单电极介质阻挡放电离子源研究

介质阻挡放电离子源是一种常压敞开式离子源,由于免试剂、适用范围广、易于小型化等特点而备受关注.该类离子源多采用表面双电极或针-环电极设计方式.表面双电极的接地电极会减弱氦气在强电场中电离形成的流注崩头能量,缩短等离子束喷射距离.针-环电极的电场主要集中在针电极尖端,流注崩头能量小,等离子束喷射距离比表面双电极还短.本研究对放电影响因素进行分析,通过改变电极形状和增加绝缘介质部件进行电场调整,使强电场区域集中于电极一侧,解决了单电极回流放电问题,从而获得稳定、高效的等离子束,其最大长度可达8 cm以上.基于电场调整技术,研制出单电极介质阻挡放电离子源,它主要由惰性载气、高压电极、绝缘介质管、气控以及温控部分组成.使用新型离子源对咖啡因液态样品和扑热息痛固体药片进行了质谱分析,前者的定量曲线R2值为99.66％,100 μg/L的信噪比为23;后者的主要成分对乙酰氨基酚可在质谱中快速检出,响应强度为1.26×106.上述结果表明,新型离子源可以实现样品的定量和快速原位分析.     

介质阻挡放电离子源质谱分析

敞开式离子化质谱可对表面样品进行直接快速分析而受到关注,成为质谱分析的热点研究方向.介质阻挡放电离子源是一种基于等离子体放电机理的敞开式离子源,近年来得到了较快的发展.本文着重介绍该离子源的基本原理、性能特征以及应用进展,并对其发展趋势进行了展望.     

热辅助解吸-介质阻挡放电离子化质谱快速检测磺胺类药物

磺胺类药物在家禽养殖行业中的滥用是一个极其严重的问题。该文采用一种热辅助解吸介质阻挡放电离子化质谱技术(HAD-DBDI-MS),通过对其加热温度等参数的优化,建立了对磺胺吡啶、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺喹口恶啉、磺胺胍及磺胺甲口恶唑等磺胺类药物的快速检测方法,并通过二级质谱进行结构鉴定;与单独使用DBDI-MS相比,HAD-DBDI-MS的检出限降低了1～2个数量级。对鸡肉模拟加标进行了直接快速检测应用,实现了鸡肉中模拟添加磺胺吡啶的检出;通过在加热时引入甲醇辅助挥发,实现了对饲料模拟加标压片样品中磺胺胍、磺胺甲口恶唑的检出。结果表明,HAD-DBDI-MS为禽类肉制品和饲料中磺胺类药物的快速检测提供了一种新的方法。     

高频介质阻挡放电烟气脱硫研究

采用高频介质阻挡放电的方式产生低温等离子体,研究在不加入NH₃的情况下流动态SO₂的去除情况.实验表明,在输入电压为12 kV,SO₂浓度为5400 mg/m³,气体流量为0.36 m³/h,相对湿度为55%时,脱硫率可达到70%以上;水气的存在对SO₂的去除有较大的促进作用,升高电压和增加O₂量对脱硫率的促进作用有限.对实验结果进行了解释,并提出了反应机理.     

介质阻挡放电-发射光谱测定偏二甲肼

基于气相色谱分离、低温等离子放电与发射光谱技术建立了偏二甲肼（UDMH）的测定方法。以介质阻挡放电（DBD）低温等离子体作为偏二甲肼的发射光谱（OES）激发源、DBD-OES微型发射光谱系统产生的384.94 nm特征光谱为检测信号,电荷耦合检测器（CCD）采集信号。仪器检出限为0.48μg/L;UDMH质量浓度为5μg/L时,相对标准偏差（RSD）为1.3%;环境水样的加标回收率为84%～90%。方法可应用于痕量偏二甲肼的检测和应急监测。     

甲烷二氧化碳介质阻挡放电转化产物分布研究

针对介质阻挡放电甲烷二氧化碳转化实验,分析了反应的产物分布,探讨了进料组成和反应器结构对反应的影响.反应产物包括:高H2/CO摩尔比的合成气、气态烃、高辛烷值的汽油组分、醇和酸等含氧有机物.对所述电极结构,产物的选择性随碳数增加而降低;高的甲烷进料浓度有利于烃的生成,对醇和酸的最佳甲烷进料体积分数范围在67.4％～75.1％;放电间隙越小,原料转化率和烃、酸的选择性越大,大的放电间隙对醇的生成有利.     

