原位测量粒度分级采样膜上黑碳颗粒的质谱成像定量方法技术

本申请提供一种利用激光解吸附电离质谱(LDI

【技术实现步骤摘要】
原位测量粒度分级采样膜上黑碳颗粒的质谱成像定量方法


[0001]本申请涉及环境检测分析
，具体涉及一种用于原位测量粒度分级采样膜上黑碳颗粒的激光解吸附电离质谱(LDI
‑
MS)成像方法。

技术介绍

[0002]黑碳颗粒是众所周知的PM
2.5
的主要成分，也是主要的吸光材料，可以与云滴结合，沉积在冰雪表面，不仅改变环境和气候，而且对人类健康有害。因此，建立黑碳颗粒的可靠识别和定量分析方法对其毒性研究和环境健康风险评估具有重要意义。就黑碳颗粒而言，其识别和检测是相当困难的，原因如下：一是碳元素容易被样品基质干扰，二是纳米尺度的碳性质难以表征，此外，柴油发动机、森林火灾、燃煤等多种复杂来源也在一定程度上增加了检测难度。目前，可用的黑碳分析方法包括透射电子显微镜分析，热光学分析方法，光学分析方法和气溶胶质谱。上述方法虽然都能实现黑碳的测定，但都存在一定的局限性和不足，特别是在细颗粒物的定量研究中。例如，透射电子显微镜分析和扫描电子显微镜方法难以获得黑碳的定量信息，它们的方法主要是获取气溶胶颗粒中黑碳的形貌和结构特性。而热光学分析作为一种常规的测定气溶胶样品中黑碳的方法，在分析前需要去除有机碳，对样品具有破坏性，不能实现黑碳可视化分布。此外，依靠连续波激光来蒸发采样的空气中黑碳颗粒的气溶胶质谱法，灵敏度较差，同样无法获得气溶胶颗粒中黑碳的可视化空间分布。总之，目前是缺乏有效、可靠的方法来准确识别和示踪环境气溶胶样品中的黑碳颗粒，以获得其真实含量，准确评估其环境风险。
[0003]激光解吸附电离质谱(LDI
‑
MS)技术可以实现广泛的质量范围内待测物的快速定性、定量分析，具有免标记、高通量及自动化的特点，是分析样品中污染物化学组成的一种灵敏有效的质谱分析工具。
[0004]本申请专利技术人在研究中发现，现有技术没有公开LDI
‑
MS在粒度分级大气采样膜中检测黑碳颗粒的方法，并且现有的LDI
‑
MS常规检测前均需要将待测样品溶液滴加到靶板上或ITO载玻片上，待其干燥后才能进质谱分析，因此测定前离不开一些特定的样品前处理步骤。还未有报道实际气溶胶样品不经过任何溶液前处理，可以直接原位被LDI
‑
MS分析表征。此外，目前对采样膜中黑碳颗粒的浓度和粒度分布特征也尚不清楚。本申请提出了一种高效、准确量化粒度分级采样膜中黑碳颗粒的原位定量质谱分析方法。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种原位测量粒度分级采样膜上黑碳颗粒的激光解吸附电离质谱(LDI
‑
MS)成像方法，用于解决现有黑碳测定技术无法同时实现气溶胶颗粒中黑碳的原位定量和可视化空间分布的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本申请提供的技术方案是：
[0007]一种原位测量粒度分级采样膜上黑碳颗粒的质谱成像定量方法，包括：
[0008]1)针对环境中的空气颗粒物，根据其粒径不同进行粒度分级采样；
[0009]2)获取粒度分级采样得到的对应不同粒径的采样膜，将采样膜制成相同面积的圆形膜片；
[0010]3)用透明粘结剂将制备好的圆形膜片黏附于氧化铟锡(ITO)载玻片上；
[0011]4)利用LDI
‑
MS成像技术对氧化铟锡(ITO)载玻片上的圆形膜片进行原位分析；
[0012]5)以黑碳颗粒的特征碳簇峰质谱指纹进行识别，并且以碳簇峰中的最高响应C6‑
(m/z 72)作为可视化成像和定量的特征离子，通过C6‑
的平均质谱信号强度进行定量分析。
[0013]进一步地，在步骤1)中，所述粒度分级是指：大流量的空气采样器将样品根据粒径大小划分为四个粒径段，包括大于7.0μm的一级段(PM
>7.0
)、3.3
‑
7.0μm的二级段(PM
3.3
‑
7.0
)、2.0
‑
3.3μm的三级段(PM
2.0
‑
3.3
)和1.1
‑
2.0μm的四级段(PM
1.1
‑
2.0
)。
[0014]进一步地，在步骤2)中，用手持式打孔机将所述采样膜制备成直径为6mm，面积约为0.28cm2的圆形膜片。
[0015]进一步地，在步骤3)中，用透明的双面胶作为粘结剂将所述圆形膜片粘贴在ITO载玻片上。
[0016]进一步地，在步骤4)中，质谱成像参数包括：激光脉冲频率为10000Hz，质量范围为m/z 25～250，激光功率为75％，空间分辨率为100
