用于有机单体氯同位素分析的质谱技术研究
发布时间：2021-12-16 12:37
有机单体氯代物是自然界中一类重要有机污染物,对人体具有直接或潜在危害。有机单体同位素分析技术是实现对地下水污染溯源、降解作用量化和降解途径识别的重要手段,并且是目前该方向唯一可提供微生物降解直接证据的技术,而有机单体同位素分析技术主要以质谱分析方法为主。本文针对有机单体氯代物分析方法和高精度有机单体氯同位素质谱技术开展研究,主要研究内容如下:（1）研制出一种基于Nier型电子轰击离子源的半圆柱形推斥电极电子轰击-化学电离复合离子源,减小离子空间发散效应,将离子从离子源中高效率引出,提高了离子流强度;（2）研制出一种用于质谱仪离子传输区的四极场离子传输系统,将离子流从离子源向质量分析器高效率传输,提高了仪器检出限;（3）研究扇形磁场质量分析器对氯同位素高精度分析技术,分析扇形磁场质量分析器对氯同位素高精度分析的优化参数,为后续分析有机单体氯同位素奠定了技术基础;（4）建立了一种有机单体氯代物分析方法,将氯同位素碎片选择性的在线剥离,为实现对有机单体氯代污染物溯源、降解作用量化和降解途径识别等目的奠定了理论基础。
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电子轰击电离离子源结构原理图
吉林大学博士学位论文6图1.2化学电离离子源结构原理图然而，目前电子轰击-化学电离复合离子源应用于高精度同位素分析存在以下二个问题：一是为保证离子流强度大，要求对离子流高效提取，需要对离子源结构进行优化改进；二是化学电离离子源具有专一性，为实现对有机单体氯同位素的分析，需要建立特定的化学电离模式，对C-Cl和O-Cl化学键选择性的解离，从而实现质谱图信息简化的同时能够对氯同位素高精度分析。1.2.2离子传输技术离子传输系统是质谱仪的重要部件，用于将高气压条件下电离产生的离子在短距离运动空间内高效快速聚焦传输到质量分析器，其性能好坏直接决定质谱仪检出限和分析精度等关键指标。如图1.3，目前常用的离子传输结构为静电透镜[77]、多极杆[78]和离子漏斗[79]等形式。相比静电透镜离子传输系统，四极场离子传输系统特别适合从高气压离子源到高真空质量分析器的离子传输，尤其对于电喷雾电离源、基质辅助激光解析电离离子源和单光子紫外光电离离子源等中等气压或大气压条件下工作的离子源[80]。四极杆基础原理由Paul和Steinwedel在1953年提出[81]，当离子束进入到四极杆后，受射频电场作用离子运动轨迹发生震荡，通过与背景气体分子相互碰撞，离子能量发散减小，离子束在射频电场中发生聚焦，提高质谱仪分辨率和灵敏度。由于Paul在四极杆质谱领域的卓越贡献，1989年诺贝尔物理学奖对其进行了表彰。相比六极杆和八极杆等多极杆离子传输系统，四极杆是最简单的多极杆离子传输系统。如今，四极杆由于其结构简单，离子传输效率高，已经在无机、有机和生物质谱等仪器中得到广泛应用。
第1章绪论7图1.3离子传输常见结构（a、静电透镜；b、多极杆；c、离子漏斗）传输四极杆性能好坏受四极杆加工水平和射频电子系统性能影响。其中，设计开发出高性能稳定的射频电子系统已成为质谱仪器研发领域的关注内容之一，周振课题组[82]于2009年和2012年分别报道了采用功率放大和变压器初次级线圈差异升压办法设计了一种射频驱动电子系统（图1.4），将其应用于采用四极场传输的飞行时间质谱（Time-of-FlightMassSpectrometer,TOF-MS），其电压峰峰值在01400V区间内连续可调。2007年，Franceschi等[83]开发了谐振频率为13.56MHz的射频电子系统（图1.5），将其应用于二次离子质谱仪（SecondaryIonMassSpectrometer,SIMS），采用Ar+、Ne+和He+对设计的射频驱动电子系统性能进行了评估。