На протяжении десятилетий масс-спектрометры предлагали относительно быстрый и высокочувствительный способ анализа и обнаружения химических соединений. Но их громоздкие размеры были помехой, ограничивая их потенциал в полевых условиях.Но, потратив 12 лет на изучение проблемы, профессор химии BYU Дэниел Остин, к которому присоединился профессор электротехники Аарон Хокинс и другие коллеги, разработали спектрометр гораздо меньшего размера, который по-прежнему обладает возможностями своих более крупных аналогов.
«Цель заключалась в том, чтобы превратить то, что в противном случае было бы огромным настольным прибором, во что-то достаточно маленькое, чтобы носить его с собой», — сказал Остин, результаты которого были недавно опубликованы в Журнале Американского общества масс-спектрометрии.Хотя в прошлом были разработаны спектрометры меньшего размера, они, как правило, менее чувствительны и с большей вероятностью выходят из строя. Но, по словам Остина, небольшой спектрометр, мощность и мощность которого не сводятся к минимуму из-за его размера, открывает целый мир потенциальных применений, в том числе:Миниатюрный масс-спектрометр мог обнаруживать и находить химическое оружие, сводя к минимуму опасность для солдат в данном регионе.
В сфере внутренней безопасности миниатюрные масс-спектрометры могут помочь обнаруживать взрывчатые вещества в аэропортах или других местах.Для судебно-медицинских экспертов портативные спектрометры могут помочь с рядом потребностей на месте, включая определение того, является ли белый порошок незаконным наркотиком или чем-то безобидным.«Поскольку масс-спектрометры, как правило, большие и дорогие, и для работы требуются технические специалисты, не многие люди могут получить к ним доступ», — сказал Юань Тянь, соавтор исследования и недавний доктор философии по химии BYU. град. «Но миниатюрные масс-спектрометры стремятся преодолеть эти традиционные проблемы за счет уменьшения их физических размеров, веса и стоимости».
Это, в свою очередь, «обеспечивает более быстрый и простой способ анализа соединений», — добавил соавтор и доктор химических наук. град Айлин Ли.Масс-спектрометры с ионной ловушкой обычно работают с металлическими электродами, создающими электрическое поле.
К этому электрическому полю приложен радиочастотный сигнал, который захватывает ионы. Ученые собирают образцы, ионизируют их, улавливают ионы, а затем выбрасывают и обнаруживают эти ионы в зависимости от их массы, которая затем сообщает им химический состав образца.Остин и его коллеги используют процесс, называемый микролитографией, на керамических и стеклянных пластинах для миниатюризации ионных ловушек. Пространство между пластинами меньше миллиметра, и именно там «происходит действие», — сказал Остин, добавив, что получившееся устройство в сто раз легче и меньше, чем обычная ионная ловушка.
Этот конкретный проект частично финансировался Национальным научным фондом, а связанные с ним исследования также финансировались НАСА и Министерством обороны США. Спектрометр команды сейчас рассматривается для коммерческого развития.
«Портативная масс-спектрометрия позволит использовать множество приложений, которые вы просто не можете сделать прямо сейчас», — сказал Остин. «Есть много новых научных достижений, которые можно сделать с помощью прибора, который можно брать где угодно. Вместо того, чтобы отправлять образцы в удаленную лабораторию и ждать результатов, портативный прибор может дать немедленные результаты, позволяя быстро принимать решения».