单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪在细颗粒物研究中的应用和进展

单颗粒气溶胶质谱技术起源于20世纪70年代,在近二十年得到了快速的发展.单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪具有高时间分辨率,且同时测量大气中单个细颗粒物粒径、多种化学组分和混合状态的特点,在大气细颗粒物监测和科学研究中逐渐得到了广泛应用.本文对单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的发展历程进行了介绍,对目前已商品化的单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪ATOFMS和SPAMS的原理、数据分析方法、结果输出方式以及在环境监测和研究中的主要应用进行了总结,并指出单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的发展方向.     

在线飞行时间质谱仪分析香烟烟气

利用飞行时间质谱仪实时在线分析了香烟A,并对香烟烟气进行老化实验。香烟烟气经由自行搭建的收集装置收集,通过微型真空泵将烟气从收集装置引入仪器进行分析。从香烟烟气谱图可以看出检测到60多种烟气成分,其中主要的化合物有丙烯(m/z 42)、丙酮(m/z 58)、环戊二烯(m/z 66)、异戊二烯(m/z 68)、苯(m/z 78)、甲苯(m/z 92)、苯酚(m/z 94)、二甲基呋喃(m/z 96)和二甲苯(m/z 106)等。老化烟气与新鲜烟气相比,随着老化时间的延长,m/z>90的成分信号强度逐渐降低,m/z<70的成分信号强度逐渐升高,10 h后烟气气溶胶的变化达到一个动态平衡,烟气成分含量最终也达到稳定;而70相似文献   

单颗粒气溶胶质谱仪串联热稀释器在线测量单个气溶胶颗粒的挥发性

颗粒挥发性可以影响颗粒在大气中的寿命,对大气颗粒物中二次气溶胶的形成机制研究有一定的参考价值。以往研究测量颗粒挥发性采用的是热熔蚀器,其活性炭吸附器一旦老化后,在较高温度下可能会释放出活性炭,造成测量失真。本研究针对热熔蚀器的上述缺点,以稀释器替代活性炭吸附器部分,与单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)连接,建立了一种在线分析单个气溶胶颗粒挥发性的测量方法。气溶胶颗粒分别通过两个通道进入SPAMS分析颗粒信息。通道1,气溶胶颗粒由管路进入加热器,被加热至不同的温度,颗粒挥发产生的气体和挥发后的颗粒内核进入稀释器部分,利用干净干燥冷的稀释气对加热挥发后的气体和颗粒进行稀释,使颗粒温度降低并短时间内不与气体发生冷凝,最后进入SPAMS进行检测。通道2为单独硅胶管,其长度与通道1相同,气溶胶颗粒通过通道2直接进入SPAMS检测。通过对比通道1和通道2获得的颗粒信息(粒径、数目和质谱信息等),得到气溶胶颗粒在不同温度下的挥发性。实验室用标准物质进行评估测试,结果表明,采用稀释器可以避免活性炭吸附器使用时间变长而失效,防止挥发性物质冷凝回到颗粒中。应用本方法初步测定了广州市春季气溶胶的挥发性,表明春季气溶胶多为高度挥发性和中度挥发性物质。     

单光子电离飞行时间质谱仪对香烟新鲜主流烟气的在线检测

利用单光子电离飞行时间质谱仪对吸烟模拟装置中的新鲜主流烟气进行实时在线检测,共测得40多种挥发性有机化合物,获得不同物质在逐口吸烟过程中含量的变化情况以及不同通风率的香烟烟气中的化合物含量情况。与此同时,使用主成分分析法对不同通风率的香烟种类的新鲜烟气的谱图进行分析,结果表明,在PCA散点图中,PC1=94%,PC2=3%,PC2=1%,三者之和达到98%,不同通风率的香烟的差异显著。实现了对逐口吸烟产生的新鲜主流烟中的有机成分进行在线检测分析。     

飞行时间质谱仪在线检测多环芳烃

采用实验室自行研制飞行时间质谱仪对二(口恶)英常见的关联产物多环芳烃进行了在线检测,选取二环至四环的多环芳烃芴、菲、蒽、萘、芘进行了测量并分析了仪器检测得到的信号.结果表明,该仪器对实验选取的多环芳烃具有良好的响应特性,检测浓度可达到25 nmol/L(即体积浓度500 ppbv),检测结果与实际物质浓度间具有良好的线性关系.使用最小二乘法拟合了浓度和信号强度的线性方程,实现了25～500 nmol/L(体积浓度0.5～10 ppmv)之间检测物质浓度的标定,为进一步发展烟气中的实际多环芳烃测量和浓度标定提供了参考.     