介质阻挡放电净化恶臭气体的实验研究

低温等离子体技术是一种新型的污染治理技术,国内外都对其进行了广泛而深入的研究。等离子体是电子,正、负离子,激发态原子、分子,以及自由基混杂的状态,是一种高反应活性的气体,理论上可以引发许多用常规方法难以发生的化学反应,已在废气、废水、固体废物以及放射性废物等方面     

基于大气压下介质阻挡放电抑制LA-ICP-MS分析中元素分馏效应研究

采用自制的大气压下介质阻挡放电装置串联在激光剥蚀池与ICP炬管之间, 对激光剥蚀产生的气溶胶进行预电离. 结果表明, 元素瞬时信号轮廓的平滑度得以改善, 元素分析信号精密度(RSD, n=3)可提高2.55％. 在ArF准分子激光(193 nm)和Nd∶YAG 固体激光(213 nm)两种不同波长的激光剥蚀系统中, 元素分馏因子均比常规模式下更接近于1, 表明采用介质阻挡放电对气溶胶预电离后元素分馏效应得以有效抑制. 相比两种不同波长的激光剥蚀系统, 介质阻挡放电对213 nm固体激光的元素分馏效应改善作用明显.     

介质阻挡放电脱除甲醛的化学动力学模拟

对大气压介质阻挡放电脱除甲醛进行了化学动力学模拟, 建立了时空平均化的模型, 并对相关的结果进行了实验验证. 分析了各主要物种的浓度随放电时间的变化, 在模拟空气气氛下, HCHO主要由O·和OH·自由基脱除, 其中, OH·自由基的作用更为突出. 强调了氮分子的第一电子激发态N2(A3∑+u)的作用, 它与O2、H2O 分子的碰撞增加了O·和OH·自由基的浓度,在氮气气氛中, N2(A3∑+u)态是使HCHO脱除的主要物种.讨论了HCHO初始浓度、气体流量对HCHO 脱除比能耗和产物中CO2/CO 摩尔比值的影响, HCHO 初始浓度较高时, 甲醛脱除的比能耗较低, 在输入能量密度<60 J·L-1, HCHO 初始浓度较低时, 产物中nCO2 /nCO值较高.     

介质阻挡放电引发氮氧化物等离子体化学反应

在523 K介质阻挡放电条件下,研究了不同气体组分体系中NO的转化.实验表明,在无氧体系(NO/N2)中,转化的NO主要分解为N2和O2.在富氧(NO/O2/N2)条件下,由于NO和NO2的生成, NO的转化率最低.体系中加入C2H4(NO/C2H4/N2)时, NO转化率与NO/N2体系几乎一样,与NO相比,生成的O更易与C2H4作用,几乎没有NO2的生成.当C2H4和O2共存时(NO/O2/C2H4/N2),NO主要被氧化为NO2.当能量密度为125 J&#8226;L－1时, 与其它体系相比,NO/O2/C2H4/N2体系中NO转化率和NO2生成量最大,转化每个 NO分子能耗最小(61 eV).体系中C2H4主要被氧化为CO.四个体系中N2O的生成量都较少.讨论了介质阻挡放电条件下上述四个体系可能的反应机制.     

