一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置，该装置包括固定于底座上的气体负离子发生器；设置于正对气体负离子发生器出口端的质谱检测器和设置于所述气体负离子发生器出口端和所述质谱检测器的入口端之间并能使液态化合物喷雾流与从气体负离子发生器出口端流出的气体气流呈十字交叉混合的液体喷雾组件。本发明专利技术还涉及一种利用本发明专利技术装置进行气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测方法。本发明专利技术提供的装置和方法既可实现对气体负离子成分的定性分析，又可实现对气体负离子参与化学反应的过程的实时在线检测和定性分析，从而实现全面了解气体负离子的形态及其化学性质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体负离子
，具体涉及一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置和方法。
技术介绍
研究表明，空气负离子具有改善人体健康、有效去除雾霾、降解有害污染气体和杀菌等显著优点，因此，空气负离子引起了人们的广泛关注，并且空气负离子为环境健康领域提供了一种新颖有潜力的技术手段，具有非常广阔的应用前景。空气负离子的产生途径多样，可以在自然界例如森林、瀑布或者是人工手段例如电晕放电、纳米材料等方式，通过电子与氧气分子的碰撞以及一系列后续的分子离子反应而产生。然而对空气负离子在环境健康方面的作用机理尚不明确，需要更深入的研究空气负离子的性质以获取最大程度的利用。这使得对空气负离子成分分析及其与化合物相互作用方面的研究变得尤为迫切。常见用于检测空气负离子的仪器为离子计数仪，其只能对离子总浓度进行定量分析，并不能分析出空气负离子中含有的各种离子组分种类，从而大大限制了该方法的应用范围。质谱因其具有特异性强、灵敏度高、样品用量少、分析速度快、多点多组分检测、可敞开式操作和实时检测鉴定的优势，广泛应用于化学化工、环境科学、医药科学、生命科学和材料科学等领域。质谱的这些显著特点使其成为空气负离子成分分析及其与化合物相互作用研究的有力工具，通过质谱对空气负离子参与化学反应的实时监控有利于掌握反应的进度和理解其反应机理，对空气负离子形态甄别及其作用机理的研究有着十分重要的意义。现有技术中已经存在关于采用质谱对空气负离子进行研究的报道。在空气负离子成分分析方面，现有装置难以同时实现在某种特定气体中产生空气负离子与后续的化学反应，且由于加工繁琐、成本高，不便于对影响空气负离子产生的各种参数进行调控。另外，在研究空气负离子与化合物相互作用方面，现有装置用来与空气负离子反应的化合物通过配制混合气或者是加热气化的方式产生，成本较高，操作麻烦，特别对于沸点较高的化合物很难将其气化。这使得现有装置用于空气负离子的研究受到较大的限制。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种新型的用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置和方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置。该装置包括气体负离子发生器、液体喷雾组件和质谱检测器。本专利技术还涉及一种利用本专利技术装置进行气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测方法。本专利技术的检测装置集气体负离子发生器、液体喷雾组件和质谱检测器于一体，既可实现对气体负离子成分的定性分析，又可实现对气体负离子参与化学反应过程的实时在线检测和定性分析，从而全面了解气体负离子的形态及其化学性质。为此，本专利技术第一方面提供了一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置，其包括：固定于底座上的气体负离子发生器；设置于正对气体负离子发生器出口端的质谱检测器；设置于所述气体负离子发生器出口端和所述质谱检测器的入口端之间并能使液态化合物喷雾流与从气体负离子发生器出口端流出的气体气流呈十字交叉混合的液体喷雾组件。根据本专利技术，所述气体包括但不限于空气、氧气、氮气和二氧化碳中的一种单一气体或多种气体的混合。在本专利技术的一些优选的实施例中，所述气体为空气；所述空气为合成空气。所述合成空气中氮气的含量为79v％，氧气的含量为21v％。在本专利技术的一些实施例中，所述气体负离子发生器出口端与所述质谱检测器入口端的距离为0.3-2.0cm。根据本专利技术，所述气体负离子发生器包括三通管和设置于所述三通管内的电晕放电针以及固定针并能通过导线与高压电源接口连接的针座；所述三通管中位于同一直线上的两端中的一端插入针座并保证末端部位密封，另一端为气体负离子发生器出口端；所述三通管中与位于同一直线上的两端相垂直的一端为气体入口端。在本专利技术的一些实施例中，所述三通管的内径为3-10mm，优选为5-8mm。若三通管的内径小于3mm，则气体负离子发生器出口端的侧壁对气体负离子的屏蔽效应大，使得从气体负离子发生器出口端导出的气体负离子较少，从而无法被质谱检测器检测到。若三通管的内径大于10mm，则将导致气体负离子发生器出口端气体流速较慢而使外部空气渗入而引入杂质，影响后续质谱分析结果。在本专利技术的一些优选的实施例中，所述三通管为T型玻璃管。