真空紫外光縱向電離揮發性有機物w型質譜儀的制作方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明涉及一種真空紫外光縱向電離揮發性有機物W型質譜儀，這是一種可以直接對大氣中揮發性有機物進行連續監測和分析的儀器。
【背景技術】
[0002]揮發性有機物(VOCs)通常是指熔點低于室溫而沸點在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物。它主要來自天然源和人為源的直接排放、以及大氣中碳氫化合物的轉化。大氣中揮發性有機物種類比較多，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)、多環芳經(PAHs)和烷醇(alkanols)等。揮發性有機物(VOCs)是二次有機氣溶膠(S0A)的主要前體物，它們通過大氣化學反應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，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的煙霧箱裝置進行檢測。1999?2004年，美國加州大學河濱分校(UCR)在美國環保局(USEPA)的資助下，建立了一個功能完善的煙霧箱實驗系統NGC(Next—Generat1n Chamber)。該系統采用氣相色譜-火焰離子化檢測器(GC-FID)來檢測煙霧箱實驗系統中的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/電導檢測器(GC-FID/ECD)和氣質聯用儀(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/電導檢測器(GC-FID/E⑶)和氣質聯用儀(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碳氫化合物。國內以清華大學郝吉明為代表研發的煙霧箱系統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，不能實現實時在線監測。此外，氣相色譜儀在模擬簡單組分VOC光化學反應時有較好的可操作性，然而在研究復雜體系時，色譜峰的定性和定量則較為復雜。目前國內關于真空紫外光電離質譜儀的研究不多。2008年，中國科學院安徽光學精密機械研究所的鄭培超等人發明了一種質譜離子遷移裝置的多波長真空紫外光電離源，該電離源可以產生可控波長的真空紫外光，并分別將其與四級質譜儀、飛行時間質譜儀、離子阱質譜儀、離子遷移質譜儀四種質譜裝置相連，組合構建出多種質譜測量裝置。2008年，中國科學技術大學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譜分析裝置，該裝置適用于藥物、復雜天然產物、生物樣品等溶液狀態的樣品分析。上海大學的譚國斌等人于2011年，將真空紫外光電離源與垂直加速反射式飛行時間質量分析器聯用，研制了真空紫外燈單光子電離源飛行時間質譜儀，并采用毛細管直接進樣方式，實現了對VOCs的快速、在線檢測。現有的真空紫外光電離質譜儀，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，這就導致電離面積很小，大大的降低了電離效率。但是我們研發的真空紫外光縱向電離揮發性有機物W型質譜儀采用縱向電離，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的粒子充分電離，進而提高了電離效率。除此，現有的真空紫外光電離質譜儀，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的飛行路徑比較短，導致質譜的分辨不高。為了提高質譜分辨，已有的設計大多采用增加無場飛行區的長度的方法，即延長反射質譜室的長度，意味著質譜儀體積的大大增加，這將不利于外場的測量，實現不了實時監測。但是我們設計的真空紫外光縱向電離揮發性有機物W型質譜儀，采用雙反射電極的W型反射方式，不僅提高了質譜的分辨，而且極大的縮小了反射室的面積，實現了質譜儀器的小型化，使得外場實時測量成為現實。我們設計的真空紫外光縱向電離揮發性有機物W型質譜儀的真空紫外光電離源、電離室、離子遷移區和W型質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，這就將離子在運輸工程中的損耗降到最低，進而很大程度的提高質譜的檢出信號強度。
[0004]我們研發的真空紫外光縱向電離揮發性有機物W型質譜儀，結合了真空紫外光軟電離、離子遷移和W型反射式質譜三種技術。真空紫外光電離技術是廣譜軟電離技術，廣泛用于VOCs的檢測，真空紫外光可以電離大部分有機分子并獲得以分子離子峰為主的質譜，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入W型反射質譜裝置。W型質譜裝置有2個離子反射鏡組成，離子在其中經過W形飛行路徑，以獲得較高的質譜分辨，最后離子由微通道板檢測。相對于其他的VOCs檢測裝置，我們研發的真空紫外光電離VOCs質譜儀，可直接在大氣環境中對VOCs進行采樣，具有實時在線分析的特點，能對多組分VOCs進行靈敏快速的檢測，同時在快速分析VOCs排放源排放組分方面具有重要意義
【發明內容】
[0005]為了克服現有的氣相色譜儀在VOCs測量上的不足，本發明結合了真空紫外光軟電離和W型反射式質譜技術，提供了一種新的真空紫外光縱向電離揮發性有機物質譜儀。該揮發性有機物質譜儀采用了多種先進的揮發性有機物質譜技術，包括大氣壓進樣、縱向真空紫外光電離技術、離子遷移技術和高分辨W型反射質譜技術。
[0006]本發明專利采用的技術方案是:1、大氣壓進樣，揮發性有機物在大氣環境下由微孔直接引入電離管