[发明专利]一种基于二维色谱的颗粒物有机组分在线测量系统及方法

说明书

本发明公开了基于二维色谱的颗粒物有机组分在线测量系统及方法，该系统对颗粒物在线捕集、热脱附后，经过一维色谱柱和二维色谱柱分离，最后进入质谱检测。本发明所涉及的系统包括颗粒物粒径切割器、有机溶蚀器、电动三通阀、收集‑热脱附一体化装置、高温四通阀、电子压力控制器、气相色谱质谱联用系统、固态热调制解调器、一维色谱柱、二维色谱柱和调制柱等组件。本发明使用极性不同的两根色谱柱，将颗粒物中的有机组分按照沸点和极性分离，使得系统具有高分离度、高灵敏度、低检测限和高峰容量等优点，并且不同种类的化合物在色谱图上的分布有规律，便于定性分析。

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及基于二维色谱的颗粒物有机组分在线测量系统及方法。

背景技术

有机物是大气颗粒物重要的组成成分，其质量浓度可以占到颗粒物总质量浓度的20-90％。研究颗粒有机物对研究颗粒物源解析、二次气溶胶的生成和生长、颗粒物健康风险评估和气溶胶的气候效应具有重要意义。大气颗粒物的有机组成十分复杂，种类繁多，测量困难。

热脱附气溶胶气相色谱系统(Thermal Desorption Aerosol GasChromatography Mass Spectrometer,简称TAG)是测量分子水平大气颗粒物中有机物的有效手段。其原理是将颗粒物收集到热脱附装置(Collection and Thermal DesorptionCell，简称CTD)中，然后高温热脱附至冷肼或色谱柱柱头，随后气相色谱开始升温，有机组分按照沸点进行分离并检测。但是，挥发性和极性相近的化合物可能存在分度不高或共流出的情况，特别是在复杂的大气环境中。

全二维气相色谱是提高分辨率、减少共流出的有效方法。在全二维气相色谱中，有机组分会根据沸点和极性在串联的两根色谱柱中进行分离。在一维气相色谱中不能分离或者存在共流出的有组分有可能在二维色谱柱中进行分离。由于其具有高分辨率、高峰容量、高灵敏度的优点，近年来，全二维气相色谱被应用到颗粒物有机化学组分在线测量系统中。

调制解调器，简称调制器，是实现二维分离的关键部件。热调制器被广泛应用到大气颗粒物的测量中。热调制器通过冷却和加热位于一维和二维色谱柱之间的调制柱，周期性地释放一维色谱柱流出的组分到二维色谱柱。主流热调制器采用液氮或液态二氧化碳作制冷剂，主要用于实验室研究。这类制冷剂消耗量大，无法应用于实际大气观测中。因此，无制冷剂的热调制器引起了大气观测研究的关注。美国伯克利加州大学(University ofCalifornia,Berkeley)Goestein课题组结合TAG和无制冷剂的热调制器实现了在线大气颗粒物中有机组分的测量。这种热调制器没有使用液氮等制冷剂，而是利用涡流冷却器对压缩空气进行制冷，从而进行调制。针对外场观测，热调制器仍然有可改进的空间。近年来，Juong等人研发了一种固态热调制解调器，其使用半导体制冷，无需制冷剂或者压缩空气等制冷，体积小，功耗低，集成度高，适合外场观测。这种固态热调制器目前尚未应用在大气观测领域。

因此希望有一种基于二维色谱的颗粒物有机组分在线测量系统及方法能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明公开了一种基于二维色谱的颗粒物有机组分在线测量系统及方法，所述在线测量系统包括：切割器、有机溶蚀器、第一电动三通阀、颗粒物收集热脱附一体化装置、第二电动三通阀、采样泵、高温电子四通阀、第一电子压力控制器、第二电子压力控制器、气相色谱、一维色谱柱、色谱柱连接卡套、固态热调制解调器、调制柱、二维色谱柱和四级杆质谱；