基于模糊聚类算法的大气粒子激光电离质谱数据分析

实验室自行研制了一台大气气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFLMS),它可以在线地对气溶胶单粒子进行物理和化学特性分析,利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并通过飞行时间完成单粒子化学成分的检测。该仪器在运行过程中将产生海量的实验数据,对这些数据的快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。文章介绍模糊聚类算法FCM(fuzzy c-means)在大气气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。利用该算法对连续24 h采集的室内空气气溶胶单粒子质谱数据进行了聚类分析,在得到的5个聚类结果中包含了无机的海盐粒子、矿物质粒子以及其他的三种二次气溶胶成分粒子类型。在对室内空气气溶胶粒子的粒径进行实时检测的结果表明室内可吸入颗粒物以细粒子为主,其中大于1 μm的粒子所占比重较小。小于1 μm的粒子均占95％以上, 在0.4～0.8 μm之间的粒子占据主要部分。     

用激光解吸附电离飞行时间质谱法检测悬浮土壤颗粒物

在自行研制的气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFLMS)上实时探测单个悬浮土壤颗粒的粒径和化学成分。利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并用266 nm的Nd∶YAG激光器对气溶胶单粒子进行解吸附电离作用,产物离子通过飞行时间质谱仪的无场漂移区后完成单粒子化学成分的检测。本实验中使用了4个不同地区的土壤样本,在实验室内对分析的样本进行预处理和再悬浮,通过导管引入ATOFLMS进行测量,得到大量单粒子的粒径和质谱数据。发现在众多的单粒子的阳离子质谱中,金属成分以地壳元素(Fe, K, Al, Ca)为主,在其他阳离子质谱中包含了Mg和Na等。对悬浮土壤粒子的粒径进行实时检测的结果表明这些粒子多以粗粒子为主, 粒径主要集中在1～2 μm。实验结果表明该仪器在大气气溶胶环境监测及相关研究领域具有重要的实用价值。     

气溶胶单粒子粒径的实时测量方法研究

介绍了近期研制的一台实时测量大气气溶胶单粒子粒径和化学成分的仪器在如何测量气溶胶单粒子粒径方面的测量原理及特点，并结合激光解吸附电离飞行时间质谱技术，利用该仪器对木屑燃烧产生的烟气气溶胶粒子的实时测量结果. 关键词： 气溶胶粒子 空气动力学粒径测量方法 激光解吸附电离 飞行时间质谱     

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸电离研究

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱技术具有快速在线检测环境大气生物气溶胶的潜力.以a-环糊精为分析物,实验研究了吡啶羧酸、2,5-二羟基苯甲酸、芥子酸、阿魏酸四种常用基质材料的效果,考察基质与分析物的摩尔比对分析物单粒子激光质谱信号的影响.实验结果表明阿魏酸做基质时质谱命中率及分析物质谱信号峰检测效率最高,吡啶羧酸做基质时的分析物质谱信号峰激发率最高,信号峰强度最强.吡啶羧酸对分析物摩尔比为100:1时,分析物质谱信号检测效率最高.     

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸电离研究

单粒子气溶胶的基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱技术具有快速在线检测环境大气生物气溶胶的潜力．以α-环糊精为分析物,实验研究了吡啶羧酸、2,5-二羟基苯甲酸、芥子酸、阿魏酸四种常用基质材料的效果,考察基质与分析物的摩尔比对分析物单粒子激光质谱信号的影响．实验结果表明阿魏酸做基质时质谱命中率及分析物质谱信号峰检测效率最高,吡啶羧酸做基质时的分析物质谱信号峰激发率最高,信号峰强度最强．吡啶羧酸对分析物摩尔比为100:1时,分析物质谱信号检测效率最高．     

基于模糊聚类算法的苯系物二次有机气溶胶质谱数据分析

OH自由基启动苯系物光氧化形成的二次有机气溶胶能够影响气候变化,降低大气能见度,危害人类健康。我们实验室自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪能够用于二次有机气溶胶的实时检测研究。该仪器在检测过程中产生大量的实验数据,对这些数据快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。本文介绍模糊聚类算法在苯系物二次有机气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。利用该算法对OH自由基启动1,3,5-三甲苯光氧化形成的二次有机气溶胶单粒子质谱数据进行了聚类分析,在得到的五个聚类中包含了芳香醛、酚类化合物、硝基酚和羧酸等重要的光氧化产物,为研究苯系物光氧化机理提供了新的信息。     

大气气溶胶单粒子粒径和化学成分的LDI测量

介绍了当前应用较为广泛的大气气溶胶单粒子粒径与化学成分实时在线测量技术－激光解吸附电离（LDI）飞行时间质谱技术的原理和在气溶胶单粒子化学成分测量领域的应用。此外，还对气溶胶单粒子进样系统和气溶胶单粒子粒径的测量方法作了详细阐述。     

基质与分析物的摩尔比和激光能量对分析物离子信号的影

介绍了一种基质辅助激光解吸电离的进样方法-气溶胶进样方法．包含基质和分析物的气溶胶粒子在大气压力下直接进入气溶胶飞行时间质谱仪,粒子产生的散射光信号由光电倍增管收集,通过外部的时序电路,给出气溶胶粒子粒径的信息并触发266 nm Nd:YAG激光器,可以同时获得气溶胶粒子的粒径和基质辅助激光解吸电离质谱与其他的液体进样方式相比,它可以实现单粒子进样,因而样品消耗较少．主要研究了基质与分析物的摩尔比和激光能量对分析物离子信号的影响,合适的摩尔比和激光能量分别为50-110:1和200-400μJ．     

