同步辐射真空紫外单光子电离技术及其应用

主要介绍了同步辐射的真空紫外单光子电离技术,及其近年来在化学反应动力学、燃烧化学、大气气溶胶、有机-无机纳米粒子、生物小分子等领域中的应用,并展望了其未来的发展趋势.

真空紫外单光子电离质谱技术的研究进展及其在挥发性有机物在线分析中的应用

真空紫外单光子电离质谱(VUV-SPI-MS)具有广谱软电离、碎片峰少、基质干扰小、灵敏度高、响应时间短等优点,适用于混合挥发性有机物的实时在线分析。本文介绍了VUV-SPI-MS的工作原理和结构组成,概括了其在进样系统、电离源、质量分析器等方面的研究进展,综述了其在大气成分观测及大气化学反应研究、环境监测、食品检测等领域中的在线分析应用研究进展,并对未来的发展方向和发展趋势进行了展望。

高灵敏VOCs在线真空紫外单光子电离飞行时间质谱仪的研制

研制了一种高灵敏度在线膜进样真空紫外电离源飞行时间质谱仪(MI-SPI-TOF MS)用于检测低浓度挥发性有机物(VOCs)。仪器包括真空系统、膜进样接口、真空紫外单光子电离源、垂直加速反射式飞行时间质量分析器和数据采集系统等。该仪器使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜作为大气压下直接进样的接口,膜的选择透过性能直接、快速地富集大气中VOCs,可实现快速在线进样检测。真空紫外单光子灯作为电离源,能将电离能低于10.6eV的VOCs电离,形成分子离子峰。结果表明,该仪器的分辨率优于750FWHM,对苯、甲苯、二甲苯和氯苯的检测限达10-12 mol/mol级别,检测速度达秒级,可用于低浓度VOCs的实时在线检测。

真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪的研制

研制了真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪(Vacuum ultraviolet single photon ionization timeof-flight mass spectrometer,VUV-SPI-TOFMS),包括真空系统、毛细管进样系统、真空紫外灯电离源、垂直加速反射式飞行时间质量分析器和数据采集系统等。仪器采用的真空紫外单光子电离方式,能够将电离能低于紫外单光子能量(10.6eV)的挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)电离。与电子轰击源比较,紫外光电离基本无碎片产生,比较适合样品定性分析。结果表明,仪器的质量分辨率优于800(Fullwidth at half maximum,FWHM),质量精度优于1.0×10-4。仪器能够检测出香烟主流烟气中的60多种化合物,对于丙酮、环己烷、乙酸乙酯和甲苯的定性检出限分别为0.33×10-6,0.27×10-6,0.42×10-6和0.11×10-6。本仪器能够实现对各种环境介质(气相、固相、液相)中挥发性有机物的实时、在线检测,若与膜富集、加热进样装置或吹扫捕集系统联用,仪器的灵敏度能得到有效提高。

真空紫外灯单光子电离源的优化及在线检测痕量VOCs的应用

依据快速、准确测量大气环境中痕量挥发性有机物(VOCs)的需求,对单光子电离源进行优化,优化后搭载于飞行时间质谱使用,最低检测限8.9×10^(-12)(体积比),线性动态范围6个量级,不仅可以用于排放源的在线检测,也可以满足大气环境中痕量VOCs在线检测的需求。仪器与预浓缩气相色谱-质谱联用仪开展了48 h的室外空气中痕量VOCs在线对比监测,结果显示两者检测到痕量苯乙烯浓度变化趋势高度一致且检测结果相近,为在线检测痕量VOCs提供了新方法。

同步辐射单光子电离在二次有机气溶胶研究中的应用

本文介绍了国家同步辐射实验室新建立的二次有机气溶胶试验站及获得的初步实验结果。同步辐射光源可以提供高亮度、高准直性和波长连续可调的真空紫外光。真空紫外光电离是单光子过程,可以克服电子束轰击电离和激光光电离的分子碎片多的缺点,与飞行时间质谱结合,能够有效探测气溶胶的化学成分,尤其是二次有机气溶胶的化学成分。该方法为深入研究挥发性有机物光氧化生成二次有机气溶胶的动力学及其形成机理,提供了一种全新的研究手段。

同步辐射单光子电离在燃烧研究中的应用

介绍了国家同步辐射实验室新建立的燃烧实验站及获得的初步实验结果．由于同步辐射可以提供高亮度、高准直性和波长连续可调的真空紫外光,并且真空紫外光电离是单光子过程,与分子束质谱相结合,能够精确地探测燃烧产物,尤其是各种中间体、自由基等．该方法为深入研究碳氢化合物的燃烧动力学,揭示燃烧反应的机理,提供了一种全新的研究手段．

燃烧:一个不息的话题——同步辐射单光子电离技术在燃烧研究中的应用

燃烧应用于工业、农业、交通运输、国防等各个领域,提供了当今社会极大部分的能量需求.100多万年前人类就开始利用燃烧,人类研究燃烧已经有150多年的历史.本文介绍了将同步辐射真空紫外单光子电离技术结合分子束取样,应用于燃烧研究中,可以探测到燃烧中的各种中间物,包括稳定的和不稳定的产物.通过扫描光子能量,测量产物的光电离效率谱,可以区分其同分异构体.因此,利用这种新的诊断技术,在150年后的今天,我们仍然可以在火焰中发现很多新的燃烧中间体,为发展燃烧动力学模型提供精确的实验数据.最后,展望该方法在其它学科中的可能应用.

低压下苯介质阻挡放电产生等离子体的探测

利用同步辐射真空紫外单光子电离技术和分子束取样,研究了低压下苯的介质阻挡放电产生的低温等离子体.通过测量光电离质谱和光电离效率谱,鉴别了等离子体放电过程中产生的一系列自由基和中性分子的化学结构.

人体呼气在线检测质谱仪应用于食用糖果风味鉴别研究

目的利用自主研发的单光子电离飞行时间质谱仪(SPI-MS2000)检测呼气中的痕量特征物质,建立一种在线呼气鉴别风味的分析方法。方法采用SPI-MS在线检测人体食用榴莲糖、薄荷糖、柠檬糖后呼气的成分变化,再利用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient,PCCs)、偏最小二乘法(partialleast square-discriminant analysis,PLS-DA)及层聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)模型对数据进行分析处理,同步验证结果,并通过回归预测值与观测值、置换检验模型对分类方法进行评估。结果3类糖果的皮尔逊相关系数差异明显,与PLS-DA及HCA模型分析结果相互印证,方法模型分析未知样品的拟合优度达到99.7%。结论通过在线质谱识别人体食用糖果后的呼气,可以实现食品风味的在线快速鉴别。为SPI-MS 2000应用于食物在口腔中的残留及风味释放等领域提供重要的参考价值。