仪器概述
长飞行时间气溶胶质谱仪（英文名：Long Time-of-Flight High Resolution Aerosol Mass Spectrometer；英文缩写：L-ToF-AMS）是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。通过热力气化和电子碰撞电离,超高分辨质谱仪检测，该仪器能快速、实时、定量地分析粒径界于0.04-1.0微米气溶胶中非高熔点（200-900℃）物质的化学组成和飞行动力学等效直径。它能够连续、快速地测量所有样本粒子的质谱。该设备采用长型质谱仪，具有超高分辨率特性，最高质量高分辨率可达8000 M/ΔM，同时仪器还有快速响应特性，响应速度可达100Hz，可用于气候变化、空气质量、气溶胶化学组分分析以及环境监测与粒子来源解析等研究。
仪器实物
图1. 长飞行时间气溶胶质谱仪
应用范围
- 测量环境大气中气溶胶的质量和粒径分布
- 气候变化与空气质量研究；
- 有机气溶胶定量与分析；
- 实验室里诊断气溶胶的物理和化学特性；
- 描述燃烧源中排放物的特性；
- 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；
- 实验室里诊断气溶胶的物理和化学特性；
- 分析气溶胶供给系统（例如定量的药物吸入器）中不同大小颗粒物的化学成分；
- 气溶胶来源解析
技术指标
- 具有超高分辨率,可达8000 M/ΔM，远高于同类设备；
- 实现对气体和粒子地有效分离；
- 快速响应，质谱响应达100Hz；
- 能够对单个粒子谱进行测量；
性能展示
图2. 峰形与其它质谱仪的对比
图3. 在不同质荷比的分辨率与其它质谱仪对比
可选部件：
- 气溶胶光散射检测模块：光散射检测模块提供粒径 >200nm 粒子的相关参数，如粒子密度和气溶胶粒子混合状态（内混/外混）。此模块可以安装于四极杆气溶胶质谱仪和飞行时间气溶胶质谱仪；当与飞行时间气溶胶质谱仪结合使用时，可以真正测量到单个气溶胶的质谱。
- 黑碳检测模块：黑碳检测模块由本公司与粒子测量公司（Droplet Measurement Technologies）联合开发。模块采用连续工作的1064nm 内腔激光器。含有黑碳的粒子（或者其它可吸收物质）会在 AMS 的离子化室内汽化。除了标准AMS 所测量的组分外，还可以检测碳簇（包括富勒烯）。此模块兼容所有型号的 AMS。
- 负离子测量模块（飞行时间质谱）：负离子检测模块选择性地检测稳定的负离子，如硫酸盐、硝酸盐、羧酸等。灵敏度相比电子碰撞电离低1000。此模块通过控制软件可与标准的电子 撞击电离模块交互使用，并可用于其它产生负离子的电离系统。此模块只兼容ToF 质谱系统。
- 以上部件可以安装在现有的气溶胶质谱仪上，但总体目标是增强粒径、化学组成和气溶胶粒子密度的快速实时测量能力。
- 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。