A modern twist on an old technology

A modern twist on an old technology could soon help detect rogue methane leaks, hidden explosives and much more. A Duke University team is using software to dramatically improve the performance of chemical-sniffing mass spectrometers.

Conventional mass spectrometers separate compounds by giving them an electric charge and passing them through electric and/or magnetic fields. The lighter the compound, the more it bends in the field. By determining what compounds make up a given sample, these instruments can identify almost any substance.

Mass spectrometers were invented in the 1930s, and they're still typically the size of an oven or refrigerator. Inherent hurdles to miniaturization have made it difficult to use them outside of a laboratory. But with the help of modern data analytics, researchers at Duke have demonstrated a technology using a so-called "coded aperture" that promises to shrink these devices while maintaining their performance. The advance could lead to portable mass spectrometers that could be used to detect environmental or safety hazards in the field.

The innovation is featured on the cover of the April issue of the Journal of Mass Spectrometry.

"In a typical mass spectrometer, the charged molecules pass through a thin slit, which defines your resolution," said Jeff Glass, professor of electrical and computer engineering at Duke and principal investigator for the project. "When you try to shrink the instrument, you have to shrink the slit too. That means the number of ions (charged molecules) passing through is going to drop and you're going to lose signal intensity. We got around this issue by using a several slits, which code the ions."

Glass likens the new technology to watching a solar eclipse in grade school. Students often poke a small hole in a piece of cardboard, which acts like a lens to create an image of the eclipse on the ground. And as anyone who has ever done this knows, the smaller the hole, the better the detail of the eclipse.

But a smaller hole also makes it dimmer and harder to see. This is exactly the challenge faced when scaling down a mass spectrometer.

The solution, Glass says, is to make many tiny pinholes to create an array of eclipses, and then to use a computer to reconstruct them into a single image. This way you get the sharpness of the tiny pinhole with the brightness of a large pinhole.

The key is in knowing the pattern -- or code -- of the array of apertures. Thus the name of the technology, coded aperture.

"This idea was actually mentioned in a short article from 1970," said Jason Amsden, a research scientist and manager of the project. "But nobody since then has had all the parts to put it together."

The team drew on several different kinds of expertise. "Our group could do the fabrication of the microstructures, but we relied on engineering colleagues David Brady and Mike Gehm for the coding and computational aspects, and our colleagues at RTI International (in the nearby Research Triangle Park) for the electronics."

The researchers have demonstrated that their coded aperture works in a newer, more complex type of mass spectrometer created to help make the devices smaller, though not nearly as small or precise as coded apertures could make them. Previous papers by the Duke researchers have also shown that the approach improves the performance of very simple mass spectrometers, like those used in the early days of mass spectrometry.

Their work now is focusing on trying coded apertures in different versions of mass spectrometers to determine which would be best for creating scaled down, mobile devices for field use. They are also working to show these devices can detect trace amounts of methane to spot leaks in infrastructure and various explosives to thwart terror attempts.

But the technology can also have an immediate impact in research laboratories around the world.

"This technique can improve the performance of classic mass spectrometers that already have a higher resolution than other types invented for scaling down," said Amsden. "And there are lots of them. Duke alone probably has at least 50 for medical applications. So we're hoping this can have a wide impact in the near future.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

