“老师，我还是想尝试一下！”

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编者按

质谱仪如同科研工作和社会生活中离不开的“鼻子”，帮助人们“嗅”到许多重要隐秘信号。为了攻克新技术、打造更灵敏的“鼻子”，国科大环境材料与污染控制技术研究中心硕士生晏子涛所在团队在实验中反复钻研、上下求索，研发出新的光源并用于质谱检测。本期，跟国晓薇一起，听听晏子涛和“鼻子小分队”的科研故事。

提起质谱仪，不管是食品药品监督、环境监测的从业者，还是医学诊断、安全检测等领域的圈内人，都不会陌生。

作为科研工作和社会生活中离不开的“鼻子”，它帮助人们“嗅”到许多重要隐秘信号。

“如何让这个‘鼻子’越来越灵敏，是各行业前行路上必须直面的共同难题。”国科大环境材料与污染控制技术研究中心（以下简称“环境材料中心”）环境科学专业硕士生晏子涛用一个比喻，形象通俗地解释了自己聚焦攻关的课题方向。

让“鼻子”灵敏的影响因素有很多，其中，便携式高通量VUV光源，是光电离探测技术包括光电离质谱效能提升的关键。目前，商业田野和实验室里现行的两条路均非最佳路径：一方面，常用的商业化直流Kr灯光通量较低，限制了相关仪器的检测灵敏度；另一方面，基于实验室自制的高通量VUV光源，通常构造复杂、成本高、便携性差、推广难度大。

在国科大环境材料中心，就有这样一群致力于打造更灵敏“鼻子”的人。最近，他们成功研发了一种基于无极荧光灯的便携式高通量真空紫外（VUV）光源并应用于质谱检测。

相关研究成果以“A Simple High-Flux Switchable VUV Lamp Based on an Electrodeless Fluorescent Lamp for SPI/PAI Mass Spectrometry”为题发表于Analytical Chemistry，并被选为Supplementary Journal Cover文章

一步都不能少 

“这个最后的数值模拟实在太难就不做了吧？已有的结果也能发表。”

2022年12月的一天，当导师对着晏子涛面露难色地说出这句话时，空气仿佛一下子凝固了。

片刻后，负责新型高通量VUV光源实验的晏子涛说：“老师，我还是想尝试一下！ICP放电的原理和COMSOL模拟软件大不了我就从头学起。”

为了提高新型VUV光源的光通量，晏子涛把各种能改变的条件都过了一遍：放电气体、混气比例、气压、功率、耦合器长度……经过一连串的参数调试和排列组合，光通量在原有的基础上提高了整整一个数量级。晏子涛在已经拿到完整的实验数据的基础上，只期待这“临门一脚”的数值模拟，以实现高通量VUV光源这一实验和理论的相互验证，为后人提供指引，在未来极大地简化设计和实验工作。

经过夜以继日的集中攻关，非物理专业的晏子涛在束继年教授和导师杨波的帮助下，深埋数十年的“古老”物理文献，总结归纳了氪氦混合气ICP放电的复杂反应参数。即使在疫情席卷全国的日子里，调试模型的工作也没有一天停止过。

当绚丽的光在电脑屏幕点亮的那一刻，晏子涛内心涌上的那份激动，至今记忆犹新。“这是氪氦ICP VUV光源的‘第一个模型’！”翻越首座“山头”所给予的信心和能量，对一个学术攀登路上的“新兵”来说，意义重大。“过程痛苦又困难，但自己能感觉到，收获也是无比巨大的。”晏子涛表示。

晏子涛在实验室

一束光簇拥另一束光 

从加入“梦想”实验室到真正融入其中，晏子涛是经历了一番“试炼”的。

本科期间，晏子涛很早就了解到了国科大，师兄师姐口中描绘出的，是“梦想”实验室的模样：那里有着先进顶级的实验器材，慕名已久的学术大咖做导师……

在进一步检索资料中，晏子涛了解到，学校环境材料中心杨波从事高灵敏质谱技术研发多年，长期关注高精尖仪器自主创新和环境监测方面的应用。这正是晏子涛从本科开始就感兴趣的方向——如何使用先进高效的方式，探测人类赖以生存的环境中的各种物质与演化过程。

一年后，在国科大雁栖湖校区学园四500实验室，作为新生前来报到的晏子涛和正在做实验的杨波初次见面了，此时他已如愿成为团队一员。

“导师的话不多，在了解我的研究兴趣之后，带我来到学生办公室帮我找了一个工位，叮嘱我，课余时间就可以来办公室学习，这样如果有师兄师姐做实验需要帮忙，既可以帮助别人，还可以尽早掌握一些专业技能。”晏子涛说。