在本专利技术的一些实施例中，所述三通管内的电晕放电针的尖端与所述气体负离子发生器出口端的距离为0-4.0cm，优选为0.8-4.0cm。在本专利技术的另一些实施例中，所述电晕放电针的材料包括钨、铁、不锈钢和铜中的一种或多种。在本专利技术的一些优选的实施例中，所述电晕放电针为钨针。根据本专利技术，所述液体喷雾组件包括注射器、注射泵、气动喷雾器以及连接注射器出口与气动喷雾器入口的导管。本专利技术第二方面提供了一种利用本专利技术第一方面所述装置进行气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测方法，其包括：步骤A，从三通管的气体入口端通入气体，向电晕放电针的尖端施加电压，在电晕放电的作用下，气体流经电晕放电针的尖端并在电晕放电针的尖端生成气体负离子；所述气体负离子在气体气流的作用下从气体负离子发生器出口端导出后进入质谱检测器进行气体负离子成分分析；步骤B，在注射泵的作用下，将装入注射器中的液态化合物通过导管送入气动喷雾器中，在气动喷雾器中氮气气流的作用下，将液态化合物从气动喷雾器的出口端以液体喷雾的形式导出后，与从气体负离子发生器出口端导出的气体负离子相互作用形成产物离子；所述产物离子在气体负离子发生器出口端气体气流的作用下进入质谱检测器进行产物离子成分分析。在本专利技术的一些实施例中，在步骤A中，所述三通管的气体入口端通入气体的流速为0.1-10.0L/min，优选为5.0-10.0L/min；所述电晕放电针的尖端所加电压为1.0-8.0KV，优选为3.8KV-8.0KV。在本专利技术的另一些实施例中，在步骤B中，所述注射泵的推速为0-3000μL/h，优选为3-3000μL/h；所述气动喷雾器中氮气流速为0-3.0L/min，优选为0.5-3.0L/min。在本专利技术的其他实施例中，所述质谱检测器采用敞开式检测方式，便于及时将寿命短暂的气体负离子导入质谱检测器中以实现实时在线检测。优选所述质谱检测器检测的离子的质荷比(m/z)为10-2000。由于测试过程中存在误差，实验中测得的离子的质荷比的误差范围为±0.1。例如，在质谱检测器中检测到离子的质荷比分别为60.00、60.05和60.10，则在±0.1的误差范围内，认为60.00、60.05和60.10的离子均可为CO3-。为便于分析，本专利技术在进行气体负离子和气体负离子与化合物相互作用形成的产物离子的定性分析时，质谱检测器检测到的离子的质荷比(m/z)均取整数。如无特殊说明，本专利技术所用实验方法均为本领域常规实验方法。如无特殊说明，本专利技术所用仪器均为本领域常规仪器。如无特殊说明，本专利技术所用试剂和材料均可通过商业途径获得。本专利技术所述“选择离子流图”通过质谱分析得到，反映了某一离子质谱峰强度随时间的变化。本专利技术提供的用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置和方法具有如下优点：(1)能够在特定气体环境下产生相应的气体负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置，其包括：固定于底座上的气体负离子发生器；设置于正对气体负离子发生器出口端的质谱检测器；设置于所述气体负离子发生器出口端和所述质谱检测器入口端之间并能使液态化合物喷雾流与从气体负离子发生器出口端流出的气体气流呈十字交叉混合的液体喷雾组件。

【技术特征摘要】
1.一种用于气体负离子成分分析及其与化合物相互作用的实时质谱检测装置，其包括：固定于底座上的气体负离子发生器；设置于正对气体负离子发生器出口端的质谱检测器；设置于所述气体负离子发生器出口端和所述质谱检测器入口端之间并能使液态化合物喷雾流与从气体负离子发生器出口端流出的气体气流呈十字交叉混合的液体喷雾组件。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体负离子发生器出口端与所述质谱检测器入口端的距离为0.3-2.0cm。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述气体负离子发生器包括三通管、设置于所述三通管内的电晕放电针以及固定针并能通过导线与高压电源接口连接的针座；所述三通管中位于同一直线上的两端中的一端插入针座并保证末端部位密封，另一端为气体负离子发生器出口端；所述三通管中与位于同一直线上的两端相垂直的一端为气体入口端。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其特征在于，所述三通管的内径为3-10mm，优选为5-8mm；优选所述三通管内的电晕放电针的尖端与所述气体负离子发生器出口端的距离为0-4.0cm，更优选为0.8-4.0cm。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述电晕放电针的材料包括钨、铁、不锈钢和铜中的一种或多种。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述液体喷雾组件包括注射器、注射泵、气动喷雾器以及连接注射器出口与气动喷雾器入口的导管。7.一种利用权利要求1-6中...

【专利技术属性】
技术研发人员：林金明，李宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11