基于离子阱质谱的仪器研制及乙二酸参与气溶胶成核的理论研究

发布时间：2021-03-09 09:41

　　大气气溶胶会对地球气候、太阳辐射、云和雨的形成、大气可见度和人类身体健康造成一定的影响。新粒子的生成是大气气溶胶和云凝结核的重要来源,新粒子的生成主要包含成核和生长两个阶段。成核阶段在新粒子生成中起着十分重要的作用,决定着新粒子的生成速率。目前,对新粒子形成机理的认识还不够全面,原因主要在于检测技术的局限性和大气环境的复杂性。因此,除了理论计算和模型模拟等研究方法,研制相关的仪器来获得团簇的结构和组分信息,对于从微观上研究新粒子生成机制显得尤为重要。本项工作主要从理论计算研究和实验仪器的研制进行了展开,内容如下:1.基于Basin-Hopping算法结合密度泛函理论对乙二酸与氨形成的团簇及其水合团簇结构进行了研究,并进一步探讨了团簇的结构稳定性、热力学属性、电子密度与非共价相互作用、温湿度对团簇形成的影响以及光学特性等。发现质子转移对团簇稳定性起着重要的作用,H2C2O4-NH3团簇在大气中可能的浓度为每立方厘米含8.02×105分子,且（H2C2O4）（NH3）2核的一水合物和二水合物含量相对较丰富,这些团簇可能对大气气气溶胶成核有贡献。2.基于线性离子阱质量分析器设计和搭建了一台电... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２大气气溶胶新粒子生成的两个主要阶段??

团簇的成分。质谱的原理是：离子源先将物质电离成带电的小液滴，然后通过质??量分析器来实现质荷比的分离。质谱仪主要包括：进样系统，离子源，质量分析??器，检测系统，数据采集系统，真空系统和电路系统等几个部分，如图１．４所示。??１９１９年，Ａｓｔｏｎ测定了粒子流强度和相对质量，相应的仪器被称为世界上第一台质??谱仪［４８］。上世纪３０年代开始，离子光学理论的发展，使得质谱仪器的性能得到较??大的改善。第一台Ｍａｔｔａｕｃｈ－Ｈｅｒｚｏｇ双聚焦磁质谱仪是在１９５７年由英国联电科学仪??器公司（ＡＥＩ）生产的。飞行．时间（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）、四极杆（Ｑｕａｄｐｏｌｅ）、离子回旋共??振（ＩＣＲ）以及离子阱（Ｉｏｎ?Ｔｒａｐ）这些质量分析器的出现，和电喷雾电离源（ＥＳＩ）、基??质辅助激光解析电离源（ＭＡＬＤＩ）、电感耦合等离子体（ＩＣＰ）、化学电离源（ＣＩ）等离??子源的发展，使得质谱仪得到快速的发展。??６??

乙二酸可能能与多达四个氨分子自发形成团簇，随着氨分子数目增加，后续??的团簇较难自发形成。??另外，在图２．３中，从（Ｈ２Ｃ２〇４ＸＮＨ３）ｎ?（ｎ?＝?１￣６）簇的最稳定结构的ＡＧ在??１００Ｋ到４＼）０Ｋ的整个温度范围内不断增加，由此可以预测最稳定结构的稳定性??随着温度的升高逐渐变低。另一方面，这些团簇可能在低温条件下更容易形成。??－１０－，??１，ｉ??采－６０?－?＾?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｒｏｍ?ｇｌｏｂａｌ?ｍｉｎｉｍｕｍ?ｆｏｒ?ｒｖ＝２??０ｇ?Ｊ?＾?丨＿．丨■丨▲．?■?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｒｏｍ?ｇｌｏｂａｌ?ｍｉｎｉｍｕｍ?ｆｏｒ?ｎ＝３??一?－?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｒｏｍ?ｇｌｏｂａｌ?ｍｉｎｉｍｕｍ?ｆｏｒ?ｎ＝４??－７〇?二?■＂■４?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｒｏｍ?ｇｌｏｂａｌ?ｍｉｎｉｍｕｍ?ｆｏｒ?ｎ＝５??〇?－７５?－?？—?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｆｒｏｍ?ｇｌｏｂａｌ?ｍｉｎｉｍｕｍ?ｆｏｒ?ｎ＝６?：??〇?＿８０?－｜—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—？—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—ｉ??５０?１００?１５０?２００?２５０?３００?３５０?４００?４５０??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（Ｋ）??图２．３温度对（Ｈ２Ｃ２０４）（ＮＨ３）ｎ?（ｎ?＝?１－６）团簇最低能结构的吉布斯自由能的变化，结构是基于??ＰＷ９ｌＰＷ９ｌ／６－３１１＋＋Ｇ（３ｄｆ，３ｐｄ）水平计算的。??２．２．４温度对团簇丰度分布的影响??从以前的研宄来看［３２］

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3072662