[发明专利]基于流动监测车的单颗粒气溶胶在线质谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及单颗粒质谱检测领域，特别涉及一种基于流动监测车的单颗粒气溶胶在线质谱检测方法。

背景技术

目前，我国灰霾发生形势相当严峻，许多大中小城市都有灰霾现象发生。灰霾天气是一种严重的灾害性天气现象，大量细颗粒物和气体污染物通过太阳光的吸收、散射或反射，降低大气能见度，影响城市空气质量，导致太阳辐射强度减弱与日照时数减少，造成农业减产。同时其还能进入人体，引发呼吸道疾病，进而对人体健康造成危害。灰霾期间气溶胶粒子化学特性的研究也越来越受到关注。因此，气溶胶粒子(或单颗粒)污染源监测仪器成为大气环境监测不可缺少的重要设备。

气溶胶的化学成分可以简单地分为水溶性无机离子、有机物和元素碳(黑碳)。目前对于大气气溶胶的元素和化学成分的分析方法有很多，主要可分为需要前处理的离线方法和无需前处理、直接进样的在线方法两种。前者主要包括电感耦合等离子质谱(ICP-MS)(例如崔明明,王雪松,张远航等.广州地区大气可吸入颗粒物的化学特征及来源解析.北京大学学报(自然科学版),2008,44(3):459-466.)和GC-MS(何凌燕,胡敏,黄晓峰等.北京大气气溶胶PM2.5中的有机示踪化合物.环境科学学报,2005,25(1):23-29.)。在线方法主要为ATOFMS(例如Whiteaker JR,Suess DT,Prather KA.Effects of meteorological conditions on aerosol composition and mixing state in Bakersfield,CA.Environmental Science and Technology.2002,36(11):2345-2353.)。离线方法可以得到气溶胶PM2.5的化学成分，但前处理的方法过程繁琐耗时，分析单个样品约需1小时，并且无法同时测得单个颗粒的粒径及化学信息，也很难得到气溶胶PM2.5在较高时间分辨率下(如数分钟)的时间变化情况。在线ATOFMS方法无需样品前处理，分析速度快，但无法实现实时在线监测及源解析。

综上，受在线和离线方法的所限，现有颗粒物研究很难实时在线同时测定单个颗粒的粒径和化学组成信息，以及来源解析，限制了对其产生机理以及相关控制技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于流动监测车的单颗粒气溶胶在线质谱检测方法，该方法可同时检出单个颗粒的粒径和化学组成信息，同时能够在无需样品前处理条件下直接快速测样，实现高通量样品分析，并且可以实现来源解析。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于流动监测车的单颗粒气溶胶在线质谱检测方法，所述方法基于一颗粒物在线质谱检测系统，该系统包括单颗粒气溶胶在线质谱仪和流动监测车，所述单颗粒气溶胶在线质谱仪设置在流动监测车上，所述方法包括以下步骤：

(1)大气中的气溶胶在大气压条件下被引入现有的单颗粒气溶胶在线质谱仪内部真空系统；在空气动力学透镜的作用下，气溶胶颗粒被聚焦成为准直颗粒束，在离开空气动力学透镜时经气体超音速膨胀进入测径区；

(2)在测径区，气溶胶颗粒连续散射两束相距已知距离的激光束，根据颗粒在这两束激光之间的渡越时间，一方面计算颗粒的空气动力学直径，另一方面触发266nm激光将颗粒物电离，同时控制电离激光的出射时间，使颗粒到达电离区中心的时候激光恰好电离气溶胶颗粒；

(3)经过电离区后，电离产生的气溶胶正负离子经现有的双极飞行时间质量分析器(TOF-MS)分别检测，同时，保存颗粒的飞行时间、散射光强度、每一个颗粒的谱图信息，利用上述信息完成质谱检测。

优选的，所述单颗粒气溶胶在线质谱检测方法还包括对颗粒物样品的来源进行解析，包括步骤：

(4-1)利用单颗粒飞行时间质谱方法，使用单颗粒气溶胶在线质谱仪直接对目标大气颗粒物的粒径和成分信息进行在线测量，得到颗粒物数浓度、颗粒物粒径谱图和颗粒物在线质谱数据；

(4-2)利用ART-2a的方法对颗粒物的成分进行分类，类别共分为元素碳颗粒、含钠钾颗粒、有机碳颗粒、元素有机碳、含金属颗粒物、含钾颗粒物、扬尘、左旋葡聚糖和其他共九类颗粒；得到不同时间分辨率下和不同粒径下的单颗粒化学成分数据；