便携式飞行时间质谱仪用于室内甲苯、二甲苯污染快速溯源分析

采用自行研制的高时间分辨便携式飞行时间质谱(Portable time-of-flight mass spectrometry,P-TOFMS),基于网格布点检测法,在污染和通风自净后的条件下,以高暴露风险的甲苯、二甲苯作为VOCs代表物质,实时、在线监测1394 m2室内空气中的甲苯、二甲苯的浓度分布,并根据高时间分辨数据对污染源进行快速解析.结果表明,1.5h内即可完成室内40个采样点的全部分析工作;污染条件下室内甲苯和二甲苯的最高浓度为2633和223 μg/m3;自然通风24h后,浓度分别降低至113和173 μg/m3;2个模拟污染源及1个背景污染源均被准确识别.P-TOF-MS技术在家居、车间等室内空气VOCs污染源快速识别方面具有广阔的应用前景.     

用气溶胶飞行时间质谱实时探测甲苯光氧化产生的单个二次有机气溶胶粒子

在烟雾腔内, 用紫外光照射甲苯、亚硝酸甲酯、一氧化氮和空气的混合物, 可以启动甲苯和羟基自由基(OH·)的光氧化反应和一系列的后续反应, 产生非挥发性和半挥发性有机化合物. 半挥发性有机化合物可以在气态和粒子态之间进行分配, 产生二次有机气溶胶粒子. 用自制的气溶胶飞行时间质谱仪, 快速、实时测量这些粒子的尺度、它们的分子成分和直径分布.     

真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪的研制

研制了真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪(Vacuum ultraviolet single photon ionization time-offlight mass spectrometer,VUV-SPI-TOFMS),包括真空系统、毛细管进样系统、真空紫外灯电离源、垂直加速反射式飞行时间质量分析器和数据采集系统...     

气溶胶单粒子化学成分在线聚类分析

为了在线快速、自动处理气溶胶激光飞行时间质谱仪在运行过程中产生的海量数据并提取有价值的信息,将基于神经网络的自适应共振算法运用于气溶胶单粒子化学成分在线聚类分析.利用该算法对NaCl粒子、NaCl和CaCl2的气溶胶混合物、三聚氰胺气溶胶单粒子以及大气气溶胶单粒子进行在线分类,被成功分类的粒子数占命中粒子总数的100%,当警戒阈值为0.1,学习速率为0.05时,获得的每类聚类中心都能很好地代表该类物质的特征;深入研究了警戒阈值对NaCl粒子在线聚类数的影响.结果表明: 当警戒阈值增大到0.8时,在线聚类数增多,分类更加精细.本算法的质谱分析软件基本满足大气气溶胶单粒子在线聚类分析的要求.     

7种生物碱在不同粒径卷烟主流烟气气溶胶中的分布研究

建立了烟气气溶胶中7种生物碱的气相色谱-质谱(GC-MS)测定方法,并采用电子低压撞击器(ELPI)分12级捕集烟气气溶胶粒相物,研究了卷烟主流烟气气溶胶中7种生物碱含量和浓度的粒径分布。捕集的气溶胶样品加入氢氧化钠溶液和二氯甲烷进行碱法提取,提取液经DB-5MS弹性毛细管柱分离,选择离子监测模式测定,内标法定量。结果表明:该法检测主流烟气气溶胶中7种生物碱的相对标准偏差(RSD)为2.1%~6.4%,检出限为0.39~14.84 ng/cig,加标回收率为85.5%~124.8%。7种生物碱主要分布于0.144~0.722μm的中等粒径气溶胶粒相物中,在粒径0.431μm的粒相物中含量最高,与捕集的粒相物质量分布一致。7种生物碱在不同粒径气溶胶粒相物中的浓度基本趋于一致,其浓度随气溶胶粒径的分布无特异性。     

荧光分析技术在卷烟烟气成分检测中的研究进展

综述了荧光分析技术在卷烟烟气成分检测中的研究进展,包括自由基及其反应产物、酚类、多环芳烃、亚硝胺类等物质的荧光分析技术,指出了可以根据不同的烟气成分和分析测试对象合理选择荧光探针、同步荧光、时间分辨、衍生化、色谱联用等技术手段,提高分析检测效果,并对该技术的应用前景进行了展望(引用文献32篇)。     

