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Jul 17, 2023

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Scientific Reports volume 13、記事番号: 6059 (2023) この記事を引用 589 アクセス メトリクスの詳細 リアルタイムのカラムフリー小型ガス質量分析計の初期かつ重要な結果

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6059 (2023) この記事を引用

589 アクセス

メトリクスの詳細

部分的に重複するスペクトルを持つターゲット種を検出するリアルタイムのカラムフリー小型ガス質量分析計に関する初期の重要な結果が報告されています。 この成果は、ナノ流体サンプリング入口システムとしてのナノスケールの穴と、堅牢な統計手法の両方を使用して達成されました。 たとえ提示された物理的実装がガスクロマトグラフィーカラムで使用できたとしても、高度な小型化を目指すには、何の助けも借りずにその検出性能を調査する必要があります。 研究ケースとして、最初の実験では、単一および化合物の混合物で 6 ～ 93 ppm の範囲の濃度のジクロロメタン (CH2Cl2) とシクロヘキサン (C6H12) が使用されました。 ナノオリフィスカラムフリーのアプローチでは、60 秒以内に生のスペクトルが取得され、NIST 参照データベースとの相関係数はそれぞれ 0.525 および 0.578 でした。 次に、統計データ推論に部分最小二乗回帰 (PLSR) を使用して、これら 2 つの化合物の 10 種類の既知の異なるブレンドの 320 の生スペクトルに基づいてキャリブレーション データセットを構築しました。 このモデルは、正規化されたフルスケール二乗平均平方根偏差 (NRMSD) の精度が、種ごとにそれぞれ \(10.9\mathrm{\%}\) と \(18.4\mathrm{\%}\) であることを示しました。組み合わせた混合物。 2 番目の実験は、干渉剤として作用する他の 2 つのガス、キシレンとリモネンを含む混合物で行われました。 さらに 8 つの新しい混合物で 256 のスペクトルが取得され、そこから CH2Cl2 と C6H12 を予測するための 2 つのモデルが開発され、それぞれ 6.4% と 13.9% の NRMSD 値が得られました。

マイクロおよびナノテクノロジー 1 の最新の結果と、ガス分析機器の特定の評価アプローチを組み合わせることで、測定の実行方法 2 が変化しています。 マイクロ電気機械システム (MEMS) およびナノ電気機械システム (NEMS) の分野の開発を利用した新世代の分析機器は、ガス クロマトグラフィー (GC) 用の非常に高度な小型化を実現するデバイスの展望を開きます。 ガスクロマトグラフィー - 質量分析 (GC-MS) 分析技術と、イオン移動度分光法 (IMS)、表面音響波 - 質量分析 (SAW-MS)、およびガスクロマトグラフィー - 表面音響波 - などのよりターゲットを絞った技術の最近の進歩質量分析法 (GC-SAW) は、サイズ、分析時間、設置と展開のコストを削減するという明確な傾向を示しています。 したがって、厳しい真空条件を満たす必要があり、複雑な差動真空システム、大型の接続、高価な真空ポンプが必要になります。 しかし、機器への比較的大きなガス入口流量の必要性を排除することは困難です。 これらの取り組みの例は、いくつかの最近の出版物に記載されており、さまざまなガスが 10 ～ 200 sccm3、4、5、6、7、8 の範囲の sccm 値で注入されています。 流量をさらに削減するために、システム全体の寸法の削減が数人の研究者によって研究され、必要な入口スループットの結果的な削減が初めて得られました。たとえば、2007 年に Kim et al.9 は、マイクロ GC の最初の統合を報告しました。 4 段ガスマイクロポンプを長さ 25 cm のマイクロカラムに接続しました。 このシステムでは、0.2 ～ 0.3 sccm の間で最良の蒸気分離が得られました。 ごく最近では、Hsieh と Kim10 は微小循環ガスクロマトグラフィー システムを開発し、0.5 sccm の固定流量で動作させて、異なる異性体の分離についてテストすることに成功しました。 同様の結果が、ナノオリフィス膜で作成された平行チャネルに基づくクヌーセンポンプ (KP) と呼ばれる特定の技術を使用して報告されました。 このトピックに関して、Qin et al. 彼らはいくつかの論文 11、12、13 を執筆し、それぞれ 0.4、0.82、0.15 sccm の流量を持つ小型システムを開発しました。 一般に、ナノテクノロジーデバイスは、これらの対策の実行方法を劇的に変えることができ、根本的かつ非常に重要なシステムの寸法と電源の削減を可能にします。 ナノメートルスケールのオリフィス 16 をサンプリングポイントとして使用し、大気圧へのスマートガスインターフェースを使用することで、システムの簡素化 14,15 を大幅に改善できます。