基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统，包括第一、第二、第三、第四、第五气体质量流量控制器、水浴起泡装置和硫酸生成反应室，第一气体质量流量控制器的一端连接标准浓度二氧化硫气体，另一端连接硫酸反应生成室的主路入口，第二、第三、第四气体质量流量控制器一端分别连接高纯度氮气，第二气体质量流量控制器的另一端连接硫酸生成反应室的支路入口，第三、第四气体质量流量控制器的另一端分别连接硫酸生成反应室的主路入口，第五气体质量流量控制器的一端连接高洁净度空气，另一端连接硫酸生成反应室的主路入口，硫酸生成反应室的输出端连接被标定仪器。本实用新型专利技术可更好地控制硫酸标准样的生成浓度。

【技术实现步骤摘要】
基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统
本技术属于质谱仪应用领域，更具体地说，涉及一种基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统。
技术介绍
气溶胶是指均匀分布在大气中的液体或固体微粒形成的相对稳定的悬浮体系，气溶胶按其组成成分可分为有机气溶胶和无机气溶胶，有机气溶胶按照其生成途径的不同又可分为一次有机气溶胶(Primaryorganicaerosol，POA)和二次有机气溶胶(Secondaryorganicaerosol，SOA)。POA泛指直接排放到大气中的有机气溶胶和在大气条件下可以直接凝聚的半挥发性有机物；SOA指挥发性有机物在大气中通过各种化学反应和气固转化过程生成的有机气溶胶。气溶胶不仅会影响辐射平衡进而影响全球气候，而且气溶胶表面的非均相化学反应能够影响气相化学过程，长期暴露在高浓度的气溶胶环境下会增加人类患心肺疾病的几率。全球的气溶胶质谱观测的气溶胶成分的分析结果显示，含氧有机物在有机气溶胶中普遍存在，并且在浓度上占比较高，仅从POA氧化这一途径无法解释气溶胶中较高的O/C值，由此也说明了SOA是大气有机气溶胶的主要组成成分。SOA的一种主要生成机制就是挥发性有机物氧化生成的低挥发性气态物质在大气中凝结成核，然后核的粒径不断增长，即新粒子生成现象(newparticleformation，NPF)。大气中的挥发性有机物与O3反应生成高氧化态有机物(highlyoxygenatedmoleculars，HOMs)的过程对NPF的发生有不可或缺的贡献。硝酸化学离子化飞行时间质谱仪(NitrateChemicalIonizationTimeOfFlightMassSpectrometry，简称NitrateCIMS)是一种可以精确测量大气中高氧化态有机物的精密分析仪器，为保证其测量精度，对其进行标定是必不可少的工作，对其标定而使用的标准气体则是硝酸化学离子化飞行时间质谱仪主要测量的，而且在大气中含量较高的气态硫酸。气态硫酸在大气颗粒物的形成、转化过程中起着重要作用，对研究大气灰霾过程有重要意义。目前气态硫酸的测量方法主要使用化学电离质谱仪技术(CIMS)，该测量方法准确性关键在于对以上化学电离质谱仪的标定方法。已有的标定技术是使用汞灯(184.9nm)通过光解水定量产生OH自由基(R1)，再使用过量SO2把OH定量转化成硫酸，具体的方程式如下所示：H20+hv(紫外)--->OH+H(1)SO2+OH--->HSO3(2)HSO3+O2--->SO3+HO2(3)SO3+H2O--->H2SO4(4)汞灯的辐射强度直接决定OH自由基的产生量，即最终的硫酸浓度。现有的标定技术是使用紫外线敏感的光电管直接测量汞灯的辐射强度，测量的准确度决定于测量环境(温度、湿度等)和光电管的转换效率，系统误差不低于测量值的30％。这对研究大气中硫酸成核过程有极大的负面影响。申请公布日为2016年11月9日，申请公布号为CN106093176A，专利名称为一种气态硫酸测量的标定方法及标定装置的中国专利公开了一种技术方案，该标定方法通过产生过量OH自由基，将已知浓度的SO2转换成硫酸标准样，该硫酸标准样的浓度通过SO2的浓度进行确定；将硫酸标准样通过化学电离质谱仪，对化学电离质谱仪进行系统标定。该技术方案存在的问题在于：无法控制生成的OH自由基的浓度，只能生成过量的OH自由基。由于此原理所涉及的光化学反应均是可逆的不完全反应，为了控制生成气态硫酸的浓度，而使用的SO2浓度较低，就会无法抑制OH自由基还会与CO和烃类等其他气体分子反应。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有技术中对化学电离质谱仪进行系统标定无法控制生成的OH自由基的浓度的问题，本技术提供一种基于硝酸化学离子化分型时间质谱仪的标定系统。2.