本發(fā)明屬于氣溶膠顆粒多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)在線(xiàn)檢測(cè)，特別是涉及一種面向氣溶膠多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的紙噴霧電離在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)氣溶膠是大氣顆粒物的重要組成部分，對(duì)空氣質(zhì)量具有重要影響。其形成和轉(zhuǎn)化過(guò)程涉及復(fù)雜的多相氧化反應(yīng)，會(huì)改變有機(jī)氣溶膠的質(zhì)量和化學(xué)組成，進(jìn)而影響其環(huán)境效應(yīng)。通過(guò)對(duì)氣溶膠多相氧化反應(yīng)的研究，可以深入了解這些反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)過(guò)程，為預(yù)測(cè)和控制大氣污染提供科學(xué)依據(jù)。氣溶膠多相氧化反應(yīng)產(chǎn)物的微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)是顆粒氧化實(shí)驗(yàn)的核心部分，旨在解析反應(yīng)物和產(chǎn)物的詳細(xì)信息，以及這物質(zhì)隨時(shí)間和溫度等條件變化的動(dòng)力學(xué)特性。

2、氣溶膠多相氧化反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)探測(cè)手段多采用質(zhì)譜分析。與其他檢測(cè)方法相比，質(zhì)譜分析技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)物及復(fù)雜中間體的詳細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)及其演變細(xì)節(jié)。其中，在線(xiàn)質(zhì)譜技術(shù)在快速分析和實(shí)時(shí)反應(yīng)檢測(cè)方面具有較大優(yōu)勢(shì)，使得其對(duì)復(fù)雜多相反應(yīng)體系的原位檢測(cè)成為可能。與收集反應(yīng)產(chǎn)物之后，再進(jìn)行信息分析的離線(xiàn)手段相比，在線(xiàn)質(zhì)譜可以其反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行完整地實(shí)時(shí)檢測(cè)，進(jìn)而可以對(duì)多相氧化反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行深入的研究。

3、通過(guò)質(zhì)譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于反應(yīng)產(chǎn)物的高效穩(wěn)定離子化過(guò)程。目前的在線(xiàn)質(zhì)譜技術(shù)主要有電噴霧電離質(zhì)譜、質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜以及大氣壓化學(xué)電離質(zhì)譜。這些質(zhì)譜技術(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)時(shí)在線(xiàn)分析各有利弊。比如，電噴霧電離(esi)是許多有機(jī)物質(zhì)質(zhì)量分析中首選的離子產(chǎn)生模式。電噴霧電離的結(jié)構(gòu)組成主要包括高壓電噴霧毛細(xì)管、輔助霧化裝置、去溶劑化裝置以及真空接口系統(tǒng)。高壓電噴霧毛細(xì)管負(fù)責(zé)在高壓電場(chǎng)作用下將樣品溶液噴出形成帶電液滴，輔助霧化裝置通過(guò)提供強(qiáng)剪切力或超聲作用促進(jìn)液滴的霧化。去溶劑化裝置利用加熱或輔助氣體蒸發(fā)溶劑，使液滴中的離子逐漸暴露并轉(zhuǎn)化為氣相離子。最后，真空接口系統(tǒng)將這些氣相離子引入質(zhì)譜儀進(jìn)行進(jìn)一步分析，確保分析的準(zhǔn)確性和靈敏度。這些組件協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了從樣品溶液到氣相離子的高效轉(zhuǎn)化，為質(zhì)譜分析提供了重要的離子源。然而，由于在大多數(shù)環(huán)境中濃度較低(約10μg/m3)，電噴霧離子化(esi)在氣溶膠顆粒分析中的應(yīng)用一直很受限。氣溶膠質(zhì)譜儀通常采用分析物揮發(fā)，然后進(jìn)行電子電離或化學(xué)電離，這可能會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)程度的分析物碎裂。隨著一系列基于esi的新方法的提出，有助于拓展其在顆粒相產(chǎn)物分析的應(yīng)用。he等人(anal.chem.87(2015)6752-6760)提出了靜電沉淀電噴霧電離(ep-esi)方法，該方法利用單極電離對(duì)氣溶膠顆粒充電預(yù)處理，靜電沉淀將顆粒收集在鎢棒尖端，隨后通過(guò)在棒上流動(dòng)液體，對(duì)組成收集顆粒的物質(zhì)進(jìn)行esi和質(zhì)量分析。此外，電噴霧萃取電離(eesi，科學(xué)通報(bào),(2012)1918-1927)技術(shù)也是近年發(fā)展起來(lái)的一種對(duì)復(fù)雜基體樣品進(jìn)行直接質(zhì)譜分析的新興離子化技術(shù)，該技術(shù)能對(duì)液體、氣溶膠、固體表面、黏性樣品等不同形態(tài)樣品進(jìn)行分析。在高壓電場(chǎng)作用下，樣品溶液形成帶電液滴；這些液滴與目標(biāo)樣品中的中性液滴發(fā)生碰撞和萃取作用，形成包含目標(biāo)分析物的帶電液滴；隨著溶劑的蒸發(fā)和液滴的裂變，目標(biāo)分析物以氣相離子的形式進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)和分析。

