一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源制造技术

本发明专利技术公开了一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，主要包括试剂离子生成区、离子分子反应腔两个部分。试剂离子生成区主要包括高压电源、钨针、NaOH过滤器、不锈钢三通、聚四氟乙烯三通、一个5L/min的质量流量计、一个1L/min的质量流量计组成。离子分子反应腔主要由IDP3泵、锥形不锈钢反应腔组成。本发明专利技术研制的电晕放电离子源造价便宜，性能可靠，实用安全，操作简单，结合飞行时间质谱仪器，可用于测量实际大气中气态硫酸的浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境实验领域，具体涉及一种应用于测量气态硫酸的电晕放电离子源。
技术介绍
气态硫酸是新粒子生成的至关重要的前体物之一，而新粒子生成对大气中气溶胶数浓度有重要贡献，因此进一步影响气溶胶与太阳能、地面辐射的相互作用，以及形成云的能力。实际大气中硫酸浓度非常低，一般硫酸的浓度低于107moleculescm-3，且硫酸粘性非常大，测量时壁损失严重。因此实际大气中硫酸浓度的测量非常困难。目前，化学电离源是唯一的一种可用于测量实际大气中硫酸浓度的方法。一般广泛使用硝酸根离子(NO3-·[HNO3]n,n＝0,1,2)作为试剂离子用于气态硫酸的测量。硝酸根离子一般通过放射性物质生成，但是放射性材料存在安全性和使用方便性的问题。因此，我们发展了电晕放电产生硝酸根离子试剂用于气态硫酸的测量。此方法设计的化学离子源结构更为简单，设计更为安全，造价也变得更加便宜。在硫酸测量实验中，通过电晕放电离子源，得到更加有效准确的实验数据，为研究气态硫酸对新粒子生成事件的作用提供有效的实验数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，为深入研究新粒子生成事件中气态硫酸的作用，提供重要的技术支持，并且所述的电晕放电离子源结构简单、安全、稳定。本专利技术采用的技术方案是：一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，主要包括试剂离子生成区、离子分子反应腔两个部分。试剂离子生成区主要由高压电源、钨针、NaOH过滤器、不锈钢三通、聚四氟乙烯三通、一个5L/min的质量流量计、一个1L/min的质量流量计组成；离子分子反应腔主要由IDP3泵、锥形不锈钢反应腔组成。所述氢氧化钠过滤装置与零空气连接，过滤零空气中未除净的二氧化硫气体。所述钨针嵌套在聚四氟乙烯棒上，电离过滤后的零空气。所述不锈钢三通与聚四氟乙烯三通通过外径为1/4英寸的不锈钢管连接。所述1/4英寸的聚四氟乙烯三通连接NO2气路。所述IDP3泵抽取离子分子反应腔内多余气体。进一步的，所述NaOH过滤器中装有NaOH颗粒物，用于去除零空气中未除净的SO2气体。进一步的，所述钨针与聚四氟乙烯通过真空密封胶密封，且钨针针尖与不锈钢管的间距大约为2mm。电离时，钨针加载电压在-2000V～-2200V。进一步的，所述NO2气体用来清除电晕放电产生的OH自由基，且NO2气体与其它的亚稳态的离子反应生成试剂离子。进一步的，所述离子分子反应腔为锥形设计，用于硝酸根离子(NO3-·[HNO3]n,n＝0,1,2)与样流气体充分反应，在离子分子反应腔末端，0.8L/min的气体进入到飞行时间质谱检测，多余的气体被IDP3泵抽离。本专利技术的原理是：电晕放电离子源电离的气体为过滤后的空气，主要去除空气中的碳氢化合物、颗粒物以及二氧化硫气体，防止电离空气生成的OH与SO2反应生成待测物硫酸而影响实验检测结果。为了进一步清除零空气中未除净的SO2，添加氢氧化钠过滤装置。电晕放电离子源测量硫酸装置的核心在于硝酸离子试剂离子的产生。当零空气介质处于两电极形成的不均匀电场中被电离。电离生成的主要离子是O-和O2-，然后进一步与NO2反应生成NO2-,而NO2-与O3进一步反应生成NO3-。O-和O2-离子也与O3反应生成O3-离子，生成的O3-离子与NO2反应生成NO3-。此外，CO2与O-和O2-反应生成CO3-，然后再与NO2反应生成NO3-。