便携式飞行时间质谱仪在汽车尾气在线检测中的应用

汽车尾气中的挥发性有机物（VOCs）是主要的人为排放污染源之一,排放到大气环境中的VOCs具有很高的反应活性,能够参与臭氧的生成,是形成二次有机气溶胶等污染物的重要前体物质。因此,研制开发适用于现场实时、在线检测VOCs的便携式分析仪器,是现代科学仪器发展的重要方向之一。本工作利用苯系物标准气体对自行研制的便携式膜进样真空紫外灯单光子电离飞行时间质谱仪整机进行性能测试,仪器的质量分辨率优于350,质量精度优于1×10^-4,对苯系物的检测限可达μg/m³级,动态范围优于3个数量级,仪器的总质量小于25 kg。将仪器放置户外对汽车尾气进行现场测试,基于该仪器高时间分辨率的特点,初步研究了汽车尾气排放VOCs的变化趋势与发动机工作状态的相关性。该仪器有望应用于环境应急事故、现场长期监测、化工园区生产工艺过程监控以及无组织排放等领域。     

WGA1000软件系统设计及定量分析方法优化研究

介绍了国内第一款用于录井系统的快速气相色谱-四极杆质谱联用气测仪WGA1000软件系统,说明了其设计原理和用户界面实现方法。该软件系统实现了对仪器的运行状态和参数的精确控制,以及对数据的快速采集与处理,可得到各组分的实时浓度值,并将该结果传送给终端服务系统,最终获得钻井过程中各组分浓度的变化趋势图;通过改进和优化线性校正方法与离子扫描方式,显著提高了气体组分定量计算结果的准确性和重复性。经过长期现场应用及模拟实验证明,WGA1000软件系统结合硬件及数据解析软件系统,能够满足目前气测录井系统在线气体分析仪器的实时监测要求。     

双势阱平面离子阱的设计与模拟研究

双势阱平面离子阱作为离子收集与聚焦装置,2个势阱可分别实现进入离子的收集和约束离子的可控冷却及抛出,相比于单势阱平面离子阱,其对离子的收集与聚焦更加充分。本工作利用SIMION 8.1离子光学模拟软件,研究离子阱工作的4个阶段,即离子收集、离子转移、离子冷却和离子抛出。模拟得到离子阱的工作周期可从1 ms延长至超过10 ms,总离子传输效率为83%,离子通量上限达1.6×10⁶个。此外,充分冷却的离子从离子阱中抛出,具有1.0、1.0 mm的径向直径,24 mrad、16 mrad的角度标准偏差,15 eV的能量标准偏差。双势阱平面离子阱的工作周期、离子通量、抛出离子均满足多次反射飞行时间质量分析器的工作需要,并可与其耦合,为其提供通量高、状态集中的引入离子。     

基于粒子群算法的多次反射飞行时间质量分析器电压优化

多次反射飞行时间(MR-TOF)是一种新型的质量分析器,常用于分析短寿命离子、分离同重元素和存储离子。随着使用需求的增加,提高MR-TOF质量分析器的分辨能力越来越重要。然而,MR-TOF质量分析器电压参数的优化涉及高维度、高精细度和非线性的问题,很难用解析方法得到最优参数。本研究提出了一种基于粒子群(PSO)算法的MR-TOF质量分析器电压参数优化方法,并对粒子群算法进行改进。在SIMION离子光学仿真平台上对优化方法进行测试,比较了标准粒子群算法和改进粒子群算法的优化结果。结果表明,改进粒子群算法能够获得超过810 000的极限质量分辨率,相比标准粒子群算法有更好的性能。该方法具有操作简单、优化速度快、求解效果好等优点,可为MR-TOF质量分析器的电压优化提供方法参考,从而提高MR-TOF质量分析器的开发效率。     

