一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其包括纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪、第一差分室、第二差分室、光电离室以及反射式飞行时间质谱装置，其中，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪的气溶胶出口与所述第一差分室进口连接，所述第一差分室的出口与所述第二差分室进口连接，所述第二差分室的出口与所述光电离室的进口连接，所述光电离室出口与所述反射式飞行时间质谱装置连接。本发明专利技术的气溶胶质谱系统通过纳米扫描式电迁移率粒径谱仪实现对纳米颗粒物的荷电、粒径选择和粒谱分析，用于实时、在线测量获得粒径小于60nm纳米颗粒物的化学组分信息。检测过程简单、实现了纳米颗粒物的快速和高效率传输。

【技术实现步骤摘要】
一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱仪
本专利技术涉及大气气溶胶检测装置
，具体涉及一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱仪。
技术介绍
目前，气溶胶颗粒物是大气污染物的重要成分，大气中纳米颗粒物的数密度非常大，其比例能占到总颗粒物数目的80％以上。纳米颗粒物(尤其是大气中的新粒子)是大气中气溶胶颗粒物的重要来源。纳米颗粒物在大气中可以进一步长大，能够吸收和散射太阳光使大气的能见度降低，形成雾霾，影响空气质量和全球气候等；而且，由于纳米颗粒物的比表面积大，吸附的有害物质多，更容易沉积到人的呼吸和心血管系统，危害人们的身体健康。实时、在线测量纳米颗粒物的化学组分，对于理解大气新粒子的成核和生长机制、认清二次细粒子的来源和揭示大气污染的形成原因等具有重要意义。气溶胶颗粒物化学组分的测定依赖于检测技术的不断发展，早期人们常采用离线方法检测颗粒物的化学组分，即通过滤膜收集和样品预处理，结合色谱和质谱等仪器进行颗粒物的化学组分分析，但离线方法往往需要很长的样品收集和准备时间，时间响应慢，且容易引入人为的误差。质谱技术具有灵敏度高、时间响应快等特点，是实现颗粒物化学组分实时测量和研究的理想方法。用于颗粒物化学组分测量的气溶胶质谱仪主要分成两大类，即美国Aerodyne公司JohnJayne等人专利技术的基于热解析气化-电子碰撞电离技术的气溶胶质谱仪(AerosolMassSpectrometer,AMS)和美国加州大学圣地亚哥分校KimberlyPrather等人专利技术的基于激光解析电离的单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(AerosolTime-of-FlightMassSpectrometer,ATOFMS)，这两类气溶胶质谱仪都采用空气动力学透镜作为颗粒物的进样装置，且都有商品化的仪器。然而，由于受布朗运动等因素的影响，空气动力学透镜对于粒径小于60nm纳米颗粒物的传输效率非常低，使得AMS和ATOFMS都难以用于纳米颗粒物的化学组分测量。由于纳米颗粒物的粒径非常小，仅为一到几十个纳米，测量其化学组分极为困难，存在着很大的技术挑战。例如，对于上述范围内的纳米颗粒物，目前全世界主要有两款质谱仪用于测量其化学组分，即美国Delaware大学Johnston等研制的纳米颗粒物气溶胶质谱仪(NanoAerosolMassSpectrometer,NAMS)和美国大气研究中心Smith等研制的热解析化学电离质谱仪(ThermalDesorptionandChemicalIonizationMassSpectrometer,TDCIMS)，这两款气溶胶质谱仪均没有商品化的仪器。纳米颗粒物气溶胶质谱仪能够测量获得粒径为7-25nm颗粒物的元素分布信息，但是由于采用空气动力学透镜进样，纳米颗粒物气溶胶质谱仪对纳米颗粒物的采样效率非常低，且不能获得颗粒物化学组分的分子信息。热解析化学电离质谱仪能够测量获得6-20nm颗粒物的分子信息，但需要对预先带上电荷的纳米颗粒物进行电场富集收集，时间响应较慢(约10分钟)。受粒子迁移力和布朗运动的影响，传统的气溶胶质谱仪中广泛采用的空气动力学透镜对粒径小于60nm的纳米颗粒物的传输效率非常低，而热解析化学电离质谱仪中采用静电富集的方法对纳米颗粒物进行取样，时间响应慢。综上所述，现有技术中对粒径较小的纳米颗粒物的化学成分的检测装置存在着采样效率低，无法检测纳米颗粒物的分子信息，检测过程中，时间响应慢等缺陷，亟待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，用以解决现有仪器对粒径较小的纳米颗粒物的化学成分的检测装置存在着采样效率低，无法检测纳米颗粒物的分子信息，检测过程时间响应慢的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，所述气溶胶质谱系统包括纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪、第一差分室、第二差分室、光电离室以及反射式飞行时间质谱装置，其中，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪的气溶胶出口与所述第一差分室进口连接，所述第一差分室的出口与所述第二差分室进口连接，所述第二差分室的出口与所述光电离室的进口连接，所述光电离室出口与所述反射式飞行时间质谱装置连接。本专利技术的一个实施例中，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪与所述第一差分室之间通过毛细管连接。