等離子體研究獲進展

近日，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室與四川大學開展聯合研究，發現在大氣常壓環境中磁場有效約束離子傳播特性，並基於此研發出一種大氣常壓高效痕量檢測磁約束微型質譜離子源。相關研究工作以通訊的形式發表在國際期刊Chemical Communications上。

直流輝光放電微型等離子體源，憑藉其放電的穩定性和等離子體的非平衡特性，在化學分析和環境監測等領域有著獨特的技術優勢和廣闊的應用前景。具有高靈敏度、高選擇性和快速響應等特點的質譜法，已成為分析化學領域的核心技術之一，在痕量物種定性和定量檢測中發揮著巨大作用。長期以來人們一直致力於提高質譜儀的分析性能。常壓離子源，作為質譜儀的核心部件，主要作用是將樣品解吸和電離，產生氣態樣品離子。能否有效將樣品離子化和把離子化的待測物傳輸到檢測入口，在很大程度上決定了整個質譜儀分析的靈敏度。

在大氣環境中，一般通過氣流將離子化的待測物輸運到質譜儀檢測入口。該種傳輸方式使得很大一部分離子逃逸到環境大氣中損失掉，導致傳輸效率低下。為提高離子傳輸效率，該研究團隊基於常壓磁約束離子傳播特性，提出一種大氣環境中縱向磁場約束離子傳輸的新方法，研發出一種用於痕量物種檢測與分析的大氣常壓磁約束微型直流輝光放電質譜離子源。該方法關鍵在於：1）在弱電場中，氣流和洛倫茲力共同作用離子，使之做螺旋運動，降低逃逸概率；2）利用離子與環境氮氣和氧氣等分子的集體碰撞效應，進一步減少約束半徑，使得更多的離子傳輸到檢測入口，增加離子傳輸效率。通過質譜分析，該方法成功地將樣品質譜信號強度提高到原來的10倍，檢測限可降低到原有的1/10，使得部分有機物待測樣品的檢測限達到幾十PPt的水平。該項工作為化學分析和環境監測等領域提供了更為可靠的檢測手段，為低溫等離子體的應用拓展了新的研究方向。該工作受到科技部、國家自然科學基金委和中科院「西部青年學者」項目的資助。

近幾年來，瞬態光學與光子技術國家重點實驗室在等離子體基礎研究領域實現了一次又一次原理上的創新和技術上的突破，取得了一系列原創科研成果。研究團隊曾首次將「透鏡擴束」概念引入低溫等離子體領域，提出「電場透鏡模型」，構建大氣壓均勻彌散放電新的基礎理論，該項工作以封面和亮點文章發表於國際應用物理類學術期刊JAP(2017)。此外，在低溫等離子體領域已連續8篇論文發表於國際學術期刊APL。上述成果為西安光機所等離子體學科的發展奠定了堅實的基礎。

大氣常壓磁場約束離子運動軌跡及樣品阿司匹林溶液質譜檢測

來源：中國科學院西安光學精密機械研究所

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