儀器概述
高分辨率飛行時間氣溶膠質(zhì)譜儀（HToF-AMS）是新版的設(shè)計，質(zhì)譜儀升級為正鉅陣飛行時間質(zhì)譜儀。通過熱力氣化和 70eV 的離化電極電子碰撞電離，該儀器能快速、實時、定量地分析和測量粒徑介于0.04-1.0微米的非高熔點（200-900oC）氣溶膠的化學(xué)組成和飛行動力學(xué)等效直徑。
圖1. 所測量化學(xué)成分質(zhì)量濃度的粒徑分布，A.Middlebrook等，2012。
ANMF = Ammonium Nitrate Mass Fraction
而且，該儀器也可用于基于高分辨率質(zhì)譜的元素分析（碳氧比例）研究。
圖2. 測量各組分離子的質(zhì)譜圖。P. DeCarlo等. 2006
由于該儀器采用熱氣化分解，所以其僅能分析氣溶膠中非難熔物質(zhì)，如硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、有機物及非海鹽類氯化物；而不能測量難熔性氣溶膠物質(zhì)，如黑碳、海鹽及揚塵類氣溶膠。若需要測量難熔性氣溶膠物質(zhì)請查看黑碳氣溶膠質(zhì)譜儀。
儀器實物
應(yīng)用范圍
- 測量環(huán)境大氣中氣溶膠的質(zhì)量和粒徑分布
- 描述燃燒源中排放物的特性；在測量排放物中CO2的同時直接確定OC的含量。
- 測量氣溶膠硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等的渦度相關(guān)通量和沒有降水過程時有機物的沉降通量。
- 在經(jīng)濟的移動平臺上 (如搬運車、小型飛機)測量微小氣溶膠的高時間分辨率的變化特性。
- 實驗室里診斷氣溶膠的物理和化學(xué)特性。
技術(shù)指標(biāo)
| 檢出限 (1分鐘積分, 3σ ) ： | V-模 | W-模 | |
| (有機物) | 29 (ng·m-3) | 320 (ng·m-3) | |
| (硫酸鹽) | 6 (ng·m-3) | 64 (ng·m-3) | |
| (硝酸鹽) | 3 (ng·m-3) | 32 (ng·m-3) | |
| (銨 鹽) | 58 (ng·m-3) | 640 (ng·m-3) | |
| 質(zhì)量分辨率(m/Δm)： | 2500 | 5000 | |
| 質(zhì)量范圍(m/z)： | 1 - 1200 | 1 - 1200 | |
| 氣溶膠粒徑范圍： | 40nm - 1μm （空氣動力學(xué)粒徑） | ||
| 時間分辨率： | 可調(diào)數(shù)據(jù)報告間隔，通常選用1-5分鐘 | ||
| 每秒高達100個質(zhì)譜 | |||
| 每秒高達150個空氣動力學(xué)粒徑譜 | |||
| 采樣流量： | 0.085 lpm (體積流速) | ||
| 操作壓力： | 環(huán)境壓力 | ||
| 軟件： | 常規(guī)數(shù)據(jù)采集和分析，可用PMF模型解析有機物部分 | ||
| 尺寸/重量： | 104.14 cm x 83.82 cm x 134.62 cm, 175 kg | ||
| 電源/能耗： | 220 VAC/50Hz; 600 W | ||
質(zhì)譜結(jié)構(gòu)
圖1. 高分辨飛行質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)
可選部件：
- 氣溶膠光散射檢測模塊：光散射檢測模塊提供粒徑 >200nm 粒子的相關(guān)參數(shù)，如粒子密度和氣溶膠粒子混合狀態(tài)（內(nèi)混/外混）。此模塊可以安裝于四極桿氣溶膠質(zhì)譜儀和飛行時間氣溶膠質(zhì)譜儀；當(dāng)與飛行時間氣溶膠質(zhì)譜儀結(jié)合使用時，可以真正測量到單個氣溶膠的質(zhì)譜。
- 黑碳檢測模塊：黑碳檢測模塊由本公司與粒子測量公司（Droplet Measurement Technologies）聯(lián)合開發(fā)。模塊采用連續(xù)工作的1064nm 內(nèi)腔激光器。含有黑碳的粒子（或者其它可吸收物質(zhì)）會在 AMS 的離子化室內(nèi)汽化。除了標(biāo)準(zhǔn)AMS 所測量的組分外，還可以檢測碳簇（包括富勒烯）。此模塊兼容所有型號的 AMS，即為SP-AMS。
- 負(fù)離子測量模塊（飛行時間質(zhì)譜）：負(fù)離子檢測模塊選擇性地檢測穩(wěn)定的負(fù)離子，如硫酸鹽、硝酸鹽、羧酸等。靈敏度相比電子碰撞電離低1000。此模塊通過控制軟件可與標(biāo)準(zhǔn)的電子 撞擊電離模塊交互使用，并可用于其它產(chǎn)生負(fù)離子的電離系統(tǒng)。此模塊只兼容ToF 質(zhì)譜系統(tǒng)。
