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丁传凡团队成功研发四极离子阱质谱关头手艺与

发布时间:2017/11/30 00:00

  就像策动机之于汽车,由复旦大学化学系传授丁传凡及其团队研发的四极离子阱关头手艺和焦点部件,组成了一台质谱仪的“中间”,不管其他组件若何更改,此“中间”终究决议离子阱质谱仪的机能。

  期近将进行的第18届中国国际产业展览会上,丁传凡团队将展出包罗印刷线路板(PCB)离子阱、栅网电极离子阱、PCB阵列离子阱阐发器在内的焦点手艺功效。该功效已于2015年7月11日经由过程手艺判定并取得2015年度的安捷伦氦质谱分析仪中国仪器仪表学会科学手艺奖一等奖。

  作为现代科学仪器的一种,质谱仪首要用于检测样本中的化学成份种类和含量。犹如对学生进行科目测验,获得对应学科成就,便知道该学生有进修哪门科目标潜质、哪门科目成就处于中等程度。质量阐发器是质谱仪的主要部门,其感化相当于测验进程;而离子阱则是质量阐发器的一种,二者的关系就像线上测验之于测验。丁传凡团队的研发功效,即打造离子阱的焦点手艺。

  丁传凡团队立异研发的多项焦点手艺,不但进步了离子阱的工作机能,还可以最大水平下降建造离子阱的本钱,为实现质谱仪全国产化供给撑持。这些手艺具有自立常识产权,已取得数项包罗美国,欧洲,日本和中国的专利庇护。

  “质谱仪器荷手艺具有很是大的市场,各行各业都可以测验考试质谱思惟。”今朝,质谱的应用已触及到食物平安,航天航空、科学研究、情况监测与精准医疗等范畴,并成放射状向各范畴分散。

  厚积薄发的聪明:用更廉价的材料研发更精美的仪器

  作为质量阐发器的一种,离子阱是经由过程电磁场感化,将离子限制在有限空间内,即“阱”内。离子在电场或磁场中活动,因为质量、巨细、种类的分歧,离子的活动轨道也有所差别,而此差别可以经由过程物理方程表达式显现出来。离子阱将被电离后的离子“收进囊中”,进行质量阐发,经由过程测算的质量可以或许推导出此前检测的样品中含有哪些成份、每种成份的含量是几多等。

  在此之前,离子阱内的电场散布是经由过程双曲面电极实现的,其外形近似于“掐腰”的圆柱筒。电极发生的电场感化于离子,使分歧质量的离子“描画”出响应的活动轨迹。因为中国在质谱范畴起步较晚,没法建造出高精度的双曲面电极的离子阱,只能破费巨额经费往国外采办,乃至在早期,西方发财国度以高手艺产物为捏词谢绝对中国售卖,极大影响了国内科学研究和现实利用。因而,丁传凡团队想到用简单,廉价的印刷线路板取代双曲面,以简化制造工艺荷下降本钱。

  犹如台式电脑内的主机板,印刷线路板(简称PCB)以平面的电极代替双曲面电极发生高精度的电场散布,就像在白纸上绘制躲宝图,每一个部门由线路相毗连。以印刷线路板建造电极的印刷线路板离子阱阐发器(简称PCB离子阱),比拟于以往以十万元人平易近币入口在线检漏仪的双曲面电极离子阱,价钱更廉价、加工更简单、机能更好。

  在此根本上,丁传凡团队还发现了印刷线路板阵列离子阱阐发器(简称PCB阵列离子阱)。PCB阵列离子阱与通俗PCB离子阱同属于质量阐发器种别,二者布局复杂性相当,在功效上前者是很多个后者的连系体,近似于排炮与单筒炮。后者一次只能对一个样本内的离子进行质量阐发,但前者可以检测10个、乃至100个样本,且具有更快速的阐发速度与更明显的活络度,本钱也并未明显增添。

  除离子阱外,质量阐发器还有磁阐发器、飞翔时候阐发器、四极杆阐发器、傅里叶离子盘旋共振等种类。比拟于其他种类,离子阱具有选择性存储和逐出功能,即选择离子并不变存储在阱内,或将离子逐出阱外。

  位于离子阱电极平面的小孔,是选择贮存或逐出的离子的“必经之路”。但这些小孔对电极中电场的散布会造成影响,乃至影响离子阱的机能。丁传凡团队由此发现了展在上面的栅网电极,消弭对电场散布的影响,进步离子透过率与质量分辩能力,并下降了对离子阱离子狭缝口的加工精度要求。丁传凡团队取得了该发现的常识产权。

  方针把握焦点手艺:“但愿将质谱仪做成家家户户都能具有的工具”

  丁传凡以为,质谱手艺的市场需求将会愈来愈大。

  好比,质谱仪可用于阐发大米成份,用餐者其实不知道大米中的重金属含量是不是超标,而质谱仪则可以或许经由过程对大米的取样阐发,得知此中含有几多重金属元素,和是不是到达对人体有害的水平。一样应用于糊口的质谱仪可以或许对蔬果上的农药残留进行丈量。

  最近几年来,精准医学的概念流行,质谱成像手艺和疾病标记物阐发可以或许阐扬感化。经由过程对人体器官拍摄化学照片,得知体内的生物、化学成份的区分。做肿瘤切除手术时,大夫会碰到没法完全切除的环境,经由过程质谱成像检测人体肌肉组织,可以或许经由过程响应份子清楚得知肿瘤切除的鸿沟,进步手术成功率。质谱仪在医学上的利用还处于起步阶段,英国、美国、加拿大等国度已起头测验考试。

  但是,对专利庇护的冲破照旧是国内研究面对的题目之一,质谱范畴的常识产权尽大大都照旧被国外研究者把握,完全把握焦点手艺照旧是国内学者的方针。

  2004年回国后,丁传凡即在复旦大学开设质谱学理论和利用的课程至今,在中国高校中标新立异。他以为,研究质谱对跨学科常识的把握要求很高。“只要有人类,就会有情况,健康、衣食住行等题目,而质谱仪可以或许帮忙我们领会这些。我们但愿将质谱仪做成家家户户都能具有的工具无机质谱”。丁传凡很是看好质谱仪的将来。

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