一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，主要包括电磁三通阀、颗粒物过滤器、毛细管、空气动力学透镜、热解吸气化器、电离源、离子导入器和质量分析器。用电磁三通阀切换毛细管和空气动力学透镜进样接口，交替实现气体和颗粒物的进样及化学成分测量。测量气体成分时，气溶胶中的颗粒物被颗粒物过滤器移除，气体经毛细管进入质谱仪中。测量颗粒物成分时，空气动力学透镜将气溶胶传输到质谱仪中，气体被差分真空抽离，颗粒物则被聚焦传输到热解吸气化器上形成气态分子。通过交替进样的气体或气态分子，在电离源内离子化，产生的离子由离子导入器引入到质量分析器中进行质量测量，获得气溶胶中气体或者颗粒物的化学成分。颗粒物的化学成分。颗粒物的化学成分。

【技术实现步骤摘要】
一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪


[0001]本专利技术属于气溶胶中气体和颗粒物的化学成分检测分析和质谱
，具体涉及一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪装置。

技术介绍

[0002]气溶胶是指液体或固体颗粒均匀分散在气体中形成的相对稳定的气体和颗粒物的混合物，颗粒物的空气动力学粒径一般为0.002
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100μm。为了较全面获得气溶胶的信息，需要测量其气体和颗粒物的化学成分。对于气体成分检测，常用的技术有：气相色谱
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火焰离子探测技术、气相色谱
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质谱连用技术、质子转移反应质谱技术、光电离质谱技术和化学电离质谱技术等。对于颗粒物化学成分检测，其技术可分成离线和在线两大类。其中离线技术常采用滤膜收集颗粒物，并结合离子色谱仪、气相色谱
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质谱仪、液相色谱
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质谱仪等进行分析。气溶胶质谱仪和单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪可用于在线检测气溶胶颗粒物的化学成分。目前，检测气溶胶中气体和颗粒物的化学成分，往往需要采用两台甚至多台仪器方能获得结果，且不同仪器及检测技术的差异会对测量结果产生影响。因此，使用同一套检测仪器，对气溶胶中气体和颗粒物的化学成分进行在线、实时检测尤为必要，且具有较好的经济性。
[0003]质谱技术具有检测灵敏度高、时间响应快等特点，被广泛应用于气体和颗粒物的成分检测分析。本专利技术公开了一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪。利用电磁三通阀切换选择气溶胶中气体和颗粒物的进样口，实现气体和颗粒物的交替在线取样。在气体成分测量中，气溶胶中的颗粒物被毛细管之前的颗粒物过滤器移除，而气体能够通过，并通过毛细管进入到质谱仪中进行成分分析。气体成分检测完成后，电磁三通阀切换进样接口至颗粒物通道，此时，气溶胶通过空气动力学透镜进样，其中的气体成分在逐级真空环境中被真空泵抽离，颗粒物具有更大的质量和惯性，能够被空气动力学透镜聚焦和传输到热解吸气化器上，吸收热量后被气化成气态分子。
[0005]气体分子或颗粒物气化后产生的气态分子，在电离源内被电离生成离子，随后垂直引入到质量分析器中获得质量信息。通过电磁三通阀切换，交替获得气溶胶中气体和颗粒物的化学成分。
[0006]本专利技术实施例的技术方案为：一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，包括：电磁三通阀(1)、颗粒物过滤器(2)、毛细管(3)、空气动力学透镜(4)、热解吸气化器(5)、电离源(6)、离子导入器(7)、质量分析器(8)。
[0007]其中，所述电磁三通阀(1)的第一端口与气溶胶进入通道相连，电磁三通阀(1)的第二端口依次连接颗粒物过滤器(2)、毛细管(3)和质谱仪的电离区，电磁三通阀(1)的第三端口依次连接空气动力学透镜(4)和质谱仪的电离区；
[0008]质谱仪的电离区分别设置有热解吸气化器(5)、电离源(6)和离子导入器(7)；
[0009]离子导入器(7)连接质量分析器(8)。
[0010]电磁三通阀(1)能够交替切换两个进样通道。当测量气溶胶中的气体成分时，电磁三通阀将连通毛细管(3)通道，颗粒物通过颗粒物过滤器(2)移除，气体通过毛细管(3)传输到质谱仪的电离区。当完成气溶胶中气体成分的测量后，电磁三通阀(1)将连通空气动力学透镜(4)通道，颗粒物经空气动力学透镜聚焦并传输至质谱仪的电离区，而气体被真空泵抽离，进而完成颗粒物化学成分的测量。
[0011]进一步的，所述电磁三通阀(1)在程序控制下，按照要求切换进样通道，在测量气溶胶中的气体成分时，电磁三通阀(1)将连接气溶胶样品和毛细管(3)；完成气体测量分析后，电磁三通阀(1)自动切换通道，连通气溶胶样品和空气动力学透镜(4)。
