[发明专利]一种单颗粒气溶胶实时定量分析方法

说明书

本发明属于大气环境科学领域，涉及一种单颗粒气溶胶实时定量分析方法。所述方法包括以下步骤：一个前期线性拟合步骤和一个实时测量步骤，主要采用打击率校正后的峰面积总和与实际测得的大气颗粒质量浓度进行线性拟合，得到较好的线性关系，根据该线性关系，可以在SPAMS检测后，通过打击率校正后的峰面积总和计算获得颗粒物质量浓度，实现SPAMS定量分析测量。

技术领域

本发明属于大气环境科学领域，涉及一种单颗粒气溶胶实时定量分析方法。

背景技术

大气颗粒物是指分散在大气中的所有固态或液态的颗粒。其中，PM₁₀是指环境空气中空气动力学当量直径小于或等于10μm的颗粒物，也称为可吸入颗粒物；PM_2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于或等于2.5μm的颗粒物，又称为细颗粒物(环境空气质量标准，GB3095-2012)；PM₁是指环境空气中空气动力学当量直径小于或等于1μm的颗粒物，又称为超细颗粒物。当大量的颗粒物被排放到空气中，其数量超过大气循环能力和容量承载度时，颗粒物的浓度就会持续增加，在静稳天气下，极易出现大范围的雾霾事件，近年来我国雾霾等大气污染事件频发。这就需要我们对重污染过程成因进行精确解析和对颗粒物来源进行快速、准确溯源，从而有效控制城市颗粒物污染尤其是重污染过程中的颗粒物。

单颗粒气溶胶质谱仪(Single particle aerosol mass spectrometry,SPAMS)能从环境中采集0.2-2.5μm的颗粒进行分析，相对于传统颗粒物的分析方法具有许多独特的优势。首先，SPAMS采用实时进样技术，无需对分析的样品进行复杂的前处理。其次，能同时分析单颗粒的大小及对应的化学组成。此外，单颗粒质谱使用高能激光作为电离源，能够对进入电离系统的所有颗粒进行解析电离。故而SPAMS能够较精准地分析单个颗粒物的粒径和化学组分信息，这对于更加深入地研究颗粒物的环境气候效应具有重要意义。但是SPAMS只能获得颗粒物粒径和化学组分信息，不能对影响大气质量的重要性质--大气颗粒物浓度进行实时监测，在实际检测中只能以数浓度来衡量大气污染状况，而数浓度与大气颗粒物质量浓度的线性相关性不高，仅为0.75左右，因此，SPAMS采用数浓度来代表颗粒物质量浓度具有较大误差。

发明内容

本发明针对现有技术中SPAMS不能对大气颗粒物进行定量分析的缺陷，采用打击率校正后的峰面积总和与实际测得的大气颗粒质量浓度进行线性拟合，得到较好的线性关系，根据该线性关系，可以在SPAMS检测分析后通过打击率校正后的峰面积总和计算获得颗粒物质量浓度，实现SPAMS定量分析。

本发明的上述一个目的可通过下列技术方案来实现：

一种单颗粒气溶胶实时定量分析方法，所述方法包括以下步骤：

一个前期线性拟合步骤：环境中的颗粒物进入单颗粒气溶胶质谱仪，并在空气动力学透镜的作用下，颗粒物汇聚为单个颗粒束，逐一进入测径区，通过双激光测径系统得到颗粒的粒径大小及分布；部分测径后的颗粒逐一被电离，电离产生的正负离子经双极飞行时间质量分析器检测，得到电离颗粒的质谱图；分析粒径段内单位时间颗粒质谱图中的峰面积总和，经打击率校正后，得到粒径段内校正后的单位时间峰面积总和；将粒径段内校正后的单位时间峰面积总和与实际测定的相应粒径段内单位时间平均质量浓度进行线性拟合，得到线性关系；

一个实时测量步骤：环境中的颗粒物进入单颗粒气溶胶质谱仪，并在空气动力学透镜的作用下，颗粒物汇聚为单个颗粒束，逐一进入测径区，通过双激光测径系统得到颗粒的粒径大小及分布；部分测径后的颗粒逐一被电离，电离产生的正负离子经双极飞行时间质量分析器检测，得到电离颗粒的质谱图；分析粒径段内单位时间颗粒质谱图中的峰面积总和，经打击率校正后，得到粒径段内校正后的单位时间峰面积总和；根据上述线性关系，计算获得相应粒径段内颗粒质量浓度。

由于只有部分被测径的颗粒可以被进一步电离而获得质谱信息，因此引入颗粒物打击率这一概念，用以表示同时获得粒径和质谱信息的颗粒数与所有含粒径信息的颗粒数的比值。