รูปแบบทันสมัยกับเทคโนโลยีเก่าอาจเร็วช่วยการตรวจจับโกงมีเทนรั่ว ระเบิดที่ซ่อนอยู่ และอื่น ๆ อีกมาก ทีมมหาวิทยาลัยดุ๊กคือการใช้ซอฟต์แวร์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของดมกลิ่นสารเคมีโดยรวมสเปกโทรมิเตอร์สเปกโทรมิเตอร์มวลทั่วไปแยกสารประกอบ โดยให้มีค่าไฟฟ้า และการส่งผ่านไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก ที่เบาสารประกอบ ยิ่งมันโค้งในฟิลด์ โดยกำหนดสารที่ให้ค่าตัวอย่างที่กำหนด เครื่องมือเหล่านี้สามารถระบุสารเกือบทุกสเปกโทรมิเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้นในปี 1930 และพวกเขากำลังยังคงปกติขนาดของเตาอบหรือตู้เย็น ลดอุปสรรคการ miniaturization ทำให้เรายากที่จะใช้ภายนอกห้องปฏิบัติการ แต่ ด้วยความช่วยเหลือวิเคราะห์ข้อมูลที่ทันสมัย นักวิจัยที่ดยุคได้แสดงให้เห็นเป็นเทคโนโลยีที่ใช้เรียกว่า "รหัสรูรับแสง" ที่สัญญาว่า จะลดขนาดอุปกรณ์เหล่านี้ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพของพวกเขา ล่วงหน้าอาจทำให้สเปกโทรมิเตอร์มวลแบบพกพาที่สามารถใช้ในการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมหรืออันตรายในฟิลด์นวัตกรรมเป็นที่โดดเด่นบนหน้าปกของปัญหาเมษายนของสมุดรายวันโดยรวมหลัก"ในการทั่วไปโดยรวมสเปกโตรมิเตอร์แบบ โมเลกุลเรียกผ่านบ้านร่องบาง ซึ่งกำหนดความละเอียดของ กล่าวว่า Jeff แก้ว อาจารย์ของไฟฟ้าและวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ที่ดยุคและนักสืบหลักสำหรับโครงการ "เมื่อคุณพยายามที่จะลดขนาดเครื่องมือ คุณมีการลดขนาดร่องเกินไป ที่หมายถึง จำนวนของประจุไฟฟ้า (ชาร์จโมเลกุล) ผ่านกำลังจะปล่อย และคุณจะสูญเสียความเข้มของสัญญาณ เราได้แก้ไขปัญหานี้ โดยใช้การผ่าหลาย ซึ่งรหัสไอออน"แก้ว likens เทคโนโลยีใหม่การชมสุริยุปราคาในโรงเรียนชั้นประถม นักเรียนมักจะสะกิดรูเล็ก ๆ ในชิ้นส่วนของกระดาษแข็ง การกระทำที่ชอบเลนส์สร้างภาพของคราสบนพื้นดิน และทุกคนได้เคยทำ รู้ ขนาดเล็กล ดีกว่ารายละเอียดของคราสแต่รูเล็กกว่ายังทำให้มืดลง และยากที่จะดู ว่าความท้าทายที่ต้องเผชิญเมื่อปรับลงสเปกโตรมิเตอร์ที่มวลอยู่โซลูชัน แก้วกล่าวว่า มีการ ทำรูเล็ก ๆ มากมายเพื่อสร้างอาร์เรย์และอัฎฮา และการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างเป็นภาพเดียวกัน วิธีนี้คุณได้รับความคมชัดของรูเข็มเล็ก ๆ กับความสว่างของรูเข็มขนาดใหญ่สำคัญคือรู้รูป--หรือรหัส - ของอาร์เรย์ของรูรับแสง ดังนั้นชื่อของเทคโนโลยี รหัสรูรับแสง"ความคิดนี้ได้กล่าวถึงในบทความสั้น ๆ จาก 1970," Jason Amsden นักวิจัยและผู้จัดการโครงการกล่าว "แต่ไม่มีใครตั้งแต่นั้นมีชิ้นส่วนทั้งหมดเพื่อกัน"ทีมวาดในหลายชนิดของความเชี่ยวชาญ "กลุ่มของเราสามารถทำการผลิตของโครงการ แต่เราอาศัยเพื่อนร่วมงานวิศวกรรม David เบรดี้และ Mike Gehm ด้านการเขียน และการคำนวณ และเพื่อนร่วมงานของเราที่อินเตอร์เนชั่นแนล RTI (ในอุทยานสามเหลี่ยมวิจัยใกล้เคียง) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์"นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า รูรับแสงของรหัสการทำงานในแบบใหม่ ความซับซ้อนของสเปกโตรมิเตอร์ขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นเพื่อช่วยให้อุปกรณ์ขนาดเล็ก แต่ไม่เกือบเล็ก หรือแม่นยำ ตามรหัส ช่องอาจทำให้ เอกสารก่อนหน้านี้ โดยนักวิจัยดยุคยังมีแสดงว่า วิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพของง่ายมากสเปกโทรมิเตอร์ที่มวล เช่นที่ใช้ในยุคแรกของรเมทงานตอนนี้เน้นพยายามรหัสแสงมวลสเปกโทรมิเตอร์เพื่อตรวจสอบรุ่นที่แตกต่างกันซึ่งจะดีที่สุดสำหรับการสร้างปรับลง โทรศัพท์มือถือสำหรับฟิลด์ พวกเขาจะยังทำงานแสดงอุปกรณ์เหล่านี้สามารถตรวจสอบจำนวนการติดตามของมีเทนจะรั่วจุดในโครงสร้างพื้นฐานและวัตถุระเบิดต่าง ๆ เพื่อป้องกันความพยายามในการก่อการร้ายแต่เทคโนโลยีสามารถมีผลกระทบทันทีในห้องปฏิบัติการวิจัยทั่วโลก"เทคนิคนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของสเปกโทรมิเตอร์มวลคลาสสิกที่มีความละเอียดสูงกว่าชนิดอื่น ๆ คิดค้นปรับลง Amsden กล่าว "และมีจำนวนมากของพวกเขา ดยุคคนเดียวอาจจะมีน้อย 50 สำหรับโปรแกรมประยุกต์ทางการแพทย์ เพื่อดูว่า นี้จะมีผลกระทบมากมายในอนาคต

