Obecnie, jako kluczowa technika analityczna, spektrometria masowa jest szeroko stosowana w biomedycynie, nauce o żywności, bezpieczeństwie wewnętrznym, biologii systemów, odkrywaniu leków i innych dziedzinach. Spektrometria masowa oparta jest na metodach analizy stosunku masy do ładunku (m / z) z wysoką czułością, wysoką dokładnością i uniwersalnym stosowaniem.
W spektrometrii mas jonizacja jest krytycznym pierwszym krokiem ładowania ładunków neutralnych cząsteczek. Dzisiejsze komercyjne metody jonizacji opierają się głównie na wysokim ciśnieniu stałym (DC), aby przekształcić cząsteczki próbki w jony fazy gazowej w źródle jonów. Jednak podczas jonizacji ilość jonów (Q) nie jest kontrolowana przez napięcie (V). Dlatego wszystkie obecne metody jonizacji nie zapewniają precyzyjnej kontroli ilości jonów. Ponadto, jeśli stosowane jest konwencjonalne zasilanie wysokiego napięcia, większość (99%) ładunku / prądu i jonów jest marnowana. Dlatego też spektrometria masowa ma obecnie poważne wąskie gardło w kierunku wywoływania poprawy czułości, wykorzystania próbki i cyklu pracy. Ponadto konwencjonalnie stosowane źródło wysokiego napięcia ma wady bycia kosztownym, trudnym do przenoszenia i niebezpiecznym.
Wysokie napięcie wyjściowe stałego ładunku jest tylko jedną z podstawowych cech tryboelektrycznego nanogeneratora (TENG). Pod wspólnym kierownictwem Georgia Institute of Technology, Pekińskiego Instytutu Nanonogeneracji i Systemów, Chińskiej Akademii Nauk, Wang Zhonglina i Facundo Fernándeza, Li Anzhen i Jin Yunlong utworzyli zespół współpracy międzywydziałowej, wykorzystujący TENG do napędzania źródła jonów , realizacja źródła jonów w ilości ładunku, dodatnia i ujemna Precyzyjna kontrola wielu aspektów, takich jak płeć, długość sygnału i tak dalej. Ta praca zapewnia całkowicie nowy kontrolowany parametr dla spektrometrii mas i jest również pierwszym zastosowaniem nanogeneratorów w dużych instrumentach analitycznych. Powiązane prace otworzyły nowe obszary badań i zastosowań i zostały niedawno opublikowane w najnowszym wydaniu Nature Nanotechnology.
Po pierwsze, zespół z powodzeniem osiągnął jonizację przez elektrorozpylanie i jonację za pomocą wyładowania plazmowego przy użyciu TENG. Ustalona kwota opłaty zapewnianej przez TENG zapewnia bezprecedensową kontrolę nad procesem jonizacji. Zespół wdrożył kontrolowaną generację jonów nanocoloumb i zaproponował powiązany model fizyczny. Dzięki napędowi TENG czas trwania, częstotliwość i ładowność impulsu jonowego można skutecznie kontrolować i minimalizować zużycie próbki. Ładunek śladowy TENG pozwala uniknąć zjawiska wyładowania koronowego powszechnego w wysokim napięciu stałym w spektrometrii mas, uzyskując w ten sposób pierwsze ultra-wysokie napięcie (5-9 kV) nanoelektronię (nanoESI). Ta metoda zwiększa czułość źródła jonów elektrosprejowych przy niskich stężeniach i maksymalizuje wykorzystanie próbki. Spektrometria masowa za pomocą jonizacji sterowanej przez TENG została z powodzeniem wykorzystana do wykrywania różnych małych cząsteczek organicznych i biomakromolekuł oraz do osiągnięcia czułości, która może wykrywać setki cząsteczek. Napełniacze jonowe AC z napędem TENG są również stosowane do osadzania materiałów jonowych na powierzchniach izolacyjnych.
Badania te mają przełomowe znaczenie dla rozwoju zarówno spektrometrii masowej, jak i TENG.
Po pierwsze, w badaniu uzyskano pierwszą precyzyjną kontrolę ilości ładunku podczas jonizacji, wprowadzając nowy kontrolowany parametr do spektrometrii mas, poprawiając analityczną dokładność i umożliwiając analizę bardzo małych próbek w celu wykrycia chemicznego i biologicznego. Problem wąskiego gardła spektrometrii mas daje nowe możliwości. Dzięki TENG naukowcy mogą synchronizować czas natryskiwania z czasem spektrometrii mas, aby zmaksymalizować wykorzystanie próbki.
W tym samym czasie TENG zastępuje oryginalny zasilacz do rozpylania jonów na sprzęcie do spektrometrii mas, dzięki czemu jest przenośny dla małych spektrometrów masowych i zapewnia możliwości w ekstremalnych warunkach, takich jak zastosowania wojskowe lub kosmiczne.
Na koniec, badanie, jako pierwsze badanie wykorzystujące TENG w sprzęcie i sprzęcie, potwierdziło, że TENG jest prostą, bezpieczną i skuteczną metodą dostarczania wysokiego napięcia, dostarczającą pomysłów na podobne badania, napędzając różne instrumenty TENG i Proces w ten sposób położył fundament dla "sterowanego systemu z własnym napędem".
