真空紫外光电离质谱技术应用研究获进展

真空紫外光电离质谱技术应用研究获进展

发布时间:2020-12-25 19:52:00

近日,中国科学院合肥物质科学研究院安光所基础科学研究中心的研究团队利用同步辐射真空紫外光电离质谱技术在过氧自由基(RO2)的同分异构体检测研究中取得进展。研究成果英国皇家化学学会出版的期刊Chemical Communications上发表。

 

该研究团队在2019年1月初就已经在真空紫外光电离质谱技术及自由基反应动力学应用研究中实现突破,进一步发展了真空紫外光电离质谱技术,并通过使用同步辐射作为电离光源,实现了自由基反应物种的全面检测,同时采用光电离效率谱高效区分了同分异构体。近期的研究成果在此基础上实现了过氧自由基同分异构体的在线检测。

 

大气中的自由基作为作为反应中间体,在大气氧化过程中起着关键作用自由基会与人为排放的挥发性有机物发生氧化,再与氮氧化物发生反应,生成臭氧和二次气溶胶,对臭氧污染和颗粒物污染起到“核心”作用。大气中的自由基种类较多,其中较为重要的有羟基自由基(-OH)和过氧烷基自由基(RO2-)等。

 

过氧自由基(RO2)及其它自由基在大气中的浓度低、寿命短、化学活性强,而且结构复杂,有多种同分异构体,因此检测难度很大。开展自由基研究对于揭示大气氧化性和污染成因等具有重要意义。而首先要做的就是突破自由基检测难题,全面检测自由基反应物种(反应物、瞬态中间体和反应产物等),并区分出具有不同结构的同分异构体。

 

安光所的研究团队在已有的利用同步辐射真空紫外光电离质谱检测自由基的研究成果基础上,与与法国SOLEIL国家实验室、皮埃尔和玛丽居里大学开展国际合作,通过建立微波放电流动管反应装置,开展大气RO2化学反应动力学研究。

 

同步辐射真空紫外光电离是一种单光子电离技术。由于同步辐射光的高光通量及高亮度特性使得真空紫外光电离技术有很高的灵敏度,即使RO2浓度很低也可以检测。研究人员通过改变光子能量,检测R自由基的电离能、R离子碎片的出现势,根据其能量不同,区分R自由基的电离和RO2离子的解离过程,实现对RO2的有效检测。

 

同时,研究人员还利用同步辐射光的连续可调性结合光电离效率曲线能够区分各种同分异构体的特点,通过扫描同步辐射光子能量,测量获得具有质量选择的超高分辨光电子谱,结合高精度的量子化学理论计算,准确辨认出丙基过氧自由基的同分异构体以及旋转构象体等。

 

以臭氧为代表的“二次污染”是未来几年我国大气污染治理的重点,挥发性有机物与氮氧化物作为臭氧污染的前体物自然是大气监测的重要对象,但自由基也是不容忽视的关键。为了更深入地开展大气污染研究,解决大气污染问题,自由基检测是必须发展的技术。我国的自由基技术正在一步一个脚印地向前发展,相信将在未来的大气治理中发挥出巨大的作用。

 

资料来源:合肥物质科学研究院


来源:仪表网

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