[发明专利]一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪

说明书

本发明公开了一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，主要包括电磁三通阀、颗粒物过滤器、毛细管、空气动力学透镜、热解吸气化器、电离源、离子导入器和质量分析器。用电磁三通阀切换毛细管和空气动力学透镜进样接口，交替实现气体和颗粒物的进样及化学成分测量。测量气体成分时，气溶胶中的颗粒物被颗粒物过滤器移除，气体经毛细管进入质谱仪中。测量颗粒物成分时，空气动力学透镜将气溶胶传输到质谱仪中，气体被差分真空抽离，颗粒物则被聚焦传输到热解吸气化器上形成气态分子。通过交替进样的气体或气态分子，在电离源内离子化，产生的离子由离子导入器引入到质量分析器中进行质量测量，获得气溶胶中气体或者颗粒物的化学成分。

技术领域

本发明属于气溶胶中气体和颗粒物的化学成分检测分析和质谱技术领域，具体涉及一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪装置。

背景技术

气溶胶是指液体或固体颗粒均匀分散在气体中形成的相对稳定的气体和颗粒物的混合物，颗粒物的空气动力学粒径一般为0.002-100μm。为了较全面获得气溶胶的信息，需要测量其气体和颗粒物的化学成分。对于气体成分检测，常用的技术有：气相色谱-火焰离子探测技术、气相色谱-质谱连用技术、质子转移反应质谱技术、光电离质谱技术和化学电离质谱技术等。对于颗粒物化学成分检测，其技术可分成离线和在线两大类。其中离线技术常采用滤膜收集颗粒物，并结合离子色谱仪、气相色谱-质谱仪、液相色谱-质谱仪等进行分析。气溶胶质谱仪和单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪可用于在线检测气溶胶颗粒物的化学成分。目前，检测气溶胶中气体和颗粒物的化学成分，往往需要采用两台甚至多台仪器方能获得结果，且不同仪器及检测技术的差异会对测量结果产生影响。因此，使用同一套检测仪器，对气溶胶中气体和颗粒物的化学成分进行在线、实时检测尤为必要，且具有较好的经济性。

质谱技术具有检测灵敏度高、时间响应快等特点，被广泛应用于气体和颗粒物的成分检测分析。本发明公开了一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪。

发明内容

本发明提出了一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪。利用电磁三通阀切换选择气溶胶中气体和颗粒物的进样口，实现气体和颗粒物的交替在线取样。在气体成分测量中，气溶胶中的颗粒物被毛细管之前的颗粒物过滤器移除，而气体能够通过，并通过毛细管进入到质谱仪中进行成分分析。气体成分检测完成后，电磁三通阀切换进样接口至颗粒物通道，此时，气溶胶通过空气动力学透镜进样，其中的气体成分在逐级真空环境中被真空泵抽离，颗粒物具有更大的质量和惯性，能够被空气动力学透镜聚焦和传输到热解吸气化器上，吸收热量后被气化成气态分子。

气体分子或颗粒物气化后产生的气态分子，在电离源内被电离生成离子，随后垂直引入到质量分析器中获得质量信息。通过电磁三通阀切换，交替获得气溶胶中气体和颗粒物的化学成分。

本发明实施例的技术方案为：一种在线测量气溶胶中气体和颗粒物化学成分的质谱仪，包括：电磁三通阀(1)、颗粒物过滤器(2)、毛细管(3)、空气动力学透镜(4)、热解吸气化器(5)、电离源(6)、离子导入器(7)、质量分析器(8)。

其中，所述电磁三通阀(1)的第一端口与气溶胶进入通道相连，电磁三通阀(1)的第二端口依次连接颗粒物过滤器(2)、毛细管(3)和质谱仪的电离区，电磁三通阀(1)的第三端口依次连接空气动力学透镜(4)和质谱仪的电离区；

质谱仪的电离区分别设置有热解吸气化器(5)、电离源(6)和离子导入器(7)；

离子导入器(7)连接质量分析器(8)。

电磁三通阀(1)能够交替切换两个进样通道。当测量气溶胶中的气体成分时，电磁三通阀将连通毛细管(3)通道，颗粒物通过颗粒物过滤器(2)移除，气体通过毛细管(3)传输到质谱仪的电离区。当完成气溶胶中气体成分的测量后，电磁三通阀(1)将连通空气动力学透镜(4)通道，颗粒物经空气动力学透镜聚焦并传输至质谱仪的电离区，而气体被真空泵抽离，进而完成颗粒物化学成分的测量。