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บิดทันสมัยในเทคโนโลยีเก่าเร็ว ๆ นี้อาจช่วยตรวจสอบการรั่วไหลของก๊าซมีเทนโกงวัตถุระเบิดที่ซ่อนอยู่และอื่น ๆ อีกมากมาย ทีมมหาวิทยาลัยดุ๊กคือการใช้ซอฟต์แวร์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างมากของสเปกโทรมิเตอร์มวลสารเคมีดม. มวล Conventional สเปกโทรมิเตอร์สารประกอบที่แยกจากกันโดยให้พวกเขามีค่าใช้จ่ายไฟฟ้าและผ่านพวกเขาผ่านสนามไฟฟ้าและ / หรือแม่เหล็ก เบาผสมมากขึ้นก็โค้งในสนาม โดยการกำหนดสิ่งที่ทำขึ้นสารตัวอย่างได้รับเครื่องมือเหล่านี้สามารถระบุเกือบสารใด ๆ . สเปกโทรมิเตอร์มวลถูกคิดค้นขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 และพวกเขายังคงโดยทั่วไปขนาดของเตาอบหรือตู้เย็น อุปสรรคโดยธรรมชาติเพื่อ miniaturization ได้ทำให้มันเป็นเรื่องยากที่จะใช้พวกเขาที่ด้านนอกของห้องปฏิบัติการ แต่ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์ข้อมูลที่ทันสมัย, นักวิจัยที่ดยุคได้แสดงให้เห็นเทคโนโลยีที่ใช้เรียกว่า "รูรับแสงรหัส" ที่สัญญาว่าจะหดตัวอุปกรณ์เหล่านี้ขณะที่ยังคงประสิทธิภาพการทำงานของพวกเขา ล่วงหน้าอาจนำไปสู่สเปกโทรมิเตอร์มวลแบบพกพาที่สามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมหรือความปลอดภัยในสนาม. นวัตกรรมที่เป็นจุดเด่นบนหน้าปกของฉบับเดือนเมษายนของวารสารมวลสารได้. "ในสเปกโตรมิเตอร์มวลทั่วไปโมเลกุลที่เรียกเก็บ ผ่านช่องบางซึ่งกำหนดความละเอียดของคุณ "เจฟฟ์แก้วศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่ Duke และตรวจสอบหลักสำหรับโครงการดังกล่าว "เมื่อคุณพยายามที่จะหดตัวตราสารที่คุณมีจะหดตัวลงร่องเกินไป. นั่นหมายถึงจำนวนของไอออน (โมเลกุลเรียกเก็บ) ผ่านเป็นไปวางและคุณกำลังจะสูญเสียความเข้มของสัญญาณ. เราได้แก้ไขปัญหานี้โดยใช้ กรีดหลายอย่างซึ่งรหัสไอออน. " แก้ว likens เทคโนโลยีใหม่กับการดูสุริยุปราคาในโรงเรียนประถมศึกษา นักเรียนมักจะโผล่หลุมขนาดเล็กในชิ้นส่วนของกระดาษแข็งซึ่งทำหน้าที่เหมือนเลนส์เพื่อสร้างภาพของคราสบนพื้นดิน และในขณะที่ทุกคนที่ได้เคยทำนี้รู้ที่มีขนาดเล็กหลุมที่ดีกว่ารายละเอียดของคราส. แต่เป็นหลุมขนาดเล็กยังทำให้หรี่และยากที่จะเห็น