大连化学物理研究所研发出增强离子迁移谱性能的新门控技术

　　【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院大连化学物理研究所仪器分析化学研究室质谱与快速检测研究中心(102组群)李海洋研究员团队研发出一种多效应复合的离子迁移谱门控注入技术，实现了较宽迁移率K0范围内的高灵敏、高分辨实时测量。
 

　　离子迁移谱(Ion mobility spectrometry，IMS)被广泛应用于爆炸物检测、毒品检测、环境监测、临床麻醉品检测等，在复杂的应用环境中需兼具高分辨能力和高灵敏性能。离子门作为IMS关键部件之一，直接影响IMS仪器的性能。
 

　　在工作中，团队通过在Tyndall−Powell离子门的两片栅网上分别施加脉冲电压，实现了在一个迁移谱工作周期中的离子富集、离子高效注入、离子团时间宽度压缩。研究发现，在关门时，降低靠近电离区一侧栅网的电势，可在离子门前形成非均匀电场，使得这一区域的离子受到富集；在开门时，降低迁移区一侧栅网的电势，使得栅网间电场增大，富集过的离子可以高效注入迁移区；再次关门时，注入的离子团由高电场切换回低电场中，实现了时域宽度的压缩。团队通过分离调制脉冲的实验，以及电场仿真模拟，解释了该种离子门控制方式对于性能提升的物理原因。此外，团队利用该新门控技术，将磷酸三乙酯和甲基膦酸二甲酯的检出限分别从8ppb和5ppb降低至135ppt和192ppt。在磷酸三乙酯和甲基膦酸二甲酯混合样品测试中，与常规的离子门控制方式相比，利用该新门控技术的IMS信号强度提升19倍，并保持85的分辨能力。
 

　　近年来，李海洋团队一直致力于高性能IMS的设计和开发，利用离子门后电场的时域跳变，提升了IMS的分辨能力(Anal. Chem.，2012)；通过增强Tyndall−Powell离子门栅网间电场，减小了IMS迁移率歧视并保持其高分辨能力(Anal. Chem.，2017)；构建离子门前非均匀电场，实现离子富集，进而提高IMS的灵敏度(Sens. Actuators, B.，2019)；证明了在Tyndall−Powell离子门靠近迁移区一侧栅网上，通过施加控制脉冲，压缩离子团的时域宽度，提升IMS性能(Anal. Chim. Acta.，2019)。
 

　　该研究成果以“Enhancing the Performance of Tyndall-Powell Gate Ion Mobility Spectrometry by Combining Ion Enrichment, Discrimination Reduction, and Temporal Compression into a Single Gating Process”为题，于近日发表在《分析化学》(Analytical Chemistry)上。该工作的第一作者是中国科学院大连化学物理研究所102组群博士研究生杨其穆。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、我所创新基金等项目的资助。