本专利技术的一个实施例中，所述第二差分室的靠近出口处安装有聚焦透镜；所述聚焦透镜由3～4块圆环状电极片组成，其与所述毛细管同轴设置。本专利技术的一个实施例中，所述第二差分室与所述光电离室之间安装有圆柱电极；所述圆柱电极为具有1～2mm内径的不锈钢管，其与所述毛细管保持同轴设置。本专利技术的一个实施例中，所述光电离室内安装有热解析气化器、真空紫外灯和离子导入器；所述真空紫外灯位于所述光电离室的进口处，所述热解析气化器靠近所述真空紫外灯，所述离子导入器位于所述光电离室的出口处。本专利技术的一个实施例中，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪包括颗粒物带电中和器、纳米差分式电迁移率粒径分析器、冷凝式粒子计数器CPC和机械泵；所述颗粒物带电中和器通过所述纳米差分式电迁移率粒径分析器与所述冷凝式粒子计数器CPC连接；所述纳米差分式电迁移率粒径分析器、冷凝式粒子计数器CPC分别与所述机械泵连接。本专利技术的一个实施例中，所述第一差分室和所述第二差分室分别连接有真空泵。本专利技术具有如下优点：本专利技术的测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统通过纳米扫描式电迁移率粒径谱仪(NanoScanningMobilityParticleSizer,Nano-SMPS)实现对纳米颗粒物的荷电、粒径选择和粒谱分析。可以用于实时、在线测量获得粒径小于60nm纳米颗粒物的化学组分信息，本专利技术的质谱系统检测过程简单、实现了纳米颗粒物的快速和高效率传输。附图说明图1是本专利技术测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统组成示意图。具体实施方式下面将更详细地描述本专利技术的具体实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。如图1所示，本专利技术的测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其包括纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪100、第一差分室200、第二差分室300、光电离室400以及反射式飞行时间质谱装置500，其中，纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪100的气溶胶出口与第一差分室200进口连接，第一差分室200的出口与第二差分室300进口连接，第二差分室300的出口与光电离室400的进口连接，光电离室400出口与反射式飞行时间质谱装置500连接。第一差分室200和第二差分室300之间设有通孔230，第二差分室300和光电离室400之间通过圆柱电极320连接，光电离室400和反射式飞行时间质谱装置500之间设有通孔。第一差分室200、第二差分室300、光电离室400和反射式飞行时间质谱装置500上均安装有真空泵220，并连接有前级机械干泵。其中，纳米扫描电迁移率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其特征在于，所述气溶胶质谱系统包括纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪、第一差分室、第二差分室、光电离室以及反射式飞行时间质谱装置，其中，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪的气溶胶出口与所述第一差分室进口连接，所述第一差分室的出口与所述第二差分室进口连接，所述第二差分室的出口与所述光电离室的进口连接，所述光电离室出口与所述反射式飞行时间质谱装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其特征在于，所述气溶胶质谱系统包括纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪、第一差分室、第二差分室、光电离室以及反射式飞行时间质谱装置，其中，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪的气溶胶出口与所述第一差分室进口连接，所述第一差分室的出口与所述第二差分室进口连接，所述第二差分室的出口与所述光电离室的进口连接，所述光电离室出口与所述反射式飞行时间质谱装置连接。2.根据权利要求1所述的测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其特征在于，所述纳米扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪与所述第一差分室之间通过毛细管连接。3.根据权利要求2所述的测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其特征在于，所述第二差分室的靠近出口处安装有聚焦透镜；所述聚焦透镜由3～4块圆环状电极片组成，其与所述毛细管同轴设置。4.根据权利要求2所述的测量纳米颗粒物化学组分的气溶胶质谱系统，其特征在于，所述第二差分室与所述光电离室...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐小锋，温作赢，郭晓天，顾学军，张为俊，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34