ตรงนี้เป็นความท้าทายที่ต้องเผชิญเมื่อปรับลงสเปกโตรมิเตอร์มวล. การแก้ปัญหากระจกกล่าวว่าคือการทำให้รูเล็ก ๆ จำนวนมากเพื่อสร้างอาร์เรย์ของสุริยุปราคาและจากนั้นการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างให้เป็นภาพเดียว วิธีนี้คุณจะได้รับความคมชัดของรูเข็มเล็ก ๆ ที่มีความสว่างของรูเข็มขนาดใหญ่. ที่สำคัญคือในการรู้รูปแบบ - หรือรหัส - ของอาร์เรย์ของช่อง ดังนั้นชื่อของเทคโนโลยีที่รูรับแสงรหัส. "ความคิดนี้ได้รับการกล่าวถึงจริงในบทความสั้น ๆ จากปี 1970" เจสัน Amsden นักวิทยาศาสตร์การวิจัยและผู้จัดการของโครงการดังกล่าว " แต่ไม่มีใครตั้งแต่นั้นมาได้มีชิ้นส่วนทั้งหมดจะนำมันด้วยกัน." ทีมดึงหลายชนิดที่แตกต่างกันของความเชี่ยวชาญ "กลุ่มของเราจะทำการผลิตของจุลภาค แต่เราพึ่งพาเพื่อนร่วมงานวิศวกรรมเดวิดเบรดี้และไมค์ Gehm สำหรับการเข้ารหัสและการคำนวณด้านและเพื่อนร่วมงานของเราที่ RTI ระหว่างประเทศ (ในบริเวณใกล้เคียง Research Triangle Park) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์." นักวิจัย ได้แสดงให้เห็นว่ารูรับแสงรหัสของพวกเขาทำงานในที่ใหม่กว่าชนิดที่ซับซ้อนมากขึ้นของสเปกโตรมิเตอร์มวลสร้างขึ้นเพื่อช่วยทำให้อุปกรณ์ที่มีขนาดเล็ก แต่ไม่ได้เกือบเป็นขนาดเล็กหรือแม่นยำในขณะที่ช่องรหัสอาจทำให้พวกเขา เอกสารก่อนหน้านี้โดยนักวิจัยดยุคยังแสดงให้เห็นว่าวิธีการที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสเปกโทรมิเตอร์มวลง่ายมากเช่นที่ใช้ในวันแรกของมวลสาร. งานของพวกเขาในขณะนี้จะเน้นในการพยายามที่ช่องรหัสในรุ่นต่าง ๆ ของสเปกโทรมิเตอร์มวลเพื่อตรวจสอบว่า จะดีที่สุดสำหรับการสร้างปรับลงอุปกรณ์มือถือสำหรับการใช้งานภาคสนาม พวกเขาจะยังทำงานเพื่อแสดงอุปกรณ์เหล่านี้สามารถตรวจสอบติดตามปริมาณของก๊าซมีเทนที่จะจุดรั่วไหลในโครงสร้างพื้นฐานต่างๆและวัตถุระเบิดที่จะขัดขวางความพยายามในความหวาดกลัว. แต่เทคโนโลยียังสามารถมีผลทันทีในห้องปฏิบัติการวิจัยทั่วโลก. "เทคนิคนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน สเปกโทรมิเตอร์ของมวลคลาสสิกที่มีอยู่แล้วความละเอียดสูงกว่าชนิดอื่น ๆ คิดค้นปรับลง "Amsden กล่าวว่า "และมีจำนวนมากของพวกเขา. ดยุคคนเดียวน่าจะมีอย่างน้อย 50 สำหรับการใช้งานทางการแพทย์. ดังนั้นเราหวังว่านี้จะมีผลกระทบกว้างในอนาคตอันใกล้