技术方案为了解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：一种基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统，包括第一气体质量流量控制器、第二气体质量流量控制器、第三气体质量流量控制器、第四气体质量流量控制器、第五气体质量流量控制器、水浴起泡装置和硫酸生成反应室，所述第一气体质量流量控制器的一端连接标准浓度二氧化硫，另一端连接硫酸反应生成室的主路入口，所述第二、第三、第四气体质量流量控制器一端分别连接高纯度氮气，第二气体质量流量控制器的另一端连接硫酸生成反应室的支路入口，第三、第四气体质量流量控制器的另一端分别连接硫酸生成反应室的主路入口，在第四气体质量流量控制器和硫酸生成反应室之间设置有水浴起泡装置，第五气体质量流量控制器的一端连接高洁净度空气，另一端连接硫酸生成反应室的主路入口，硫酸生成反应室的输出端连接被标定仪器。标准浓度的二氧化硫指的是体积浓度为100ppmv的二氧化硫，高纯度的氮气N2指的是氮气浓度为99.999％的气体；高洁净度空气是指只包含21％的氧气和79％的氮气的空气，去除了大气中的惰性气体、颗粒物，细菌等成分。本技术方案可以生成预期浓度的OH自由基，通过自主生成有饱和水蒸气的气流，就可以计算得出OH自由基的浓度，可以更直接地计算得出硫酸标准样的浓度；而且每一条气路均可以调节反应气体的浓度，从而可以更好地控制硫酸标准样的生成浓度。进一步地，所述硫酸生成反应室包括汞灯、滤光片、石英管和光敏二极管，所述汞灯外部罩设有不透光的灯罩，所述石英管套设在硫酸生成反应室的主路管道上，所述汞灯和光敏二极管分设在石英管的两侧，汞灯发射的光线通过滤光片穿过石英管照射到光敏二极管上。进一步地，所述硫酸生成反应室的输出端设置有泄压排气口。进一步地，所述水浴起泡装置包括水浴锅和起泡器，所述起泡器内有去离子水，水浴锅对起泡器内的去离子水加热产生饱和水蒸气，氮气从饱和水蒸气上方经过进入硫酸生成反应室。进一步地，所述水浴锅中的水浴温度范围为50℃-75℃。进一步地，所述第一气体质量流量控制器的量程为0-5ml，第二气体质量流量控制器的量程为0-500ml，第三气体质量流量控制器的量程为0-20ml，第四质量流量控制器的量程为0-2L，第五气体质量流量控制器的量程为0-100ml。进一步地，所述硫酸生成反应室与气体质量流量控制器之间的连接管为PFA卡套软管，所述硫酸生成反应室与被标定仪器之间的连接管为不锈钢钢管。进一步地，所述硫酸生成反应室的输出端还设置有温湿度检测装置。一种基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定方法，所述标定方法通过测定硫酸标准样的浓度，利用已知浓度的硫酸标准样对化学离子化质谱仪进行系统标定，其特征在于：所述标定方法先通过紫外光光解水蒸汽以生成设定浓度的OH自由基，再将已知浓度的SO2转换成硫酸标准样，将所述硫酸标准样通过被标定仪器硝酸化学离子化飞行时间质谱仪，对硝酸化学离子化飞行时间质谱仪进行系统标定；所述硫酸标准样的浓度为：其中，[H2SO4]、[H2O]、[SO2]、[O2]分别代表硫酸、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统，其特征在于：包括第一、第二、第三、第四、第五气体质量流量控制器、水浴起泡装置和硫酸生成反应室，所述第一气体质量流量控制器的一端连接标准浓度二氧化硫，另一端连接硫酸反应生成室的主路入口，所述第二、第三、第四气体质量流量控制器一端分别连接高纯度氮气，第二气体质量流量控制器的另一端连接硫酸生成反应室的支路入口，第三、第四气体质量流量控制器的另一端分别连接硫酸生成反应室的主路入口，在第四气体质量流量控制器和硫酸生成反应室之间设置有水浴起泡装置，第五气体质量流量控制器的一端连接高洁净度空气，另一端连接硫酸生成反应室的主路入口，所述硫酸生成反应室的输出端连接被标定仪器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统，其特征在于：包括第一、第二、第三、第四、第五气体质量流量控制器、水浴起泡装置和硫酸生成反应室，所述第一气体质量流量控制器的一端连接标准浓度二氧化硫，另一端连接硫酸反应生成室的主路入口，所述第二、第三、第四气体质量流量控制器一端分别连接高纯度氮气，第二气体质量流量控制器的另一端连接硫酸生成反应室的支路入口，第三、第四气体质量流量控制器的另一端分别连接硫酸生成反应室的主路入口，在第四气体质量流量控制器和硫酸生成反应室之间设置有水浴起泡装置，第五气体质量流量控制器的一端连接高洁净度空气，另一端连接硫酸生成反应室的主路入口，所述硫酸生成反应室的输出端连接被标定仪器。


2.根据权利要求1所述的基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统，其特征在于：所述硫酸生成反应室包括汞灯、滤光片、石英管和光敏二极管，所述汞灯外部罩设有不透光的灯罩，所述石英管套设在硫酸生成反应室的主路管道上，所述汞灯和光敏二极管分设在石英管的两侧，汞灯发射的光线通过滤光片穿过石英管照射到光敏二极管上。


3.根据权利要求1所述的基于硝酸化学离子化飞行时间质谱仪的标定系统，其特征在于：所述硫酸生成反应室的输出端设置有泄压排气口。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱才俊，周德荣，徐正宁，迟旭光，丁爱军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32