挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室在原创离子化方法质谱检测技术研究上取得重要进展

  • 环境材料与污染控制技术研究中心 (环境材料与污染控制技术研究中心 )
  • 创建于 2019-05-21
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  近期,中国科学院大学挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室束继年、杨波研究团队研发并阐述了一种原创的结合电离技术和理论:“激发态诱导结合电离”。该电离技术有望为挥发性有机物(VOCs)的超高灵敏检测带来革命性突破,相关研究结果发表于Analytical Chemistry, 2018, 90, 1301-1308和2019, 91(9), 5605–5612。

  电离技术作为质谱仪的一项核心技术,其电离方式和电离效率是质谱分析能力和检测灵敏度的主要决定因素,新电离技术的出现可带动基础科学的飞速发展。但长久以来,基础的电离理论和技术主要源于西方国家,我国缺乏完全原创的电离理论和技术体系。

  束继年等人发现:光电离中加入一定量的CH2Cl2,可使含氧有机物的信号显著增强,且电离过程不受分析物电离能的限制。通过系统研究,杨波等人使待测物信号增益提高到上千倍,并成功解释了该电离现象,提出了激发态CH2Cl2诱导的结合电离新理论。基于该理论的新电离方法对多种极性有机物具有超高的电离效率(如硝基芳烃,高达28%),比现有气相电离技术高2−4个数量级,反应速率达到10-7 molecule-1 cm-3(300 K),从动力学角度揭示了这种超高电离效率的原因。在硝基芳烃的研究中,国科大博士生黄靖云通过细致的实验,观察到了电离反应过程的关键动力学特征,为揭示新电离过程的超高电离效率提供了直接的实验证据。

  该研究所涉及的VOCs高灵敏在线检测技术是一种重要的化学分析技术,在多个学科领域都有广泛应用。VOCs浓度和组分是衡量空气质量的重要指标,同时VOCs自身也是臭氧和气溶胶的前体物,VOCs和恶臭气体的快速精准测量对空气质量监控和人民生活质量的提高具有重要意义;利用呼气中的VOCs标志物实现人体疾病诊断也是医学领域科技发展的一个新兴方向;另外,毒品、炸药等危险物品的痕量快速筛查在安全、军事领域也有重要应用。然而我国在相关仪器研制水平上还明显落后于西方国家。该研究发现了全新的结合电离离子化通道,并初步揭示了该电离通道的物理化学过程和电离速率范围,使结合电离成为一种高效的质谱电离新技术,为研发我国独立技术体系、完全自主知识产权、领跑国际水平的VOCs检测仪器奠定了基础。

  上述工作得到了基金委重大仪器专项和怀柔科学城科技创新专项的支持。

  论文链接:DOI:10.1021/acs.analchem.8b04813

Kinetic Understanding of the Ultrahigh Ionization Efficiencies (up to 28%) of Excited-State CH2Cl2‑Induced Associative Ionization: A Case Study with Nitro Compounds

责任编辑:余玉婷