一种小型化过程检测质谱仪的设计与研制

质谱仪是气体监测与分析的一种重要仪器。相比于传统气体传感器检测方式,质谱仪具有检测范围广、灵敏度高、响应速度快等优点。本文研制了一台小型化过程检测质谱仪,采用双灯丝电子轰击电离源及四极杆作为质量分析器,检测器部分采用法拉第筒与电子倍增器双模式,电控单元以高频FPGA测控系统、大电流灯丝驱动电源、宽质量范围射频电源及高增益复合跨导放大器为核心。试验测试结果表明,该小型质谱仪各项性能指标优越,已达到市场上主流商品的水平,可广泛用于各类气体检测场合。     

基于等离子体氧化技术的医用钛材料亲水性表面制备研究

采用真空射频辉光放电技术对喷砂酸蚀工艺处理后的钛表面进行等离子体氧化工艺的优化研究,以用于牙种植体表面改性。以钛表面的接触角作为正交试验的参考指标,对等离子体氧化工艺进行优化。在试验范围内,优化的参数为:工作压力为6.5 Pa,O2/Ar=1(Ar=5 sccm),基板直流偏压为400 V,射频功率为200 W,氧化时间60 min。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪及X射线光电子能谱仪研究了优化后的氧化膜对钛表面形貌、亲水性的影响以及其化学组成和价键状态。结果表明:优化工艺处理后,钛片表面保留了原有的多孔形貌,并获得了平均接触角低于10°的超亲水性表面,但随着暴露空气时间的增加,其接触角会增大;钛表面出现Ti4+和Ti3+离子,其中二者的比例基本相同。     

钛表面等离子体氧化及其对细胞粘附增殖的影响

采用真空射频辉光放电技术对喷砂酸蚀工艺处理后的钛表面进行了等离子体氧化处理,利用扫描电子显微镜、接触角测量仪及X射线光电子能谱仪研究了氧化膜对钛表面形貌和亲水性的影响以及其化学组成和价键状态;同时通过体外细胞培养研究了钛表面等离子体氧化膜对细胞粘附增殖的影响。结果表明:等离子体氧化处理保留了钛表面喷砂酸蚀形成的微观孔洞结构,获得了平均接触角低于10°的超亲水性表面;钛表面出现Ti 4+、Ti 3+和Ti 2+离子,其中主要以Ti 4+存在;相比未氧化的钛表面,氧化后的钛表面对成骨细胞的粘附增殖有更显著的促进作用,这表明钛表面等离子体氧化膜具有很好的润湿性,利于细胞的粘附增殖。     

种植体连接螺丝表面制备碳基薄膜的生物摩擦学研究

以CH4为碳源,氩气为辅助气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)的方法在种植体连接螺丝上制备了类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜。采用拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、摩擦磨损试验机、纳米压痕仪等仪器对薄膜的结构、成分、形貌、机械及摩擦学特性进行表征。结果表明,所制备薄膜致密、平滑,均匀性较好。纳米压痕测试及生理盐水环境中的摩擦磨损试验显示,DLC薄膜具有较高的硬度和良好的生物润滑性,可作为种植体连接螺丝表面的承载减摩涂层。     

表面工程研究

对钛表面喷砂酸蚀工艺进行优化研究,以用于牙种植体表面改性。采用喷砂酸蚀法对钛片表面进行粗化处理,以粗化的钛片表面中0.5~2μm孔洞所占比例和表面平均接触角作为正交试验的参考指标,对喷砂酸蚀工艺进行优化。在试验范围内,表面处理的最优参数为:喷砂材料TiO2,酸蚀温度100℃,酸蚀时间20min,混酸60%H2SO4、10%HCl和去离子水的体积比1∶1∶2。将得到的最优参数应用于钛片和牙种植体,利用扫描电镜、接触角测量仪及能谱仪对其形貌、接触角、成骨细胞粘附及成分进行分析。结果表明:优化工艺处理后,钛片表面平均接触角达67°,且均匀性较好,利于细胞吸附生长;钛片和牙种植体表面都获得了均匀的微米级孔洞结构,但种植体螺纹不同部分的表面形貌不一样。     

基于电喷雾电离源质谱仪系统的八电极线性离子阱性能研究

八电极线性离子阱在前期的理论模拟研究中取得了较好的质量分析性能,为验证理论模拟结果,选择其中最优的结构参数,设计、加工并组装了八电极线性离子阱实物,以此为基础搭建电喷雾电离源质谱测试系统。在传统射频电压施加模式下,测试八电极线性离子阱的分析性能。当扫描速度为765 u/s时,八电极线性离子阱获得离子峰的半峰宽可达0.3 u,对应利血平（m/z 609）的质量分辨率为2 030。当分析浓度为10 mg/m3的利血平样品时,对应的质谱峰信噪比可达45.8。本文进一步研究了扫描速度对质量分辨率和灵敏度的影响,实现了离子碰撞诱导解离,分析了不同浓度的25羟基维生素D2标准样品,线性动态范围可达4个数量级。结果表明,八电极线性离子阱具有良好的分析性能,可为结构简化线性离子阱的研究提供全新思路,推动小型化离子阱质谱仪的研究进展。     

牙种植体表面喷砂酸蚀工艺的优化

对钛表面喷砂酸蚀工艺进行优化研究,以用于牙种植体表面改性。采用喷砂酸蚀法对钛片表面进行粗化处理,以粗化的钛片表面中0.5~2 μm孔洞所占比例和表面平均接触角作为正交试验的参考指标,对喷砂酸蚀工艺进行优化。在试验范围内,表面处理的最优参数为：喷砂材料TiO2,酸蚀温度100 ℃,酸蚀时间20 min,混酸 60%H2SO4、10%HCl和去离子水的体积比1∶1∶2。将得到的最优参数应用于钛片和牙种植体,利用扫描电镜、接触角测量仪及能谱仪对其形貌、接触角、成骨细胞粘附及成分进行分析。结果表明：优化工艺处理后,钛片表面平均接触角达67°,且均匀性较好,利于细胞吸附生长;钛片和牙种植体表面都获得了均匀的微米级孔洞结构,但种植体螺纹不同部分的表面形貌不一样。