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌代谢产物的常压化学电离质谱分析

本研究以721矿和745矿嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为研究对象,采用常压化学电离质谱直接分析其代谢产物,分别考察了顶空采样( Headspace sampling)、界面采样( Interface sampling)和中性解吸采样( Neutral desorption sampling)3种进样方式对电离效果的影响。在优化条件下,常压化学电离质谱对微生物纯菌种和混合菌种的代谢产物均具有良好的分析能力,可根据获得的代谢产物指纹谱图结合主成分分析( PCA)方法和聚类分析( CA)方法区分2个放射性强弱不同区域共4类嗜酸性微生物样品,并对主要胺类、酯类等代谢成分进行串联质谱鉴定,为耐辐射微生物的相关研究提供了一种可借鉴的分析方法。     

Portable Digital Linear Ion Trap Mass Spectrometer Based on Separate-Region Corona Discharge Ionization Source for On-Site Rapid Detection of Illegal Drugs

As narcotic control has become worse in the past decade and the death toll of drug abuse hits a record high, there is an increasing demand for on-site rapid detection of illegal drugs. This work developed a portable digital linear ion trap mass spectrometer based on separate-region corona discharge ionization source to meet this need. A separate design of discharge and reaction regions was adopted with filter air as both carrier gas for the analyte and protection of the corona discharge needle. The linear ion trap was driven by a digital waveform with a low voltage (±100 V) to cover a mass range of 50–500 Da with a unit resolution at a scan rate of 10,000 Da/s. Eighteen representative drugs were analyzed, demonstrating excellent qualitative analysis capability. Tandem mass spectrometry (MS/MS) was also performed by ion isolation and collision-induced dissociation (CID) with air as a buffer gas. With cocaine as an example, over two orders of magnitude dynamic range and 10 pg of detection limit were achieved. A single analysis time of less than 10 s was obtained by comparing the information of characteristic ions and product ions with the built-in database. Analysis of a real-world sample further validated the feasibility of the instrument, with the results benchmarked by GC-MS. The developed system has powerful analytical capability without using consumables including solvent and inert gas, meeting the requirements of on-site rapid detection applications.     

低温等离子体原子化器-原子荧光光谱法测定碲

基于介质阻挡放电(DBD)原理和结构,建立了适用于原子荧光光谱仪(AFS)的低温等离子体小型原子化器(Atomizer),并研究了氢化物发生-低温等离子体原子化器-原子荧光光谱(HG-DBDAtomizer-AFS)测定环境样品中痕量碲(Te)的分析方法。DBD等离子体原子化器具有小型、低温等优点。对DBD放电结构和放电功率、载气气体流速,氢化物发生过程中的酸度、KBH4浓度,以及观测高度等实验条件进行了详细的考察并优化。本系统测定Te的检出限(3σ)为0.08μg/L;线性范围为0.5～80μg/L;测定精密度为2.1%(n=7);加标回收率为90%～103%。对国家级标准样品(GBW07404,GBW07405,GBW07406)进行测定,测定结果与标准值一致,证明本方法准确可行。     

Gas-Phase Removal of Acetaldehyde via Packed-Bed Dielectric Barrier Discharge Reactor

The effectiveness of applying packed-bed dielectric barrier discharge(PBDBD) technology for removing acetaldehyde from gas streams wasinvestigated. Operating parameters examined in this study include appliedvoltage, oxygen content, and gas-flow rate. Experimental results indicatethat the destruction efficiency of acetaldehyde predominantly depends onthe applied voltage. Removal of 99% of acetaldehyde has been achieved forgas streams containing 1000 ppmv acetaldehyde, 5% oxygen, with nitrogen asthe carrier gas. The oxygen content in the gas stream plays an importantrole in removing acetaldehyde within PBDBD. A higher CH3CHO removalefficiency is achieved for the gas stream containing less oxygen, since itwill dissipate energy due to its electronegative property. Carbon dioxideis the major end product, which is less hazardous to the environment and tohuman health. However, undesirable products, e.g., NO₂ and N₂O,CH₃OC₂H₅, CH₃COOH, CH₃NO₂,HCN, CH₃NO₃, and CH₃OH, are detected as well.     

