氣液界面的微觀結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)是認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的重要內(nèi)容，但一直是實(shí)驗(yàn)研究的難點(diǎn)。質(zhì)譜是一種有效且被廣泛使用的分析方法。在采用加熱或激光、電子碰撞氣化（脫附）取樣以及電噴霧等技術(shù)的質(zhì)譜中，往往破壞了氣液界面處的樣品分子及其團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)原位物質(zhì)及其分布的探測(cè)。如果將液體樣品直接導(dǎo)入真空腔室中進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)，有望解決上述挑戰(zhàn)。但是，檢測(cè)中還存在一個(gè)不可避免的困難：如何在質(zhì)譜上識(shí)別源于液體揮發(fā)氣體、氣液界面或液體內(nèi)部的離子信號(hào)？

近期，我校田善喜教授應(yīng)邀在《Accounts of Chemical Research》的“Electron Impact with the Liquid-Vapor Interface”論文（Acc. Chem. Res.2022,10.1021/acs.accounts.2c00428；第一作者為博士生 陳子偉）中報(bào)道了本研究組的初步研究進(jìn)展。首先介紹了該研究組利用微噴射流（microjet）、脈沖電子碰撞電離、線(xiàn)型飛行時(shí)間質(zhì)譜等技術(shù)建立的“時(shí)間延遲質(zhì)譜”實(shí)驗(yàn)新方法（如圖所示），成功甄別出氣液界面物質(zhì)產(chǎn)生的離子信號(hào)，首次利用質(zhì)譜方法確定氣液界面原位分子的空間取向特征（Rev. Sci. Instrum.2018, 89: 103102;Chin. J. Chem. Phys.2021, 34: 43-50）。線(xiàn)型飛行時(shí)間質(zhì)譜與四極質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合，建成了時(shí)間延遲串聯(lián)質(zhì)譜儀；利用此裝置首次觀測(cè)到了正丙醇?xì)庖航缑嫣幍脑欢垠w和質(zhì)子化團(tuán)簇，及它們揮發(fā)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)差異（J. Phys. Chem. Lett.2020, 11: 7510-7516）。此外，較高能量電子碰撞可以使醇類(lèi)氣液界面發(fā)生酸化，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了“高能量電子輻照甲醇?xì)庖航缑婵勺园l(fā)合成二甲基醚”，并結(jié)合理論計(jì)算揭示了其動(dòng)力學(xué)機(jī)制，這是氣液界面電子誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的首個(gè)例子（J. Phys. Chem. Lett.2022, 13: 5220-5225）。相反，低能量的電子貼附解離可使液體表面發(fā)生堿化。通過(guò)控制入射電子的能量，可調(diào)節(jié)氣液界面酸堿性，進(jìn)而有望實(shí)現(xiàn)可控化學(xué)合成。

圖： 時(shí)間延遲串聯(lián)質(zhì)譜儀（上）和正丙醇液體的時(shí)間延遲質(zhì)譜（下）

審稿人對(duì)論文工作做出了積極正面的評(píng)價(jià)：“（1）This manuscript reports afascinating new development……This isthe first studyof its kind that I am aware of.…（2）The(results)… are indeed fascinating. I judge this manuscript to be asubstantially new and exciting contribution, and I look forward to more studies from this group. .…（3）Lots of great ideas and research to come. My congratulations to the authors for their intriguing and insightful experiments.…（4）I find this approach very original….”。

時(shí)間延遲質(zhì)譜不僅是氣液界面微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的一套全新實(shí)驗(yàn)方法，還將用于海洋氣溶膠形成、生命物質(zhì)和手性起源等重要科學(xué)問(wèn)題的探索以及高能輻射損傷機(jī)制研究。后者對(duì)液體樣品（特別是溶液中生物分子）的電鏡、超快電子和X射線(xiàn)散射等具有重要參考價(jià)值。

這一成果得到了合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、科技部和國(guó)家自然基金委的資助。