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利害了!我的质谱仪

发布时间:2017/11/30 00:00

  你可能很难将小小的纳米发机电和质谱仪联系关系起来,但伶俐的科学家们怎样能放过任何一个解决题目的机遇?我们先来一小波关于质谱仪的科普:

  质谱仪首要进行成份和布局阐发,可以精确测定物资的份子量和按照碎片特点进行化合物的布局阐发。

  阐发时起首要将份子离子化,然后操纵离子在电场或磁场中活动的性质,把离子按质荷比巨细摆列成谱,这就是质谱。然后操纵分歧离子的质荷比的分歧,就可以将分歧份子分隔啦。

安捷伦氦质谱分析仪

  那四极质谱检漏仪末题目来了,若何将份子离子化呢?简单的说,可以经由过程掉往或捕捉电荷的体例出产力子,例如:电子发射、质子化或往质子化的体例。

  可是这个步调其实不轻易,起首效力很低,很是低,若是操纵传统的高压电源,99%的能量是被华侈失落的,那都是钱啊!!!更主要的是,今朝所有的离子化方式都没法对离子数目进行切确地节制,也就是说,精度不高。这就为难了!

  磨擦纳米发机电有一个很主要的特征,它可以实现固定电荷量的高压输出。也就是说,若是能将它与质谱仪连系,不但仅可以或许精确节制离子数目进步精度,装备的耗能也会大大下降,仪器可以小型化,进而利用于航天和军事等范畴。

  说起来轻易,但解决这个题目,需要国际化的顶尖团队。在佐治亚理工学院、中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和 FacundoFernández 传授配合指点下,李安寅博士和訾云龙博士构成的合作团队,用磨擦纳米发机电(TENG)驱动离子源,实现了离子源在电荷数目、正负极性、旌旗灯号是非等诸多方面的切确节制,这项工作颁发在 Nature Nanotechonlogy 上,思绪之奇妙,节制之切确,请看下文!

  起首,他们操纵磨擦纳米发机电(TENG)将电喷雾离子化和等离子体放电离子化。由TENG供给的固定电荷量可以实现对离子化进程史无前例的切确节制,可以进行纳库精度(nanoColoumb)的可控离子发生。

  别的样品耗损也大大减小,经由过程纳米发机电的驱动,离子脉冲的延续时候、频率、带电性都可以获得有用节制,如许就可以将样品耗损降到最小。

  与传统高电压手艺比拟,因为纳米发机电发生的电荷很少,避免了质谱阐发中DC高电压下常见的电晕放电现象,初次实现了超高电压(5-9千伏)纳电喷雾(nanoESI)。

  这篇 Nature Nanotechonlogy 对工作进行了很是具体的先容,以下是简单的图文导读:

  

 

  图1 离子喷雾枪图片

  磨擦纳米发机电所发生的离子源用于阐发极为微量的化学和生物样品,其精度可以到达几百个份子。

  

 

  图2 经由过程 TENG实现离子化示意图。

  a)实现接触-分手式磨擦发机电(CS)的力学图示。

  b) 自力滑动式磨擦发机电(SF)的力学图式。

  黄色:Cu电极层

  蓝色:FEP层( ?uorinatedethylene propylene)

  红色箭头:磨擦发机电电极的移动标的目的

  脉冲:电子向离子源移动标的目的(e?,I)

  尖针:纳米电雾发射枪

  垂直方块:用于接管电子束的钢板,电流值可以用皮安电流表测得(图中的“A”)

  c)纳米电子发射枪的暗场图象可以看到磨擦发机电发射的羽毛状电子束,长度单元:1毫米

  d)在等效电路中,TENG用电容器(C1)和其他原件来暗示(左虚线框)。nanoESI发射枪等效于电容器(C2),可以按设定值发射出电荷,用右虚线框暗示。发出的电荷(发生的离子)穿过发射枪和质谱仪(或皮安电流表A)之间的间隙。

  别的,CS-TENG电极(a)接在一侧,可以在接触位置重设静电状况,图d顶用开关CS暗示。

  

 

  图3 TENG对纳米电子喷雾的离子化实现切确节制

  a)代表TENGs节制离子束进程VOC -QSC线代表TENGs供给必然电荷后的电压-电荷关系。当纳电喷雾接上时,只有当电压到达特定电压Vonset,电荷才会传递到这个离子源(Cion source)

  接着,大量电荷以电喷雾的离子化情势开释,直到TENG电压降到设定值以下,用绿线Qpulse暗示

  b)时候-电荷图描写了单CS-TENG驱动的纳米喷雾发射器的离子化脉冲。四条线是利用了分歧电阻的成果( 0 GΩ(黑), 05GΩ (蓝),1 GΩ(红) 和 125 GΩ(绿)),用于调控电荷。绿线对应一种设定前提,约50%电荷并能酿成电子喷雾。

  c)长时或短时的总离子时候记实图 。利用 SF-TENG获得按需发生的高频脉冲: >5 s (黑), 600 ms (蓝), 300 ms (红) and 60 ms (绿)。

  d) 一次尝无机质谱试中交变极性喷雾脉冲(红+绿)的总离子时候记实。in one experiment and 另外一尝试中校订的单极脉冲(黑)。

  纳米发机电可以帮忙质谱仪进步在低浓度下的电喷雾离子源的活络度,并将样品的操纵率最大化,并且,该纳米发机电已成功检测各类有机小份子和生物大份子,并到达了可以检测到几百个份子的活络度。另外,纳米发机电驱动的交换离子喷雾还可以用于在尽缘概况进行沉积离子材料。

  实在,该研究的意义并不是如斯,这项冲破对磨擦纳米发机电(TENG)也一样具有首创性意义,这是第一次将纳米发机电用于装备仪器中,为今后近似的研究供给了思绪。TENG代替了质谱装备上原本的离子喷雾电源,为小型质谱装备实现便携化并在极端前提下(例如军事或航天上)利用供给了可能,为了展开空间尝试供给了极大地便当。

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