一种大气中同时电离检测有机物和无机元素的方法技术

本发明专利技术公开一种大气中同时电离检测有机物和无机元素的方法，利用一种微波等离子体

【技术实现步骤摘要】
一种大气中同时电离检测有机物和无机元素的方法


[0001]本专利技术属于化学检测
，尤其涉及一种大气中同时电离检测有机物和无机元素的方法，是一种基于等离子体电离质谱技术的有机物和无机元素同时电离检测方法。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的不断推进，大气中挥发性有机物和无机元素排放量不断增加，使得大气环境不断恶化，给人们生存环境带来了不可估量的危害。由此导致了严重的环境问题已逐渐引起学者们的广泛关注。有鉴于挥发新有机物与无机元素对于大气的危害性。对挥发新有机物与无机元素的检测是大气环境检测中至关重要的一部分。而准确检测大气中有机物和无机元素化学成分是精准控制我国大气PM2.5等污染的重要前提，也是研究大气颗粒物环境地球化学循环和气候效应的基础。大气中化学成分复杂，当前主要挥发性有机物检测技术有气相色谱法、单颗粒气溶胶质谱仪、PTRMS。气相色谱法对于大气中挥发性有机物测量结果准确性高。此方法主要有样品采集阶段和样品测定两个阶段，利用吸附罐等收集空气中挥发性物质，在检测过程中，随着吸附管温度升高，有机物会从吸附管上脱落进入气相色谱仪中。单次检测时间长是气相色谱不可避免的一大缺点。单颗粒气溶胶质谱仪利用高能激光将颗粒物熔融解析电离后，结合飞行时间分析器实现大气颗粒物上金属和无机盐成分在线分析检测，但只能用于元素、无机盐等分析检测。PTR
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MS具有很高的灵敏度，并且能对检测物作出快速反应，检测时间短，但只能用于大气中挥发性有机物在线检测。目前尚无成熟技术可以在线同时实现大气中VOCs和全元素的精确分析，科学污染防治方面也仍然存在一定的困难和挑战。为了同时实现大气中 VOCs和全元素的全组分在线定性定量的检测，亟需研制一种全新的大气中有机物和无机元素同时电离检测方法，为大气污染防治提供精准参考。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大气中同时电离检测有机物和无机元素的方法，是采用等离子体电离质谱技术，对环境样品(泛指大气)中的有机物和无机元素本进行定性和定量分析，实现一种无需样品预处理和预分离的原位快速检测样本中有机物和无机元素成分和含量的办法。
[0004]本专利技术检测方法通过以下技术方案实现的：S1：提供一种微波等离子体
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质谱仪装置，所述微波等离子体
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质谱仪装置包括样品引入通道、等离子体激发源、气体分流器、等离子体火焰、离子漏斗、样品引入接头、进样膜、样品引出接头、聚焦电极、质谱仪、微波接头和金属镀层；S2：建立大气中有机物和无机元素检测数据库，采集大气中常见有机物和元素的种类和数量，建立大气中常见有机物和元素的指纹谱图库；S3：样品提供，将大气样品通过气体分流器分为两路，一路通过样品引入通道直接进样进入等离子体火焰，另一路样品经过样品引入接头引入到进样膜前面，并通过进样膜
两端渗透进入等离子体火焰和聚焦电极之间；S4：通入载气，开启等离子体离子源，在等离子体激发源内激发产生等离子体，其中一路样品穿过等离子体火焰，并与等离子体火焰充分接触，使用高温等离子体对样品中元素进行电离，得到元素离子，另一路样品通过进样膜渗透进入等离子体火焰和聚焦电极之间，使其得到足够能量电离且不至于直接通过等离子体火焰导致有机物分解，从而得到大气中有机物离子；S5：大气中有机物和无机元素被等离子体电离后，产生有机物和无机元素的离子，产物的离子经离子传输电极进入质谱仪；S6：打开质谱仪进行检测，通过采集到的产物的离子与指纹谱图库进行对比，从而对大气中的有机物和元素同时进行定性定量分析。
[0005]作为本专利技术的一种优选实施例：所述等离子体激发源可以为微波等离子体、射频等离子体、辉光电晕等离子体。
[0006]上述技术方案中，微波等离子体、射频等离子体、辉光电晕等离子体具有较高的电离和分解程度，能够在高气压下维持等离子体，电子温度和离子温度对中性气体温度之比非常高，电离效率高。
[0007]作为本专利技术的一种优选实施例：所述等离子体电离源激发产生等离子体的载气为氩气和氦气等惰性气体、氮气、空气。
[0008]作为本专利技术的一种优选实施例：所述等离子体可以工作在大气压下，也可以工作在一定真空下。
[0009]作为本专利技术的一种优选实施例：所述进样膜为聚二甲基硅氧烷或其他复合膜。
[0010]作为本专利技术的一种优选实施例：所述进样膜也可替换为中空的金属毛细管或绝缘毛细管。
[0011]作为本专利技术的一种优选实施例：所述质谱可为飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪、离子阱质谱仪。
