仪器概述

黑碳气溶胶质谱仪（英文名：Soot Particle - Aerosol Mass Spectrometer，英文缩写：SP-AMS）是由位于美国马萨诸塞州比尔瑞卡市（Billerica, MA, USA）的“飞行器研究”公司（Aerodyne Research, Inc.）制造。通过激光剥离、热力气化和质谱分析技术，该仪器能够对 0.04 - 1.0 微米的气溶胶中的黑炭和化学组成进行实时、在线测量，具有高精确性、高分辨率和高灵敏度等特点。飞行器研究公司制造的“黑碳气溶胶质谱仪”是目前世界上唯一能够实时、定量地分析和测量气溶胶黑炭和化学组成的商用仪器。可安装在汽车、船舶、飞机等平台上研究气溶胶的粒径分布和化学组成。

SP-AMS.jpg

技术指标

检出限 (1分钟积分,3σ):   V-模  W-模
 (黑炭)   30 ng·m-3  ---
 (有机物)   60 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
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
气溶胶粒径范围：   40nm - 1μm（空气动力学粒径）
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：  220VAC/50Hz ; 600 W

技术优势

  • 集成两项成熟高端测量技术，即 AMS 和 SP2；
  • 黑碳粒子通过吸收1064nm激光而汽化，并被电子轰击电离，进入高分辨飞行时间质谱仪；
  • 可以针对包含黑碳和金属的粒子选择激光汽化；
  • 激光汽化和高温炉同时工作，可以测量包括粉尘在内的所有主要的大气气溶胶；

标准配置

  • 1台高分辨率飞行时间质谱仪
  • 1个1064 nm Nd: YAG激光器
  • 1个标准气溶胶采样口
  • 1个气溶胶断续装置马达
  • 1个真空箱
  • 5个涡轮真空泵
  • 1台数据采集工作站
  • 1套数据采集和仪器控制软件（最新版）
  • 1套数据分析软件（最新版）
  • 1个仪器和电子系统安装架
  • 1个定制可重复使用的仪器运输箱

结构原理

SootParticle_AerosolMass1.jpg

图 1. 黑碳气溶胶质谱仪结构原理图

主要用途

  • 在线测量环境大气中黑碳气溶胶的质量和粒径分布
  • 气候变化和空气质量研究和燃烧排放监测和源特征分析
  • 测量气溶胶黑炭、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、氯盐和有机物
  • 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。

参考文献

  1. Onasch, T. B.; Trimborn, A.; Fortner, E. C.; Jayne, J. T.; Kok, G. L.; Williams, L. R.; Davidovits, P.; Worsnop, D. R. Soot Particle Aerosol Mass Spectrometer: Development, Validation, and Initial Application. Aerosol Science and Technology 2012, 46, 804–817.
  2. P. Massoli, E. C. Fortner, M. R. Canagaratna, L. R. Williams, Q. Zhang, Y. Sun, J. J. Schwab, A. Trimborn, T. B. Onasch, K. L. Demerjian, C. E. Kolb, D. R. Worsnop, J. T. Jayne. Pollution gradients and chemical characterization of particulate matter from vehicular traffic near major roadways: Results from the 2009 queens college air quality study in NYC. Aerosol Science and Technology, 46, 1201-1218, 2012.
  3. C. D. Cappa, T. B. Onasch, P. Massoli, D. R. Worsnop, T. S. Bates, E. S. Cross, P. Davidovits, J. Hakala, K. L. Hayden, B. T. Jobson, K. R. Kolesar, D. A. Lack, B. M. Lerner, S.-M. Li, D. Mellon, I. Nuaaman, J. S. Olfert, T. Petäjä, P. K. Quinn, C. Song, R. Subramanian, E. J. Williams, R. A. Zaveri. Radiative absorption enhancements due to the mixing state of atmospheric black carbon. Science, 337, 1078-1081, 2012.