大气挥发性有机物实时在线监测的双极性质子转移反应质谱仪研制

作者:张强领;邹雪;梁渠;张亚婷;易明建;王鸿梅;黄超群;沈成银;储焰南 刊名:分析化学 上传者:刘翠平

【摘要】大气中挥发性有机物(VOCs)能参与光化学反应,导致臭氧和气溶胶等二次污染物的产生,实时精准地监测VOCs对于大气污染成因研究具有重要意义。在质子转移反应质谱(PTR-MS)研究基础上,本工作研制一套用于大气VOCs实时在线监测的双极性质子转移反应质谱仪(Dipolar proton transfer reaction masss pectrometer,DP-PTR-MS)。相比单一反应离子H3O+的常规PTR-MS,DP-PTR-MS中有正负3种反应离子(H3O+、OH-、(CH3)2COH+),可根据实际检测需要选择切换,提高定性能力,并有效扩展检测范围。其中,H3O+反应离子用于检测质子亲和势大于H2O的VOCs;OH-反应离子可与H3O+反应离子配合识别VOCs,还可用于检测CO2等无机物;(CH3)2COH+反应离子可在排除干扰的情况下准确检测NH3。利用6种标准气体测定DP-PTR-MS检出限和灵敏度,结果表明,DP-PTR-MS对甲苯的检出限为7×10-12(V/V),对氨气的灵敏度为126.0cps/10-9(V/V)。利用DP-PTR-MS对合肥市区大气VOCs开展连续78h实时在线监测验证实验,结果表明,DP-PTR-MS可对大气中10-12(V/V)量级VOCs进行长期实时在线监测,可作为大气污染成因研究和痕量VOCs排放监测的重要工具。

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DOI:10.11895/j.issn.0253鄄3820.171234 大气挥发性有机物实时在线监测的双极性质子转移反应质谱仪研制 张强领1,2摇 邹 雪1摇 梁 渠1,2摇 张亚婷1,2摇 易明建4 王鸿梅3摇 黄超群1摇 沈成银*1摇 储焰南11(中国科学院合肥物质科学研究院,医学物理与技术中心,医学物理与技术安徽省重点实验室,合肥230031) 2(中国科学技术大学,合肥230026)摇 摇 3(中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥230031) 4(安徽省环境科学研究院大气环境研究所,合肥230026) 摘摇 要摇 大气中挥发性有机物(VOCs)能参与光化学反应,导致臭氧和气溶胶等二次污染物的产生,实时精准 地监测VOCs对于大气污染成因研究具有重要意义。 在质子转移反应质谱(PTR鄄MS)研究基础上,本工作研 制一套用于大气 VOCs 实时在线监测的双极性质子转移反应质谱仪(Dipolarprotontransferreactionmass spectrometer,DP鄄PTR鄄MS)。 相比单一反应离子 H3O+的常规 PTR鄄MS,DP鄄PTR鄄MS 中有正负3 种反应离子 (H3O+、OH-、(CH3)2COH+),可根据实际检测需要选择切换,提高定性能力, 并有效扩展检测范围。 其中, H3O+反应离子用于检测质子亲和势大于H2O的VOCs;OH- 反应离子可与H3O+反应离子配合识别VOCs,还 可用于检测CO2 等无机物;(CH3)2COH+反应离子可在排除干扰的情况下准确检测NH3。 利用6种标准气体 测定DP鄄PTR鄄MS检出限和灵敏度,结果表明,DP鄄PTR鄄MS对甲苯的检出限为7伊10-12(V/V),对氨气的灵敏度 为126.0cps/10-9(V/V)。 利用DP鄄PTR鄄MS对合肥市区大气VOCs开展连续78h实时在线监测验证实验,结 果表明,DP鄄PTR鄄MS可对大气中10-12(V/V)量级VOCs进行长期实时在线监测,可作为大气污染成因研究和 痕量VOCs排放监测的重要工具。 关键词摇 双极性质子转移反应质谱;挥发性有机物;实时;在线监测 摇 2017鄄09鄄06收稿;2017鄄12鄄28接受 本文系国家重点研发计划项目(No.2016YFC0200200)、国家自然科学基金项目(Nos.21777163,21477132,21577145)和国家科技支撑 计划项目(No.2014BAC22B06)资助。 *E鄄mail:chyshen@aiofm.ac.cn 1摇 引 言大气中挥发性有机物(Volatileorganiccompounds,VOCs)是一类大气污染物,而且能参与光化学反 应,导致臭氧和气溶胶等二次污染物的产生[1],因此,实时精准地监测VOCs对于大气污染成因研究以 及VOCs排放控制具有重要意义。 质子转移反应质谱(Protontransferreactionmassspectrometry,PTR鄄MS)是20世纪90年代发展起来 的一种大气VOCs实时在线监测技术,其原理是:水蒸汽通过空心阴极放电,在正向电场提取作用下得 到反应离子H3O+,当待测物M的质子亲和势(Protonaffinity,PA)PA(M)大于PA(H2O)时,会在反应管 中与H3O+发生质子转移反应得到MH+,利用质谱检测MH+的质荷比和离子强度,即可得到待测物的分 子量和浓度信息。 PTR鄄MS具有响应时间短(秒级)、探测限低(~10-12(V/V))、可测量绝对浓度等优 点[2],已被广泛应用于环境

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