2015年，李延录等[84]采用MOSFET驱动技术，通过结合变压器升压的办法开发了射频电子系统，谐振频率2.76MHz，将其应用于废弃油罐内残余气体的分析。而Detti等[85]则在2019年采用RLC谐振的方式设计了一种峰峰值电压Vp-p可以达到200V的射频电子系统（图1.6），对其在离子阱质谱仪中的应用潜力进行了展望。图1.4周振课题组报道射频电子系统结构框图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STC89C52单片机信号发生器的设计[J]. 崔赟,孙志毅,谢嘉麟. 工业控制计算机. 2019(06)
[2]壳聚糖/环氧氯丙烷对苯丙乳液表面施胶剂改性的研究[J]. 朱先梅,刘伟亚,刘晓菲,张金梁. 中华纸业. 2019(12)
[3]气相色谱-电子轰击质谱法测定塑料及塑料制品中德克隆的含量[J]. 高俊海,房艳,宋薇,王贝,张雅莉. 塑料科技. 2019(04)
[4]小型化磁质谱仪离子源的模拟及优化设计[J]. 张礼朋,董猛,成永军,吴海燕,钱洁,张曙光,张英军,葛赛金,李晓旭. 真空. 2019(02)
[5]高气压光电离-化学电离-飞行时间质谱在绿茶香型快速鉴别中的应用[J]. 李庆运,花磊,何梦琦,李佳,蒋吉春,侯可勇,田地,李海洋. 分析化学. 2019(04)
[6]无限长直密绕通电螺线管磁场的一种简单计算方法[J]. 牛中明,于欣欣. 赤峰学院学报(自然科学版). 2018(07)
[7]RLC电路并联谐振理论与仿真分析[J]. 潘杰,刘晓文,陈桂真. 实验科学与技术. 2016(05)
[8]磁增强光电子电离便携式飞行时间质谱仪的研制及其在挥发性还原态硫化物测量中的应用[J]. 李金旭,侯可勇,赵无垛,陈文东,蒋吉春,刘巍,李庆运,田地,李海洋. 分析化学. 2015(03)
[9]一种小型四极杆射频电源技术研究[J]. 李延录,安卫东,承学东,白岗,李季. 分析仪器. 2015(01)
[10]基于DDS芯片AD9851的信号发生器的设计[J]. 李站,陈金鹰. 中国集成电路. 2013(12)
博士论文
[1]用于地球化学微量元素分析的TOF-SIMS的研制[D]. 龙涛.吉林大学 2018
硕士论文
[1]便携式飞行时间质谱的研究及其在挥发性硫化物测量中的应用[D]. 李金旭.吉林大学 2015
本文编号：3538150
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电子轰击电离离子源结构原理图
吉林大学博士学位论文6图1.2化学电离离子源结构原理图然而，目前电子轰击-化学电离复合离子源应用于高精度同位素分析存在以下二个问题：一是为保证离子流强度大，要求对离子流高效提取，需要对离子源结构进行优化改进；二是化学电离离子源具有专一性，为实现对有机单体氯同位素的分析，需要建立特定的化学电离模式，对C-Cl和O-Cl化学键选择性的解离，从而实现质谱图信息简化的同时能够对氯同位素高精度分析。1.2.2离子传输技术离子传输系统是质谱仪的重要部件，用于将高气压条件下电离产生的离子在短距离运动空间内高效快速聚焦传输到质量分析器，其性能好坏直接决定质谱仪检出限和分析精度等关键指标。如图1.3，目前常用的离子传输结构为静电透镜[77]、多极杆[78]和离子漏斗[79]等形式。相比静电透镜离子传输系统，四极场离子传输系统特别适合从高气压离子源到高真空质量分析器的离子传输，尤其对于电喷雾电离源、基质辅助激光解析电离离子源和单光子紫外光电离离子源等中等气压或大气压条件下工作的离子源[80]。四极杆基础原理由Paul和Steinwedel在1953年提出[81]，当离子束进入到四极杆后，受射频电场作用离子运动轨迹发生震荡，通过与背景气体分子相互碰撞，离子能量发散减小，离子束在射频电场中发生聚焦，提高质谱仪分辨率和灵敏度。由于Paul在四极杆质谱领域的卓越贡献，1989年诺贝尔物理学奖对其进行了表彰。相比六极杆和八极杆等多极杆离子传输系统，四极杆是最简单的多极杆离子传输系统。如今，四极杆由于其结构简单，离子传输效率高，已经在无机、有机和生物质谱等仪器中得到广泛应用。