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บิดทันสมัยในเทคโนโลยีเก่าเร็ว ๆ นี้อาจช่วยตรวจจับ Rogue มีเธนรั่ว , ระเบิดที่ซ่อนอยู่และอื่น ๆ อีกมากมาย ทีมมหาวิทยาลัยดุ๊กคือการใช้ซอฟต์แวร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสารเคมีดมามวล .ามวลแบบแยกสารโดยให้พวกเขามีประจุไฟฟ้าและผ่านพวกเขาผ่านไฟฟ้าและ / หรือสนามแม่เหล็ก เบาผสม ยิ่งโค้งในสนาม โดยระบุว่า สารให้ขึ้นตัวอย่าง เครื่องมือเหล่านี้สามารถระบุเกือบสารใด ๆามวลถูกคิดค้นขึ้นมาในช่วงทศวรรษที่ 1930 และพวกเขากำลังโดยทั่วไปขนาดของตู้อบ หรือตู้เย็น แท้จริงอุปสรรคกับ miniaturization ทำให้มันยากที่จะใช้พวกเขานอกห้องปฏิบัติการ แต่ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์ข้อมูลที่ทันสมัย , นักวิจัยที่ Duke ได้แสดงให้เห็นเทคโนโลยีที่ใช้เรียกว่า " ช่องรหัส " ที่สัญญาว่าจะลดขนาดอุปกรณ์เหล่านี้ขณะที่การรักษางานของพวกเขา ล่วงหน้าจะทำให้มวลาแบบพกพาที่สามารถใช้เพื่อตรวจสอบอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมหรือความปลอดภัยในเขตนวัตกรรมเป็นจุดเด่นบนหน้าปกของฉบับเดือนเมษายนของวารสารแมสสเปกโทรเมตรี" ในสเปกโตรมิเตอร์มวลทั่วไป ประจุโมเลกุลผ่านปาดบาง ซึ่งกำหนดความละเอียดของคุณกล่าวว่า " เจฟฟ์ แก้ว ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์วิศวกรรมที่ดยุคและผู้วิจัยหลักสำหรับโครงการ " . เมื่อคุณพยายามที่จะใช้หดคุณต้องหดเชือดด้วย นั่นหมายความว่าจำนวนของไอออน ( ประจุโมเลกุล ) ผ่านจะลดลงและคุณจะสูญเสียความเข้มของสัญญาณ เรามีปัญหานี้โดยใช้หลายช่อง ซึ่งรหัสไอออน .แก้ว likens เทคโนโลยีใหม่เพื่อดูสุริยุปราคาในโรงเรียนเกรด นักเรียนมักจะแหย่รูเล็ก ๆในชิ้นส่วนของกระดาษแข็งซึ่งทำหน้าที่เป็นเลนส์เพื่อสร้างภาพของสุริยุปราคาบนพื้นดิน และใครที่เคยทำแบบนี้รู้ เล็กลงหลุมดีกว่า รายละเอียดของคราสแต่หลุมขนาดเล็กยังทำให้หรี่และยากที่จะได้เห็น นี่คือความท้าทายที่เผชิญเมื่อปรับลงแมสสเปกโตรมิเตอร์โซลูชั่น แก้วบอกว่า จะทำให้รูเล็ก ๆจำนวนมากในการสร้างอาร์เรย์ของสุริยุปราคา และการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างให้เป็นภาพเดียว ด้วยวิธีนี้คุณจะได้รับความคมชัดของกล้องรูเข็มจิ๋วกับความสว่างของกล้องรูเข็ม ขนาดใหญ่กุญแจสำคัญคือการรู้รูปแบบ -- หรือรหัส -- อาร์เรย์ของแสง . ดังนั้น ชื่อของเทคโนโลยีเข้ารหัสช่อง ." ความคิดนี้เป็นจริงที่กล่าวถึงในบทความสั้น ๆจาก 1970 " เจสัน แอมส์เดิ้น , นักวิทยาศาสตร์วิจัยและผู้จัดการของโครงการ " . แต่ไม่มีใครตั้งแต่นั้นมามีชิ้นส่วนทั้งหมดใส่กัน "ทีมวาดหลายชนิดของความเชี่ยวชาญ " กลุ่มของเราจะทำงานประกอบโครงสร้าง แต่เราอาศัยเพื่อนร่วมงานวิศวกรรม เดวิด เบรดี้ และไมค์ gehm สำหรับการเข้ารหัสและด้านคอมพิวเตอร์และเพื่อนร่วมงานของเราที่ RTI นานาชาติ ( ในบริเวณใกล้เคียงวิจัยอุทยานสามเหลี่ยม ) สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์”นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาทำงานในช่องรหัสใหม่ที่ซับซ้อนมากขึ้นประเภทของแมสสเปกโทรมิเตอร์ที่สร้างขึ้นเพื่อช่วยให้อุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลง แต่ไม่เกือบเป็นขนาดเล็กหรือละเอียดเป็นรหัสแสงสามารถให้พวกเขา ก่อนหน้านี้ หนังสือพิมพ์ โดย ดุ๊ก นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของมวลาง่ายมาก เหมือนกับที่ใช้ในวันแรก ๆของแมสสเปกโทรเมตรีงานของพวกเขาคือเน้นพยายามใส่แสงในรุ่นที่แตกต่างกันของมวลาเพื่อตรวจสอบ ซึ่งจะดีที่สุด สำหรับการลดขนาดลง อุปกรณ์เคลื่อนที่สำหรับใช้ในภาคสนาม พวกเขายังทำงานเพื่อให้อุปกรณ์เหล่านี้สามารถตรวจพบร่องรอยของก๊าซมีเทนจุดการรั่วไหลในโครงสร้างพื้นฐานและวัตถุระเบิดต่างๆเพื่อขัดขวางความพยายามก่อการร้ายแต่เทคโนโลยียังสามารถมีผลกระทบทันทีในการวิจัยห้องปฏิบัติการทั่วโลก" เทคนิคนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของามวลคลาสสิกที่มีความละเอียดสูงกว่าชนิดอื่น ๆ คิดค้นเพื่อการปรับลดลง " แอมส์เดิ้น . และมีจำนวนมากของพวกเขา ดุ๊กคนเดียวคงจะมีอย่างน้อย 50 สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ ดังนั้นเราหวังว่านี้สามารถมีผลกระทบกว้างในอนาคต