真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪的研制.pdf

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1、第39卷分析化学(FENXIHUAXUE)仪器装置与实验技术第1O期2011年10月ChineseJournalofAnalyticalChemistry147O～1475DOI：10．3724／SP．J．1096．2011．01470真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪的研制谭国斌高伟黄正旭洪义傅忠L董俊国程平周振’(上海大学环境与化学工程学院，上海200444)(广州禾信分析仪器有限公司，广州510530)摘要研制了真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪(Vacuumultravioletsinglephotonioniz

2、ationtime-oFflightmassspectrometer,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(Volatileorganiccompounds，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(Fullwidthathalfmaxi—mum,FWHM)，质量精

3、度优于1．0X10_。。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～，0．27×10～，0．42×10和0．11×10一。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。关键词真空紫外单光子电离；软电离；飞行时间质谱仪；挥发性有机物；在线检测1引言挥发性有机化合物(VOCs)在大气环境中臭氧及气溶胶的形成过程中起作用0]。来源于人为活动及工业排放的VOCs

4、有300多种，对大气、环境和人类健康造成严重影响。常用的检测VOCs方法为预富集、热脱附气相色谱质谱法等。这些方法样品的前处理过程复杂、耗时长，不能满足快速、直接、在线检测的要求。发展用于实时、在线的质谱检测方法已成为VOCs检测技术的主要发展方向。飞行时间质谱仪(TOFMS)以其快速检测速度、高分辨率、宽质量范围、高离子传输率、高灵敏度等众多优点，广泛应用于环境监测、工业检测、生物分析等领域。特别是TOFMS高分辨和高精度的特点，能为快速定性气体成分提供重要手段。同时，伴随着众多电离技术嘲，如光电离[6、电喷雾。~等的发展

5、和成熟，飞行时间质谱技术将在环境监测领域发挥重要作用。紫外光电离是一种单光子阈值软电离技术，可将电离能低于其发射光子单光子能量的VOCs电离成分子离子。目前，紫外光电离技术已能与多种质量分析器联用，并已实现对柴油发动机排放废气、汽油等多种气体中VOCs的实时在线监测及定性与定量分析[13,14]，其检出限可达到1×10[15或1×10级[16]，能够满足环境监测领域在线检测需求。若与膜富集、加热进样装置或吹扫捕集系统等联用，仪器灵敏度还可进一步提高到1×10。级。本研究将真空紫外光电离源与垂直加速反射式飞行时间质量分析器联用

6、，研制了真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪，并采用毛细管直接进样方式，实现了对VOCs的快速、在线检测。与传统电子轰击源(70eV)质谱仪相比，本仪器检测的分子离子信号响应高，基本无碎片离子产生，适合样品的定性检测。结果表明，本仪器能够检测出香烟主流烟气中6O多种有机化合物，对于羰基化合物、环烷烃化合物、脂类化合物、苯系物等各类VOCs的检测都有较强的分子离子峰信号响应。2实验部分2．1实验装置及试剂利用模拟固定释放源装置对仪器性能进行测试。该装置包括载气(N)、标准气体、减压阀、压力表、M3030V气体质量控制流量计(韩

7、国INTEcH公司)、DB80气体质量控制流量计显示器(大连北方测201卜06-13收稿；201卜07-07接受E-mail：zhouzhen@shu．edu．cn第10期谭国斌等：真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪的研制控工程有限公司)；气体混合器(自制)，各元器件通过聚四氟乙烯管(内径4mm)、三通接头等连接，如图l所示。实验所用标准气体丙酮(200×10)、乙酸乙酯(200X10)、环己烷(200X10)、甲苯(200×10)、载气高纯氮气(99．99％)均由广州世源气体有限公司提供。2．2实验方法通过气体质量控制流

8、量计控制标准气体与载气(N)的流量比值改变释放气体浓度，将混合后的气图1模拟固定释放源装置示意图体接入进样系统进样口，即可对排放气体进行检测。Fig．1Simulationdevicesystemofstationaryemission3结果与讨论SOUrces3．1仪器的结构仪器整机示意