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一種新型大氣粒子分析方法——大氣壓固體分析探針質譜

大氣中某些有機化合物被氧化后的產物是一種復雜的混合物,其中有些物質會由于蒸氣壓較低而凝結,形成難揮發性的亞微粒子,稱之為二次有機氣溶膠(Secondary Organic Aerosol,SOA) 。二次有機氣溶膠對人體健康有危害,能降低大氣能見度,通過光散射方式直接影響氣候,或通過改變云層屬性間接影響氣候。

SOA是很多復雜組分的混合物,當前的研究方法大多使用濾片或沖擊板捕集SOA中的粒子,再用溶劑萃取,然后使用GC/MS或LC/MS分析。這些方法在分析過程中可能產生一些人為的產物,對分析結果造成影響。例如,SOA中的某些組分會與電噴霧過程中的溶劑發生反應。另外,還有一些實時質譜分析方法應用于大氣成分檢測,然而,這些方法都難以全面測定SOA粒子的成分,而且,往往這些分析方法都需要利用到特殊的專業設備。

實驗方法

本文首次利用大氣壓固體分析探針質譜(Atmospheric Solids Analysis Probe Mass Spectrometry,ASAP-MS)鑒定了SOA粒子中的有機組分,實驗使用的SOA樣品一是在煙霧室內用O3或N2O5將α-蒎烯和異戊二烯氧化,二是在森林和郊區位置直接采集氣體樣品。使SOA樣品沖擊到硒化鋅板,然后使用傅立葉變換-紅外光譜分析,接著導入ASAP-MS做進一步的分析。本方法的優勢在于進行質譜分析的同時可以獲得紅外光譜數據,紅外分析后的樣品無需任何前處理即可直接導入ASAP探針。各樣品的質譜圖如下:

SOA 樣品質譜圖

上圖左邊為200℃下獲得的ASAP-MS質譜圖,右邊為隨施加于探針上熱解吸溫度升高而獲得的總離子流圖。其中a、b、c樣品為實驗室制取的SOA,d、e樣品為在森林和郊區位置采集的SOA。

總結

從本文第一次將ASAP-MS應用于SOA分析的結果來看,ASAP-MS是一種很有前途的大氣粒子中有機組分分析技術。主要優勢在于本方法前處理步驟極少,不需要特殊的專業設備,可與多種質譜儀相兼容,成本低廉,通用性較好。另外,可與其他非破壞性的檢測技術如FT-IR聯用,獲得更多的樣品信息。因此,本方法可廣泛應用于實驗室及野外分析。

備注:譯自《Atmospheric Solids Spectrometry: A New Particle Analysis》,原文發表于《Analytical Chemistry》卷82. 2010第14期;5922-5927.

下載地址:Atmospheric solids analysis.pdf
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