高分辨SPI/TOFMS的研制及VOCs分子式确定

单光子能量10.6eV的真空紫外灯可电离大部分的挥发性有机物,生成分子离子,几乎无碎片,谱图简单。本文介绍了实验室自制的真空紫外灯单光子电离反射式飞行时间质谱仪的原理、仪器结构及初步结果。测试仪器分辨率超过4000(FWHM),质量精度优于6ppm。苯的检出限可至52ppbv。将仪器用于香烟烟气和聚氯乙烯(PVC)热解产物的检测。结果表明,单光子软电离源与高分辨质谱的结合,可直接用于复杂挥发性有机物(VOCs)分子式的确定。     

面向对象的在线监测技术的进展及应用

随着社会的进步和人们环保意识的提高,用于公共安全、环境监测以及食品安全等领域的在线监测技术成为研究热点。在线监测技术方法很多,其中离子迁移谱和质谱技术以其独特的优势得到越来越广泛的应用。本文在介绍了离子迁移谱、飞行时间质谱等主要在线监测技术的原理基础上,重点介绍了这些在线监测技术和相关的关键技术的研究进展及其在公共安全、环境监测、食品安全等领域的应用。     

基于FPGA的单粒子气溶胶质谱时序控制系统

在单粒子气溶胶的粒径分布和化学组分实时分析的激光质谱系统中，应用现场可编程门阵列技术，讨论了高速数字电路中的精确定时问题，并研制了一套测量系统，对实际大气中气溶胶粒子进行粒径大小的统计分布和质谱的测定。     

在线衍生-膜进样-VUV电离-飞行时间质谱法测定废水中酚类化合物

酚类化合物是染料、炼焦、造纸等工业废水中的主要污染物,污染范围广、危害大,因此有必要发展在线灵敏的测量方法对其进行监测和控制。我们利用自主研制的膜进样-真空紫外(VUV)电离-飞行时间质谱仪(time of flight mass spectrometer,TOFMS),发展了一种快速测量水中苯酚、3-甲酚、2-氯酚和2,4-二氯酚的方法。实验发现:经乙酸酐衍生化反应后,酚类化合物的检测灵敏度可以大大提高;用聚二甲基硅烷(PDMS)膜直接进样可以缩短样品的分析检测时间,使单个样品的分析时间小于15 min。同时,由于单光子电离技术产生的碎片峰很少,谱图解析方便,可以不用分离直接测量混合物样品。优化实验参数(反应时间、pH值、乙酸酐加入量等)后,苯酚、3-甲酚、2-氯酚和2,4-二氯酚的检出限分别达到3、6、8、14μg.L-1,线性范围达到2个数量级。     

激光电离碘甲烷中空间电荷对飞行时间质谱峰的影响研究

利用飞行时间质谱（TOFMS）研究碘甲烷分子激光电离的过程中,发现I⁺离子峰的峰形随激光光强增大逐渐加宽,且CH_q⁺ (q=0~3)离子峰位置随光强增大而发生移动。激光功率密度从1.4×10¹⁰ W/cm²增加到5.2×10¹⁰ W/cm²时,I⁺离子峰的半高全宽W_1/2从113 ns增加到426 ns,同时CH₃⁺离子的峰位置向前位移了52 ns。通过对I⁺离子峰的半高全宽W_1/2和CH₃⁺离子峰位置与碘离子强度I_I⁺关系的分析,发现I⁺离子峰的半高全宽W_1/2正比于I_I^+0.5,而CH_q⁺ (q=0~3)的峰位移与碘离子的强度I_I⁺成正比。激光焦点处离子间的库仑排斥作用随着离子强度的增大而增大,由于这种空间电荷效应造成的库仑势能的增加对离子的初始平动能有一定影响,并导致离子到达检测器的时间发生改变,因而半高全宽的增大和离子峰位移随离子强度的变化规律,可以用空间电荷效应来解释。     

