快速分離與檢測創(chuàng )新團隊面向國家安全、生態(tài)環(huán)境和生命健康對分析科學(xué)的迫切需求，發(fā)展用于現場(chǎng)快速分離、檢測的高端過(guò)程分析儀器和在線(xiàn)監測技術(shù)。在國家安全快速檢測方面研制了非放射性的離子遷移譜用于爆炸物和毒品分析；實(shí)現了暴恐中經(jīng)常使用的黑火藥、無(wú)機炸藥以及TATP的快速檢測；將非放射性遷移譜實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化，年銷(xiāo)售達到500臺次，性能優(yōu)于國外產(chǎn)品，完全實(shí)現了進(jìn)口產(chǎn)品的替代。針對環(huán)境污染物在線(xiàn)檢測的需求，發(fā)展了便攜式的在線(xiàn)飛行時(shí)間質(zhì)譜，該便攜式質(zhì)譜將真空紫外燈軟電離源與膜進(jìn)樣快速樣品富集技術(shù)結合，儀器已用于大氣、水中VOCs以及催化反應產(chǎn)物現場(chǎng)、實(shí)時(shí)分析。在醫療健康領(lǐng)域，發(fā)展手術(shù)中丙泊酚麻醉劑的呼吸氣中含量實(shí)時(shí)檢測技術(shù)，根據病人個(gè)體差異，實(shí)現術(shù)中病人精確麻醉。

團隊主要研究方向：（1）在線(xiàn)分析離子遷移譜技術(shù)研究；（2）在線(xiàn)分析微型化質(zhì)譜研制；（3）離子遷移譜-質(zhì)譜連用技術(shù)；（4）高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜研制；（5）儀器在線(xiàn)監測應用研究（環(huán)境、安全、醫療以及工業(yè)在線(xiàn)領(lǐng)域）

1.環(huán)境有機污染物在線(xiàn)檢測質(zhì)譜

垃圾焚燒過(guò)程產(chǎn)生的二噁英等有機污染物對環(huán)境污染極其嚴重。對焚燒過(guò)程中二噁英前驅物多環(huán)芳烴類(lèi)物質(zhì)以及揮發(fā)性有機物（VOCs）的實(shí)時(shí)監測，有助于研究二噁英的形成機理和二噁英的產(chǎn)生及其其對環(huán)境的影響過(guò)程。

課題組研制的用于垃圾焚燒過(guò)程二噁英前驅物實(shí)時(shí)監測的在線(xiàn)質(zhì)譜儀如圖1（專(zhuān)利號：200610011793.2，200810013526.8，200810013525.3）。儀器采用VUV光軟電離源，譜圖簡(jiǎn)單，定量準確；飛行時(shí)間質(zhì)譜儀作為質(zhì)量分析器，有微秒級的快速響應速度，一次掃描即可得到全譜，特別適用于環(huán)境樣品的實(shí)時(shí)、在線(xiàn)分析。

該在線(xiàn)質(zhì)譜儀分辨率達到3000，質(zhì)量數范圍1-500，對垃圾焚燒煙氣中的萘、芴、聯(lián)苯、三氯苯、三氯酚、菲、芘等樣品以及美國環(huán)保局EPA標準的TO-14和TO-15/17標準氣均可以實(shí)現高靈敏檢測。該在線(xiàn)質(zhì)譜儀從樣品富集、解析以及樣品質(zhì)譜分析、數據報告等步驟均已實(shí)現全檢測過(guò)程自動(dòng)化運行，儀器放置于監測地點(diǎn)后可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行儀器運行情況監控，數據可以無(wú)線(xiàn)傳輸到終端監控臺。

該儀器已經(jīng)成功示范運行于北京某垃圾焚燒廠(chǎng)三個(gè)月，實(shí)現了氯苯、氯酚、多環(huán)芳烴等二噁英前生體的監測如圖1，24 min分析時(shí)間對典型氯苯、氯酚的檢測靈敏度可以達到10 ppt。

