一种气态硫酸及硫酸盐的检测方法及检测用离子源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种气态硫酸及硫酸盐的检测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国大部分地区大气污染日趋严重，大气能见度急剧下降，重靈锁城事件 频繁发生，大气气溶胶定性与定量的研究渐显重要。而通常认为气溶胶硫酸盐是气溶胶的 首要成分之一，并通过参与太阳与陆地之间的福射和云的形成影响气候变化。所W准确测 定气态硫酸有助于理解大气气溶胶新粒子形成机理和气溶胶数浓度。
[0003]化学电离质谱法测定硫酸的原理是通过离子源生成N03，再与H2SO4反应生成 服〇4(E1)，进入质谱检测。目前广泛使用的方法是用放射性离子源巧日Am-241)及X-Ray 等有害放射性物质轰击气态硝酸并使其带电进而与硫酸反应，从而测定硫酸。但由于日益 增加的放射性材料安全问题W及硝酸的强腐蚀性，长期使用或者意外泄露会对质谱仪使用 者及其硬件造成不可挽回的损害。
[0004]
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【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种安全、无放射性材料 的检测方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供了一种气态硫酸及硫酸盐的检测方法，包括W下 步骤： (1) 空气在高压电下电离产生0及〇2; (2) N02与0及02离子反应产生NO3反应离子； (3 )N03反应离子与Η2SO4反应产生服04; (4)通过质谱仪检测服〇4。
[0007]本发明还提供了产生上述Ν03反应离子的离子源，包括不诱钢针、空气Ξ通阀、NO2 Ξ通阀、托管；不诱钢针下端接-1700V电压，上端伸入空气Ξ通阀下端，空气Ξ通阀的下端 通过托管绝缘密封；空气Ξ通阀的上端与ΝΟζΞ通阀的下端相连通；离子源通过NO2^通阀 的上端与离子分子反应室相连通。
[0008] 其中，空气Ξ通阀与ΝΟζΞ通阀通过两根不诱钢管相连。空气Ξ通阀采用PFAΞ 通阀；Ν02二通阀义用不诱钢二通阀。
[0009] 空气Ξ通阀与ΝΟζΞ通阀的管径大小为6. 4mm;不诱钢管的外径为6. 4mm、长为 25mm;不诱钢针的针尖与托管之间的间隙为1. 5mm。
[0010] 本发明相比现有技术具有W下优点： 1、本发明不采用放射源，使用电晕放电法，有利于健康安全。
[0011] 2、本发明不用硝酸作为试剂离子，而通过两步由零空气和N02共同产生稳定的 n〇3，有效地防止了hn〇3污染仪器硬件。
[0012] 3、本发明具有成本低廉、结构简易且牢固和适合于外场观测等优点。传统的大气 离子源化学电离质谱法(API-CIMS)采用大直径的进样口（~10cm)减少管壁损失，高采样流 速（〉10SLPM)维持离子分子反应区的层流状态。基于高分辨率飞行时间质谱的新型电晕 放电法不使用离子源，具有高度灵活性。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明离子源的结构示意图； 图2为采用本发明检测方法进行气态硫酸检测的质谱仪谱图。
[0014] 图中，1-不诱钢针，2-空气Ξ通阀，3-ΝΟ2Ξ通阀，4-托管，5-不诱钢管。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0016] 如图1所示，本发明电晕放电离子源主要由一个30毫米长的不诱钢针1，一个6. 4 毫米世韦洛克生产PFA材质的空气Ξ通阀2和一个6. 4毫米世韦洛克生产的不诱钢材质的 N02^通阀3组成，通过两根长25mm，外径6. 4mm的世韦洛克不诱钢管5连接。不诱钢针1 是由托管4绝缘密封，针尖和管之间的间隙为1. 5mm。给不诱钢针1施加约-1700V电压，使 其放电，不诱钢管5经过一个1.0Μ的电阻接地。电晕放电的电流保持在~1.6mA，使得试 剂离子浓度保持稳定。空气Ξ通阀2的左端通入0. 42SLPM的零空气，即作为保护气又是 试剂气体。ΝΟζΞ通阀3的左端通入0. 38SLPM，200卵mv的NO2,产生N03离子，同时与0H 自由基W及其他一些不稳定主要离子反应生成N03和HN03,消除对实验的干扰。电晕放电 离子源经过一个3.2mm的不诱钢管件接入离子分子反应室。在离子分子反应室的进样口前 加上一个聚四氣乙締针孔，用于控制进样流速保持在1.94SLPM。离子分子反应室的压力控 制在93mba;r，从而离子分子反应时间约为0.Is。产生的N03在离子分子反应室内与Η2SO4 反应产生服〇4，通过质谱仪能有效检测到服〇4，如图2所示为用于质谱仪获得的谱图（200 质量单位)。其中的Ν03为主要产生离子，HS04是反应产生的硫酸信号。
【主权项】
1. 一种气态硫酸及硫酸盐的检测方法，其特征在于：所述检测方法包括以下步骤： (1) 空气在高压电下电离产生0及0 2 ; (2) 勵2与0及0 2离子反应产生NO3反应离子； (3) N03反应离子与Η#04反应产生HS0 4 ; (4) 通过质谱仪检测HS04。2. -种气态硫酸及硫酸盐检测用离子源，所述离子源用于产生权利要求1所述的 N03反应离子；其特征在于：所述离子源包括不锈钢针、空气三通阀、NO2三通阀、托管；所述 不锈钢针下端接-1700V电压，上端伸入所述空气三通阀下端，空气三通阀的下端通过所述 托管绝缘密封；所述空气三通阀的上端与~0 2三通阀的下端相连通；所述离子源通过所述 N02三通阀的上端与离子分子反应室相连通。3. 根据权利要求2所述的离子源，其特征在于：所述空气三通阀与NO2三通阀通过两根 不锈钢管相连。4. 根据权利要求2所述的离子源，其特征在于：所述空气三通阀采用PFA三通阀；所述 N02三通阀采用不锈钢三通阀。5. 根据权利要求3所述的离子源，其特征在于：所述空气三通阀与NO2三通阀的管径大 小为6. 4mm;所述不锈钢管的外径为6. 4mm、长为25mm;所述不锈钢针的针尖与托管之间的 间隙为1. 5mm。
【专利摘要】本发明公开了一种气态硫酸及硫酸盐的检测方法及检测用离子源。本发明检测方法包括以下步骤：（1）空气在高压电下电离产生O-及O2-；（2）NO2与O-及O2-离子反应产生NO3-反应离子；（3）NO3-反应离子与H2SO4反应产生HSO4-；（4）通过质谱仪检测HSO4-。本发明检测方法无放射性材料，不实用腐蚀性硝酸气体，更加安全。
【IPC分类】G01N27/68, H01J49/10
【公开号】CN105403616
【申请号】CN201510725645
【发明人】郑军, 杨栋森, 马嫣
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月8日