[0012]本专利技术提供的微波等离子体
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质谱仪装置，具体为：样品引入通道固定在复合等离子体激发源中心位置，用于气体样品引入，并与等离子体激发源组合，在两者中间形成微波谐振腔，微波谐振腔用于微波能谐振，并在等离子体激发源顶端形成微波最大电场，等离子体激发源设置于离子漏斗前端，气体分流器位于样品引入通道和样品引入接头之间通过中空的管道(选用聚四氟管或金属管)连接，用于将样品大气一分为二，分别引入到样品引入通道和样品引入接头，等离子体火焰位于等离子体激发源与离子漏斗之间，样品引入通道中的样品气体直接进入并穿过等离子体火焰与等离子体火焰充分接触，使用高温等离子体对样品中元素进行电离。离子漏斗位于等离子体火焰后端，与等离子体激发源固定在同一水平线上，用于将复合等离子体电离的离子束聚焦，并传输至聚焦电极内。样品引入接头放置于离子漏斗上方，进样膜放置在等离子体火焰和样品引入接头、样品引出接头之间，用于将样品中有机物引入到等离子体火焰前端，样品引入接头、样品引出接头固定在进样膜上方，样品引入接头处的样品通过进样膜两端渗透进入等离子体火焰和离子漏斗之间，使其得到足够能量电离且不至于直接通过等离子体火焰而导致有机物分解，样品引出接头位于聚焦电极上方，聚焦电极位于质谱仪前，样品中的元素和有机物经过电离后，通过离子漏斗和聚焦电极进行聚焦传输，进入质谱仪中进行分析检测，微波接头固定在等离子体激发源
上，用于微波能耦合进等离子体激发源内。金属镀层固定在样品引入通道顶端，材料选用铜、银等金属，用于施加高压射频或直流电，激发射频等离子体。
[0013]所述进样膜也可替换为中空的进样管，选用金属毛细管或绝缘毛细管。
[0014]所述样品引入通道的材料为石英或不锈钢，用于通入样品气体(泛指大气)。
[0015]所述复合等离子体激发源的材料为紫铜，设置于离子漏斗前端。用于激发等离子体火焰。
[0016]所述气体分流器的材料为不锈钢，位于样品引入通道和样品引入接头之间，用于将样品大气一份为二，通过聚四氟管或金属管分别引入到样品引入通道和样品引入接头。
[0017]所述等离子体火焰为微波等离子体、射频等离子体以及两者同时使用的复合等离子体。也是复合等离子体激发源所激发的等离子体焰炬。高温等离子体对样品中元素进行电离。
[0018]所述微波接头为标准50欧阻抗微波接头，固定在等离子体激发源上，用于微波能耦合进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大气中同时电离检测有机物和无机元素的方法，其特征在于，通过以下步骤实现：S1：提供一种微波等离子体
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质谱仪装置，包括样品引入通道(1)、等离子体激发源(2)、气体分流器(3)、等离子体火焰(4)、离子漏斗(5)、样品引入接头(6)、进样膜(7)、样品引出接头(8)、聚焦电极二(9)、质谱仪(10)、微波接头(11)和金属镀层(12)；S2：建立大气中有机物和无机元素检测数据库，采集大气中常见有机物和元素的种类和数量，建立大气中常见有机物和元素的指纹谱图库；S3：样品提供，将大气样品通过气体分流器(3)分为两路，一路通过样品引入通道(1)直接进样进入等离子体火焰(4)，另一路样品经过样品引入接头(6)引入到进样膜(7)前面，并通过进样膜(7)两端渗透进入等离子体火焰(4)和聚焦电极(9)之间；S4：通入载气，开启等离子体离子源，在等离子体激发源(2)内激发产生等离子体，其中一路样品穿过等离子体火焰(4)，并与等离子体火焰充分接触，使用高温等离子体对样品中元素进行电离，得到元素离子，另一路样品通过进样膜(7)渗透进入等离子体火焰(4)和聚焦电极(9)之间，使其得到足够能量电离且不至于直接通过等离子体火焰导致有机物分解，从而得到大气中有机物离子；S5：大气中有机物和无机元素被等离子体电离后，产生有机物和无机元素的离子，产物的离子经离子漏斗(5)聚焦电极(9)进入质谱仪(10)；S6：打开质谱仪(10)进行检测，通过采集到的产物的离子与指纹谱图库进行对比，从而对大气中的有机物和元素同时进行定性定量分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1提供的一种微波等离子体
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质谱仪装置中，样品样品引入通道(1)固定在复合等离子体激发源(2)中心位置，用于气体样品引入，并与等离子体激发源(2)组合，在两者中间形成微波谐振腔，微波谐振腔用于微波能谐振，并在等离子体激发源(2)顶端形成微波最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵高升，施月娥，贾滨，徐等，褚冯健，赵彬锋，
申请(专利权)人：苏州智谱蔚星智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：