CN102854240A - 真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本书申请一种可以对大气中有机气溶胶进行分析和检测的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，该气溶胶质谱仪采用微孔对自然环境下的气溶胶进行直接采样；经气动聚焦透镜组将气溶胶颗粒聚焦成颗粒束流；有机气溶胶颗粒由控温气化器气化；气化后的气体由真空紫外光电离；产生的离子由离子阱质谱装置检测，即得到气溶胶的质谱。经过质谱分析后获得有机气溶胶的浓度和化学组成的信息。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，这是一种可以直接对大气中有机气溶胶进行连续监测和分析的仪器。
背景技术
气溶胶是悬浮于空气中的固态或液态颗粒物，主要分为无机和有机气溶胶二大类。本仪器主要涉及有机气溶胶。有机颗粒物(气溶胶)占大气细气溶胶颗粒(PM2.5)总量的20-50％，是主要城市颗粒污染物之一，它们包括从自然界和人类活动中直接排放的一次有机颗粒物以及由大气中挥发性有机物经反应而生成的二次有机粒子。有机气溶胶颗粒的化学成分复杂，已发现的主要成分有：烷烃(alkanes)，植烷和甾烷(hopanes and steranes)，脂肪族和芳香族酸(alkanoic acids和aromatic acids)，多环芳烃(PAHs)，和烷醇(alkanols)等。根据相关的研究结果显示，有机气溶胶(如烟尘等)对人类的健康状况有负面的影响。
目前国内外尚没有专门用于有机气溶胶测量的商业化气溶胶质谱仪。国际市场上最主要的气溶胶质谱仪有两种，一种是美国TSI公司的气溶胶质谱仪，使用激光气化电离气溶胶颗粒后，由反射式质谱装置检测离子信号；另一家是美国Aerodyne公司的气溶胶质谱仪，使用高热金属丝气化气溶胶颗粒，然后用电子碰撞电离的方法电离气溶胶分子，后由四极杆质谱仪检测离子信号。由于这两种气溶胶质谱仪都会使有机分子在气化和电离过程中发生严重解离电离(即产生很多碎片离子)，因此它们都不能有效、实时地分析复杂有机气溶胶颗粒的化学成分。我们研制的这种气溶胶质谱仪，可以直接从一个大气压的环境下对气溶胶颗粒物进行采样，而且采用真空紫外光对气化后气溶胶的有机成分进行软电离。由于电离产生的碎片离子少，谱图便于解析，相对于其它的气溶胶质谱仪，我们发明的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪对有机气溶胶的成分分析更加准确。由于气溶胶质谱多采用飞行时间技术，使得在线分析的灵敏度不高，无法检测低浓度有机气溶胶。采用离子阱分析器可以提高检测限，测量低浓度有机气溶胶的浓度及化学组成。
发明内容
为了克服现有的气溶胶质谱仪在有机气溶胶测量上的不足，本发明揉合了多种气溶胶质谱研究中的先进技术，提供了一种新的气溶胶质谱仪。该气溶胶质谱仪采用了微孔进样和气动聚焦透镜颗粒聚焦技术，控温气化技术，真空紫外光电离技术和离子阱离子测量技术。
本发明专利采用的技术方案是：1.微孔进样，气溶胶颗粒在大气环境下由微孔直接吸入仪器；2.被吸入仪器的气溶胶颗粒由气动聚焦透镜加速和聚焦形成一个直径约1毫米的颗粒 束流；3.颗粒由控温气化器气化；4.气化后的气体由真空紫外光电离；5.生成离子由离子阱质谱装置探测。
本发明的有益效果是，对空气中的气溶胶直接采样，采用了控温加热器气化有机颗粒技术和真空紫外光电离的方法分析气溶胶的化学成分，避免了其它电离方法电离时产生的碎片离子，同时采用离子阱技术可以有效地提高对大气有机气溶胶进行分析和检测的灵敏度。
附图说明
图1为本发明结构的外观图，分为1.进样室，2.电离室，和3.离子探测室三个部分。
图2为本发明的剖面构造图，主要部件有：4.进样口，5.气动聚焦透镜组，6.离子阱，7.控温气化器，8.真空紫外光源，9.微量氦气渗漏阀，10.液氮冷阱，11.离子导出组合，12.离子加速偏转电极，13.微通道板探测器，14.加热板，15、16、17为分子泵。
具体实施方式
真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪的主体部分由进样室(1)，电离室(2)，和离子探测室(3)三个部分构成。具体实施方式是：一.有机气溶胶由直径200微米的进样口(4)从大气中直接吸入；二.随后气溶胶颗粒进入与进样口(4)相连通的气动聚焦透镜组(5)，气动聚焦透镜组(5)由6～8个气动聚焦镜片组成，在气动聚焦透镜组(5)中气溶胶颗粒被加速和聚焦形成直径约1毫米的气溶胶颗粒流；三.颗粒团穿过小孔飞行进入离子阱(6)，打到控温气化器(7)上后被气化，气化后气体随即被真空紫外光源(8)电离。四.氦气通过微量氦气渗漏阀(9)进入离子阱，降低离子动能捕获电离的离子，之后离子由离子阱(6)引出，经离子加速电极偏转由微通道板探测器(13)检测，即得到气溶胶的质谱，经过处理和分析后，就可以得到有机气溶胶颗粒的化学成分信息。
Claims (10)
1.真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪由有进样室、电离室和离子探测室组成。其特征在于进样室和电离室相连接，两者之间有小孔相连接；离子探测室位于电离室上方，两者通过离子导出组合相连接，进样室、电离室和离子探测室上均连接有分子泵，分子泵连接有前级机械泵。
2.在进样室中，安装有气溶胶气动聚焦透镜组，在电离室装有一真空紫外光源。
3.离子阱的环形电极水平放置，环形电极中有一对小孔，小孔的轴线呈水平方向穿过离子阱的中心，并与气溶胶气动聚焦透镜组的轴线重合，离气溶胶气动聚焦透镜组较远的小孔内装有控温汽化器。离子阱的盖电极的轴线与环形电极的轴线垂直，两个端盖电极的中心有小孔，下面的小孔用于引入真空紫外光，上面的小孔用于导出离子。
4.在离子探测室装有微通道板离子探测器。
5.离子阱位于一控温盒中，控温盒与一个微量氦气渗漏阀相连。
6.根据权利要求1所述的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，其特征是：大气气溶胶不经处理，直接通过采样孔进入到进样室中，进样室中通过气动聚焦透镜组对气溶胶颗粒进行聚焦。
7.根据权利要求1所述的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，其特征是：气溶胶颗粒穿过离子阱环形电极的一侧小孔进入离子阱，再被离子阱环形电极的另一侧小孔中的控温汽化器所汽化。
8.根据权利要求1所述的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，其特征是：电离室中的电离源，所采用的是真空紫外光电离源。
9.根据权利要求1所述的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，其特征是：离子由微通道板离子探测器检测。
10.根据权利要求1所述的真空紫外光电离有机气溶胶离子阱质谱仪，其特征是：离子阱是可以加热的，离子阱以氦气为减速气体和残余气体清洗气。
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