[0012]进一步的，所述毛细管(3)用于大气压条件下的气体进样，同时能够限制气体的进样流量，来满足质谱仪运行所需的真空环境。在气体进入毛细管(3)前，颗粒物过滤器(2)将气溶胶中的颗粒物移除。
[0013]进一步的，所述空气动力学透镜(4)由一系列薄片孔组成，安装在调整架上进行准直。颗粒物在空气动力学透镜(4)中聚焦并传输。
[0014]进一步的，所述热解吸气化器(5)的加热温度能够调节，使颗粒物吸收热量后气化成气态分子。热解吸气化器(5)的表面有一圆锥角孔，用于减少颗粒物击打在尖端时的回弹损失。
[0015]进一步的，所述电离源(6)可选用电子轰击、化学电离、激光照射、真空紫外灯照射、同步辐射光照射等电离方式，优选地选用真空紫外灯照射软电离源。颗粒物气化后的气态分子被离子源电离。
[0016]进一步的，所述离子导入器(7)在施加电压后，构成引出电场和聚焦电场。引出电场将离子有效的从电离区引出，离子被聚焦电场汇聚成离子束，传到质量分析器(8)中。
[0017]进一步的，所述质量分析器(8)可选用四极杆质量分析器、飞行时间质量分析器、或离子阱质量分析器，质量分析器获得离子的质量，进而得到气溶胶的化学成分。由于飞行时间质量分析器具有响应快、质量分辨率高等优点，优选地使用飞行时间质量分析器。
[0018]本专利技术中，电磁三通阀(1)由程序控制，切换毛细管(3)和空气动力学透镜(4)进样接口，交替实现气体和颗粒物化学成分的测量。在气体化学成分测量中，气溶胶中的颗粒物经过颗粒物过滤器(2)后被移除，气体在大气压条件下由毛细管(3)直接进入质谱仪的真空环境中。在颗粒物化学成分测量中，空气动力学透镜(4)将大气压条件下的气溶胶传输到真空环境中，通过一系列真空差分将其中的气体成分抽离，颗粒物被空气动力学透镜(4)聚焦传输到达热解吸气化器(5)，吸收热量后形成气态分子。通过两种交替进样方式的气体或气态分子，在质谱仪的电离源内离子化，产生的离子经过离子导入器(7)垂直地引入到质量分析器(8)中进行离子的质量测量，从而获得气溶胶中气体或者颗粒物的化学成分信息。
[0019]有益效果：
[0020]本专利技术的技术方案，相对于现有技术，具有如下优点：
[0021]1、采用程序控制电磁三通阀自动切换气溶胶中的气体和颗粒物的进样，实现气溶胶中气体和颗粒物的在线交替进样及化学成分测量。通过电磁三通阀切换，气溶胶中气体和颗粒物的化学成分检测互不影响。
[0022]2、气溶胶中气体和颗粒物的在线交替进样，在一台质谱仪中，利用相同的电离源和质量分析器，实时较全面的获取气溶胶中气体和颗粒物的化学成分。
[0023]3、使用飞行时间质谱分析器作为气溶胶化学成分的分析检测器。飞行时间质谱仪具有检测灵敏度高、时间相应快、质量分辨高等特点，在一张质谱中能够获得较全面的组分信息。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例中一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪的结构示意图；
[0025]附图标记说明：
[0026]1、电磁三通阀；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，其特征是：所述的质谱仪包括电磁三通阀(1)、颗粒物过滤器(2)、毛细管(3)、空气动力学透镜(4)、热解吸气化器(5)、电离源(6)、离子导入器(7)、质量分析器(8)；其中，所述电磁三通阀(1)的第一端口与气溶胶进入通道相连，电磁三通阀(1)的第二端口依次连接颗粒物过滤器(2)、毛细管(3)和质谱仪的电离区，电磁三通阀(1)的第三端口依次连接空气动力学透镜(4)和质谱仪的电离区；质谱仪的电离区分别设置有热解吸气化器(5)、电离源(6)和离子导入器(7)；离子导入器(7)连接质量分析器(8)。2.根据权利要求1所述的一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，其特征是：电磁三通阀(1)由程序控制，根据需要切换毛细管(3)和空气动力学透镜(4)进样通道，以交替测量气体和颗粒物的化学成分。3.根据权利要求2所述的一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，其特征是：颗粒物过滤器(2)能够过滤移除气溶胶中的颗粒物，而气体成分能够通过。4.根据权利要求3所述的一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，其特征是：毛细管(3)与颗粒物过滤器(2)相连，用于大气压条件下气体的取样。5.根据权利要求4所述的一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，其特征是：毛细管(3)通过加热来减少气体的沉积和吸附。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐小锋，温作赢，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：