真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物w型質(zhì)譜儀的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物W型質(zhì)譜儀，這是一種可以直接對大氣中揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測和分析的儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)通常是指熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50?250°C之間的化合物，室溫下飽和蒸汽壓超過0.1mmHg (13.33Pa)，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物。它主要來自天然源和人為源的直接排放、以及大氣中碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化。大氣中揮發(fā)性有機(jī)物種類比較多，已檢測出的主要成分如下:燒烴(alkanes)、植燒和留燒(hopanes andsteranes)、脂肪族和芳香族酸(alkanoic acids 和 aromatic acids)、多環(huán)芳經(jīng)(PAHs)和烷醇(alkanols)等。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是二次有機(jī)氣溶膠(S0A)的主要前體物，它們通過大氣化學(xué)反應(yīng)和氣固相再分配形成SOA，SOA主要是PM2.5顆粒，是灰霾的主要成分。這些細(xì)顆粒在大氣中有較長的停留時間和遷移距離，含有較多潛在致病、致癌的物質(zhì)，不僅危害市民的身體健康，也影響城市形象、交通等諸多方面。
[0003]對于VOCs的檢測，國內(nèi)外普遍采用帶有氣相色譜-火焰離子化檢測器(GC-FID的煙霧箱裝置進(jìn)行檢測。1999?2004年，美國加州大學(xué)河濱分校(UCR)在美國環(huán)保局(USEPA)的資助下，建立了一個功能完善的煙霧箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)NGC(Next—Generat1n Chamber)。該系統(tǒng)采用氣相色譜-火焰離子化檢測器(GC-FID)來檢測煙霧箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的VOCs ;歐洲西班牙的EUPH0RE煙霧箱采用氣相色譜-火焰離子化檢測器/電導(dǎo)檢測器(GC-FID/ECD)和氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)來檢測VOCs ;建于1993年的GM(General Motors)煙霧箱采用氣相色譜-火焰離子化檢測器/電導(dǎo)檢測器(GC-FID/E⑶)和氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)來檢測VOCs ；建于 2001 年的 CIT (California Institute of Technology)煙霧箱采用 GC.FID 和 GC.MS用來檢測VOCs碳?xì)浠衔?。國?nèi)以清華大學(xué)郝吉明為代表研發(fā)的煙霧箱系統(tǒng)多采用傅立葉變換紅外光譜儀(FT-1R)來檢測VOCs。由此可見檢測VOCs成分的儀器多為氣相色譜儀，而氣相色譜儀需要較長的測試時間，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測。此外，氣相色譜儀在模擬簡單組分VOC光化學(xué)反應(yīng)時有較好的可操作性，然而在研究復(fù)雜體系時，色譜峰的定性和定量則較為復(fù)雜。目前國內(nèi)關(guān)于真空紫外光電離質(zhì)譜儀的研究不多。2008年，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所的鄭培超等人發(fā)明了一種質(zhì)譜離子遷移裝置的多波長真空紫外光電離源，該電離源可以產(chǎn)生可控波長的真空紫外光，并分別將其與四級質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、離子遷移質(zhì)譜儀四種質(zhì)譜裝置相連，組合構(gòu)建出多種質(zhì)譜測量裝置。2008年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的齊飛等人組建了新型紅外激光解吸/真空紫外單光子電離質(zhì)譜分析裝置，該裝置適用于藥物、復(fù)雜天然產(chǎn)物、生物樣品等溶液狀態(tài)的樣品分析。上海大學(xué)的譚國斌等人于2011年，將真空紫外光電離源與垂直加速反射式飛行時間質(zhì)量分析器聯(lián)用，研制了真空紫外燈單光子電離源飛行時間質(zhì)譜儀，并采用毛細(xì)管直接進(jìn)樣方式，實(shí)現(xiàn)了對VOCs的快速、在線檢測?，F(xiàn)有的真空紫外光電離質(zhì)譜儀，均采用橫向電離和橫向離子引出，即粒子入射方向和真空紫外光子流方向垂直，這就導(dǎo)致電離面積很小，大大的降低了電離效率。但是我們研發(fā)的真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物W型質(zhì)譜儀采用縱向電離，即粒子入射方向和真空紫外光子流方向平行，這就使得整個電離管內(nèi)的粒子充分電離，進(jìn)而提高了電離效率。除此，現(xiàn)有的真空紫外光電離質(zhì)譜儀，采用單反射電極將離子反射到檢測器，這就意味著離子在無場飛行區(qū)的飛行路徑比較短，導(dǎo)致質(zhì)譜的分辨不高。為了提高質(zhì)譜分辨，已有的設(shè)計(jì)大多采用增加無場飛行區(qū)的長度的方法，即延長反射質(zhì)譜室的長度，意味著質(zhì)譜儀體積的大大增加，這將不利于外場的測量，實(shí)現(xiàn)不了實(shí)時監(jiān)測。但是我們設(shè)計(jì)的真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物W型質(zhì)譜儀，采用雙反射電極的W型反射方式，不僅提高了質(zhì)譜的分辨，而且極大的縮小了反射室的面積，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)譜儀器的小型化，使得外場實(shí)時測量成為現(xiàn)實(shí)。我們設(shè)計(jì)的真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物W型質(zhì)譜儀的真空紫外光電離源、電離室、離子遷移區(qū)和W型質(zhì)譜反射室都在同一條軸線上，使得離子電離、離子加速、離子遷移在一條直線上，這就將離子在運(yùn)輸工程中的損耗降到最低，進(jìn)而很大程度的提高質(zhì)譜的檢出信號強(qiáng)度。
[0004]我們研發(fā)的真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物W型質(zhì)譜儀，結(jié)合了真空紫外光軟電離、離子遷移和W型反射式質(zhì)譜三種技術(shù)。真空紫外光電離技術(shù)是廣譜軟電離技術(shù)，廣泛用于VOCs的檢測，真空紫外光可以電離大部分有機(jī)分子并獲得以分子離子峰為主的質(zhì)譜，使得檢測和分析更加簡單快速。離子由離子遷移透鏡遷移進(jìn)入W型反射質(zhì)譜裝置。W型質(zhì)譜裝置有2個離子反射鏡組成，離子在其中經(jīng)過W形飛行路徑，以獲得較高的質(zhì)譜分辨，最后離子由微通道板檢測。相對于其他的VOCs檢測裝置，我們研發(fā)的真空紫外光電離VOCs質(zhì)譜儀，可直接在大氣環(huán)境中對VOCs進(jìn)行采樣，具有實(shí)時在線分析的特點(diǎn)，能對多組分VOCs進(jìn)行靈敏快速的檢測，同時在快速分析VOCs排放源排放組分方面具有重要意義

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的氣相色譜儀在VOCs測量上的不足，本發(fā)明結(jié)合了真空紫外光軟電離和W型反射式質(zhì)譜技術(shù)，提供了一種新的真空紫外光縱向電離揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)譜儀。該揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)譜儀采用了多種先進(jìn)的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)譜技術(shù)，包括大氣壓進(jìn)樣、縱向真空紫外光電離技術(shù)、離子遷移技術(shù)和高分辨W型反射質(zhì)譜技術(shù)。
[0006]本發(fā)明專利采用的技術(shù)方案是:1、大氣壓進(jìn)樣，揮發(fā)性有機(jī)物在大氣環(huán)境下由微孔直接引入電離管