电子激发高空大气辐射模拟装置的研制及初步应用

地球大气组分与高能电子之间的电荷交换和能量传递在极光和气辉等高空大气发光现象中扮演着重要角色。通过搭建基于真空系统的电子激发高空大气辐射地面模拟装置,验证了高能电子对高空中性大气的电离激发及其辐射跃迁机制。该装置可实现从10^(2)Pa过渡到10^(-3)Pa超过5个量级的真空梯度、10^(2)~10^(3)eV能量范围内的电子加速聚焦以及近紫外-可见光-近红外波段的宽光谱测量。将该模拟装置初步应用于N_(2)和O_(2)的电子激发实验,比较了大气中两种主要成分的谱线分布特征,发现激发光谱强度与电子能量成正相关,且在相同条件下N_(2)的激发光谱强度远大于O_(2)。利用单组分气体的已知光谱带系标定了实际大气的电子激发光谱,结果表明实际大气与纯N_(2)的激发光谱分布趋于一致但强度有所下降。初步测试与应用表明该装置可用于模拟高能电子沉降过程中与中高层大气组分的碰撞激发反应。

真空紫外光电离质谱在线检测卷烟主流烟气气溶胶中气体和颗粒物的化学成分

本文采用吸烟机模拟吸烟状态,结合自制的真空紫外光电离质谱仪,在线检测和表征卷烟主流烟气中气体和颗粒物的化学成分,获得各自的特征成分,并开展逐口抽吸特性研究。结果表明,卷烟主流烟气中的气体成分主要为小分子质量的挥发性有机物,而颗粒物的成分复杂,在质谱仪质量分析范围(m/z<400)内均有检出。烟气两相成分的归属结果显示,部分成分主要以气体形式存在于烟气中,而另一些成分仅存在于颗粒物中。此外,研究发现,苯酚、糠醛、二羟基苯、二甲基苯酚、愈创木酚和柠檬烯等成分在气相和颗粒相中均有检出。逐口分析中,气体成分呈现2种变化特征,绝大多数成分的信号强度随抽吸口数增加而增强,而部分不饱和烃则在第2口抽吸中具有较高的相对强度,之后逐渐降低并趋于稳定或略有上升;几乎颗粒相中所有成分都呈现逐口增强的趋势,与气相成分相比,颗粒相成分的增长趋势更平缓。

真空紫外光电离质谱及其在大气化学中的应用研究

大气环境污染成因复杂,往往涉及一系列复杂的化学反应过程,且包含众多的挥发性有机物气体分子、自由基和气溶胶颗粒物等,在线检测是大气化学领域的难点和热点问题。真空紫外光电离质谱技术使分子吸收单个光子能量后,在其电离能阈值附近“软”电离,可以获得分子离子质量信息,具有质谱图简洁、碎片离子少和易于解析等特点,能够从分子层面上在线测量大气化学反应过程中关键的化学成分,揭示复杂的大气化学反应机理,在大气化学领域具有较好的应用前景。本文介绍了基于真空紫外激光、同步辐射光源、自由电子激光和真空紫外放电灯等多种光源的真空紫外光电离质谱技术,阐述了近年来该技术在大气挥发性有机物、自由基以及气溶胶颗粒物化学成分检测方面的进展,并展望真空紫外光电离质谱技术的发展方向。

可移动激光质谱仪的研制与应用

激光质谱法是一种新的环境测污方法,具有高灵敏度、高选择性、多组分同时测量和快速实时的特 点。本研究介绍了新近研制的可移动激光质谱仪的系统结构、各部分功能、原理以及主要技术指标。该仪器 能在大气压下采样,并在设计过程中解决了记忆效应,使用输出波长248nm的KrF准分子激光器,可以对芳 香烃进行多组分同时检测。该仪器对机动车尾气中苯系物含量的实时在线测量结果表明,尾气中含有苯、甲 苯、二甲苯、三甲苯、萘、甲基萘等多种芳香烃污染物,检测的灵敏度达0.1mg/m3,时间响应可达0.1s。

用基质辅助激光解吸电离法分析罗丹明系列染料

在飞行时间质谱仪上安装了一个新设计的固体样品快速进样装置,并改进了离子源结构,使用波长为248 nm的KrF准分子激光器,以2,5二羟基苯甲酸为基质,对几种罗丹明染料进行了基质辅助激光解吸电离研究,得到了各种样品的质谱图并进行了分析。同时研究了入射激光强度和不同浓度样品对质谱信号的重复性和分辨率的影响。结果表明,只要样品和基质能够同时溶于同一种溶剂,只需一台单一波长激光器就能对众多的物质成分进行分析和检测。

