一种汽车尾气中氨气的检测方法

技术领域

本发明属于离子迁移谱技术领域，具体涉及一种汽车尾气中氨气的检测方法。

背景技术

氨气是大气中的一种重要的碱性气体，在大气化学和粒子的形成过程中起着重要的作用。它能与大气中硫酸、硝酸等物质反应形成二次气溶胶，并迅速凝结成核，然后吸收周围大气中的挥发性有机化合物，促进高浓度大气颗粒物PM

近年来，对氨气检测的仪器方法已经越来越追求以更精细的时间分辨率来实现对氨气的连续监测。目前检测氨气的方法主要有傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、可调二极管激光器(TDL)、软电离质谱仪(SIMS)、化学电离质谱仪(CIMS)、量子级联可调红外激光差分吸收光谱仪(QC-TILDAS)、差分光学吸收光谱学(DOAS)等多种在线监测设备。然而大部分仪器与方法均具有响应时间长，仪器稳定性差，易受复杂基质背景干扰等缺点而无法被广泛应用。

发明内容

为解决现有方法存在的问题，本发明提供一种汽车尾气中氨气检测的新方法。本发明方法基于一种掺杂剂辅助光电离离子迁移谱技术(Ion Mobility Spectrometry,IMS)，发展了一种应用于汽车尾气中氨气检测的新方法。该方法其优势在于通过采用酮类掺杂剂作为试剂分子实现对复杂背景基质下的机动车尾气中氨气的高选择性检测，大气压下自动采样实现1s的快速检测时间和采样管升温至150-200℃实现更少的管路吸附。基于热力学方程，发展了一种指数形式的定量方程y＝β(1-e

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽车尾气中氨气的检测方法，其特征在于：所述方法采用正离子模式离子迁移谱检测，以酮类物质为掺杂剂，包括以下步骤：

(1)配制梯度浓度氨气标准气样品，以氨气标准气梯度浓度为横坐标，不同浓度氨气标准气离子峰强度与检测干净空气时RIP峰背景强度的比值为纵坐标，通过定量方程y＝β(1-e

(2)检测未知氨气样品的离子峰强度，代入定量方程y＝β(1-e

上述技术方案中，进一步地，所述掺杂剂为丙酮、丁酮、戊酮。酮类掺杂剂与氨气发生高度选择性分子取代反应，在正离子模式下电离形成质子化二聚体反应离子。通过与氨气的高度选择性分子离子反应，形成混合的团簇离子，在谱图中呈现出不同迁移时间的离子峰得以分析，避免了其它物质的干扰，实现了复杂基质背景下的汽车尾气中氨气的准确定性定量检测。

上述技术方案中，进一步地，所述方法的进样方式为大气压自动采样，在离子迁移谱仪的尾气入口、漂气入口、掺杂剂入口分别设置质量流量计，通过泵抽取调控尾气流量大于掺杂剂流量和漂气流量之和，自动在进样口抽取进样流量。无需任何前处理装置，极大避免了氨气的强吸附影响，同时实现1s快速检测响应时间。

上述技术方案中，进一步地，所述方法在离子迁移谱仪的采样管外设置伴热管，以使采样管保温至150-200℃。通过将采样管加热保温至150-200℃，有效解决了汽车尾气中氨气浓度高，采样管吸附严重的问题，最大程度上避免了氨气易吸附的特性。

上述技术方案中，进一步地，离子迁移谱的工作条件为：采用射频真空紫外灯为电离源，迁移区电压为600V/cm，漂气流量设为400-800ml/min，掺杂剂流量设为100ml/min，尾气流量设为600-1000ml/min，采样量为100ml/min，使氨气产物离子峰不高于RIP峰。

本发明方法根据酮类掺杂剂得到的反应离子A

分部积分得到积分速率方程，令kt＝c,x/a＝y

由于检测的样品分子浓度远远大于被电离的酮类反应离子浓度，b>>a>x，因此，可约分为

由于初始试剂离子信号强度和产物离子的信号强度分别和浓度成正比，因此，上式可转化为一种指数方程。

X--反应物浓度，λ，β--待拟合参数

该方法通过上述进样方式，测量一系列等间距不同浓度的氨气标准气，得到离子迁移谱图，通过绘制定量曲线y＝β(1-e

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明方法可以实现汽车尾气复杂背景基质下对氨气的选择性准确检测，无需任何前处理装置及采样加热处理，极大的减弱氨气的易吸附的特点。

2.本发明方法的分析速度极快，响应时间<1s，可以实现对汽车尾气中氨气的连续监测，具有广泛的应用前景。

3.本发明方法基于一级反应动力学方程，推导出了一种指数定量的方式，对IMS检测高浓度的局限性提供一种非常有效的定量方法，极大的拓宽了IMS检测的范围。

附图说明

图1为丁酮做掺杂剂时检测10ppm氨气的离子迁移谱标准谱图；

图2为丁酮做掺杂剂时检测1-10ppm氨气得到的定量曲线；

图3为丁酮做掺杂剂时检测一台一汽大众时氨气浓度变化的连续跟图；

图4为本发明离子迁移谱仪。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。

以下实施例说明本发明的使用，但不限制所述的应用范围。

实施例1

一种汽车尾气中氨气的检测方法，采用射频真空紫外灯作为电离源，丁酮作为掺杂剂，以图4中的离子迁移谱仪检测。在离子迁移谱仪的采样管外设置伴热管，保持采样管的温度在150-200℃，在离子迁移谱仪的尾气入口、掺杂剂入口、漂气入口分别设置质量流量计1，质量流量计2，质量流量计3，迁移区电压设为600V/cm，漂气流量设为750ml/min，掺杂剂流量设为100ml/min，尾气流量设为950m/min，采样量为100ml/min时，配制系列浓度的氨气的标准气体：1ppm、2ppm、3ppm、4ppm、5ppm、6ppm、7ppm、8ppm、9ppm、10ppm。在上述工作条件下，进入离子迁移谱检测，获得上述梯度浓度的氨气标准气体的离子迁移谱图。以标准气浓度为10ppm为例，如图1为10ppm氨气的离子迁移谱图，可以发现在3.315ms处出现的离子峰即为氨气产物离子峰(C

实施例2

一种汽车尾气中氨气的检测方法，采用射频真空紫外灯作为电离源，丁酮作为掺杂剂，迁移区电压设为600V/cm，漂气流量设为750ml/min，掺杂剂流量设为100ml/min，尾气流量设为950m/min，采样量为100ml/min时，连续跟踪检测了一台一汽大众汽油车的尾气排放中的氨气的含量，得到了氨气峰强度变化的实时跟踪谱图，如图3所示。通过实施例1中得到的拟合方程Y＝0.16×(1-exp

对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。