快速分析与检测团队

快速分离与检测创新团队面向国家安全、生态环境和生命健康对分析科学的迫切需求，发展用于现场快速分离、检测的高端过程分析仪器和在线监测技术。在国家安全快速检测方面研制了非放射性的离子迁移谱用于爆炸物和毒品分析；实现了暴恐中经常使用的黑火药、无机炸药以及TATP的快速检测；将非放射性迁移谱实现了产业化，年销售达到500台次，性能优于国外产品，完全实现了进口产品的替代。针对环境污染物在线检测的需求，发展了便携式的在线飞行时间质谱，该便携式质谱将真空紫外灯软电离源与膜进样快速样品富集技术结合，仪器已用于大气、水中VOCs以及催化反应产物现场、实时分析。在医疗健康领域，发展手术中丙泊酚麻醉剂的呼吸气中含量实时检测技术，根据病人个体差异，实现术中病人精确麻醉。

团队主要研究方向：（1）在线分析离子迁移谱技术研究；（2）在线分析微型化质谱研制；（3）离子迁移谱-质谱连用技术；（4）高分辨飞行时间质谱研制；（5）仪器在线监测应用研究（环境、安全、医疗以及工业在线领域）

1.环境有机污染物在线检测质谱

垃圾焚烧过程产生的二噁英等有机污染物对环境污染极其严重。对焚烧过程中二噁英前驱物多环芳烃类物质以及挥发性有机物（VOCs）的实时监测，有助于研究二噁英的形成机理和二噁英的产生及其其对环境的影响过程。

课题组研制的用于垃圾焚烧过程二噁英前驱物实时监测的在线质谱仪如图1（专利号：200610011793.2，200810013526.8，200810013525.3）。仪器采用VUV光软电离源，谱图简单，定量准确；飞行时间质谱仪作为质量分析器，有微秒级的快速响应速度，一次扫描即可得到全谱，特别适用于环境样品的实时、在线分析。

该在线质谱仪分辨率达到3000，质量数范围1-500，对垃圾焚烧烟气中的萘、芴、联苯、三氯苯、三氯酚、菲、芘等样品以及美国环保局EPA标准的TO-14和TO-15/17标准气均可以实现高灵敏检测。该在线质谱仪从样品富集、解析以及样品质谱分析、数据报告等步骤均已实现全检测过程自动化运行，仪器放置于监测地点后可以通过无线网络进行仪器运行情况监控，数据可以无线传输到终端监控台。

该仪器已经成功示范运行于北京某垃圾焚烧厂三个月，实现了氯苯、氯酚、多环芳烃等二噁英前生体的监测如图1，24 min分析时间对典型氯苯、氯酚的检测灵敏度可以达到10 ppt。

图1 环境有机污染物在线检测质谱以及典型的二噁英焚烧烟气中的质谱图

2.全封闭组合电器中六氟化硫绝缘气体电气故障在线诊断仪

六氟化硫电流互感器和组合电器（GIS）安全运行对整个电力系统的稳定至关重要。六氟化硫GIS的电气故障特征是在绝缘完全击穿或闪络前产生局部放电，放电故障与SF6气体分解物的种类和含量息息相关。本课题组研制了基于便携式飞行时间质谱技术的SF6分解物在线分析仪，通过对GIS中SF6气体典型分解物的现场在线检测，快速诊断SF6电气设备内部存在的故障情况，实现无需设备停电、及时跟踪设备内部故障发展状况。

SF6由于放电产生的分解物浓度较低，而且由于SF6自身的灭弧效应对于电子具有淬灭效应，因此在SF6本底下放电分解产物的检出灵敏度大大下降，本仪器使用冷电子电离源，利用射频场加速电子，通过磁场调制电子路径提高SF6本底下痕量分解产物的灵敏度。研制的在线质谱尺寸40×35×30 cm，重量：30 kg，分辨率优于1000。样品分析时间30 s，对SOF2和SO2等典型的故障分解物检测灵敏度达到1 μL/L，仪器检测指标优于IEC60480对气体分解产物的总量（<50 μL/L）、SO2+SOF2（<12 μL/L）和HF（<25 μL/L）的规定检测灵敏度，该仪器会对六氟化硫电气设备快速故障诊断带来革命性的突破，将能极大提升SF6及特征分解物检测的技术水平，为电力安全提供保障。该仪器已经与中国南方电网有限责任公司进行合作推广，实现了技术到产品的转化，该仪器正在广西电网公司电力科学研究院进行示范应用。

图2 全封闭组合电器电气故障在线诊断仪以及SF6放电产物在线检测谱图

3.离子迁移谱技术

离子迁移谱技术主要是通过气态离子的迁移率来表征各种不同的化学物质,以实现对各种物质分离检测的目的。因此,离子迁移谱在出现的初期还被称气相电泳和等离子体色谱。该技术特别适合于一些挥发性有机物的痕量探测,如化学战剂、毒品、爆炸物和大气污染物等。现在,该技术已经广泛应用于公安侦察、公共场所(如机场、火车站、海关)安检、反恐、缉毒、国防、环境检测、工业生产中有害气体监测等。

本课题拥有涵盖各个学科优势的研发团队，通过多年的实验研究，我们开发了多种样品电离技术和进样方式,研制出了具有自主知识产权的离子迁移管、离子门、微电流放大器、数据采集系统、自动控制系统以及分析软件。目前该产品系列已经投入到地铁、机场、公安、法院等场所的安检。

图3 台式、便携式炸探仪器及在现场的应用实例