延时提取正交发射MALDI技术研究

在反射式飞行时间质谱仪上,采用脉冲电场延时提取技术及离子正交发射采样方式,进行了基质辅助激光解吸附电离技术(MALDI)的研究.实验所用激光波长为266nm,基质为2,5二羟基苯甲酸,样品为孔雀石绿和多肽.得到了上述样品在MALDI条件下离子的质谱图和初速度分布.质谱测量的分辨率达到4000,质量测量的线性相关度好于0.9999,平均误差小于0.0075%.

三氯乙烯分子的多光子电离解离研究

用可调谐染料激光器 ,在 4 5 0— 4 75 nm范围内 ,在飞行时间质谱仪上研究了三氯乙烯分子的共振增强多光子电离解离过程。研究表明 ,在此实验波段内三氯乙烯分子经历了从 π到 3d里德堡态的 (3+1 )多光子过程 ,可以用母体离子阶梯开关模型对三氯乙烯的电离解离过程进行解释 ,并对振动能级进行了标识 。

气溶胶单粒子化学成分的实时测量

自行设计了国内第一台可实时测量气溶胶单粒子化学成分的气溶胶飞行时间质谱仪 ,并用该仪器对两类燃烧过程产生的气溶胶粒子进行了实时测量。实验结果展示了本仪器能够同时实现实时在线测量和单粒子检测 ,从而克服了传统的离线检测方法如色谱法、化学方法的局限性。

线型聚合物毛细管挤出中熔体破裂研究进展

回顾了近年来在熔体破裂方面的研究进展 ,详细介绍了熔体破裂形成的 4种常见机理 ,并简要介绍了消除熔体破裂的方法。

腔增强/衰荡光谱应用于气溶胶消光检测研究进展

腔增强/衰荡吸收光谱技术,是目前应用最广泛的气溶胶光学特性原位测量方法之一,由于其原位、实时特性,测量过程中气溶胶状态不会发生改变,测量具有代表性,近些年来已经开始作为各种仪器综合比对实验中使用的参考标准。在经过近30年的发展后,相关技术发展日益成熟。对腔增强/衰荡吸收光谱技术的发展及其在气溶胶光学特性测量方面的应用研究做了简要的回顾。

大气气溶胶的检测方法研究

较为全面地介绍了大气气溶胶的环境污染和检测方法的研究工作。比较具体地概述了有关气溶胶粒子大小和化学成分的分析测量方法,对国外的实时气溶胶单粒子质谱研究进行了总结。

乙苯光氧化产生二次有机气溶胶的化学成分及反应机理分析

在自制的烟雾腔内,研究羟基自由基(OH·)启动的乙苯的光氧化反应和一系列后续反应,产生了二次有机气溶胶.采用空气动力学直径粒谱分析仪分析了气溶胶粒子的尺寸分布;并用自制的气溶胶飞行时间质谱仪快速、实时地测量了单个二次有机气溶胶粒子的分子组分.初步探讨了这些组分的可能反应机理.

大气气溶胶质谱研究进展

文中较为详细地介绍了大气气溶胶粒子质谱研究的发展概况,从离线的质谱测量技术到实时在线的测量技术,特别是目前应用较为广泛的激光电离气溶胶飞行时间质谱技术—一种可以同时测量气溶胶粒子的大小和化学成分的方法的原理和应用。

用于大气化学反应和二次有机气溶胶研究的实验室烟雾箱系统的搭建、测试与初步实验

为了从本质上认识和了解大气氧化反应进程以及二次有机气溶胶的形成机制，设计并搭建了一套实验室模拟烟雾箱系统．将质子转移反应质谱、同步辐射光电离质谱及气溶胶激光飞行时间质谱等特色质谱检测系统与烟雾箱结合，用于大气氧化反应气相和粒子相产物的定量与定性分析．通过一系列表征实验获得了该系统的基本参数，如烟雾箱内温度和光强特征，气体化合物和颗粒物的壁损耗速率，零空气的背景反应性及实验结果的可重复性．臭氧氧化α-蒎烯定量化实验和OH启动异戊二烯光氧化反应的定性检测结果进一步表明了该系统能够满足大气化学反应过程中气相和粒子相化学成分的定性分析及二次有机气溶胶的定量化研究的需要.