×
100μm，每个阵列位置激光400次。
[0017]进一步地，在步骤5)中，所述定量是指：将所测得的质谱图中C6‑
的平均峰值强度代入以下黑碳颗粒的浓度计算公式：
[0018]Y＝a X+b
[0019]其中，X为样品中黑碳颗粒的浓度，单位为mg/L，Y为样品质谱图中的C6‑
的平均峰值强度，a＝0.1316，b＝0.2563。
[0020]进一步地，参数a和b通过以下方式获得：采用LDI
‑
MS成像法对标准黑碳材料工程炭黑(CB)标进行测量，通过绘制质谱图中的C6‑
的平均峰值强度Y
k
与标准黑碳材料工程炭黑(CB)标浓度X
k
来构建标准曲线，其中，
[0021]Y
k
＝a X
k
+b
[0022]其中，标准曲线相关系数的平方(R2)是0.9659，工程CB标每个标曲点连续平行操作三次，相对标准偏差(RSD％)范围是5.26～23.41％。
[0023]进一步地，标准曲线测定方法如下：用40％乙醇配制浓度为200mg/L的标准黑碳材料工程炭黑(CB)标准溶液，避光保存于50mL塑料离心管中；将标准溶液的原液涡旋10min，超声1h，通过不同的稀释量得到一系列工作标准溶液；将6.0μL的标准溶液滴在直径6mm空白采样膜表面，自然干燥后进行LDI
‑
MS成像分析，获得一系列工作标准溶液质谱图中的C6‑
的平均峰值强度Y
k
与相对应的标准黑碳材料工程炭黑(CB)标浓度X
k
。
[0024]进一步地，所述一系列工作标准溶液的浓度分别为0.1、0.5、1.0、4.0、10.0、20.0和40.0mg/L。
[0025]进一步地，根据C6‑
(m/z 72)作为可视化成像的特征离子，获得采样膜上黑碳颗粒的空间分布。
[0026]进一步地，比较四个不同粒径段采样膜上的黑碳定量结果，获得采样膜上黑碳颗粒的粒度分布特征。
[0027]相比于现有技术，本申请的有益技术效果是：
[0028]为环境样品中黑碳的检测提供了一种定量、可视化的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位测量粒度分级采样膜上黑碳颗粒的质谱成像定量方法，其特征在于，包括：1)针对环境中的空气颗粒物，根据其粒径不同进行粒度分级采样；2)获取粒度分级采样得到的对应不同粒径的采样膜，将采样膜制成相同面积的圆形膜片；3)用透明粘结剂将制备好的圆形膜片黏附于氧化铟锡(ITO)载玻片上；4)利用LDI
‑
MS成像技术对氧化铟锡(ITO)载玻片上的圆形膜片进行原位分析；5)以黑碳颗粒的特征碳簇峰质谱指纹进行识别，并且以碳簇峰中的最高响应C6‑
(m/z 72)作为可视化成像和定量的特征离子，通过C6‑
的平均质谱信号强度进行定量分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述粒度分级是指：大流量的空气采样器将样品根据粒径大小划分为四个粒径段，包括大于7.0μm的一级段(PM
>7.0
)、3.3
‑
7.0μm的二级段(PM
3.3
‑
7.0
)、2.0
‑
3.3μm的三级段(PM
2.0
‑
3.3
)和1.1
‑
2.0μm的四级段(PM
1.1
‑
2.0
)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤2)中，用手持式打孔机将所述采样膜制备成直径为6mm，面积约为0.28cm2的圆形膜片。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，用透明的双面胶作为粘结剂将所述圆形膜片粘贴在ITO载玻片上。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤4)中，质谱成像参数包括：激光脉冲频率为10000Hz，质量范围为m/z 25～250，激光功率为75％，空间分辨率为100
×
100μm，每个阵列位置激光400次。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤5)中，所述定量是...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，闵可，李永，陆达伟，江桂斌，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：