近日，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與四川大學(xué)開(kāi)展聯(lián)合研究，發(fā)現(xiàn)在大氣常壓環(huán)境中磁場(chǎng)有效約束離子傳播特性，并基于此研發(fā)出一種大氣常壓高效痕量檢測(cè)磁約束微型質(zhì)譜離子源。相關(guān)研究工作以通訊的形式發(fā)表在國(guó)際期刊Chemical Communications上。

　　直流輝光放電微型等離子體源，憑借其放電的穩(wěn)定性和等離子體的非平衡特性，在化學(xué)分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。具有高靈敏度、高選擇性和快速響應(yīng)等特點(diǎn)的質(zhì)譜法，已成為分析化學(xué)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，在痕量物種定性和定量檢測(cè)中發(fā)揮著巨大作用。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直致力于提高質(zhì)譜儀的分析性能。常壓離子源，作為質(zhì)譜儀的核心部件，主要作用是將樣品解吸和電離，產(chǎn)生氣態(tài)樣品離子。能否有效將樣品離子化和把離子化的待測(cè)物傳輸?shù)綑z測(cè)入口，在很大程度上決定了整個(gè)質(zhì)譜儀分析的靈敏度。

　　在大氣環(huán)境中，一般通過(guò)氣流將離子化的待測(cè)物輸運(yùn)到質(zhì)譜儀檢測(cè)入口。該種傳輸方式使得很大一部分離子逃逸到環(huán)境大氣中損失掉，導(dǎo)致傳輸效率低下。為提高離子傳輸效率，該研究團(tuán)隊(duì)基于常壓磁約束離子傳播特性，提出一種大氣環(huán)境中縱向磁場(chǎng)約束離子傳輸?shù)男路椒?，研發(fā)出一種用于痕量物種檢測(cè)與分析的大氣常壓磁約束微型直流輝光放電質(zhì)譜離子源。該方法關(guān)鍵在于：1)在弱電場(chǎng)中，氣流和洛倫茲力共同作用離子，使之做螺旋運(yùn)動(dòng)，降低逃逸概率;2)利用離子與環(huán)境氮?dú)夂脱鯕獾确肿拥募w碰撞效應(yīng)，進(jìn)一步減少約束半徑，使得更多的離子傳輸?shù)綑z測(cè)入口，增加離子傳輸效率。通過(guò)質(zhì)譜分析，該方法成功地將樣品質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度提高到原來(lái)的10倍，檢測(cè)限可降低到原有的1/10，使得部分有機(jī)物待測(cè)樣品的檢測(cè)限達(dá)到幾十PPt的水平。該項(xiàng)工作為化學(xué)分析和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供了更為可靠的檢測(cè)手段，為低溫等離子體的應(yīng)用拓展了新的研究方向。該工作受到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院“西部青年學(xué)者”項(xiàng)目的資助。

　　近幾年來(lái)，瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在等離子體基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一次又一次原理上的創(chuàng)新和技術(shù)上的突破，取得了一系列原創(chuàng)科研成果。研究團(tuán)隊(duì)曾首次將“透鏡擴(kuò)束”概念引入低溫等離子體領(lǐng)域，提出“電場(chǎng)透鏡模型”，構(gòu)建大氣壓均勻彌散放電新的基礎(chǔ)理論，該項(xiàng)工作以封面和亮點(diǎn)文章發(fā)表于國(guó)際應(yīng)用物理類學(xué)術(shù)期刊JAP (2017)。此外，在低溫等離子體領(lǐng)域已連續(xù)8篇論文發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊APL。上述成果為西安光機(jī)所等離子體學(xué)科的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。