你可能很难将小小的纳米发电机和质谱仪关联起来,但聪明的科学家们怎么能放过任何一个解决问题的机会?我们先来一小波关于质谱仪的科普:

 

质谱仪主要进行成分和结构分析,可以准确测定物质的分子量以及根据碎片特征进行化合物的结构分析。

 

分析时首先要将分子离子化,然后利用离子在电场或磁场中运动的性质,把离子按质荷比大小排列成谱,这就是质谱。然后利用不同离子的质荷比的不同,就能将不同分子分开啦。

 

那么问题来了,如何将分子离子化呢?简单的说,可以通过失去或者捕获电荷的方式生产力子,例如:电子发射、质子化或去质子化的方式。

 

但是这个步骤并不容易,首先效率很低,非常低,如果利用传统的高压电源,99%的能量是被浪费掉的,那都是钱啊!!!更重要的是,目前所有的离子化方法都无法对离子数量进行精确地控制,也就是说,精度不高。这就尴尬了!

 

摩擦纳米发电机有一个很重要的特性,它可以实现固定电荷量的高压输出。也就是说,如果能将它与质谱仪结合,不仅仅能够准确控制离子数量提高精度,设备的耗能也会大大降低,仪器可以小型化,进而应用于航天和军事等领域。

 

说起来容易,但解决这个问题,需要国际化的顶尖团队。在佐治亚理工学院、中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和 FacundoFernández 教授共同指导下,李安寅博士和訾云龙博士组成的合作团队,用摩擦纳米发电机(TENG)驱动离子源,实现了离子源在电荷数量、正负极性、信号长短等诸多方面的精确控制,这项工作发表在 Nature Nanotechonlogy 上,思路之巧妙,控制之精确,请看下文!

 

首先,他们利用摩擦纳米发电机(TENG)将电喷雾离子化和等离子体放电离子化。由TENG提供的固定电荷量可以实现对离子化过程前所未有的精确控制,可以进行纳库精度(nanoColoumb)的可控离子产生。

 

另外样品消耗也大大减小,通过纳米发电机的驱动,离子脉冲的持续时间、频率、带电性都可以得到有效控制,这样就能将样品消耗降到最小。

 

与传统高电压技术相比,由于纳米发电机产生的电荷很少,避免了质谱分析中DC高电压下常见的电晕放电现象,首次实现了超高电压(5-9千伏)纳电喷雾(nanoESI)。

 

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