Nghiên cứu

MALDI và MAI đều sinh ion pha khí từ một chất nền rắn, loại thứ nhất nhờ xung laser, loại thứ hai chỉ nhờ thăng hoa. Cả hai được dùng rộng rãi cho phân tử sinh học, nhưng cơ chế của cả hai đều chưa ngã ngũ. Với MALDI, các mô hình ion hóa đa photon, tích tụ năng lượng, ion hình thành sẵn và ion hóa nhiệt cùng tồn tại trong tài liệu, và dự đoán của chúng mâu thuẫn nhau trong một số điều kiện. MAI còn một khó khăn nữa: chính quá trình chuyển pha đã tách điện tích, và phân bố trạng thái điện tích thu được lại giống với ion hóa phun điện, điều chưa được giải thích thỏa đáng. Hệ quả là việc chọn chất nền chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, độ nhạy không thể ước lượng trước, và việc thiết kế phương pháp ion hóa mới thiếu cơ sở vững chắc.

Đại lượng quan sát chính là hiệu suất ion hóa tuyệt đối, tức tỉ lệ giữa ion và phân tử trung hòa, chứ không chỉ là cường độ tín hiệu. Độ rộng xung và mật độ năng lượng laser, loại chất nền, cùng nhiệt độ và áp suất của cửa nạp được thay đổi một cách hệ thống, để mỗi mô hình cơ chế được kiểm chứng bằng chính dự đoán của nó. Với MALDI, cách làm này cho một mô tả định lượng dựa trên chuyển proton do nhiệt (TIPT), trong đó lượng ion sinh ra được quyết định bởi tính chất nhiệt động của chất nền và nhiệt độ do laser tạo ra. Với MAI, trọng tâm là sự tách điện tích tự phát đi kèm quá trình thăng hoa, và việc áp suất, nhiệt độ cùng tính chất chất nền quyết định ra sao sự hình thành ion và phân bố điện tích.

TIPT tái hiện được lượng ion đo trong các thí nghiệm độc lập. Với MAI, sự tách điện tích do thăng hoa được chứng minh là hiện tượng chung chứ không riêng cho một chất nền nào, và xảy ra ở cả áp suất khí quyển, dưới áp suất khí quyển lẫn trong chân không. Những kết quả này đã được dùng để thiết kế nguồn ion, cho ra các phương án ion hóa không cần điện thế cao cũng không cần laser, phù hợp với thiết bị di động. Nhìn chung, kết quả cho thấy việc hình thành ion từ mẫu rắn chủ yếu do nhiệt động lực học và chuyển pha chi phối.

Phân tích carbohydrate bằng khối phổ bị giới hạn bởi nhiều yếu tố: hiệu suất ion hóa thấp, tín hiệu bị chia nhỏ giữa các adduct kim loại kiềm, và vệt lắng hình vòng để lại khi giọt dung dịch khô, khiến chất phân tích phân bố không đều trên điểm mẫu. Vì vậy cường độ thay đổi đáng kể giữa các vị trí trên cùng một mẫu, và việc định lượng không lặp lại được. Các đồng phân có khối lượng gần nhau càng làm việc nhận dạng thêm khó. Những hạn chế này cộng lại là trở ngại chính cho việc sàng lọc nhanh từ bệnh phẩm lâm sàng như huyết thanh và nước tiểu.

Phương pháp giọt đông khô nhanh (RFDD) được phát triển ở khâu chuẩn bị mẫu. Chất nền và chất phân tích đông đặc cùng nhau ở nhiệt độ thấp, giữ được phân bố đồng nhất của các adduct natri hình thành sẵn và cải thiện tính đồng đều của tín hiệu trong một điểm mẫu. Khi phép đo đã đáng tin cậy, toàn bộ phổ được xem như một tập đặc trưng nhiều chiều và được diễn giải bằng các mô hình phân loại học máy, nhờ đó bớt phụ thuộc vào cường độ của bất kỳ ion đơn lẻ nào.

RFDD nâng cường độ ion lên hơn hai bậc độ lớn và cải thiện tính đồng đều của tín hiệu trong một điểm mẫu; đường chuẩn dựng trong nền huyết thanh đạt độ tuyến tính R² = 0,99. Quy trình hiện đang được áp dụng cho sinh thiết lỏng từ nước tiểu, nhằm đánh giá khả năng phát hiện sớm ung thư và theo dõi di căn.

Hiệu quả tái chế nhựa bị giới hạn chủ yếu ở khâu phân loại. Nếu không nhận dạng được nhanh và rẻ một dòng polymer hỗn hợp thì chất lượng nhựa tái chế không thể nâng lên. Phân loại bằng hồng ngoại gần, tiêu chuẩn hiện nay, có khả năng hạn chế với nhựa màu sẫm và vật liệu composite nhiều lớp — vốn chiếm phần đáng kể trong dòng rác thải thực tế.

Khối phổ đóng vai trò công cụ lấy dấu vân tay cho polymer: nhiệt phân và ion hóa tạo ra một mẫu mảnh đặc trưng cho từng vật liệu, từ đó mô hình phân loại xác định loại polymer. Phương pháp được thiết kế để dùng tại hiện trường, chú trọng kích thước thiết bị, chi phí và tốc độ phân tích hơn là độ chính xác mức phòng thí nghiệm. Các thiết bị di động và nguồn ion mà nhóm phát triển trước đây là nền tảng kỹ thuật cho hướng này.

Công việc đang ở giai đoạn phát triển phương pháp, với kinh phí từ NSTC. Phổ tham chiếu cho các polymer chuẩn đang được xây dựng và các mô hình phân loại đang được kiểm chứng.

Các chất trung gian then chốt trong chu trình xúc tác thường tồn tại rất ngắn và ở nồng độ thấp, do đó khó quan sát trực tiếp, và sự tồn tại của chúng được suy ra từ động học và tính toán. Khi nhiều giả thuyết cơ chế cùng giải thích tốt như nhau dữ liệu hiện có, bằng chứng gián tiếp không thể phân định giữa chúng, và việc thiết kế chất xúc tác vì thế bị hạn chế.

Hệ thống cửa nạp tùy chỉnh đưa dung dịch đang phản ứng thẳng vào máy khối phổ. Ion hóa phun lạnh và cửa nạp kiểm soát nhiệt độ làm giảm sự phân hủy của các chất ngắn hạn trong quá trình chuyển mẫu, nhờ đó phát hiện được chúng khi phản ứng đang diễn ra. Công việc được thực hiện cùng các nhóm tổng hợp, điện hóa và tính toán, nhằm cung cấp bằng chứng phân định giữa những giả thuyết cơ chế đang cạnh tranh.

Trong phản ứng oxy hóa nước với phức coban hai nhân, các chất bắc cầu peroxo đã được quan sát và sự thay đổi trạng thái oxy hóa của phối tử không vô can được xác lập, qua đó giải thích sự đánh đổi giữa tốc độ phản ứng và quá thế. Trong hóa học sắt oxo hóa trị cao, các điều kiện phân tách cơ chế cắt liên kết O–O kiểu đồng ly và dị ly đã được làm rõ. Trong hệ tiền xúc tác paladi, quá trình hình thành chất hoạt động được theo dõi trực tiếp.