- 以上部件可以安裝在現(xiàn)有的氣溶膠質(zhì)譜儀上，但總體目標(biāo)是增強粒徑、化學(xué)組成和氣溶膠粒子密度的快速實時測量能力。
- 熱力熔蝕系統(tǒng)(TDS)：熱力熔蝕系統(tǒng)可以輔助檢測揮發(fā)性有機氣溶膠。熱力熔蝕系統(tǒng)只對氣溶膠樣品進行前處理，可用于所有型號的AMS 自動采樣系統(tǒng)和其它氣溶膠采樣系統(tǒng)。該部件可以獨立運行，與其它測量儀器聯(lián)用。
- 二次顆粒物氧化生成反應(yīng)器(PAM)：二次顆粒物氧化生成反應(yīng)器通過準(zhǔn)確控制溫度、相對濕度、氧化劑濃度與相互比例等參數(shù)，在反應(yīng)腔內(nèi)產(chǎn)生一個已知的高氧化環(huán)境，能夠以分鐘為時間分辨率模擬大氣環(huán)境中氣體前體物生成的氧化過程。該設(shè)備還能夠與許多氣溶膠觀測設(shè)備搭配使用，是一次氣溶膠非均相氧化研究與二次氣溶膠生成研究的重要工具。
參考文獻
- Jayne, J.T., D.C. Leard, X. Zhang, P. Davidovits, K.A. Smith, C.E. Kolb, and D.R.Worsnop, Development of an Aerosol Mass Spectrometer for Size and Composition. Analysis of Submicron Particles, Aerosol Science and Technology, 33, 49-70, 2000.
- Jimenez, J.L., J.T. Jayne, Q. Shi, C.E. Kolb, D.R. Worsnop, I. Yourshaw, J.H. Seinfeld, R.C. Flagan, X. Zhang, K.A. Smith, J. Morris, and P. Davidovits, Ambient Aerosol Sampling with an Aerosol Mass Spectrometer. Journal of Geophysical Research - Atmospheres, 108(D7), 8425, doi:10.1029/2001JD001213, 2003.
- DeCarlo, P.F., J.R. Kimmel, A. Trimborn, M.J. Northway, J.T. Jayne, A.C. Aiken, M. Gonin, K. Fuhrer, T. Horvath, K. Docherty, D.R. Worsnop, and J.L. Jimenez, Field-Deployable, High-Resolution, Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer, Analytical Chemistry, 78: 8281-8289, 2006.
- Canagaratna, M.R., J.T. Jayne, J.L. Jimenez, J.D. Allan, M.R. Alfarra, Q. Zhang, T.B. Onasch, F. Drewnick, H. Coe, A. Middlebrook, A. Delia, L.R. Williams, A.M. Trimborn, M.J. Northway, P.F. DeCarlo, C.E. Kolb, P. Davidovits, D.R. Worsnop, Chemical and Microphysical Characterization of Ambient Aerosols with the Aerodyne Aerosol Mass Spectrometer, Mass Spectrometry Reviews, 26, 185– 222, 2007.
- Drewnick, F., S.S. Hings, P.F. DeCarlo, J.T. Jayne, M. Gonin, K. Fuhrer, S. Weimer, J.L. Jimenez, K.L. Demerjian, S. Borrmann, D.R. Worsnop. A new Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer (ToF-AMS) – Instrument Description and First Field Deployment, Aerosol Science and Technology, 39:637–658, 2005