要說近年來被公認(rèn)增長z*快的分析儀器，毫無疑問非質(zhì)譜儀莫屬。據(jù)美國ACS網(wǎng)站統(tǒng)計，目前國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)。就中國而言，對質(zhì)譜儀的需求也在快速增長。

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*后在探測器上產(chǎn)生可以被互相區(qū)分的信號。

對于不同的組分，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，將一個簡單的物理現(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)、國土安全、食品安全、臨床醫(yī)學(xué)檢測和空間技術(shù)等熱門領(lǐng)域。

質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛

但我們知道，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室臺式質(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)場安檢、食品安全等原位現(xiàn)場測量場景，這顯然是不合適的。

這些應(yīng)用的檢測任務(wù)往往不需要太高的分辨率及質(zhì)量準(zhǔn)確度（相對于傳統(tǒng)臺式質(zhì)譜儀），需要滿足的是能夠測定一定數(shù)量的已知化合物，且快速（短短幾秒）得出檢測結(jié)果。

但因?yàn)槭乾F(xiàn)場檢測，一個非常重要的特性儀器是必須有的，那就是小型化。

不過，說小型化就小型化
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，在小型化質(zhì)譜儀的設(shè)計中，z*大的一個挑戰(zhàn)在于真空系統(tǒng)。

上面在簡介質(zhì)譜儀工作原理的時候，已經(jīng)為大家劃出來了，“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，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，會直接導(dǎo)致系統(tǒng)真空度降低，這會嚴(yán)重影響質(zhì)量分析器及探測器的正常運(yùn)行。

而從目前的研究結(jié)果來看，質(zhì)譜的背景噪聲主要來自探測器端，這源于一個叫離子反饋的作用。

常見的質(zhì)譜探測器（如MCP、電子倍增器/EM）都是將離子轉(zhuǎn)化為電子；電子被電場加速、倍增并z*終檢出。而加速的電子會和殘余氣體分子碰撞，產(chǎn)生正離子。這些正離子在電場中會反向運(yùn)動，再次轟擊產(chǎn)生電子，這個過程稱為離子反饋（Ion Feedback，IFB）。

由于正離子反向運(yùn)動是需要時間的，所以離子反饋所產(chǎn)生的信號與真實(shí)信號本身并不會疊加，反而成為了噪聲/雜峰的重要來源。

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。

新探測器技術(shù)的出現(xiàn)，成為了質(zhì)譜儀小型化的一個關(guān)鍵。