Tytuł: "Wewnętrzna jonizacja jako szansa na miniaturyzację kwadrupolowych spektrometrów mas"

Instytucja Finansująca: Narodowe Centrum Nauki

Kierownik Projektu na PWr: dr hab. inż. Tomasz Grzebyk, prof. PWr

Okres realizacji na PWr: 10.07.2024 – 09.07.2028

Wartość projektu: 1 567 252 zł

Opis: Temat miniaturyzacji instrumentów analitycznych, w tym spektrometrów mas jest podejmowany w wielu ośrodkach światowych od lat. W  ciągu  ostatnich  dziesięcioleci  wiele  osiągnięto  w  tej  dziedzinie,  opracowano walizkowe  wersje  spektrometrów  mas,  zastosowano  technologię  MEMS  (micro-electro-mechanical  system)  do  miniaturyzacji  przynajmniej  niektórych  elementów  MS. Jednak miniaturyzacja wiązała się zazwyczaj ze zmniejszeniem rozdzielczości, czułości czy zakresu analizowanych mas. W związku z tym wykorzystanie instrumentów kompaktowych było dotychczas ograniczone. Dalszy rozwój jest możliwy, gdy parametry miniaturowej wersji spektrometru będą bardziej zbliżone do standardowego. Jednocześnie nie należy zwiększać złożoności całego instrumentu, zarówno pod względem podstawowych elementów, jak  i elektroniki niezbędnej do  jego działania, tak aby instrument mógł być stosunkowo tani w produkcji seryjnej i łatwy w obsłudze. 

Stosowane obecnie podejścia do miniaturyzacji zdały się osiągać swoje granice. Celem niniejszego  projektu jest przekroczenie tych granic, przy zachowaniu odpowiednio dobrych parametrów przyrządu. Chcemy to osiągnąć poprzez zastosowanie niestandardowych metod wewnętrznej jonizacji  próbek gazów oraz alternatywnych technik analitycznych.

W konwencjonalnych przyrządach jony są wprowadzane do analizatora jonów z pewnego rodzaju zewnętrznego źródła (działającego w oparciu o emisję polową, wyładowanie jarzeniowe, emisję termiczną itp.). Trudno ograniczyć energię takich jonów poniżej kilku eV, a to jest wymagane do uproszczenia układów elektronicznych, które zasilają i sterują całością. W podejściu zaproponowanym w tym projekcie uważamy, że można to osiągnąć poprzez wykorzystanie tzw. jonizacji wewnętrznej, w której jony powstają bezpośrednio wewnątrz filtra jonów. W takim przypadku energie poprzeczne jonów są niezwykle niskie, ponieważ są one indukowane prawie wyłącznie przez siły ładunku przestrzennego wytwarzane przez same naładowane cząstki. Takie rozwiązanie, znane z niektórych pułapek jonowych, nie było dotychczas stosowane w spektrometrach mas. Daje to możliwość zmniejszenia wymiarów filtra (miniaturyzacja głowicy pomiarowej) i wykorzystania niższych częstotliwości i amplitud sygnałów sterujących (miniaturyzacja elektroniki). 

Rezultat tego projektu doprowadzi do powstania nowego typu analizatorów masy, które będą hybrydą  pomiędzy kwadrupolowymi analizatorami mas i pułapkami jonowymi, wykorzystując najlepsze cechy  każdego z nich. I spowoduje dalszą miniaturyzację spektrometrów mas opracowanych dla nowych, pojawiających się zastosowań. Cel projektu jest niezwykle ciekawy, a pomyślna realizacja może  doprowadzić do przełomu w miniaturyzacji instrumentów analitycznych.