[发明专利]大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置及其方法

摘要

本发明公开了一种大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置及其方法，包含真空腔体，真空腔体由隔板分隔为光谱腔体和电离腔体，隔板中间开有电离腔体进样小孔，进样管道穿过真空腔体一端设置并且进样管道位于真空腔体内的一端设置有脉冲阀门，第一激光束和第二激光束作用区设置在光谱腔体内并位于脉冲阀门一侧，光纤光谱仪收集探头设置在第一激光束和第二激光束作用区上侧，质谱仪飞行管水平设置在电离腔体内，质谱仪离子透镜组设置在质谱仪飞行管一端并且质谱仪离子透镜组位置与电离腔体进样小孔对应，第三激光束作用区位于质谱仪离子透镜组内，MCP探测器设置在质谱仪飞行管另一端。本发明大大提高了对颗粒物重金属元素探测的准确性、灵敏性和全面性。

主权项

1.一种大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置,其特征在于：包含真空腔体，真空腔体由隔板分隔为光谱腔体和电离腔体，隔板中间开有电离腔体进样小孔，进样管道穿过真空腔体一端设置并且进样管道位于真空腔体内的一端设置有脉冲阀门，激光束1和激光束2作用区设置在光谱腔体内并位于脉冲阀门一侧，光纤光谱仪收集探头设置在激光束1和激光束2作用区上侧，质谱仪飞行管水平设置在电离腔体内，质谱仪离子透镜组设置在质谱仪飞行管一端并且质谱仪离子透镜组位置与电离腔体进样小孔对应，激光束3作用区位于质谱仪离子透镜组内，MCP探测器设置在质谱仪飞行管另一端。

2.按照权利要求1所述的大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置,其特征在于：所述光谱腔体下侧设置有第一分子泵。

3.按照权利要求1所述的大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置,其特征在于：所述离子腔体下侧设置有第二分子泵和第三分子泵，第二分子泵和第三分子泵分别设置在离子腔体下侧两端。

4.按照权利要求1所述的大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置,其特征在于：所述质谱仪离子透镜组包含望远镜系统和一个透镜，望远镜系统由焦距分别为9cm和3cm的两个凸透镜构成并且两个凸透镜间距为12cm，一个透镜设置在望远镜系统后侧，透镜焦距为3cm对望远镜系统缩束后的光束进行聚焦。

5.按照权利要求1所述的大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置,其特征在于：所述质谱仪飞行管采用栅网金属管，栅网的网眼设计约为1mm。

6.一种权利要求1‑3任一项所述的大气颗粒物重金属及其同位素在线探测装置的方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：首先通过大气颗粒物在线取样系统，获得实时大气颗粒物样品，然后通过颗粒物测径和选径系统，选取不同粒径的大气颗粒物进入探测系统；

步骤二：进入探测系统后，首先基于近红外NIR在线探测技术，获得大气颗粒物的官能团信息，快速获取颗粒物的主要成分信息以及重金属可能存在的化学形式，完成初步成份测量和成份预测；

步骤三：将大气颗粒物样品在载气吹动下进入光谱腔体，通过脉冲阀门以脉冲形式进入真空腔体，在脉冲YAG激光器产生的1064nm激光束1聚焦作用下，使得颗粒物呈现等离子体状态，采用光纤光谱仪收集得到大气颗粒物的LIBS光谱，数据传入数据处理系统，快速分析得到大气颗粒物中多组分重金属元素分布；

步骤四：锁定其中感兴趣的重金属，实验采用YAG激光泵浦染料产生可调谐激光，得到激光束2聚焦于激光束1作用产生的等离子体，产生LIF光谱，通过得到的LIF光谱，实现对颗粒物中金属元素进行准确的定性和定量分析；

步骤五：YAG激光消融后，大气颗粒物结构被破坏，所含物质多数以气体形式存在，在载气作用下进入电离室，这时采用激光束3对进入电离腔体的气体进行REMPI共振增强多光子电离，实现共振激发式的TOFMS的高质量分辨探测，选择性获得大气颗粒物中重金属元素的同位素分布和丰度信息。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤四中，激光束2的输出波长为感兴趣的重金属元素的共振波长，针对YAG激光作用产生的LIBS 谱分析得到的不同重金属，染料激光要输出不同重金属对应的共振波长，进而对不同重金属含量进行准确在线分析。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤五中，激光束3与产生LIF光谱的激光束2相同，是通过分光器分光得到。