAP）是现今无论是实验室研究还是外场观测中应用最广泛的测量气态亚硝酸浓度的湿化学方法。产品特点：a.经典的湿化学法，相对于光学法，检出更低，可达2ppt；b、采用双光纤池和双光谱仪的两路测量原理，一路测HONO和干扰物质的总和，一路测干扰物质，保证测量结果的准确性和稳定性；c、采用中性非腐蚀性溶液吸收：目前大多数LOPAP设备均采用磺胺和盐酸的混合液作为吸收液，PH在0左右，在气液混合的过程中对抽气泵造成较大的损害。除此之外造成废液的酸度高，不易处理，对环境造成影响。 d.自动脱气系统：有效去除管路中的气泡是仪器正常工作的一个重要因素 ，避免了仪器受到气泡的干扰，保证了仪器实时浓度输出的有效性。目前LOPAP一般没有除气泡的装置，会受到气泡的影响。e.实时浓度输出（校准系统的优势）：目前市面上的LOPAP基本没有可以直接输出浓度的，一般是输出参比波长与吸收波长强度的比值或log值，没有进一步对数据进行处理。我们采用特定浓度的亚硝酸盐溶液或特定浓度的气态亚硝酸（HONO）气体对仪器定标。根据两点法先得到零点，再得到特定浓度的响应值，再根据Lambert-Beers定律反演出对应的斜率值。在软件中，只需输出零点及对应的斜率值，就可以很方便的实时输出相应的浓度值。 f.触屏控制：利用触屏可以实时对气体流量、蠕动泵转速及光源强度进行设置。通过调节气液流速，可以方便的调整测量浓度范围。 g.液位报警保护系统：增加液位报警系统，防止液体被吸入流量控制器（MFC）、抽气泵等，以免对相应器件造成损害。 h.定时校零：通过触屏，可以设置零点校准的时间及间隔，可以有效的检查仪器的稳定性以及得到的实时浓度是否准确。 技术参数：量程：5 ppt—2 ppm（可拓展）检测限：优于2 ppt；测量间隔：1—5 min（依测量范围不同而定）校准方式：离线校准：使用亚硝酸标准物可轻松校准 在线校准方式：自动产生HONO标准气体，通标气校准创新点：目前国产唯一一款在线测HONO分析仪的仪器，相对进口的有点很多。 a.经典的湿化学法，相对于光学法，检出更低，可达2ppt； b、采用双光纤池和双光谱仪的两路测量原理，一路测HONO和干扰物质的总和，一路测干扰物质，保证测量结果的准确性和稳定性； c、采用中性非腐蚀性溶液吸收：目前大多数LOPAP设备均采用磺胺和盐酸的混合液作为吸收液，PH在0左右，在气液混合的过程中对抽气泵造成较大的损害。除此之外造成废液的酸度高，不易处理，对环境造成影响。 d.自动脱气系统：有效去除管路中的气泡是仪器正常工作的一个重要因素 ，避免了仪器受到气泡的干扰，保证了仪器实时浓度输出的有效性。目前LOPAP一般没有除气泡的装置，会受到气泡的影响。 e.实时浓度输出（校准系统的优势）：目前市面上的LOPAP基本没有可以直接输出浓度的，一般是输出参比波长与吸收波长强度的比值或log值，没有进一步对数据进行处理。我们采用特定浓度的亚硝酸盐溶液或特定浓度的气态亚硝酸（HONO）气体对仪器定标。根据两点法先得到零点，再得到特定浓度的响应值，再根据Lambert-Beers定律反演出对应的斜率值。在软件中，只需输出零点及对应的斜率值，就可以很方便的实时输出相应的浓度值。 f.触屏控制：利用触屏可以实时对气体流量、蠕动泵转速及光源强度进行设置。通过调节气液流速，可以方便的调整测量浓度范围。 g.液位报警保护系统：增加液位报警系统，防止液体被吸入流量控制器（MFC）、抽气泵等，以免对相应器件造成损害。 大气亚酸硝（HONO）分析仪