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微型质谱分析系统

 

背景与应用领域:

       人类从很早以前就对物质的结构感兴趣,我们很想知道物质结构的特点它的成分,因此一直在不断努力发明创造能够检测和观察物质结构分析物质结构的仪器。质谱分析技术是一种很重要的分析技术,它可以对样品中的有机化合物和无机化合物进行定性定量分析,同时它也是唯一能直接获得分子量及分子式的谱学方法。

       近年来质谱技术发展很快,得益于质谱分析具有灵敏度高,样品用量少,分析速度快,分离和鉴定能够同时开展,能够准确的定性和定量等优点,随着质谱技术的发展,质谱技术的应用领域也越来越广,涉及有机化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护、石油化学、地球化学、食品化学、植物化学、宇宙化学、生命科学、材料科学和国防化学等各个领域,现已成为最具发展前景的分析仪器之一,近几年全球市场需求增长率超过10%,中国市场的需求增长远甚至还要远大于这个比例。 

       质谱中出现的离子有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子-分子相互作用产生的离子。综合分析这些离子,可以获得化合物的分子量、化学结构、裂解规律和由单分子分解形成的某些离子间存在的某种相互关系等信息。

 

以下是质谱的典型应用:

1、食品安全检测

2、药品质量检测

3、环境安全检测     
4、原位活体分析

5、代谢组学分析(血药浓度分析)

6、直接质谱成像

7、毒品分析与鉴定

 

 

毒品分析与鉴定仪实例

 

仪器已通过公安部刑事技术产品质量检点检验中心认证

 

毒品现场鉴别仪的外观及原理示意图

 

       毒品现场查缉鉴别仪由进样、电离、离子传输和质量分析四部分构成。进样部分由试剂添加装置和热解析进样器组成,用以产生样品蒸气;电离源部分由VUV灯和电离腔体组成,样品蒸气在该部分通过光化学电离变成样品离子;离子传输部分由脉冲阀和金属毛细管组成,作为连接大气压环境电离源和质谱真空系统的桥梁,用以传输样品离子;质量分析部分包括离子阱质量分析器、检测器以及真空系统,对不同毒品根据其质荷比进行分离并生成质谱图。

 

产品创新点:

1、仪器无放射污染,软电离直接得到分子离子峰:采用真空紫外灯试剂辅助电离源,功耗小且灵敏度高,选择性强,该技术在国际上处于领先地位;
2、采用非接触光闪热解析技术无残留:固体、液体样品均可直接进样分析,3s分析时间,复杂基质中目标毒品可实现一次性检出;
3、仪器内置可拓展的样品自动模式识别谱库,具备多峰识别功能,可自动识别目标物质并报警,谱库为开放式,可根据样品特征峰用户自己扩充。

 

毒品混合物监测及定量分析:

 

九种毒品混合物离子监测质谱图(左)和甲基苯丙胺标准曲线(右)

 

仪器3s内可实现27种常见毒品的监测、识别和报警,仪器的质量分辨率为400,以甲基苯丙胺为例,仪器的检出限为80pg,动态范围为三个数量级。

 

1、技术先进性

1)团队研发的微型质谱仪在国际上首次将连续进样模式实现于微型质谱仪,开发出首款连续大气压接口微型质谱仪。该仪器突破了连续气体进样小型化质谱仪只能分析挥发性样品、离散离子进样小型化质谱仪在便携性与分析性能方面的局限,有效解决当前小型化质谱仪分析性能与便携性之间的矛盾,拓展小型化质谱仪的应用范围。

2)相比于当前其他质谱类设备,团队的微型质谱仪在具备高度便携性的基础上,具有更高的检测灵敏度和分析速度,可以实现样品的快速(小于1秒)、高灵敏(检测限低于1ng/mL)、精准定量检测。

 

2、技术团队及平台简介

       技术团队长期致力于小型质谱仪器的研发与应用,拥有扎实的质谱理论与丰富的仪器开发经验。自2005年以来,团队一直从事基于离子阱的质谱技术研究。开发、完善了一套离子阱质谱研发方法,包括理论建模、数值仿真、离子阱设计、系统集成。并利用该方法研究了大量离子阱内部的离子运动特性、设计搭建了多个质谱仪系统。在便携式质谱仪研发方面,团队已开发出具有自主知识产权的、国际首款连续大气压接口微型质谱仪,并集成真空高灵敏离子源、小型离子漏斗、离子阱正弦波频率扫描驱动、四极电场辅助离子激发等多项专利技术,形成性能不断提升的三代原理样机,其中第三代样机在具备小体积(38cm×23 cm×34 cm)、低功耗(< 200 W)等便携性的同时,分析性能已接近同类型商业化大型质谱仪。相关成果获得“2017年中国分析测试协会科学技术奖一等奖”。