激光解吸电离技术在线测量苯水相二次有机气溶胶

利用气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术开展了苯水相二次有机气溶胶在线测量研究。实验结果表明,苯水相光氧化反应形成的二次有机气溶胶粒子粒径小于1.0μm,激光解吸电离质谱中存在醛类m/z 29(CHO~+)、57(CHOCO~+),羧酸m/z 44(COO~+),苯环m/z 77(C_6H~+_5)、65(C_5H~+_5)和酚类化合物m/z 93(C_6H_5O~+)特征裂解碎片峰。醛类、羧酸和酚类化合物是苯水相SOA粒子的化学组分,各类型组分含量大小关系为:醛类化合羧酸酚类化合物。气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术能够用于水相SOA粒子化学组分的在线测量,可用于水相SOA形成机理和过程的研究。     

激光诱导荧光光谱方法测量气溶胶颗粒研究

采用激光诱导荧光光谱方法测量大气中气溶胶颗粒物的散射荧光特性,同时用飞行时间方法测量颗粒物的动力学直径大小。给出了实验系统设计、测量方法、颗粒粒径分布图及散射荧光强度分布谱图的对比,并对多组实验数据进行分析。同时讨论了利用颗粒物散射荧光百分比分析方法判别生物粒子和非生物粒子的可行性。     

On-line matrix addition for detecting aerosol particles

Single aerosol particles were measured by matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) with an aerosol time-of-flight mass spectrometer (ATOFMS). The inlet to the ATOFMS was coupled with an evaporation/condensation flow cell that allowed matrix addition by condensation onto the particles. The coated particles entered the ion source through three-stage differentially pumped capillary inlet and were then ionized by a focused 266 nm Nd:YAG laser. The mass spectra and aerodynamic size of the single particles can be obtained simultaneously. The on-line matrix addition technique makes it possible to identify biological aerosols in real-time.     

Influence Factors on Particle Growth for On-line Aerosol Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-flight Mass Spectrometry

利用自行研制的蒸发/冷凝实验装置作为基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱仪的特种接口,通过冷凝方式在线添加基质,冷凝管出口处的最终粒子直接引入空气动力学粒径分析仪或自行研制的飞行时间质谱仪,可对实验室产生的生物气溶胶粒子进行实时检测. 同时研究了最终粒子粒径大小的决定因素：加热池温度、初始粒子大小及其粒子数浓度及基质种类,获得了探测分析物分子离子峰所需的实验条件.     

用激光解吸附电离法对三甲苯生成二次有机气溶粒子的分析

利用实验室烟雾腔,在不同的实验条件下研究了由羟基启动的三甲苯光氧化反应所产生的二次有机气溶胶,采用激光解吸附技术和气溶胶飞行时间质谱仪测量了产物的化学组分和粒子的粒径分布。结果表明:随着反应物三甲苯浓度的增加,所生成的二次有机气溶胶粒子数量增多;随着反应时间的延长,生成的粒子数目也增加,但是反应到一段时间后,检测到的粒子数目几乎保持不变;光照强度的增加有利于二次有机气溶胶的生成;通过对产物的化学成分分析,说明了在二次有机光氧化产物中粒子相产物主要是芳香的环保留产物、非芳香环保留产物和环断裂产物。     

OH自由基启动甲苯光氧化产物的质谱

在烟雾腔系统内,辐照甲苯/CH₃ONO/NO/空气混合系统,启动甲苯的光氧化反应. 利用同步辐射光电离质谱在线检测甲苯光氧化气相产物,并用气溶胶飞行时间质谱实时测量甲苯光氧化形成的二次有机气溶胶粒子. 实验结果表明,呋喃、甲基乙二醛,2-甲基呋喃、苯甲醛、甲基酚和苯甲酸是甲苯光氧化反应形成的气体相和粒子相的主要产物,而乙二醛、2-羟基-3-氧代-丁醛、硝基甲苯和甲基硝基酚只存在粒子相.     

Multiphoton ionization studies of amines with UV-VIS lasers

Three and four photon ionization studies at 355 and 532 nm are presented for the isomeric propylamines and n-pentylamine. Ionic fragmentation patterns and ion yields are presented as a function of laser wavelength and fluence. These time-of-flight (TOF) mass spectra are compared with both electron impact data and the TOF mass spectra of the previously reported butylamines. A brief discussion of the dynamics of the decomposition process is presented in light of the butylamine results and competitive ionic fragmentation pathways.     

远红外激光磁共振光谱技术及对含碳自由基分子的观测

本文报道国内建成的远红外激光磁共振 (FIRLMR)光谱仪的技术特点和工作原理。该谱仪采用CO2 激光横向泵浦远红外激光 ,样品吸收池置于远红外激光谐振腔内 ,由聚丙烯薄膜与远红外激光增益池隔开以获得很高的灵敏度 ,从而对寿命很短的自由基分子进行研究。利用该光谱仪在远红外波段测量得到了多个瞬态自由基分子CCH ,CF和CH2 的光谱 ,这些自由基分子由微波放电产生的氟原子与甲烷CH4 反应生成。