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清华大学张新荣:方法创新是质谱仪器发展源泉

行业聚焦点中国仪表网2013年06月26日 09:31人气:14424

  导读:“从贵族走向平民”是质谱研究的未来趋势,方法创新是质谱仪器发展的源泉,调动所有与分析仪器应用部门、研究部门、产业化部门等各行各业的积极性,在一个政府搭建的平台上进行有效地合作,才能形成一个国家分析仪器不断创新的基础。
  

  质谱是分析仪器中应用较广的一类仪器装置,在生命科学、临床诊断、食品安全、环境检测乃至各类材料研究中都有重要用途。但是,质谱仪器也是相对而言在结构和功能上较为复杂的一类仪器装置,在分析仪器小型化日益普遍的今天,质谱仪器相对光谱仪器、色谱仪器和电化学仪器小型化而言,发略显缓慢。一个重要的原因是,质谱仪器需要在真空下工作,因此小型化比较困难。
  
  目前,国际质谱研究工作者在质谱仪器小型化方面已有不少研究,尤其最近几年,常压敞开式离子源的发展,在很大程度上促进了质谱仪器小型化的进程。在日前召开的“2013现场检测仪器及技术研讨会”上,清华大学张新荣教授对质谱离子源的现状与发展趋势进行了探讨。
  
  据张新荣教授介绍,关于常压敞开式离子源研究较早的例子应该追溯到ESI的发展,但DESI的提出对这一项技术的普及起到了很积极的推进作用,DESI作为一种基于ESI的改良技术,能够直接从固体表面将样品解吸附和离子化,大大降低了分析过程对样品预处理技术的需求,特别适合设计小型化与便携式的质谱仪器。随后又有人提出了一种基于等离子体技术的离子源DART。目前这两种技术以及由此衍生的各种技术都得到了快速的发展。
  
  我国学者在常压敞开式离子源技术上的发展与国际几近同步,目前已经有多个国内的研究小组开展了卓有成效的研究,也取得了领国际同行瞩目的研究成果。作为国内这一领域的研究成员之一,张新荣课题组在常压敞开式质谱离子源方面也做了一些探索,如2007年提出了一种简单实用、特别适合小型便携式质谱的离子源DBDI,并与国家计量科学研究院合作,研制了一台小型便携式质谱仪器,获得了国家科技进步二等奖。特别值得欣慰的是,这种新型离子源已经成为国际同行高度认可的离子源之一。
  
  但关于小型质谱仪器离子源研究,现在仍存在问题:(1)随着质谱仪器体积的减小,质量分析器和检测器接收到的离子的数目会大大降低,灵敏度成为小型质谱的一个瓶颈问题,这就要求有更高离子化效率的离子源加以补偿;(2)小型质谱仪器的主要用途是现场分析,样品预处理和分离过程在现场很难完成;这就要求离子源要能够在在常压下工作,并对样品有一定的选择离子化功能。
  
  此外,质谱小型化除离子源方面的研究外,质量分析器和检测器的小型化研究也不可缺少。目前,质量分析器的小型化研究技术已经日趋成熟,检测器的小型化可能是一个重要的研究方向。据张新荣教授介绍,清华大学精仪系已研制成功MEMS法拉第筒(FCA)离子检测器。实验证明,该检测器噪声水平很低,在0.1pA左右,且不受外界高压射频电压的干扰,灵敏度高。
  
  张新荣教授认为,“从贵族走向平民”是质谱研究的未来趋势,方法创新是质谱仪器发展的源泉,在报告中,关于如何促进质谱技术发展,他也给出了自己的观点:
  
  (1)质谱的许多创新概念不是仪器设计与制造专业的专家或工程师提出的,而是由具有分析化学背景的学者提出来的,且他们最初的研究都属于分析化学方法学研究。因此,分析方法创新是分析仪器创新的重要源泉,这是分析仪器制造这门专业的独特性质决定的。
  
  (2)质谱研究的新技术大都成就了一种新的分析仪器的产业化,特别是ESI-MS,已经成为质谱分析仪器最具市场覆盖度的商品。但是,上述技术多数没有对精密加工提出太高的要求,虽然电喷雾取决于高压电源,这些技术都是很成熟的。因此,我国分析仪器落后的原因并不是精密加工技术落后制约的,缺少创新思想是我国分析仪器真正落后的原因。
  
  (3)许多质谱成果是大学教授完成的,如ESI、DESI、PTR,也有不少是公司下属的研究所完成的,如MALDI与DART,因此,分析仪器的创新本身并没有以谁为主体的问题,任何人、任何单位、包括大学、研究所、公司都能够成为创新的主体。但是,有一点是共同的,即分析仪器创新都是由需求产生、由方法创新起步,产学研共同协作完成的。因此,调动所有与分析仪器应用部门、研究部门、产业化部门等各行各业的积极性,在一个政府搭建的平台上进行有效地合作,才能形成一个国家分析仪器不断创新的基础。
  
  最后,张新荣教授指出,质谱仪器的小型化和现场检测将是国际质谱仪器发展的第三次浪潮,国内学者应该不失时机抓住机会,在竞争中胜出。
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