第1章绪论7图1.3离子传输常见结构（a、静电透镜；b、多极杆；c、离子漏斗）传输四极杆性能好坏受四极杆加工水平和射频电子系统性能影响。其中，设计开发出高性能稳定的射频电子系统已成为质谱仪器研发领域的关注内容之一，周振课题组[82]于2009年和2012年分别报道了采用功率放大和变压器初次级线圈差异升压办法设计了一种射频驱动电子系统（图1.4），将其应用于采用四极场传输的飞行时间质谱（Time-of-FlightMassSpectrometer,TOF-MS），其电压峰峰值在01400V区间内连续可调。2007年，Franceschi等[83]开发了谐振频率为13.56MHz的射频电子系统（图1.5），将其应用于二次离子质谱仪（SecondaryIonMassSpectrometer,SIMS），采用Ar+、Ne+和He+对设计的射频驱动电子系统性能进行了评估。2015年，李延录等[84]采用MOSFET驱动技术，通过结合变压器升压的办法开发了射频电子系统，谐振频率2.76MHz，将其应用于废弃油罐内残余气体的分析。而Detti等[85]则在2019年采用RLC谐振的方式设计了一种峰峰值电压Vp-p可以达到200V的射频电子系统（图1.6），对其在离子阱质谱仪中的应用潜力进行了展望。图1.4周振课题组报道射频电子系统结构框图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STC89C52单片机信号发生器的设计[J]. 崔赟,孙志毅,谢嘉麟. 工业控制计算机. 2019(06)
[2]壳聚糖/环氧氯丙烷对苯丙乳液表面施胶剂改性的研究[J]. 朱先梅,刘伟亚,刘晓菲,张金梁. 中华纸业. 2019(12)
[3]气相色谱-电子轰击质谱法测定塑料及塑料制品中德克隆的含量[J]. 高俊海,房艳,宋薇,王贝,张雅莉. 塑料科技. 2019(04)
[4]小型化磁质谱仪离子源的模拟及优化设计[J]. 张礼朋,董猛,成永军,吴海燕,钱洁,张曙光,张英军,葛赛金,李晓旭. 真空. 2019(02)
[5]高气压光电离-化学电离-飞行时间质谱在绿茶香型快速鉴别中的应用[J]. 李庆运,花磊,何梦琦,李佳,蒋吉春,侯可勇,田地,李海洋. 分析化学. 2019(04)
[6]无限长直密绕通电螺线管磁场的一种简单计算方法[J]. 牛中明,于欣欣. 赤峰学院学报(自然科学版). 2018(07)
[7]RLC电路并联谐振理论与仿真分析[J]. 潘杰,刘晓文,陈桂真. 实验科学与技术. 2016(05)
[8]磁增强光电子电离便携式飞行时间质谱仪的研制及其在挥发性还原态硫化物测量中的应用[J]. 李金旭,侯可勇,赵无垛,陈文东,蒋吉春,刘巍,李庆运,田地,李海洋. 分析化学. 2015(03)
[9]一种小型四极杆射频电源技术研究[J]. 李延录,安卫东,承学东,白岗,李季. 分析仪器. 2015(01)
[10]基于DDS芯片AD9851的信号发生器的设计[J]. 李站,陈金鹰. 中国集成电路. 2013(12)
博士论文
[1]用于地球化学微量元素分析的TOF-SIMS的研制[D]. 龙涛.吉林大学 2018
硕士论文
[1]便携式飞行时间质谱的研究及其在挥发性硫化物测量中的应用[D]. 李金旭.吉林大学 2015
本文编号：3538150
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