TATP的质子转移反应的质谱研究

利用密度泛函理论(DFT), 在B3LYP/cc-pVDZ水平上, 对三过氧化三丙酮(Triacetone triperoxide, TATP)及其质子化离子[TATP+H]+进行了构型优化和质子亲和势(Proton Affinity, PA)计算, 研究结果表明, PA(TATP)=866.73 kJ/mol大于PA(H2O)=691.0 kJ/mol, TATP与H3O+可发生质子转移反应. 在自行研制的质子转移反应质谱(Proton transfer reaction mass spectrometry, PTR-MS) 装置上, 研究了TATP与H3O+反应生成的特征离子. 当漂移管中E/N=1.4×10-15 V·cm2时, 在荷质比m/z=91, 75, 74, 59, 43等处观察到了产物离子. 降低E/N至0.5×10-15 V·cm2后, 在m/z=223处观察到了质子化产物离子([TATP+H]+), 验证了计算结果; 结合[TATP+H]+的构型, 分析了TATP质子转移反应产物离子可能的归属及其形成过程. 结合PTR-MS漂移管内E/N的改变引起m/z=223, 91, 43等离子的变化特征, 可实现TATP的准确识别和快速定量检测, 检测下限达到5.0×10-10 mol/L(±50%).     

Corona Discharge Ion Mobility Spectrometry of Ten Alcohols

利用电晕放电离子源离子迁移谱装置对十种醇类有机物的迁移谱进行了研究. 在质子化的水合氢离子为反应离子和纯净空气为迁移气体的条件下,各种醇类有机物在其离子迁移谱中都获得了不同的产物离子峰. 利用指数稀释法得到各种样品的检测限在几个pmol/L量级. 利用所得到的离子迁移谱,以硬球碰撞为模型,得到了大气压下离子-分子相互作用的多个化学物理参数,包括离子分子碰撞、扩散系数、碰撞速率常数和离子半径.     

大气压氩直流微放电光谱研究

微空心阴极放电或微放电是一种能够实现高气压下放电的有效方法。利用不锈钢空心针作阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压氩直流微放电实验研究。测量了大气压氩微放电光谱,发现氩气的发 射谱线主要集中在690～860 nm范围,且全部为氩原子4p—4s的跃迁。实验研究了不同放电电流、气体压强、气体流量与谱线强度之间的关系,发现谱线强度随放电电流、气体流量增加均增加,而谱线强 度随压强变化呈现不同特征：谱线强度随压强的增加先增加后降低,在13.3 kPa时强度最大。此外,选用跃迁波长为763.51和772.42 nm的两条光谱线,利用发射谱线强度比值法测量了氩气微放电等离子 体的电子激发温度。结果显示,其电子激发温度处于2 000～2 800 K之间,且随放电电流的增加而增加,随气体压强和气体流量的增加而降低。     

活性氮与碘乙烷反应化学发光研究

在流动余辉装置上, 利用N₂空心阴极放电制备活性氮, 研究了活性氮与碘乙烷(C₂H₅I)反应的化学发光. 在620～820 nm波长范围内观察到了较强的发射光谱, 拟合得到的光谱常数表明它来源于NI(b¹Σ^＋→X³Σ^－)跃迁, 并对35个谱峰进行了振动归属. 最后讨论了活性氮中主要成分与C₂H₅I反应的可能过程, 结合辅助性实验分析表明, 活性氮中的N(²P)与C₂H₅I直接反应很可能产生激发态NI(b¹Σ^＋)自由基. 这是利用化学反应直接产生激发态NI(b¹Σ^＋)的首次报道, 观察到的激发态最高振动能级为v'＝6.     

辉光放电离子源质子转移反应质谱对水中苯的分析方法研究

报告了自行研制的质子转移反应质谱(Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry, PTR-MS)装置结合动态气体提取技术直接测量水中苯浓度的新方法. N2连续地将水溶液中的苯提取出来, 用质子转移反应质谱测量其在液面顶空中的分压强P随时间的变化关系, 从而得到苯的亨利常数H 利用亨利定律就可以给出苯在水溶液中的浓度. 考察了苯在提取气体及水溶液中达到平衡需要的液面高度, 测量了28 ℃时苯的亨利常数. 以此为基础测试了水中苯的浓度, 测量结果与配制的溶液浓度相一致. PTR-MS结合动态气体提取技术测量水中苯的浓度, 检出限为1 μg/L. 方法可以拓展到水中其它挥发性有机物浓度的测量.     