千瓦级微波等离子体质谱仪研究水体中锰元素

为了使微波等离子体电离源更好地用于分析水溶液中金属元素,本研究基于改进型千瓦级微波等离子体（KMP）电离源耦合线性离子阱质谱仪（LTQ MS）,在新型进样系统（Nafion H2SO4）下,研究水体中锰元素的质谱行为。锰元素的千瓦级微波等离子体质谱（KMP MS）特征谱图不同于传统的电感耦合等离子体（ICP MS）获得的特征信号,这可能有助于金属元素分析。使用KMP LTQ MS法分析水体中锰的络合物阴离子,证实锰的络合物阴离子是由流经KMP源中心管的水溶液在等离子体火焰中电离产生的,如NO3-。此外,解释了主要离子在多步碰撞诱导解离过程中特征碎片的形式,并在优化的条件下,使用锰的络合物阴离子二级质谱特征离子评估锰的检测限（LOD）为033 μg/L,线性动态范围涵盖至少2个数量级,在0~100 μg/L之间。因KMP源无Ar背景干扰,未来可将其与四极杆质谱结合,能够为水质检测提供新方法。     

离子阀技术在垂直引入式飞行时间质谱仪中的应用

垂直引入式飞行时间质谱仪（O-TOF MS）是以脉冲的工作方式对样品进行检测,对于离子源产生的连续离子流利用率极低。为了使O-TOF MS更好地匹配离子源,在自制的大气压接口垂直引入式飞行时间质谱仪（API-O-TOF MS）的基础上开发了离子阀技术,将原本连续进入推斥区的离子流调制为与推斥脉冲同步的离子团,提高推斥占空比,进而提高离子利用率。通过进一步研究富集原理以及分析富集参数的影响,确定了离子富集的最佳参数。以PPG-1000为实验对象,在同等条件下,离子信号强度普遍提升1个数量级以上。该结果表明,离子阀技术在O-TOF MS中的应用可有效提高仪器的离子利用率。     

单颗粒气溶胶实时在线监测飞行时间质谱仪的研制

介绍国内第一台采用空气动力学透镜进样系统的质谱仪。这种系统有效地提高进样效率和检测效率。本仪器优化双光束测径装置和激光解析电离装置的空间结构,缩短气溶胶漂移空间从而提高小颗粒的检测极限。     

单颗粒质谱数据采集系统动态范围的扩大

大气气溶胶单颗粒物的化学组分复杂,含量差异较大,单颗粒气溶胶质谱仪利用激光电离颗粒物会产生大量幅值差异较大的离子信号,常规的数据采集系统不足以准确检测其质谱信息。本研究开发了一套新的数据采集系统,采用高、低量程叠加采样法分别单独检测大、小信号,并通过一定的算法合并信号,有效地扩大了质谱检测系统的动态范围。该方法不仅能够真实地还原谱图的原始信息,还可以提高质谱识别颗粒物的准确率以及颗粒的利用率。     

高压模块性能对数字离子阱质谱仪性能的影响

数字线性离子阱质谱仪的供电高压模块的稳定度、负载变化率等参数对数字离子阱的性能有很大影响。为了研究供电高压模块对仪器性能的影响,本工作基于正在研制的便携式数字线性离子阱质谱仪,以1 mg/L苯、甲苯、二甲苯、氯苯混合标准气体为检测对象,研究高压模块性能改进后仪器性能的变化情况。结果表明：通过增加稳压模块的方法,使离子阱质谱仪一级质谱的质量稳定性、离子响应,二级质谱的隔离效率都有较大幅度的提高;一级质谱中,离子的质量轴波动减小到之前的一半,响应值提高了10%以上,二级质谱离子的隔离效率提高了1.6倍。     

线形/线性离子阱术语辨析

正目前,质谱学界常常把二维离子阱称作线性离子阱(LIT,linear ion trap)。追本溯源,最先用这种说法的是热电公司。2005年8月,热电集团(Thermo)推出新一代离子阱质谱——Finnigan~(TM) LXQ~(TM),在中国面市时,将原本的线形离子阱(LIT,linear ion trap)翻译成线性离子阱~([1])。因此,日后国内学者在引用中,经常将这两个词混淆。线形离子阱和线性离子阱只有一字之差,但表征的科学概念是不同的。主要的