聚丙烯腈和二氧化硅复合纤维膜富集-高分辨质谱法测定烟气中的有害化合物

以聚丙烯腈(PAN)和二氧化硅(Si02)纳米粒子的混合溶液为纺丝溶液,采用静电纺丝技术制备具有高吸附性能的新型PAN-SiO2疏水性复合纤维膜,对香烟燃烧产生的烟气进行富集,用甲醇作为洗脱溶剂,对待测组分进行洗脱,并使用高分辨串联质谱技术进行测定.实验结果表明,通过调控PAN和SiO2纳米粒子的浓度,优化静电纺丝参数,得到对小分子有机化合物吸附性较强的纤维膜.对所收集到的烟气进行质谱测定,在正离子模式下,检测到的主要成分有尼古丁、丙酮、苯乙烯、丙烯醛、异戊二烯、丙烯腈等21种小分子有机化合物;在负离子模式下,检测到的主要成分有水杨酸、苹果酸和乳酸等6种有机酸.同时,对烟气中的主要有害成分尼古丁进行定量分析,方法的检出限为0.071 ng/L,定量限为0.236 ng/L.     

卷烟主流烟气中氨的捕集及其离子色谱法测定

设计了高效的烟气捕集装置,建立了一种稀硫酸吸收、离子色谱法测定的卷烟主流烟气中氨的分析新方法.与早期的比色法、容量法、氨电极法、气相色谱法相比,该方法快速、简便,不需要复杂的样品前处理,完成一次分析只需12 min.检出限为0.005 mg/L,RSD为3.7%,空白加标回收率在87%～102%之间,吸烟加标回收率在98%～106%之间.测定了国内50种主要品牌卷烟,其主流烟气中氨含量范围为6.50～14.22μg/支烟.     

卷烟烟气中挥发性组分的毛细管气相色谱分析

采用毛细管气相色谱（CGC）和色谱－质谱联用（GC－MS）技术对国内外部分名牌卷烟烟气中的挥发性和半挥发性化学成分进行了定性定量分析,质谱鉴定出107种化合物;对其中重要的32种化合物进行了定量比较,结果发现烤烟型卷烟、混合型卷烟和英式烤烟在烟气的香味组分中存在一些差异和规律,烤烟型烟气组分总含量最高,烤烟烟气中碳氢化合物裂解产物和低级酸类组分含量较高,混合型卷烟烟气中茄酮和异戊酸较高,英式烤烟的烟气组分更接近于混合型卷烟。     

用数字离子阱进行快速质量分析

利用数字离子阱技术进行样品的快速质量分析.在样品离子被引入离子阱的过程中,同时扫描数字射频工作电压的频率和离子共振偶极电压的频率,使得离子在进入离子阱质量分析器后,立即被相应的共振偶极电压所共振激发而逐出离子阱,并被离子探测器测量到.本方法相较于传统离子阱分析过程省去了离子引入、离子冷却和离子清空3个阶段,减少了约3/4的实验分析时间.通过对扫描速度、离子门电压参数的优化,数字束缚射频频率从1000～ 400 kHz线性扫描,扫描速度为2385 Th/s,离子门电压为9V,对利血平(m/z 609),精氨酸(m/z 174)等样品的进行测试,离子信号强度达到最优.结果表明,利用本方法可以获得与离子阱质量分析传统方法相同的质谱结果.     

Determination of Nicotine-Related Alkaloids in Tobacco and Cigarette Smoke by GC-FID

A simple and accurate method, gas chromatography (GC) with flame-ionization detection (FID) has been used for determination of the four main nicotine-related alkaloids in tobacco. Tobacco samples were treated with a small quantity of aqueous ammonia solution, to loosen the tobacco tissue and to convert all alkaloids to free bases, then extracted with 1:3 CH₃OH-CH₂Cl₂. A method for further simultaneous and comprehensive determination of six nicotine-related alkaloids in cigarette smoke was also developed. Because of the complexity of the cigarette smoke matrix and the small amounts of alkaloids, except nicotine, in cigarette smoke, the smoke extract was concentrated after removal of the acidic and neutral fractions. To reduce the adsorption and thermal degradation of alkaloids in the liner, especially for nornicotine, a suitable injector temperature was selected and pulsed injection mode was studied. Different cigarette smokes and tobaccos were analyzed for levels of nicotine-related alkaloids.Revised: 3 January and 21 March 2005     

若干气溶胶单粒子化学成分的实时测量

利用激光解吸附电离飞行时间质谱技术获得了若干已知化学成分的气溶胶粒子的飞行时间质谱,分析标识了各类气溶胶粒子的特征离子谱峰,并对一些特征峰的形成机理进行了探讨。在此基础上,对烟花火药以及纸张燃烧产生的烟气气溶胶粒子进行了实时在线测量,通过对质谱图的分析,获得了有关此两类燃烧过程产生的烟气气溶胶单粒子的化学组成信息。