用于飞行时间质谱的膜进样及射频放电电离源的研究与应用

发布时间：2017-09-13 15:31

  本文关键词：用于飞行时间质谱的膜进样及射频放电电离源的研究与应用

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【摘要】：环境污染、水污染以及突发的火灾和爆炸事故中均含有大量的挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs),这些物质具有毒性和致畸致癌的作用,因此环境中VOCs的在线检测受到了极大重视。传统的分析仪器体积大、分析时间长,不适用于现场检测。而飞行时间质谱(time-of-flight mass spectrometer,TOFMS)具有结构简单、分辨率和灵敏度高、通用性好、微秒级的扫描速度等特点,在环境在线监测和工业过程在线监测等领域得到了广泛应用。首先本论文设计搭建了一台基于真空紫外(VUV)灯的单光子软电离便携式垂直加速反射式飞行时间质谱。仪器性能参数优化完成后,在m/z 78处分辨率优于1200,毛细管直接进样时,对苯的检测限(LOD)达到0.1 ppm。其次设计了一种可水冷降温的螺旋管状膜富集装置,与质谱软电离源相结合后进一步提高了仪器的检测灵敏度。利用有机物在聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜中的溶解扩散原理,对待测样品的流速、解析温度、富集时间等条件进行了优化。实验结果表明,螺旋管状膜富集与质谱直接进样相比,苯、甲苯、二甲苯三种化合物的灵敏度分别提高了32.1倍、71.8倍、157.7倍,三种化合物的检测限分别为3 ppb、6 ppb、6 ppb,在一定浓度范围内,三种物质的线性相关系数均大于0.9900。经膜富集后仪器的灵敏度能够满足室内空气苯系物的监测标准。随后开发了一种以氪气(Kr)为放电气体的无窗射频放电电离源,该电离源出射光子密度为1015光子/秒,且无光窗的设计避免了灯窗污染保证了电离源的稳定性。实验优化了放电气体的流速以及电离区放电气压。将该电离源与Tenax TA富集装置结合用于垃圾焚烧烟气中氯苯类化合物的检测中,实验结果表明,对一氯苯、1,3-二氯苯、1,2,4-三氯苯连续6 h的监测实验中,三种物质的信号强度相对标准偏差分别为7.5%、5.8%、11.1%。一氯苯、1,3-二氯苯、1,2,4-三氯苯三种物质的线性范围分别为0.5-50 ng/L、0.64-65 ng/L、0.8-80 ng/L,检测限分别达到6.4 pg/L、9.7 pg/L、15.2 pg/L(S/N10),完全能够满足实际环境中垃圾焚烧烟气中氯苯类化合物的排放检测。最后将无窗射频放电电离源用于酒醅发酵过程产物的探索中,对酒醅发酵过程进行了连续10天在线监测,记录了发酵过程中的温度、发酵溢出气的流速以及各产物的实时变化趋势。探讨了各因素对发酵产物形成的影响及各阶段物质浓度对酒品质及口感的影响,为酿酒技术的改良以及酒品质的提升提供依据。
【关键词】：便携式飞行时间质谱 软电离源 膜富集 无窗射频灯 在线监测
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH843
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 研究背景及意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.4 本论文的主要研究内容17-19
• 第2章 飞行时间质谱的搭建与调试19-32
• 2.1 引言19-20
• 2.2 仪器的工作原理和设计20-26
• 2.2.1 飞行时间质谱的工作原理20-22
• 2.2.2 真空系统22-23
• 2.2.3 进样系统23-24
• 2.2.4 电离源24-26
• 2.3 飞行时间质谱软件控制系统26-28
• 2.3.1 质谱程序加压及自动降压软件26-27
• 2.3.2 数据采集及连续监测软件27-28
• 2.4 仪器的搭建与调试28-31
• 2.4.1 skimmer孔径大小的影响29-30
• 2.4.2 仪器的分辨率和灵敏度30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 螺旋管状膜富集装置的研究32-44
• 3.1 引言32-33
• 3.2 飞行时间质谱的条件及性能33-35
• 3.2.1 电离区气压对信号强度的影响34
• 3.2.2 仪器连续运行稳定性考察34-35
• 3.3 螺旋管状膜富集装置的设计35-38
• 3.3.1 螺旋管状膜富集装置35-36
• 3.3.2 螺旋管状膜富集过程36-38
• 3.4 实验条件的优化38-40
• 3.4.1 待测样品流速对信号强度的影响38-39
• 3.4.2 解析温度对信号强度的影响39
• 3.4.3 管状膜富集时间考察39-40
• 3.5 螺旋管状膜富集装置的性能及应用40-43
• 3.5.1 螺旋管状膜富集装置重复性验证40-41
• 3.5.2 螺旋管状膜与质谱直接进样信号强度对比41-42
• 3.5.3 仪器的线性范围及检测限42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 无窗射频放电电离源的研究及其在过程监测中的应用44-54
• 4.1 无窗射频放电质谱在线监测氯苯的研究44-48
• 4.1.1 引言44-45
• 4.1.2 无窗射频放电光电离源的研究45
• 4.1.3 无窗射频光源电离性能优化45-46
• 4.1.4 无窗射频光源与直流VUV灯性能对比46-47
• 4.1.5 氯苯类化合物检出限及动态范围47-48
• 4.2 无窗射频放电质谱连续在线监测酒醅发酵产物的研究48-52
• 4.2.1 引言48-49
• 4.2.2 发酵装置49
• 4.2.3 发酵过程产物的成分分析49-50
• 4.2.4 温度和溢出气流量对物质变化趋势的影响50-51
• 4.2.5 各物质成分连续变化趋势51-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第5章 总结与展望54-56
• 5.1 研究成果及创新点54-55
• 5.2 存在的不足及下一步工作建议55-56
• 参考文献56-63
• 作者简介及科研成果63-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：844535