要說(shuō)近年來(lái)被公認(rèn)增長(zhǎng)z*快的分析儀器，毫無(wú)疑問非質(zhì)譜儀莫屬。據(jù)美國(guó)ACS網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)際上排名前十的儀器廠商中，有七家都在從事質(zhì)譜儀的研發(fā)和生產(chǎn)。就中國(guó)而言，對(duì)質(zhì)譜儀的需求也在快速增長(zhǎng)。
質(zhì)譜儀小型化
你問過真空系統(tǒng)意見么？
質(zhì)譜分析是一種測(cè)量離子質(zhì)荷比（質(zhì)量-電荷比）的分析方法。s*先通過電離源將樣品中各組分電離成離子，接著在高真空（這里先劃一下重點(diǎn)）的質(zhì)量分析器中，在電磁場(chǎng)的作用下主要根據(jù)質(zhì)荷比（帶電離子質(zhì)量/所帶電荷的數(shù)量）將離子進(jìn)行分離，使這些離子z*后在探測(cè)器上產(chǎn)生可以被互相區(qū)分的信號(hào)。
對(duì)于不同的組分，電離生成的離子不同——故而質(zhì)譜可以被用于鑒定樣品中的不同組分。
質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)示意圖
質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展至今已逾百年，質(zhì)譜工作者們站在彼此的肩頭，將一個(gè)簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象在理論和實(shí)踐上推到如今的高度，使其成為了分析領(lǐng)域z*重要的方法之一。
目前質(zhì)譜已不僅是常規(guī)化學(xué)分析中的重要手段，逐漸也開始被用于生命科學(xué)、國(guó)土安全、食品安全、臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)和空間技術(shù)等熱門領(lǐng)域。
質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛
但我們知道，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式質(zhì)譜儀昂貴、耗能、連接氣路管道、需要強(qiáng)力真空泵，并且經(jīng)常需要前端的分離系統(tǒng)，機(jī)體往往龐大笨重。若要應(yīng)用于臨床、機(jī)場(chǎng)安檢、食品安全等原位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量場(chǎng)景，這顯然是不合適的。
這些應(yīng)用的檢測(cè)任務(wù)往往不需要太高的分辨率及質(zhì)量準(zhǔn)確度（相對(duì)于傳統(tǒng)臺(tái)式質(zhì)譜儀），需要滿足的是能夠測(cè)定一定數(shù)量的已知化合物，且快速（短短幾秒）得出檢測(cè)結(jié)果。
但因?yàn)槭乾F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，一個(gè)非常重要的特性儀器是必須有的，那就是小型化。
不過，說(shuō)小型化就小型化
你問過真空系統(tǒng)的意見了嗎？
真空系統(tǒng)：
“不要以為我們好伺候、好欺負(fù)”
沒錯(cuò)，在小型化質(zhì)譜儀的設(shè)計(jì)中，z*大的一個(gè)挑戰(zhàn)在于真空系統(tǒng)。
上面在簡(jiǎn)介質(zhì)譜儀工作原理的時(shí)候，已經(jīng)為大家劃出來(lái)了，“真空”是質(zhì)譜儀內(nèi)部工作的必要條件。保持高真空度可以防止分子、離子、電子之間發(fā)生碰撞，避免噪聲的產(chǎn)生。
也就是說(shuō)，真空度越高，質(zhì)譜儀的信噪比越好。
遺憾的是，真空系統(tǒng)往往比較笨重，小型質(zhì)譜儀也只能選擇小型的真空泵，而泵速的下降，會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)真空度降低，這會(huì)嚴(yán)重影響質(zhì)量分析器及探測(cè)器的正常運(yùn)行。
而從目前的研究結(jié)果來(lái)看，質(zhì)譜的背景噪聲主要來(lái)自探測(cè)器端，這源于一個(gè)叫離子反饋的作用。
常見的質(zhì)譜探測(cè)器（如MCP、電子倍增器/EM）都是將離子轉(zhuǎn)化為電子；電子被電場(chǎng)加速、倍增并z*終檢出。而加速的電子會(huì)和殘余氣體分子碰撞，產(chǎn)生正離子。這些正離子在電場(chǎng)中會(huì)反向運(yùn)動(dòng)，再次轟擊產(chǎn)生電子，這個(gè)過程稱為離子反饋（Ion Feedback，IFB）。
由于正離子反向運(yùn)動(dòng)是需要時(shí)間的，所以離子反饋所產(chǎn)生的信號(hào)與真實(shí)信號(hào)本身并不會(huì)疊加，反而成為了噪聲/雜峰的重要來(lái)源。
離子反饋（Ion Feedback，IFB）過程示意圖
而低真空度下較高濃度的氣體分子是客觀存在的，因此相比于控制離子生成，更為明智的做法是控制生成離子的走向。但如今四級(jí)桿及離子阱質(zhì)譜儀一般采用的電子倍增器（EM），卻并沒有辦法解決這一問題。
新探測(cè)器技術(shù)的出現(xiàn)，成為了質(zhì)譜儀小型化的一個(gè)關(guān)鍵。