自动富集-单光子电离质谱在线测量氯酚的研究

氯酚类化合物是垃圾焚烧所产生的二噁英前生体之一,对二噁英的浓度有很好的指示作用。针对气相中氯酚类二噁英前生体的在线连续监测,自行研制了全自动富集进样-单光子电离-反射式飞行时间质谱仪。为实现低浓度氯酚的检测,设计了全自动的富集进样系统,利用3根阵列式Tenax TA吸附管,结合全自动控制的高温电磁阀,实现了气体样品连续自动的“富集 热解析-质谱进样”。研制的反射式单光子电离-飞行时间质谱仪采用10.6 eV真空紫外灯作为光电离源,对气体样品分子进行软电离,避免了碎片离子的产生,所获得的样品分子离子经反射式飞行时间质量分析器完成检测,仪器分辨率达到3 000（m/z 78）。以3种典型的二噁英前生体氯酚类化合物（邻氯苯酚、2,4-二氯苯酚、2,4,6-三氯苯酚）为检测对象,对该仪器性能进行考察。富集进样系统对3种氯酚类化合物的富集倍数分别达到60、249、503,检测限分别达到66、120、125 pg/L,动态线性范围分别为166 pg/L~16.6 ng/L、210 pg/L~21 ng/L、255 pg/L~25.5 ng/L。这些研究结果为今后开展垃圾焚烧烟气中二噁英的现场连续监测工作奠定了基础。     

气溶胶在线质谱仪及其在汽车尾气中的应用

汽车排放的颗粒气溶胶和有害气体严重影响着大气环境和人们的健康。我们研制了一台能够在线监测气溶胶粒径分布和气体组成成分的气溶胶在线质谱仪。此仪器具有响应时间快,性能稳定,自动化程度高和移动性好等特点。仪器采用了软电离方式,避免了碎片离子峰的形成,便于对污染环境中挥发性有机物的解析。实验结果表明仪器对挥发性有机物的检测下限为25ppb量级,并能实时测量尾气中气溶胶的浓度,在工厂废气以及污染场所气溶胶的测定方面有广阔的应用前景。     

螺旋膜固相萃取便携式SPI-TOF MS检测空气中苯系物

室内装修造成的苯系物污染严重影响居民的生命健康。本研究设计了一种新型螺旋管状膜固相萃取进样装置,并与便携式单光子电离-飞行时间质谱仪(SPI-TOF MS)联用,用于空气中痕量苯系物的现场快速检测。螺旋的结构设计可以有效地增加管状膜的长度,在14min内即可完成苯、甲苯和二甲苯的检测,灵敏度分别提高了32.1、71.8和129.9倍,线性相关系数(R~2)均大于0.990 0,定量限(LOQ)分别低于33.3、67.8和93.6μg/m~3,能够满足国家规定的室内空气苯、甲苯和二甲苯的排放限值。重复测试8次,三者的相对标准偏差(RSD)分别为3%、1.7%和2.4%。该便携式质谱仪体积仅为(29×40×31)cm~3,质量为27kg,有望用于室内空气低浓度苯系物的现场多点快速检测。     

射频增强-VUV灯单光子/化学电离复合离子源研究

微型VUV放电Kr灯因体积小巧、功耗低,适合作为现场/便携式质谱的光电离源,但是该光源存在光强弱、照射区域离子利用率低等缺点,制约了质谱的灵敏度。本工作基于射频四极杆电场聚焦离子传输的原理,发展了射频增强-单光子/化学电离复合离子源技术,通过改善离子源传输效率和引入化学电离方式,进一步提高了VUV光电离源质谱的灵敏度。相比单光子电离,射频增强复合电离方式的灵敏度提高了26倍。测试结果表明,基于该复合离子源的质谱对苯、甲苯、对二甲苯的最低检出限（S/N=3）分别可达约52、53、71 ng/m³。结果显示,射频增强-VUV灯单光子/化学电离复合离子源的体积小巧,灵敏度高,适合用作现场/便携质谱的离子源。     

在线测量气溶胶大小和化学组分的质谱技术与应用

介绍了在线连续监测大气单粒子气溶胶的粒径和化学组分的飞行时间质谱仪。本装置采用喷嘴加两个skimmer构成的差分真空进样,双光束空气动力学测量技术,激光解吸附电离和双极飞行时间质谱技术。利用这套装置对室内外的空气进行了实际的测量,该技术可以在线测量气溶胶的粒径分布,并同时对气溶胶的化学组分进行实时监测。