4、根據(jù)上述背景可知，氣溶膠多相氧化反應(yīng)的研究關(guān)鍵在于復(fù)雜產(chǎn)物的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。目前，實(shí)現(xiàn)這一目的的主要方式為質(zhì)譜分析技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵在于復(fù)雜產(chǎn)物的高效穩(wěn)定離子化，進(jìn)而基于質(zhì)譜儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行高精度的定性定量分析。復(fù)雜產(chǎn)物的離子化需要借助離子源裝置，比如，he等人(anal.chem.87(2015)6752-6760)提出了靜電沉淀電噴霧電離(ep-esi)方法，該方法需要對(duì)氣溶膠顆粒預(yù)先加高電壓預(yù)處理，可能會(huì)對(duì)反應(yīng)體系造成損害；此外，該方法需要至少兩臺(tái)高壓電源設(shè)備，導(dǎo)致整套裝置復(fù)雜。電噴霧萃取電離(eesi，科學(xué)通報(bào),(2012)1918-1927)技術(shù)雖然無(wú)需對(duì)氣溶膠顆粒進(jìn)行預(yù)處理，但是該技術(shù)需要對(duì)溶劑施加約1.4mpa的噴霧氣壓。這樣主要目的是保證穩(wěn)定的噴霧氣流和質(zhì)譜信號(hào)，但是這造成了整體裝置的復(fù)雜化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種面向氣溶膠多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的紙噴霧電離在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溶膠反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)，導(dǎo)致對(duì)氣溶膠多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理解不夠全面；檢測(cè)復(fù)雜化學(xué)組分時(shí)精度不足，難以實(shí)現(xiàn)分子級(jí)別的高精度表征；預(yù)處理步驟復(fù)雜，對(duì)氣溶膠多相氧化反應(yīng)產(chǎn)物造成損害，并加速可能的二次反應(yīng)，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；設(shè)備復(fù)雜性高，現(xiàn)有質(zhì)譜離子化方案在結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和操作靈活性上存在不足，導(dǎo)致設(shè)備操作難度大，維護(hù)成本高；檢測(cè)低濃度氣溶膠顆粒時(shí)靈敏度不足，且在長(zhǎng)期連續(xù)檢測(cè)中穩(wěn)定性不佳等問(wèn)題。

