车载生物气溶胶质谱仪用小型化双极质量分析器的设计

• Published in: 质谱学报 Vol. 44; no. 2; pp. 223 - 232
• Main Authors: 朱灏, 杜绪兵, 苏展民, 陈剑松, 卢瀚仑, 黄正旭, 周振, 李磊
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 暨南大学质谱仪器与大气环境研究所,广东 广州 510632%广东省麦思科学仪器创新研究院,广东 广州 510530 2023
• Subjects: 生物气溶胶; 飞行时间质量分析器; 单颗粒气溶胶质谱(SPAMS); 脉冲延时引出
• ISSN: 1004-2997
• DOI: 10.7538/zpxb.2023.0018

O657.63; 生物气溶胶是大气中一类特殊的气溶胶,实时检测与识别生物气溶胶是实现生物预警预报的前提.小型车载生物气溶胶质谱仪对双极飞行时间(TOF)质量分析器的设计提出了要求.本研究基于指数脉冲延时引出技术开展小型TOF设计,结合SIMION 2020软件,模拟了速度分散为峰值800 m/s的高斯分布,空间分散0.3 mm情况下的粒子飞行轨迹.采用粒子群优化算法(PSO)自动优化TOF多组电极电压以及延迟时间.在130 ns延迟时间下,即使是极限的空间分散和能量分散也能实现全质量范围内的分辨率超过500,不同颗粒之间的质量偏差可控制在0.4 u以内.对比模拟分析了方波脉冲延时引出和指数脉冲延时引出对单个颗粒形成离子的分辨率影响,结果表明,指数脉冲延时引出在全质量范围内的分辨率显著优于方波脉冲.实验模拟了在颗粒处于光斑中心以及光斑偏左和偏右0.15 mm的极限情况下,颗粒电离位置对质谱分辨率的影响,结果表明,分辨率存在差异,但仍优于500.通过实际检测黑炭颗粒,小型TOF在全质量范围内可获得500以上的分辨率,能够满足车载生物气溶胶质谱仪的分辨率要求.虽然小型TOF的飞行长度为SPAMS 0525的67％,但分辨率可达SPAMS 0525的1.2～1.7倍,小型化生物气溶胶质谱的TOF体积仍有进一步减小的空间.