圖1 環(huán)境有機污染物在線(xiàn)檢測質(zhì)譜以及典型的二噁英焚燒煙氣中的質(zhì)譜圖

2.全封閉組合電器中六氟化硫絕緣氣體電氣故障在線(xiàn)診斷儀

六氟化硫電流互感器和組合電器（GIS）安全運行對整個(gè)電力系統的穩定至關(guān)重要。六氟化硫GIS的電氣故障特征是在絕緣完全擊穿或閃絡(luò )前產(chǎn)生局部放電，放電故障與SF6氣體分解物的種類(lèi)和含量息息相關(guān)。本課題組研制了基于便攜式飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)的SF6分解物在線(xiàn)分析儀，通過(guò)對GIS中SF6氣體典型分解物的現場(chǎng)在線(xiàn)檢測，快速診斷SF6電氣設備內部存在的故障情況，實(shí)現無(wú)需設備停電、及時(shí)跟蹤設備內部故障發(fā)展狀況。

SF6由于放電產(chǎn)生的分解物濃度較低，而且由于SF6自身的滅弧效應對于電子具有淬滅效應，因此在SF6本底下放電分解產(chǎn)物的檢出靈敏度大大下降，本儀器使用冷電子電離源，利用射頻場(chǎng)加速電子，通過(guò)磁場(chǎng)調制電子路徑提高SF6本底下痕量分解產(chǎn)物的靈敏度。研制的在線(xiàn)質(zhì)譜尺寸40×35×30 cm，重量：30 kg，分辨率優(yōu)于1000。樣品分析時(shí)間30 s，對SOF2和SO2等典型的故障分解物檢測靈敏度達到1 μL/L，儀器檢測指標優(yōu)于IEC60480對氣體分解產(chǎn)物的總量（<50 μL/L）、SO2+SOF2（<12 μL/L）和HF（<25 μL/L）的規定檢測靈敏度，該儀器會(huì )對六氟化硫電氣設備快速故障診斷帶來(lái)革命性的突破，將能極大提升SF6及特征分解物檢測的技術(shù)水平，為電力安全提供保障。該儀器已經(jīng)與中國南方電網(wǎng)有限責任公司進(jìn)行合作推廣，實(shí)現了技術(shù)到產(chǎn)品的轉化，該儀器正在廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院進(jìn)行示范應用。

圖2 全封閉組合電器電氣故障在線(xiàn)診斷儀以及SF6放電產(chǎn)物在線(xiàn)檢測譜圖

3.離子遷移譜技術(shù)

離子遷移譜技術(shù)主要是通過(guò)氣態(tài)離子的遷移率來(lái)表征各種不同的化學(xué)物質(zhì),以實(shí)現對各種物質(zhì)分離檢測的目的。因此,離子遷移譜在出現的初期還被稱(chēng)氣相電泳和等離子體色譜。該技術(shù)特別適合于一些揮發(fā)性有機物的痕量探測,如化學(xué)戰劑、毒品、爆炸物和大氣污染物等?，F在,該技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于公安偵察、公共場(chǎng)所(如機場(chǎng)、火車(chē)站、海關(guān))安檢、反恐、緝毒、國防、環(huán)境檢測、工業(yè)生產(chǎn)中有害氣體監測等。

本課題擁有涵蓋各個(gè)學(xué)科優(yōu)勢的研發(fā)團隊，通過(guò)多年的實(shí)驗研究，我們開(kāi)發(fā)了多種樣品電離技術(shù)和進(jìn)樣方式,研制出了具有自主知識產(chǎn)權的離子遷移管、離子門(mén)、微電流放大器、數據采集系統、自動(dòng)控制系統以及分析軟件。目前該產(chǎn)品系列已經(jīng)投入到地鐵、機場(chǎng)、公安、法院等場(chǎng)所的安檢。

圖3 臺式、便攜式炸探儀器及在現場(chǎng)的應用實(shí)例