典型源排放NH3及有机胺的离子迁移谱在线快速测量方法研究

Ammonia and amines are the most alkaline gases in the atmospheric environment, which not only have foul odor, but also great contribution to the formation of the haze. It is of great significance to monitor their emission level from the livestock sources for improving atmospheric environment. But restricted by the current measuring techniques, the actual supervision was extremely limited. Therefore, this project plans to combine with headspace sampling model and develop a new method for the on-line fast measurement of NH3 and amines from the typical emission source, such as the livestock, basing on the high resolution ion mobility spectrometry (IMS) developed by our laboratory. Use the VUV lamp and field switching techniques to improve the sensitivity of IMS. Screen the eligible proton affinity dopant to eliminate the complex interference from the emission in order to precisely identify NH3 and amines. Then, reveal the changing regulations among IMS peak intensity of the reagent ions, product ions and the sample concentration in order to accurately measure NH3 and amines. At last, establish a new method of IMS on-line rapid monitoring NH3 and amines from typical source emission. The implementation of this project will provide a new reliable technique for NH3 and amines environmental monitoring and countermeasures study.

NH3及有机胺是大气环境中含量最多的碱性气体，不仅具有恶臭气味，还对灰霾天气的生成贡献巨大。监控NH3及有机胺的源排放浓度水平对改善大气环境质量意义重大。但受当前测量技术的约束，监控范围十分有限。为此，本项目拟以典型源畜牧业排放的NH3及有机胺为研究对象，基于我们实验室开发的高分辨离子迁移谱（IMS）技术，结合顶空气体采样，发展一种在线快速测量源排放NH3及有机胺的新方法。通过使用真空紫外（VUV）灯电离源和高场离子萃取技术，提高IMS检测的灵敏度；通过筛选质子亲合势合适的Dopant，消除源排放复杂背景的干扰，实现NH3及有机胺的准确识别；并揭示IMS试剂离子峰强度、产物离子峰强度与样品浓度的变化规律，实现NH3及有机胺的精准动态定量测量。最终，建立IMS在线快速测量源排放NH3及有机胺的新方法。本项目的实施，有望为NH3及有机胺的环境监管、污染对策研究等提供新的可靠技术手段。

NH3及有机胺是大气环境中含量最多的碱性气体，不仅具有恶臭气味，还对灰霾天气的生成贡献巨大。监控NH3及有机胺的源排放浓度水平对改善大气环境质量意义重大。本项目围绕NH3及有机胺的在线快速测量的问题，基于我们实验室开发的离子迁移谱技术，逐步克服测氨背景干扰、环境浓度低等难题，发展了一种在线快速测量典型源排放NH3及有机胺的新方法。项目以源排放含量最高氨类：氨、甲胺、二甲胺、三甲胺和三乙胺为研究对象，采用无管理限制的RF-VUV灯作为电离源，使Dopant电离生成试剂离子，然后通过试剂离子与样品反应，使其中的NH3和有机胺电离，并在在匀强电场的作用下，依据离子迁移率的差异使样品离子分离与检测；项目优化选择丁酮作为测NH3的最佳Dopant，提高了峰-峰分辨率，减少了大气环境背景的干扰，实现了对NH3及有机胺的准确识别；通过设计耐高温离子迁移管，优化获得离子迁移谱测NH3的最佳温度为150℃，有效的减少分子热运动和样品残留的影响；最终，建立了一种在线快速测量典型源排放NH3及有机胺的新方法：在20-800 ppb范围内，呈现出良好的线性响应，对NH3检测的灵敏度为0.20 fC/ppb，检出限(S/N = 3)和定量限(S/N = 10)分别为4.0 ppb、13.5 ppb。大气环境中常见的干扰物，如水分、醇、酮、烃卤化物、芳香族化合物等，对本项目测氨方法的干扰较小，可忽略不计。项目已发表SCI论文4篇，申请专利6项，培养研究生2名，撰写企业标准1项，获得认证1项，较好的完成了项目预期研究目标。基于市场的反馈与支持，由本方法发展的仪器装置已实现小批量生产，先后交付日化公司、医院等单位使用，用于评估产品除NH3效果和疾病诊断研究，并出口至新加坡。鉴于本项目开发的方法在测NH3、有机胺方面良好的特性和广阔的应用前景，未来将加大项目应用研究与成果转化力度，形成完全具有自主知识产权的国产仪器设备，为国家科学研究、环境监管等提供科学支撑。