活性氮反应产生激发态卤化氮实验研究

报道了利用氮气放电产生的活性氮有效制备激发态卤氮自由基NX(b)(X=F,Cl,Br)的方法.在流动余辉装置上,将含溴有机物CH2Br2、CHBr3、C2H5Br、C4H9Br加入到活性氮中,在550～750nm观察到了较强的NBr(b→X)跃迁发射光谱.机理分析表明,活性氮中的基态氮原子N(4S)与含溴分子反应首先产生基态的NBr,由于亚稳态分子N2(A3Σ+u)的能量转移作用,基态NBr被激发到NBr(b).当含氯有机物CCl4、SOCl2加入到活性氮中时,观察到了NCl(b→X)的发射光谱,而当CHCl3、CH2Cl2加入到活性氮中时,却没有观察到NCl(b)态的辐射跃迁.当SF6与氮气混合放电时,观察到了NF(b)态的跃迁发射谱.分析表明,基态的NCl和NF自由基分别是由N(4S)+CCl3(SOCl2)→NCl(X)+CCl2(SOCl)和N(4S)+SF5→NF(X)+SF4通道产生的,再通过N2(A)能量转移到激发态.     

Ar（^3P0,2）与SO2反应产生SO（A＂^3∑^＋）的光谱

在流动余辉装置上，研究了亚稳态Ar（^3P0,2）与SO2的传能反应．在位于流动管不同位置的两个窗口处，观察到了320～600nm的不同的两组光谱序列．其中，下游窗口所测光谱与之前作者在Ar与SO2混合气体空心阴极放电实验中得到的光谱一致，确定为SO（c ^1∑^-→X ^3∑^-）的发射谱；根据基于最小二乘法编写的光谱模拟程序模拟的光谱结果，上游窗口所测光谱中位于SO（c ^1∑^-→X ^3∑^-）发射谱线长波方向上的光谱序列被归属为SO（A”^3∑^＋→X ^3∑^-），并得到SO（A＂ ^3∑^＋）的光谱常数为：T00=（30460±18．0）cm^-1，ωe＇Xe＇=（7．7±0．8）cm^-1，ωe＇=（685±8．0）cm^-1．     

亚稳态SO(c~1Σ~-,v′=0)的猝灭动力学

在流动余辉装置上,研究了SO(c1Σ-)的猝灭动力学过程.获得了SO2,O2,CO2,N2,He,CS2,CH3OH,C2H5OH,C3H7OH,C4H9OH,CH3COCH3,C6H6,CH2Cl2,CH2Br2,CHCl3,CCl4等16种分子与SO(c1Σ-)发生猝灭反应的速率常数.初步分析表明:醇类分子CnH2n 1OH(n=1,2,3,4)中的C—H键的数目与其对SO(c1Σ-)的猝灭速率成正比;CO2,N2等非极性无机小分子对SO(c1Σ-)的猝灭作用不明显,强极性分子SO2对SO(c1Σ-)的猝灭作用较强.卤代烷烃中的卤素原子的大小对SO(c1Σ-)的猝灭过程发挥着较重要的作用;而氯代烷烃中氯原子的个数与猝灭速率之间的关系不明显.     

大气压直流微等离子体射流研究

介绍了一种结构简单、 制作方便的微米量级大气压等离子体射流。这种微等离子体射流由直流电源驱动,可在多种工作气体(如Ar,He,N₂等)中实现大气压放电,产生高电流密度的辉光放电。为了确定微等离子射流产生的激发物种成分,测量了以Ar和N₂为工作气体的等离子体发射光谱。利用发射光谱相对强度比值法测量了氩气微等离子体射流的电子激发温度。实验显示,其电子激发温度约为3 000 K,这远低于大气压等离子体炬的电子激发温度。利用N₂的二正带发射光谱得到微等离子体的振动温度约为2 500 K;利用其电学参数估算电子密度在1013cm-3量级。利用此微等离子体射流进行了普通打印纸表面处理的应用实验。结果显示,这种微等离子体射流能够明显的提高普通打印纸的亲水性。     

多反应离子的质子转移反应质谱

在无放射性辉光放电离子源内, 采用不同试剂气体进行放电, 为质子转移反应质谱(PTR-MS)新增了强度在10⁵ cps量级的3种反应离子NH₄⁺, NO⁺和O₂⁺, 纯度大于95%; 测试了这3种反应离子的离子-分子反应特征. 采用H₃O⁺, NH₄⁺, NO⁺和O₂⁺等4种反应离子对同分异构体丙醛/丙酮进行检测发现, H₃O⁺和NH₄⁺均不能区分的丙醛/丙酮可采用NO⁺或O₂⁺进行区分. 结果表明, 增加反应离子不仅使PTR-MS的可检测有机物范围不再局限于质子亲和势(PA)大于H₂O的有机物, 还提高了PTR-MS区分同分异构体的能力.