分析仪器的发展趋势和几种有价值的分析仪器新技术

　　1 引言

　　分析仪器是科学仪器的主要分支。当前分析仪器的发展趋势主要表现在微型化、大众化和日用品化、智能化(计算机化)、大量采用高新技术(高新技术集成)和大量发展非传统仪器(如在线、非侵入、非破坏、原位、实时、多维、多参数、高通量分析仪器)方面，其中微型化则是这些趋势的集中体现。它既是社会和经济发展的一种要求，又是科技发展的一个必然结果。与只测一种参数的传感器不同，除专用仪器以外，常用分析仪器一般都能对复杂样品中的多种成分进行测定。因此一般都要具有分离不同组分，利用各组分的光、电、热、磁、质量等性质获得某种可测信号并加以测量的功能。为了提高测定的灵敏度、准确度和速率等等，还必须对信号进行放大、去噪、积分、平均等处理并不断提高仪器的自动化和智能化程度。因此，一般分析仪器所包含的部件较多，也较复杂。许多仪器也因此而成为一个庞然大物，难以满足越来越多样化的要求。如何使这类分析仪器小型化、微型化和简化操作就成为越来越迫切需要解决的问题。当然，现代科学技术的发展也为分析仪器的小型化、微型化和简化操作提供了许多空前的可能性。比如，计算机技术的飞速发展就是一个最生动的例子，它为用微、小型部件实现仪器的智能化和自动化创造了空前的可能性。又如，阵列检测器(如 CCD)的出现，又为各种成像仪器的小型化、微型化和自动化创造了很好的条件。微流控芯片的出现则为传统化学和生物化学分析方法的仪器化和微型化奠定了基础。下面结合我们近来的工作介绍几种刚刚出现，预计在今后若干年中将会有较广泛应用价值的分析仪器新技术。

　　2 常压离子化质谱技术

　　采用传统的质谱分析技术，样品一般都需要作一定的预处理然后才能进行离子化，有时还需要在真空中进样，或者利用激光器或者高压电源进行离子化，因此操作较繁杂，容易发生污染、损失、引入副反应，还有一定的危险性(高电压、强辐射)，更难以实时获得分析结果。最近几年来，在质谱分析中实现常压离子化和实时分析方面取得了引人注目的成功。特别是不久前刚刚出现的直接实时分析(Direct Analysis in Real Time,DART)离子化源[1]和电喷雾解吸离子化源(DesorptionElectrospray Ionization，DESI)[2]。它们都可在常压下对样品进行直接离子化，与相应的质谱仪联用就可容易地实现气、液样品和固体表面样品的直接实时分析，因而被认为是质谱分析技术发展中的下一个“量子跃迁”，值得予以格外关注。

　　D A R T 离子化源采用高能亚稳态中性粒子(例如Hem或者 N2m)束对样品进行离子化。图 1 为其示意图。高能中性粒子束由相应气流经电晕放电和随后去除荷电粒子之后获得。当高能中性粒子束与样品接触时，将发生非弹性碰撞使样品分子气化和离子化，随后被质谱仪的真空系统吸入质量分析器并完成质谱分析。将 DART离子化源与 TOF-MS 联用可对气、液样品和固体表面的样品进行直接分析并实时获得分析结果，因此已经在公共安全(包括生物和化学武器及毒品的现场检测)、刑事侦察、药物监测和检测、天然产物和食品及饮料的质检、环境灾难的监控、急诊病人的确诊等等领域获得广泛应用。可以预见，随着对这一离子化源离子化机理的逐步深入了解和性能更好的新型高能中性粒子束源的研制成功，DART 离子化技术将在质谱分析领域获得越来越广泛的欢迎。如果能够与离子淌度谱仪联用则有望研制成功便于野外使用的小型手持式仪器。