主要的反应方程式如下：不锈钢三通与聚四氟乙烯三通连接，通入一定量的NO2气体，一方面是为了与电晕放电产生的其它的离子反应生成更稳定的试剂离子NO3-，更重要的是NO2可清除OH，防止在离子分子反应腔中，样流中的SO2与OH反应生成硫酸而影响测量的准确性。主要的反应方程式为：NO2+OH+M→HNO3+M生成的试剂离子(NO3-·[HNO3]n,n＝0,1,2)与待测样流气体中的硫酸(H2SO4)在离子分子反应腔中反应，生成的HSO4-离子进入飞行时间质谱被检测。反应方程式为：与现有技术相比，本专利技术有益效果体现在：本专利技术根据电晕放电原理生成可用于检测硫酸的试剂离子，在离子分子反应腔中与待测样流气体快速反应，生成质谱可检测的并表征硫酸浓度的离子。本专利技术设计降低了离子源成本，提高离子源安全性；本专利技术能生成稳定的试剂离子，提高了装置的稳定性。此外，通过简单的实验条件的调节，实现对大气中硫酸浓度的检测。附图说明图1为本专利技术电晕放电离子源结构示意图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进一步说明。如图1所示，一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，主要包括试剂离子生成区、离子分子反应腔两个部分。试剂离子生成区主要由高压电源、钨针、NaOH过滤器、不锈钢三通、聚四氟乙烯三通、一个5L/min的质量流量计、一个1L/min的质量流量计组成。离子分子反应腔主要由IDP3泵、锥形不锈钢反应腔组成。首先由5L/min的质量流量计控制零空气的气流为2～3L/min，经NaOH过滤器进一步去除零空气中残存的SO2。过滤后的零空气在钨针针尖区域电离生成试剂离子NO3-。钨针针尖距离外径为1/4英寸的不锈钢管距离约为2mm，高压电源加载在钨针的电压为-2000V～-2200V，不锈钢管通过10兆欧电阻接地。在不锈钢三通电离产生的试剂离子及其它亚稳态离子通过聚四氟乙烯三通，与0.15L/min的800ppmvNO2进一步反应，不但提高试剂离子浓度，同时去除OH，防止与样流中的SO2反应。在离子分子反应区生成的试剂离子直接进入离子分子反应腔与样流中的硫酸反应。在离子分子反应腔尾端连接IDP3泵，控制样流的进样的气流大小，样流的流速一般在1～2L/min。IDP3泵除了控制样流的流速，同时也将离子分子反应腔中多余气体排出，仅有0.8L/min的气体进入到质谱中检测。本专利技术中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，其特征在于：主要包括试剂离子生成区、离子分子反应腔两个部分；试剂离子生成区主要由高压电源、钨针、NaOH过滤器、不锈钢三通、聚四氟乙烯三通、一个5L/min的质量流量计、一个1L/min的质量流量计组成；离子分子反应腔主要由IDP3泵、锥形不锈钢反应腔组成；所述氢氧化钠过滤装置与零空气连接，过滤零空气中未除净的二氧化硫气体；所述钨针嵌套在聚四氟乙烯上，电离过滤后的零空气；所述不锈钢三通与聚四氟乙烯三通通过外径为1/4英寸的不锈钢管连接；所述1/4英寸的聚四氟乙烯三通连接NO2气路；所述IDP3泵抽取离子分子反应腔内多余气体。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，其特征在于：主要包括试剂离子生成区、离子分子反应腔两个部分；试剂离子生成区主要由高压电源、钨针、NaOH过滤器、不锈钢三通、聚四氟乙烯三通、一个5L/min的质量流量计、一个1L/min的质量流量计组成；离子分子反应腔主要由IDP3泵、锥形不锈钢反应腔组成；所述氢氧化钠过滤装置与零空气连接，过滤零空气中未除净的二氧化硫气体；所述钨针嵌套在聚四氟乙烯上，电离过滤后的零空气；所述不锈钢三通与聚四氟乙烯三通通过外径为1/4英寸的不锈钢管连接；所述1/4英寸的聚四氟乙烯三通连接NO2气路；所述IDP3泵抽取离子分子反应腔内多余气体。2.根据权利要求1所述的一种用于测量气态硫酸的电晕放电离子源，其特征在于：所述NaOH过滤器中装有NaOH颗粒物，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟，陈娇，黄腾，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34