近期,中國科學院合肥物質院智能所陳池來研究員、王晗等人在FAIMS基礎理論研究中再次取得重要進展:在前期完成微空間離子傳輸損耗模型、誤差傳遞模型的基礎上,提出了譜圖峰形狀模型,完成了FAIMS基礎檢測理論的系統(tǒng)性構建,為準確的譜圖反演、誤差評估、儀器設計及參數(shù)優(yōu)化奠定了系統(tǒng)性基礎理論支撐。
高場不對稱波形離子遷移譜(FAIMS),是MEMS技術(微機電系統(tǒng)技術)與質譜類分析技術相結合的典范,不僅具有同類技術的快速、高靈敏等特性,在微型化、高選擇性方面具有獨特優(yōu)勢,已在公共安全、工業(yè)在線、生物醫(yī)藥等諸多領域得到了成功應用。然而,非線性差分工作方式和微小空間內多場耦合給檢測理論的構建帶來了巨大挑戰(zhàn),導致在儀器設計、工作參數(shù)設置、物質成分準確定性及精準定量檢測上缺乏可靠的理論指導,極大地制約了FAIMS技術的發(fā)展。
陳池來研究員團隊長期從事FAIMS技術研究,在前期MEMS制造工藝、高頻高壓電源、超弱信號探測和微型化儀器研制與應用的基礎上,針對FAIMS基礎理論開展了深入研究。通過對微小空間多耦合場中復雜離子運動的解析與等效,完成了基于低溫等離子體復合的離子傳輸損耗、基于非線性等效的測量誤差傳遞、基于高斯一階響應的譜圖峰形狀等函數(shù)推導和實驗驗證,實現(xiàn)了測量模型的系統(tǒng)性構建。模型糾正了譜圖峰為高斯形、信號強度與載氣流速成簡單比例關系、特征識別參數(shù)互相獨立、特征參量獲取需要分離電壓等間距掃描等傳統(tǒng)經(jīng)驗結論;發(fā)現(xiàn)了譜圖峰不對稱畸變、檢測信號對流速的非線性依賴、正負掃描模式下譜峰對稱、特征識別參量強關聯(lián)等新現(xiàn)象;給出了采用兩點式非等差數(shù)列的分離電壓分布、采用三角波而非傳統(tǒng)鋸齒波的掃描波形、采用EMG而非高斯函數(shù)的峰形擬合反演等最優(yōu)化參數(shù)選擇。
系統(tǒng)性測量模型不僅給出了FAIMS譜圖形狀、峰位置、峰高、檢測誤差及定量結果的準確反演方法,也為儀器工作方式設計和最佳工作參數(shù)選取提供了理論指導。相關系列研究成果發(fā)表于Sensors and Actuators: B. Chemical、Talanta、Journal of Chromatography A、International Journal of Mass Spectrometry、Chinese Journal of Analytical Chemistry等儀器儀表領域權威期刊上,主要作者包括王晗、胡俊、劉友江、陳池來等。
主要論文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132238https://doi.org/10.1016/j.chroma.2024.464903
https://doi.org/10.1016/j.ijms.2019.04.008https://doi.org/10.1016/j.cjac.2023.100305
FAIMS基礎測量理論體系構建
新聞鏈接:https://www.hf.cas.cn/zhxw/jrtt/202408/t20240829_7327272.html