Московский физико-технический институт и Сколковский институт науки и технологий завершили разработку нового масс-спектрометра, предназначенного для научных исследований, а также использования в практических приложениях везде, где требуется идентификация веществ с высокой достоверностью, например в разработках для химической промышленности.
Фото пресс-служба МФТИ
Фото пресс-служба МФТИ
Разработанный прибор построен на уникальном принципе и не имеет аналогов по конструкции как в России, так и в мире. Опытный образец изделия успешно прошел испытания и передан в госприемку.
Проект реализуется в рамках программы отечественного приборостроения совместно со Сколтехом. Масс-спектрометры — это аналитические приборы, используемые для определения массы и структуры молекул различных веществ. Они применяются в химии, биохимии, фармацевтике, экологии и других областях. Основные принципы работы масс-спектрометров включают следующие этапы: ионизация, масс-анализ (ионы разделяются на основе их массы и заряда), детектирование (разделенные ионы регистрируются и анализируются детектором, который измеряет ток ионов), интерпретация данных (определение молекулярной массы, идентификация соединений и количественный анализ).
Масс-спектрометрия применяется для исследования не только одиночных молекул, но и сложных смесей (например, в химической промышленности для анализа продуктов реакции), биомедицинских исследованиях (для изучения метаболитов, белков, липидов и других биомолекул), в экологических и фармацевтических исследованиях.
К преимуществам технологии относятся высокая чувствительность и специфичность, возможность анализа сложных смесей, быстрая и точная идентификация соединений. Кроме того, масс-спектрометрия является мощным инструментом в аналитической химии и продолжает развиваться, внедряя новые технологии и методы для улучшения точности и быстроты анализов.
В основу созданного прибора заложен оригинальный принцип. Его основной элемент — масс-анализатор на основе многоэлектродной гармонизированной ловушки Кингдона — может стать родоначальником нового семейства устройств. Созданный масс-спектрометр является первым из возможных устройств — газоанализатором: он позволяет исследовать летучую и низколетучую органику, а также газообразные неорганические соединения. Принцип работы масс-анализатора состоит в измерении массы ионов, удерживаемых ловушке, на основе сигнала наводимого пакетом ионов на детектирующих электродах ловушки. Этот прибор относится к категории масс-спектрометров с преобразованием Фурье, поэтому в них для измерения массы не осуществляется прямое разделение ионов в пространстве или времени, а детектирование сигнала от всех ионов производится одновременно.
По сравнению с существующими иностранными аналогами новый прибор является более компактным и имеет существенно более низкую цену при схожих аналитических характеристиках.
Проект стартовал в августе 2024 года и завершится в августе 2025 года. На сегодняшний день опытный образец изделия прошел предварительные испытания и передан на госприемку.
Внедрить устройство в производство планируется в течение двух лет. Таким образом, к сентябрю 2027 года новый отечественный масс-спектрометр будет готов к серийному производству и продаже. Подобные приборы относительно сложны, а их эксплуатация требует создания инфраструктуры. Поэтому они предназначены, в первую очередь, для применения в сфере разработок — в академической науке, образовании и исследовательских центрах технологических компаний.
По словам разработчиков, основные сферы применения созданного прибора включают академическую науку, химическую промышленность, нефтехимию и геологоразведку. В будущем в случае дальнейшего усовершенствования технологии также возможно его использование в медицине, например, для анализа выдыхаемого воздуха.
