基于多离子源飞行时间质谱技术的环境大气有机物在线测量系统研发及应用  

作者:黄维 刊名:《中国环境监测》 上传者:李春晖

【摘要】自20世纪末,我国大气污染特征发生了重大变化,以SO2和PM10为代表的一次污染物浓度呈现显著下降趋势,以O3、PM2.5为代表的二次污染物引起的大气污染问题愈发凸显。而有机物在大气二次污染物形成过程中起着关键的作用,大气有机物十分复杂,可存在于气相或颗粒相中,

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自20世纪末,我国大气污染特征发生了重大变化,以SO2和PM10为代表的一次污染物浓度呈现显著下降趋势,以O3、PM2.5为代表的二次污染物引起的大气污染问题愈发凸显。而有机物在大气二次污染物形成过程中起着关键的作用,大气有机物十分复杂,可存在于气相或颗粒相中,其中挥发/半挥发性有机物是生成近地面臭氧和细颗粒物的重要前体物,颗粒有机物是细颗粒物中的关键组分。国内严峻的大气污染形势,迫切需要快速可靠的定性、定量方法对污染过程进行追踪,并实现快速源解析。具有高灵敏度、高分辨率的GC-MS是分析大气挥发性、半挥发性有机物的常用实验室分析仪器,其分析方法流程较长,难以满足环境管理快速响应的需求。大气有机物复杂的环境理化特征,给大气有机物预处理和测量技术提出极高的要求,相对于吸附剂采样、衍生吸附采样、不锈钢罐采样、滤膜采样等有机物离线采样技术,在线测量技术在测量时间分辨率及数据的实时性、经济性等方面都有明显优势。目前,国内外尚未有在线识别半挥发性和颗粒有机物化学组成并实现其定量的成熟测量系统。颗粒物有机组分的研究主要集中在高校和科研院所,通过离线方法检测,从布点采样到实验室分析出各化学成分通常需要几天时间,信息提供时效性相对较差,严重滞后于日常环境管理和环境科研观测的迫切需求,特别是在重污染天气发生时,环境空气中的PM2.5是多相共存的胶体颗粒混合物,既有污染源直排的一次颗粒物,也有由气态污染物经化学反应生成的二次颗粒物,二次颗粒物的生成过程和形成机理复杂多样,气态与颗粒态污染物处于反应状态,传统方法难以及时捕捉导致污染的主要来源因素以及二次有机气溶胶的生成过程,且常规大气监测的有机污染物种类有限,难以对污染来源和污染过程化学反应判断提供科学支撑。为了深入落实国家大气污染防治行动计划,加强大气污染防治科技工作,急需大气低浓度有机物快速在线测量技术以满足雾霾和光化学烟雾污染防治科技需求。通过研发大气低浓度有机物在线测量系统,补充完善大气观测体系,并在示范应用中促进新技术成果的推广,为构建我国大气污染精细认知-高效治理-科学监管的区域雾霾和光化学研究防治技术体系提供有效技术支撑,对制定有效的O3和PM2.5二次污染物控制策略具有重要意义。1总体目标通过研发适用于大气挥发性、半挥发性和颗粒有机物的前处理及富集技术,结合气相色谱分离技术和多离子源飞行时间质谱检测技术,研制大气低浓度有机物高灵敏在线测量系统,建立国内典型大气环境特征有机物的标准物质谱库,利用该系统开展典型区域污染过程中大气有机物的在线观测示范应用,形成大气有机物集成化在线测量技术规范和质量保证体系。2技术路线该项目主要解决大气挥发性、半挥发性和颗粒有机物同步在线测量的问题。通过研究关键科学问题:大气挥发性、半挥发性和颗粒有机物在线前处理及富集技术,以GC-EI/CI-TOFMS技术为分析手段,实现大气挥发性、半挥发性和颗粒有机物的定性、定量快速测量。项目的技术路线见图1。图1项目技术路线图3研究内容该项目研发基于多离子源飞行时间质谱技术,该技术适用于大气挥发性、半挥发性、颗粒有机物的高灵敏实时在线测量系统。主要研究内容包括:1)大气挥发/半挥发性有机物在线前处理和富集技术通过研究挥发/半挥发性有机物的理化特性,研发挥发/半挥发性有机物在线前处理及低温富集系统,为实现大气挥发/半挥发性有机物尤其是低浓度有机物的准确测量提供关键技术模块。主要包括:研发自动在线前处理系统,具有样气的自动采集和自动低温富集功能;研究气体与颗粒物分离技术和高效富集及热解析技术,用于将除去颗粒物后的气态样品引流到富集系统,实现

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