NO_2分子高灵敏度痕量探测技术研究

搭建了一台基于蓝光LED的非相干宽带腔增强吸收光谱系统,并将其应用于NO2分子的高灵敏度痕量探测研究。在3s采样时间下,系统探测灵敏度为3.2×10-9 cm-1(1σ),对应NO2的探测极限约为187pmol/mol。利用Allan方差对系统最佳采样时间及系统稳定性进行分析,当采样时间延长至30s时,系统的探测极限可提高至44pmol/mol。将该系统应用于实际大气中NO2的连续测量,其测量结果与商业化NOx分析仪(Thermo 42i)进行了比对测试。

气溶胶飞行时间激光质谱仪在机动车尾气检测中的应用

使用气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFMS)对机动车排放出的尾气进行在线测量,在排放出的气溶胶单粒子中检测出包括钠、钙、CnHm等在内的有机和无机离子。实验表明可以用钙离子和一些典型的有机质谱峰作为监测机动车尾气的标记,同时说明了此装置实时在线测量机动车尾气成分的可行性,也可以为机动车尾气气溶胶粒子在大气气溶胶中的分配情况进行化学路径跟踪。

基于模糊聚类算法的大气粒子激光电离质谱数据分析

实验室自行研制了一台大气气溶胶飞行时间激光质谱仪（ATOFLMS）,它可以在线地对气溶胶单粒子进行物理和化学特性分析,利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并通过飞行时间完成单粒子化学成分的检测。该仪器在运行过程中将产生海量的实验数据,对这些数据的快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。文章介绍模糊聚类算法FCM（fuzzy c-means）在大气气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。利用该算法对连续24h采集的室内空气气溶胶单粒子质谱数据进行了聚类分析,在得到的5个聚类结果中包含了无机的海盐粒子、矿物质粒子以及其他的三种二次气溶胶成分粒子类型。在对室内空气气溶胶粒子的粒径进行实时检测的结果表明室内可吸入颗粒物以细粒子为主,其中大于1μm的粒子所占比重较小。小于1μm的粒子均占95%以上,在0.4～0.8μm之间的粒子占据主要部分。

用激光解吸附电离飞行时间质谱法检测悬浮土壤颗粒物

在自行研制的气溶胶飞行时间激光质谱仪（ATOFLMS）上实时探测单个悬浮土壤颗粒的粒径和化学成分。利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并用266nm的Nd∶YAG激光器对气溶胶单粒子进行解吸附电离作用,产物离子通过飞行时间质谱仪的无场漂移区后完成单粒子化学成分的检测。本实验中使用了4个不同地区的土壤样本,在实验室内对分析的样本进行预处理和再悬浮,通过导管引入ATOFLMS进行测量,得到大量单粒子的粒径和质谱数据。发现在众多的单粒子的阳离子质谱中,金属成分以地壳元素（Fe,K,Al,Ca）为主,在其他阳离子质谱中包含了Mg和Na等。对悬浮土壤粒子的粒径进行实时检测的结果表明这些粒子多以粗粒子为主,粒径主要集中在1～2μm。实验结果表明该仪器在大气气溶胶环境监测及相关研究领域具有重要的实用价值。

激光质谱法探测不同状态下机动车尾气中芳香烃物质相对含量的变化

利用高灵敏度、高选择性、多组分和快速实时分析探测的方法———激光质谱方法研究机动车尾气。发现在 2 6 6nm激光作用下 ,低速状态下机动车尾气中的芳香族含量远高于加速状态下的含量。

若干芳香族化合物气溶胶单粒子的在线测量

通过在自行研制的气溶胶飞行时间激光质谱仪上对苯酚、苯胺、1,3-二氯苯、硝基苯气溶胶单粒子的质谱特征进行了激光解吸附电离飞行时间质谱(laser desorption/ionization time-of-flight mass spectra, LDI-TOFMS)研究,分别得到了它们的质谱图,分析了它们特征谱的形成机理。发现这几种芳香族化合物气溶胶单粒子的LDI-TOFMS谱都是容易优先失去一个电子形成母体离子峰M+,其官能团也极易脱落,这为我们进行有机分子在气溶胶状态下的激光质谱特征研究以及单颗粒大气气溶胶化组成的鉴别提供了基本信息。