真空紫外光电离气溶胶质谱仪制造技术

本发明专利技术申请一种可以对大气中有机气溶胶进行连续分析和检测的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，该气溶胶质谱仪采用微孔对自然环境下的气溶胶进行直接采样；经气动聚焦透镜组将气溶胶颗粒聚焦成颗粒束流；颗粒粒径的大小由粒径测量室中的转盘式粒径测量器测量；有机气溶胶颗粒由控温气化器气化；气化后的气体由真空紫外光电离；产生的离子由反射式质谱装置检测，即得到气溶胶的质谱。经过质谱分析后获得有机气溶胶的浓度，粒径分布和化学组成的信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种真空紫外光电离气溶胶质谱仪，这是一种可以直接对大气中有机气溶胶 进行连续监测和分析的仪器。技术背景气溶胶是悬浮于空气中的固态或液态颗粒物，主要分为无机和有机气溶胶二大类。本仪 器主要涉及有机气溶胶。有机颗粒物(气溶胶)占大气细气溶胶颗粒(PM2. 5)总量的20-50%， 是主要城市颗粒污染物之一，它们包括从自然界和人类活动中直接排放的一次有机颗粒物以 及由大气中挥发性有机物经反应而生成的二次有机粒子。有机气溶胶颗粒的化学成分复杂， 已发现的主要成分有垸烃(alkanes)，植垸和甾烷(hopanes and steranes),脂肪族和芳 香族酸(alkanoic acids和aromatic acids)，多环芳烃(PAHs)，和烷醇(alkanols)等。 根据相关的研究结果显示，有机气溶胶(如烟尘等)对人类的健康状况有负面的影响。目前国内外尚没有专门用于有机气溶胶测量的商业化气溶胶质谱仪。国际市场上最主要 的气溶胶质谱仪有两种， 一种是美国TSI公司的气溶胶质谱仪，使用激光气化电离气溶胶颗 粒后，由反射式质谱装置检测离子信号；另一家是美国Aerodyne公司的气溶胶质谱仪，使用 高热金属丝气化气溶胶颗粒，然后用电子碰撞电离的方法电离气溶胶分子，后由四极杆质谱 仪检测离子信号。由于这两种气溶胶质谱仪都会使有机分子在气化和电离过程中发生严重解 离电离(即产生很多碎片离子)，因此它们都不能有效、实时地分析复杂有机气溶胶颗粒的化 学成分。此外，中国科学院安徽光学精密机械研究所所申请的ZL 03220876.6号专利所述的 仪器不能直接进样，也无法直接得到颗粒粒径和单气溶胶颗粒的化学组成信息。我们研制的 这种气溶胶质谱仪，可以直接从一个大气压的环境下对气溶胶颗粒物进行采样，并有测量粒 径的功能，而且采用真空紫外光对气化后气溶胶的有机成分进行软电离，电离产生的碎片离 子少，它可以测量有机气溶胶的浓度，粒径分布以及化学组成，相对于其它的气溶胶质谱仪， 我们专利技术的真空紫外光电离气溶胶质谱仪对有机气溶胶的成分分析更加准确。
技术实现思路
为了克服现有的气溶胶质谱仪在有机气溶胶测量上的不足，本专利技术揉合了多种气溶胶质 谱研究中的先进技术，提供了一种新的气溶胶质谱仪。该气溶胶质谱仪采用了微孔进样和气 动聚焦透镜颗粒聚焦技术，转盘式颗粒粒径测量技术，控温气化技术，真空紫外光电离技术 和反射式离子测量技术。本专利技术专利采用的技术方案是1、微孔进样，气溶胶颗粒在大气环境下由微孔直接吸入仪器；2、被吸入仪器的气溶胶颗粒由气动聚焦透镜加速和聚焦形成一个直径约1毫米的颗粒束流；3、颗粒束流进入粒径测量室由转盘式粒径测量器结合随后的离子信号测量颗粒粒径； 4、颗粒由控温气化器气化；5、气化后的气体由真空紫外光电离；6、生成离子由反射式质谱 装置探测。本专利技术的有益效果是，对空气中的气溶胶直接采样，使用了转盘式粒径测量器对气溶胶 粒径进行测量，采用了控温加热器气化有机颗粒技术和真空紫外光电离的方法分析气溶胶的 化学成分，避免了其它电离方法电离时产生的碎片离子，可以有效地对大气有机气溶胶进行 分析和检测。 附图说明图1为本专利技术结构的外观图，分为l、进样室，2、粒径测量室，3、电离室，4、反射式 质谱装置四个部分。图2为本专利技术的剖面构造图，主要部件有5、进样口， 6、气动聚焦透镜组，7、转盘式 粒径测量器，8、转盘式粒径测量器转盘，9、控温气化器，10、反射式质谱加速电极，11、 MCP探测器，12、离子反射镜，13、真空紫外光源，14、分子泵。具体实施方式真空紫外光电离气溶胶质谱仪的主体部分由进样室(1)，粒径测量室(2)，电离室(3)， 和反射式质装置(4)四个部分构成。