Development of a novel mass analysis approach on the basis of mechanical deformation induced by gas flow in a micron channel

开发基于微米通道中气流引起的机械变形的新型质量分析方法

基本信息

批准号：
19KK0141
负责人：
柴弘太
金额：
$ 11.15万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-10-07 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、申請者独自の分子量測定法（大気環境、リアルタイム、非破壊）を、国際共同研究を推進するProf. Weitzとともに発展させ、モバイル用途まで見据えたイオン化不要の新奇質量分析法の創出を目指すものである。従来の質量分析は、試料をイオン化・断片化し、それらを逐次測定することで、試料の構造に由来する情報（マススペクトル）を得るという非常に優れた定性・定量手法である。しかし、試料のイオン化のためには真空環境が必須となるため、原理的に装置の小型化、とりわけコンシューマー用途まで視野に入れたモバイル化には、ブレークスルーが必要であった。一方、申請者が開発した分子量測定法（流体熱力学質量分析、AMA）は、大気環境下で実施可能であるため、従来法が抱える原理的な制約に縛られない様々な可能性を有している。目下の課題は、分子量の決定だけでは、分子量が同じ試料（例えば構造異性体）に対しては適用できないという点にある。この課題を解決すべく、申請者は分子量とは独立した試料に固有のパラメータを選定し、それを分子量と同時に決定することで、構造異性体などまで含めたあらゆる試料に対応可能なアプローチを着想した。そのようなパラメータとして、試料の「粘度」に着目し、その定量に向けた検討を行った。その結果、Prof. Weitzが主な研究対象としているマイクロ流体関連技術を用いることで、粘度の定量手法の確立に成功した。さらには、色の変化に基づいて目視で気体を識別可能な新手法を創出するに至った。この手法も大気環境下で容易に実施できるものであり、色の変化は気体の分子量と粘度に依存することを見出している。これは全く予想していなかった成果であり、本研究で目指す「モバイル実装レベルの質量分析装置」の実現に大きく貢献するものになると考えている。

这项研究旨在与Weitz教授一起开发申请人自己的分子量测量方法（空气环境，实时，无损），该方法促进了国际联合研究，以创建一种新型的无电离质谱法，该方法也用于移动应用。常规的质谱法是一种非常出色的定性和定量方法，其中样品被电离和零散，并依次测量样品以获取从样品结构中得出的信息（质谱）。但是，由于真空环境对于样品的电离至关重要，因此原则上需要突破来减少设备的大小，尤其是在移动使用方面，考虑到消费者的应用。另一方面，申请人开发的分子量测量方法（流体热力学质谱法，AMA）可以在大气环境中实施，因此具有各种可能性，这些可能性不受常规方法所面临的原理约束。当前的问题在于，仅确定分子量不能仅应用于具有相同分子量的样品（例如结构异构体）。为了解决这个问题，申请人选择的参数独立于分子量，并且通过与分子量同时确定这些参数，它提出了一种可以容纳任何样品（包括结构异构体）的方法。作为这样的参数，我们专注于样品的“粘度”，并研究了其定量。结果，我们通过使用微流体相关的技术成功建立了一种量化粘度的方法，Weitz教授主要在研究它。此外，我们来创建了一种新方法，该方法允许根据颜色变化进行视觉识别气体。该技术也很容易在大气环境中实现，并且发现颜色变化取决于气体的分子量和粘度。这是一个不可预测的结果，我们认为这将极大地有助于实现这项研究中针对的“移动实施质谱仪”。