晏子涛知道，真正融入超高灵敏质谱技术课题组这个大家庭，还需要自己“做点什么”。

晏子涛参加课题组师兄师姐的毕业答辩

进入课题组后，借着协助师兄研发高分辨质谱的机会，晏子涛开始真正接触到一些仪器研发的具体操作技能，比如质谱仪的拆装和使用。研一的整个寒假，他把自己泡在导师留给自己的数十篇英文文献中摸索和思考，“我试着从中寻找科学问题，我开学后的第一件事就是去和导师探讨自己阅读中萌生的一些想法。我能感受到，在那段阅读经历后，我对课题组的研究内容‘光电离质谱’才算真正‘摸着了门’”。

“当时他提出一些关于质谱电离新方法的想法，让我很惊喜，学生假期找导师推荐学习资料的很多，但真正能在假期认真研读的却很少。”杨波回忆那次对谈，从学生的反馈里，她看到了一个研究生难得的踏实和热爱。

负离子检测、飞行时间质谱分辨调试、离子门设计、射频导杆调试……“接下来的几个月时间，导师亲自带着我做了一些探索性实验，还在束老师的指导下研发极紫外光电离源，我收获了很多关于仪器设计、组装和调试的经验。”

环境材料中心冷餐会

机会留给有准备之人 

一番“试炼”后，晏子涛接到了束继年教授主导的“新型高通量真空紫外光源”相关研究课题的实验材料，在前期预实验基础上进一步实现了系统性的光源研发。“我那个时候就发现他非常有韧劲，有点不撞南墙不回头的感觉。他做实验可以不断试错，直到最后出结果。”束继年回忆。同样是那段时间里，晏子涛加入的学校乐队“深夜实验室”也在钻研自己的“第一支原创”。就这样，晏子涛卯着劲想翻好眼前的“第一座山头”。

整个实验室的氛围晏子涛用一个词形容就是——“乐此不疲”，忙碌但快乐着：各自手头工作遇到问题时，大家会互相请教和支招，也可以随时请求老师的帮助，每个人都是知无不言。同时，环境材料中心会定期调研学生的科研学习和生活情况，策划开展一些有趣活动，时刻关注和照料学生的情绪和心理状态。

晏子涛加入的“深夜实验室”乐队

寻找更灵敏的“鼻子” 

“高端科学仪器是我国很多重要领域被‘卡脖子’的重要原因之一。我们实验室从2005年就开始从事挥发性有机物和气溶胶质谱仪的自主研发工作。”2018年杨波刚到国科大工作时，超高灵敏质谱技术团队基于高灵敏VUV光电离技术和光诱导缔合电离质谱新技术，研发高性能的高分辨飞行时间质谱和离子阱质谱，并致力于将其应用于环境、医学、安全等领域的检测。

“束老师和杨老师带着师兄师姐们当时‘开垦’起来的主要工作，就是探索新电离方法的机制，致力研发相应的质谱技术和装置，推进仪器的外场应用。”晏子涛说。

耕耘过程中，团队发现，现有的VUV光源是制约光电离质谱实际应用和产业化的关键因素。如何提高光源便携性的同时保证高光通量，越来越成为一个亟待解决的科学问题。

“工厂照明常用的无极荧光灯同样基于ICP原理激发汞氩气体产生荧光，经过多年的发展，所使用的高频交流电源技术成熟，既小巧，成本又低，我们能否用来激发氪氦气体产生VUV光呢？”这个大胆的想法最先闪现在束继年的脑海里。

经过初步尝试，束继年决定，将这个课题交给了“新型高通量VUV光源”去继续实现。

一年时间，实验室创新性地提出了一种使用2.65 MHz交流电激发Kr气产生VUV的方法，成功研制出光通量高于10¹⁴ photons s^-1的VUV光源。该VUV光源与实验室自主研发的飞行时间质谱（TOFMS）耦合，展现出极高的检测灵敏度。质谱仪可通过在离子源掺杂CH₂Cl₂作为光敏剂，诱导缔合电离反应切换成光诱导缔合电离（PAI）模式。

“新光源具有瞬时启辉的特点，可通过时序控制仅在质谱测量时段开启，确保了VUV光源的稳定性和使用寿命。” 

更重要的是，该光源使用的2.65 MHz高频发生器及相应的功率耦合器直接取自市售商业化无极荧光灯，体积小，可直接连接220 V民电使用。

就这样，新型VUV光源将便携、稳定、光通量高、寿命长、成本低、易市场化推广等多项优点集合在了一身，它的诞生，有望促进真空紫外光电离相关技术的发展和应用。

“目前，我们实验室已展开对另一项新型VUV光源的研发——极紫外光源。”在灵敏之上，“鼻子小分队”将继续踏上寻找“更全面的灵敏”之路。

晏子涛在国科大2022年度毕业典礼上做志愿者

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观微之光，可明远方

出品/国科大融媒体编辑部

文字/脱畅

图片/受访者提供

美编/宋嘉琪

责编/齐晓研

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