具体实施方式是 一、有机气溶胶由直径200微米的 进样口 (5)从大气中直接吸入；二、随后气溶胶颗粒进入与进样口 (5)相连通的气动聚焦 透镜组(6)，气动聚焦透镜组(6)由6 8个气动聚焦镜片组成，在气动聚焦透镜组(6) 中气溶胶颗粒被加速和聚焦形成直径约1毫米的气溶胶颗粒流;三、气溶胶颗粒从进样室(l) 与粒径测量室(2)之间的小孔进入粒径测量室(2)，在粒径测量室(2)中有一个转盘式粒 径测量器(7)，颗粒流被粒径测量器的转盘(8)的狭缝切割成颗粒团，由于不同粒径的颗粒 在气动聚焦透镜组(6)中获得的速度不同，粒径小的颗粒获得较快的速度，它们在飞向电离 室(3)时就逐渐散开，因而通过测量颗粒通过转盘狭缝后到达电离室(3)的时间可以计算 出颗粒的粒径；四、颗粒团飞行并穿过粒径测量室(2)和电离室(3)之间的小孔后进入电 离室(3)，再飞行一段时间后气溶胶颗粒打到控温气化器(9)上后被气化，气化后气体随即 被真空紫外光源(13)电离，形成的离子由反射式质谱装置(4)检测，即得到气溶胶的质谱， 经过处理和分析后，就可以得到有机气溶胶颗粒的浓度，粒径分布和化学成分的信息。权利要求1、真空紫外光电离气溶胶质谱仪由有进样室、粒径测量室、电离室、和反射式质谱装置组成。其特征在于进样室，粒径测量室，电离室，和反射式质谱装置依次相连接，进样室与粒径测量室之间和粒径测量室与电离室之间有小孔相连接，电离室与反射式质谱装置相互垂直。在进样室中，安装有气溶胶气动聚焦透镜组，在粒径测量室中，安装有转盘式粒径测量器，电离室中装有可控温气化器和真空紫外光源。进样室，粒径测量室，电离室和反射式质谱装置上均连接有分子泵，分子泵连接有前级机械泵。2、 根据权利要求1所述的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，其特征是大气气溶胶不经处 理，直接通过采样孔进入到进样室中。3、 根据权利要求1所述的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，其特征是进样室中通过气动 聚焦透镜组对气溶胶颗粒进行聚焦。4、 根据权利要求1所述的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，其特征是粒径测量室中，安 装有转盘式粒径测量器。5、 根据权利要求1所述的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，其特征是电离室中的电离源， 所采用的是真空紫外光电离源。6、 根据权利要求1所述的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，其特征是离子由反射式质谱 装置探测。7、 根据权利要求3所述的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，其特征是气动聚焦透镜组的 镜片的孔径是可以改变的。全文摘要本专利技术申请一种可以对大气中有机气溶胶进行连续分析和检测的真空紫外光电离气溶胶质谱仪，该气溶胶质谱仪采用微孔对自然环境下的气溶胶进行直接采样；经气动聚焦透镜组将气溶胶颗粒聚焦成颗粒束流；颗粒粒径的大小由粒径测量室中的转盘式粒径测量器测量；有机气溶胶颗粒由控温气化器气化；气化后的气体由真空紫外光电离；产生的离子由反射式质谱装置检测，即得到气溶胶的质谱。经过质谱分析后获得有机气溶胶的浓度，粒径分布和化学组成的信息。文档编号G01N15/00GK101149326SQ20061011329公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日专利技术者曜 李, 束继年, 解淑霞, 高绍凯 申请人:中国科学院生态环境研究中心 本文档来自技高网...

【技术保护点】
真空紫外光电离气溶胶质谱仪由有进样室、粒径测量室、电离室、和反射式质谱装置组成。其特征在于进样室，粒径测量室，电离室，和反射式质谱装置依次相连接，进样室与粒径测量室之间和粒径测量室与电离室之间有小孔相连接，电离室与反射式质谱装置相互垂直。在进样室中，安装有气溶胶气动聚焦透镜组，在粒径测量室中，安装有转盘式粒径测量器，电离室中装有可控温气化器和真空紫外光源。进样室，粒径测量室，电离室和反射式质谱装置上均连接有分子泵，分子泵连接有前级机械泵。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：束继年，解淑霞，李曜，高绍凯，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]