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西安光机所等离子体学科再次取得新进展
来源:微西光 | 发布时间:2018-12-13 | 浏览:492次关闭此页

      近日,中科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博士与四川大学段忆翔教授,共同发现在大气常压环境中磁场有效约束离子传播特性,并利用这一发现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。

      相关工作以通讯形式发表在国际权威化学综合性期刊——Chemical Communications (IF: 6.3 @2017; 自然指数Nature Index收录的化学类1区期刊),论文题为“A highly efficient magnetically confined ion source for real time on-line monitoring of trace compounds in ambient air”. 这是该研究组在这一研究领域,继Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 103502;Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 083505;J. Appl. Phys. 2017, 122, 013301(封面&亮点)等研究成果后,取得的又一重要进展。

---- 原 理 ----

      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。

      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,该研究组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。

▲ 磁场约束离子运动轨迹及样品阿司匹林溶液质谱检测

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。

全文链接:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c8cc05360j#!divAbstract

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