2、本發(fā)明第一方面提供了一種面向氣溶膠多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的紙噴霧電離在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)，包括紙噴霧電離組件、氣溶膠反應(yīng)物和產(chǎn)物通道和在線(xiàn)檢測(cè)裝置，所述紙噴霧電離組件包括可調(diào)節(jié)組件、夾持組件和紙噴霧基質(zhì)，所述夾持組件遠(yuǎn)離夾口的一端與所述可調(diào)節(jié)組件連接，所述夾持組件的夾口端與所述紙噴霧基質(zhì)連接；還包括液體輸送裝置，所述液體輸送裝置與所述紙噴霧基質(zhì)連接；所述夾持組件與電源連接；所述紙噴霧基質(zhì)和所述在線(xiàn)檢測(cè)裝置在同一直線(xiàn)上，且所述紙噴霧基質(zhì)的噴霧端與所述在線(xiàn)檢測(cè)裝置的進(jìn)樣端之間的距離為d1；所述紙噴霧基質(zhì)和所述氣溶膠反應(yīng)物和產(chǎn)物通道在同一豎直方向上，且所述紙噴霧基質(zhì)的噴霧端與所述氣溶膠反應(yīng)物和產(chǎn)物通道的出口端之間的距離為d2。

3、本發(fā)明第二方面提供了一種面向氣溶膠多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的紙噴霧電離在線(xiàn)檢測(cè)方法，包括如下步驟：

4、1)調(diào)整可調(diào)節(jié)組件，移動(dòng)紙噴霧基質(zhì)的位置，使其與在線(xiàn)檢測(cè)裝置的進(jìn)樣端在同一直線(xiàn)上，啟動(dòng)所述液體輸送裝置向紙噴霧基質(zhì)輸送溶劑，待紙噴霧基質(zhì)潤(rùn)濕后，啟動(dòng)并調(diào)整電源的電壓值，使紙噴霧基質(zhì)的噴霧端產(chǎn)生噴霧，待噴霧穩(wěn)定后，可按需再次微調(diào)可調(diào)節(jié)組件，以獲得穩(wěn)定的質(zhì)譜本底信號(hào)；

5、2)在獲得步驟1)所述的穩(wěn)定的質(zhì)譜本底信號(hào)后，通過(guò)氣溶膠反應(yīng)物和產(chǎn)物通道輸送氣溶膠反應(yīng)產(chǎn)物，使其與步驟1)中所述的噴霧混合，其中的中性分子被電離成離子后，進(jìn)入在線(xiàn)檢測(cè)裝置進(jìn)行分析檢測(cè)。

6、本發(fā)明第三方面提供了一種面向氣溶膠多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的紙噴霧電離在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的成分檢測(cè)方法。

7、檢測(cè)對(duì)象為：氣溶膠反應(yīng)物及其氧化產(chǎn)物；

8、質(zhì)譜條件為：電離方式：紙噴霧電離；鞘氣流量：1～2arb；輔助氣流量：3～5arb；吹掃氣流量：3～5arb；離子傳輸管溫度：300～400℃；掃描質(zhì)量范圍：50～1000da；質(zhì)量分辨率：200da時(shí)為500000。

9、本發(fā)明具有以下有益效果：

10、(1)高時(shí)間分辨率：實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溶膠多相氧化反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)，提供對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的全面理解。

11、(2)高檢測(cè)精度：通過(guò)耦合紙噴霧電離技術(shù)和超高分辨質(zhì)譜技術(shù)，顯著提升了對(duì)氣溶膠中復(fù)雜化學(xué)組分的檢測(cè)精度，達(dá)到分子級(jí)別的高精度表征。

12、(3)簡(jiǎn)化樣品制備：無(wú)需加熱或其他復(fù)雜的預(yù)處理步驟，減少了對(duì)氣溶膠多相氧化反應(yīng)產(chǎn)物的損害，避免了二次反應(yīng)的加速，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

13、(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)便：優(yōu)化設(shè)計(jì)使得裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，適用于多樣化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，具有高可實(shí)現(xiàn)性；通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升了操作的靈活性和便捷性，確保裝置在長(zhǎng)期、連續(xù)的在線(xiàn)檢測(cè)中穩(wěn)定運(yùn)行。

14、(5)高靈敏度和穩(wěn)定性：提高了對(duì)低濃度氣溶膠顆粒的檢測(cè)靈敏度，并在長(zhǎng)期連續(xù)檢測(cè)中保持高穩(wěn)定性；能夠準(zhǔn)確揭示氣溶膠多相氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究和多相反應(yīng)體系的全面解析提供有力技術(shù)支持。