解析电喷雾质谱法对感冒药中对乙酰氨基酚的快速检测

基于常压质谱的直接、快速、无需样品预处理检测的优势,该文拓展了其在药物质检领域的应用。采用自行搭建的解析电喷雾(DESI)装置,对常用感冒药对乙酰氨基酚片进行快速质谱检测,无需样品预处理,直接获得药片中有效成分的分子结构信息。为克服基质差异对定量分析的影响,以淀粉为基质构建对乙酰氨基酚模拟药片,在优化的基础上进行定量实验。针对实际药片中高浓度对乙酰氨基酚检测的需要,研究了其在较高浓度范围的定量关系,结果显示,方法对0.35～4.52 mg/mm²范围内的对乙酰氨基酚具有较好的线性关系(r²=0.998 2),定量下限为1.903 ng/mm²,检出限为0.237 ng/mm²,加标回收率为102%～114%。对3种市售的对乙酰氨基酚片进行直接检测,与厂家提供的标准数据相比,相对标准偏差(RSD)为7.2%～12%,表明方法具有较好准确度。该工作很好地证明了DESI-MS在药品快检中的优势,从而为药品质检提供了潜在的高效、可靠的检测手段。     

The Role of Dielectric Barrier Discharge Atmosphere and Physics on Polypropylene Surface Treatment

Dielectric barrier discharge (DBD) is the discharge involved in corona treatment, widely used in industry to increase the wettability or the adhesion of polymer films or fibers. Usually DBD's are filamentary discharges but recently a homogeneous glow DBD has been obtained. The aim of this paper is to compare polypropylene surface transformations realized with filamentary and glow DBD in different atmospheres (He, N₂, N₂ + O₂ mixtures) and to determine the relative influence of both the discharge regime and the gas nature, on the polypropylene surface transformations. From wettability and XPS results it is shown that the discharge regime can have a significant effect on the surface transformations, because it changes both the ratio of electrons to gas metastables, and the space distribution of the plasma active species. This last parameter is important at atmospheric pressure because the mean free paths are short (m). These two points explain why in He, polypropylene wettability increase is greater by a glow DBD than by a filamentary DBD. In N₂, no significant effect of the discharge regime is observed because electrons and metastables lead to the same active species throughout the gas bulk. The specificity of a DBD in N₂ atmosphere compared to an atmosphere containing oxygen is that it allows very extensive surface transformations and a greater increase of the polypropylene surface wettability. Indeed, even in low concentration and independently of the discharge regime, when O₂ is present in the plasma gas, it controls the surface chemistry and degradation occurs.     

常压敞开式质谱离子源发展趋势

近年来常压敞开式离子源凭借快速、原位、实时离子化样品等优势,被广泛应用于样品快速筛查、真伪鉴定、质谱成像等领域,已成为当今离子源的研究热点,受到了学术界及仪器制造、化学和生物分析等相关产业界的广泛关注。目前,该类离子源朝着克服基体效应、提高样品表面定位能力及增加离子传输距离等方向发展。本文主要介绍了可以很好解决上述问题并具有代表性的三种常压敞开式离子源:电喷雾萃取离子源(EESI)、介质阻挡放电离子源(DBDI)及空气动力辅助离子源(AFAI),重点涉及原理以及在此基础上所做的设计改进和应用进展。     

在线气体分析的电晕放电大气压电离质谱

研制了适合在线气体分析的电晕放电大气压电离源(corona discharge atmospheric pressure ionization source)及其与商品质谱仪(LTQ-MS)的接口,对其试剂离子的产生机理进行了研究,以H2O. (H2O)为试剂离子,对乙醇气体进行检测,并分析了该离子的产生机制。实验结果表明:在潮湿氮气中电晕放电产生的主要试剂离子是m/z36、37和55;而在含丙酮的潮湿氮气中则产生m/z59和76等离子。利用静态顶空-电晕放电大气压电离质谱对不同浓度的乙醇水溶液进行分析,结果表明:以m/z64为检测对象,乙醇气体浓度的最低检出限可达2.4×10-7g/L;而以m/z47为检测对象,检出限为5.9×10-6g/L。同时还利用动态顶空-电晕放电大气压电离质谱对栀子花香气成分进行了检测,为生物挥发性物质的在线检测提供了一种新方法。