仪器概述

高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(英文名:High-Resolution Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer;英文缩写:HR-ToF-AMS)是新版的设计,质谱仪升级为正钜阵飞行时间质谱仪。HR-ToF-AMS通过热力气化和 70eV 的离化电极电子碰撞电离,该仪器能快速、实时、定量地分析和测量粒径介于0.04-1.0微米的非高熔点(200-900oC)气溶胶的化学组成和飞行动力学等效直径。

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图1. AMS所测量化学成分质量浓度的粒径分布,A.Middlebrook等,2012。

ANMF = Ammonium Nitrate Mass Fraction

而且,该仪器也可用于基于高分辨率质谱的元素分析(碳氧比例)研究。

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图2. AMS测量各组分离子的质谱图。P. DeCarlo等. 2006

由于该仪器采用热气化分解,所以其仅能分析气溶胶中非难熔物质,如硝酸盐、硫酸盐、铵盐、有机物及非海盐类氯化物;而不能测量难熔性气溶胶物质,如黑碳、海盐及扬尘类气溶胶。若需要测量难熔性气溶胶物质请查看黑碳气溶胶质谱仪

仪器实物

AMS_Data_2008.jpg

应用范围

  • 测量环境大气中气溶胶的质量和粒径分布
  • 描述燃烧源中排放物的特性;在测量排放物中CO2的同时直接确定OC的含量。
  • 测量气溶胶硫酸盐、硝酸盐、铵盐等的涡度相关通量和没有降水过程时有机物的沉降通量。
  • 在经济的移动平台上 (如搬运车、小型飞机)测量微小气溶胶的高时间分辨率的变化特性。
  • 实验室里诊断气溶胶的物理和化学特性。

技术指标

检出限 (1分钟积分, 3σ ) :   V-模   W-模
  (有机物)    29 (ng·m-3)   320 (ng·m-3)
  (硫酸盐)    6 (ng·m-3)   64 (ng·m-3)
  (硝酸盐)    3 (ng·m-3)   32 (ng·m-3)
  (铵  盐)    58 (ng·m-3)   640 (ng·m-3)
  质量分辨率(m/Δm):   2500   5000
  质量范围(m/z):   1 - 1200   1 - 1200
气溶胶粒径范围:   40nm - 1μm (空气动力学粒径)
时间分辨率:  可调数据报告间隔,通常选用1-5分钟
 每秒高达100个质谱
 每秒高达150个空气动力学粒径谱
采样流量:  0.085 lpm (体积流速)
操作压力:  环境压力
软件:  常规数据采集和分析,可用PMF模型解析有机物部分
尺寸/重量:  104.14 cm x 83.82 cm x 134.62 cm, 175 kg
电源/能耗:  220 VAC/50Hz; 600 W

质谱结构

HighResolution.jpg

图1. 高分辨飞行质谱仪结构

标准配置

  • 1个高分辨率飞行时间质谱仪
  • 1套数据分析软件(最新版)
  • 1个标准气溶胶采样口
  • 1个仪器和电子系统安装架
  • 1个气溶胶断续装置马达
  • 1个定制可重复使用的仪器运输箱
  • 1个真空箱
  • 1台数据采集系统计算机和1台平板液晶显示器(计算机配置、操作系统版本和平板液晶显示器的具体规格将在签订购买合同时决定)
  • 5个涡轮真空泵
  • 1套数据采集和仪器控制软件(最新版)

参考文献

  1. Jayne, J.T., D.C. Leard, X. Zhang, P. Davidovits, K.A. Smith, C.E. Kolb, and D.R.Worsnop, Development of an Aerosol Mass Spectrometer for Size and Composition. Analysis of Submicron Particles, Aerosol Science and Technology, 33, 49-70, 2000.
  2. Jimenez, J.L., J.T. Jayne, Q. Shi, C.E. Kolb, D.R. Worsnop, I. Yourshaw, J.H. Seinfeld, R.C. Flagan, X. Zhang, K.A. Smith, J. Morris, and P. Davidovits, Ambient Aerosol Sampling with an Aerosol Mass Spectrometer. Journal of Geophysical Research - Atmospheres, 108(D7), 8425, doi:10.1029/2001JD001213, 2003.
  3. DeCarlo, P.F., J.R. Kimmel, A. Trimborn, M.J. Northway, J.T. Jayne, A.C. Aiken, M. Gonin, K. Fuhrer, T. Horvath, K. Docherty, D.R. Worsnop, and J.L. Jimenez, Field-Deployable, High-Resolution, Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer, Analytical Chemistry, 78: 8281-8289, 2006.
  4. Canagaratna, M.R., J.T. Jayne, J.L. Jimenez, J.D. Allan, M.R. Alfarra, Q. Zhang, T.B. Onasch, F. Drewnick, H. Coe, A. Middlebrook, A. Delia, L.R. Williams, A.M. Trimborn, M.J. Northway, P.F. DeCarlo, C.E. Kolb, P. Davidovits, D.R. Worsnop, Chemical and Microphysical Characterization of Ambient Aerosols with the Aerodyne Aerosol Mass Spectrometer, Mass Spectrometry Reviews, 26, 185– 222, 2007.
  5. Drewnick, F., S.S. Hings, P.F. DeCarlo, J.T. Jayne, M. Gonin, K. Fuhrer, S. Weimer, J.L. Jimenez, K.L. Demerjian, S. Borrmann, D.R. Worsnop. A new Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer (ToF-AMS) – Instrument Description and First Field Deployment, Aerosol Science and Technology, 39:637–658, 2005