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单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪
2013-05-29 15:57:37 益择发布分析香烟烟气气溶胶
李梅1 董俊国1 黄正旭1 李磊1 高伟1 粘慧青2
傅忠1,2 程平1 周振* 1
1 (上海大学环境与化学工程学院,上海200444) 2 (广州禾信分析仪器有限公司,广州510530)
摘 要 单颗粒气溶胶飞行时间质谱可同时对气溶胶单颗粒的粒径大小、化学成分进行实时、在线检测。本
研究介绍了新近研制的单颗粒质谱仪的原理、结构、主要技术指标及对香烟烟气气溶胶的应用研究。仪器采
用空气动力学透镜聚焦,双光束粒径测量系统确定颗粒物的空气动力学直径,激光电离系统实现颗粒物精确
电离,通过双极有网反射飞行时间质量分析器实现正负离子同时检测。香烟检测结果表明,在颗粒物粒径分
布上,新鲜香烟烟气颗粒范围较老化烟气宽。在气溶胶化学成分上,老化烟气颗粒物与新鲜烟气相比,尼古
丁,氰酸盐,硝酸盐,硫酸盐及铵盐5 种成分的数浓度百分比都有所增加,而含Cl- 的数浓度百分比减少。原
因可能是由于烟气由气相到粒相之间的转化,及颗粒物与空气中的气体发生了非均相反应;Cl- 老化之后的
减少是因为HNO3 与Cl- 之间的非均相反应。
关键词 单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪;实时在线检测;香烟烟气
2011-06-20 收稿;2011-10-21 接受
本文系国家863 项目(No.2009AA06Z405);上海市优秀青年教师科研专项(No.B.37-0111-10-002);上海重点学科项目(No.S30109)资助
* E-mail:zhouzhen@shu.edu.cn
1 引 言
大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。气溶胶对空气质量、
区域和全球气候变化、人类健康都有很深远的影响。传统的气溶胶颗粒物测量方法一般是用采样器或
薄膜将颗粒物收集后进行分析测试[1]。其优点是分析全面,定量较准确;缺点是费时,且挥发性和反应
活性强的颗粒可能会挥发或发生化学性质的变化。
实时、同时测定单个颗粒的粒径以及化学组成信息一直是气溶胶科学领域追求的目标。1994 年
Prather 等研制的ATOFMS,利用空气动力学测径,结合激光解析飞行时间质谱仪,能够同时获取多分散
气溶胶颗粒流中单个颗粒的粒径以及对应的化学组成信息[2,3]。自1994 年报道了第一台单颗粒气溶胶
质谱至今,国外已有大量的文献报道了它在环境、药物、汽车尾气检测等多个领域的应用[4~8]。
目前,开展单颗粒气溶胶质谱分析技术的研究组主要集中在欧美等发达国家。我国只有中科院安
徽光学精密机械研究所和中科院大连化学物理研究所等少数单位开展了单颗粒实时在线质谱法分析的
研究[9~12]。本课题组也成功研发出单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪,并已成功应用于环境分析领域[13~16]。
本研究采用该仪器对香烟烟气气溶胶的应用研究展开讨论。
2 实验部分
2.1 仪器及其主要性能指标
SPAMS-0515 单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(广州禾信分析仪器有限公司)自行研制。将大气中的
气溶胶或气溶胶发生器产生的颗粒在大气压条件下引入仪器内部真空系统。颗粒在空气动力学透镜的
作用下聚焦成为准直颗粒束。进入测径区后,颗粒连续散射两束相距一定距离的激光束,颗粒在这两束
激光之间的渡越时间,既用于计算颗粒的空气动力学直径,又用于控制电离激光在颗粒到达电离区中心
时出射激光将颗粒电离。电离产生的正负离子由双极飞行时间质量分析器分别检测。与此同时,颗粒
的飞行时间、散射光强度、每个颗粒的谱图信息都得到保存。数据采集使用Agilent 公司
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