ACSM
基于与气溶胶质谱仪(Aerodyne-AMS)相同的技术开发的气溶胶化学组分在线监测仪(ACSM) 舍去了气溶胶质谱仪的粒径筛选功能,并采用商业级的四极杆质谱仪,相对而言体积小、价格低、维护简单、易于操作,使其更适用于长期无人照看的日常监测应用。
新版的ACSM可以测量PM2.5的化学组成,并可以实时输出常用格式(.csv,.dat)的化学组分浓度数据和仪器状态参数。便于数据上传到监测平台,更为简洁方便。
mini-AMS
CToF-miniAMS是在HToF-AMS的浓缩版,保留了AMS的粒径筛选功能和C-ToF的质荷比测量区间和分辨率,但是真空系统采用Pfeiffer的SplitFlow(TM) Pump,极大地减小了AMS的体积和重量,更加适用搬运和维护,价格相对便宜。
图5. CToF-miniAMS
AMS
气溶胶质谱仪由位于美国马萨诸塞州比尔瑞卡市(Billerica, Massachusetts, USA)的"飞行器研究公司"(Aerodyne Research, Inc.)制造。它采用分粒径采样技术和质谱技术,是目前能够定量、实时地分析和测量气溶胶化学组分的质量浓度及其粒径分布的商用气溶胶质谱仪。该仪器被广泛安装在观测站点、移动实验室、船舶和飞机平台;目前已经有超过200 台AMS 应用于工业生产、科研单位和政府部门。
根据安装部件的不同,气溶胶质谱仪可以分为多种机型,目前使用广泛的主要为
图2.高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(嵌入黑炭模块)
可选部件:
- 热力熔蚀系统(TDS):热力熔蚀系统可以辅助检测挥发性有机气溶胶。热力熔蚀系统只对气溶胶样品进行前处理,可用于所有型号的AMS 自动采样系统和其它气溶胶采样系统。该部件可以独立运行,与其它测量仪器联用。
- 二次颗粒物氧化生成反应器(PAM):二次颗粒物氧化生成反应器通过准确控制温度、相对湿度、氧化剂浓度与相互比例等参数,在反应腔内产生一个已知的高氧化环境,能够以分钟为时间分辨率模拟大气环境中气体前体物生成的氧化过程。该设备还能够与许多气溶胶观测设备搭配使用,是一次气溶胶非均相氧化研究与二次气溶胶生成研究的重要工具。
应用范围
- 气候变化和空气质量研究;
- 有机气溶胶定量分析:分离并定量分析有机组分,包括HOA(碳氢有机气溶胶,主要为一次燃烧排放)和OOA(氧化气溶胶,为二次气溶胶主要来源);
- 可安装于车、船和飞机等监测平台实施移动观测;
- 可以满足烟雾研究高达100Hz 的快速响应要求;
- 烟雾箱试验研究;
- 燃烧源排放监测和源特征分析;
技术指标
质谱仪类型 | 检测限 (ng·m-3) | 质量分辨率 (m/Δm): | 质量范围 (m/z): |
Q-AMS | 32 | 300 | 1 - 300 |
C-ToF-AMS | 1.2 | 800 | 1 - 1000 |
CToF-miniAMS | 1.2 | 800 | 1 - 1000 |
HR-ToF-AMS SP-AMS |
2.9 | 2500 | 1 - 1200 |
HR-ToF-AMS SP-AMS |
32 | 5000 | 1 - 1200 |
L-ToF-AMS LToF-SP-AMS |
8000 | 1 - 1200 | |
检出限为1分钟积分,3σ;且依化学成分而变化。表中所列为硝酸盐的检测限(大约有机物为其10倍,硫酸盐为其2倍,铵盐为其20倍 ),其它成分检测限详见各类型仪器章节。 |
工作原理
图6.AMS的工作原理图
美国飞行器公司(Aerodyne)制造的气溶胶质谱仪(Aerodyne Aerosol Mass Spectrometer,AMS)应用高真空(10-5 Torr)和质谱技术,以及最新的气溶胶采样技术,能够实时在线分析亚微米(Dp: 40-1000nm)气溶胶颗粒中化学组分的含量及其粒径分布特征。AMS的主要结构分为三部分(如图所示):1. 气溶胶进样部分;2. 气溶胶粒径筛选部分;3. 化学组分检测部分。
气溶胶质谱仪使用动力学透镜采集亚微米粒径的气溶胶粒子,并聚焦成直径大约为百微米级的气溶胶束。气溶胶束中的粒子在到达恒温为600℃的高温炉时,其中的非难熔性物质被瞬间气化。气化的物质经过电子轰击电离后,再送入质谱仪进行分析。