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基于真空紫外-高场不对称波形离子迁移谱的异戊二烯和α-蒎烯高灵敏快速检测技术研究

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分析化学 2023年第7期51卷 1188-1194页

作者：董翔曹旭刘友江袁凡刘少敏陈池来安徽大学电气工程与自动化学院中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所

生物源挥发性有机化合物(BVOCs)约占大气中挥发性有机化合物(VOCs)排放总量的90%，对大气环境有重要影响。采用自制的真空紫外-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)仪器，对BVOCs中占比最大的异戊二烯和单萜烯中占比最大的α-蒎烯的高... 详细信息

生物源挥发性有机化合物(BVOCs)约占大气中挥发性有机化合物(VOCs)排放总量的90%，对大气环境有重要影响。采用自制的真空紫外-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)仪器，对BVOCs中占比最大的异戊二烯和单萜烯中占比最大的α-蒎烯的高灵敏快速检测进行了探索，研究了其特征识别参量、线性范围、检出限以及混合物识别能力。通过采集UV-FAIMS分离电压0～1260 V区间的异戊二烯和α-蒎烯的离子谱图，获得用于特征识别的非线性函数系数α2和α4，为UV-FAIMS的检测参数优化提供了参考。测定了28～896μg/m3异戊二烯和45～1440μg/m3α-蒎烯的FAIMS谱图并对其进行分析，结果表明，其响应的线性相关系数分别达到0.998和0.997，检出限(S/N=3)分别达到15和10μg/m3。测定了1400μg/m3异戊二烯样品、560μg/m3α-蒎烯样品及二者的混合物样品的FAIMS谱图，验证了UV-FAIMS对异戊二烯和α-蒎烯混合物的识别能力，单一样品特征离子峰与混合物的多峰拟合结果峰位置偏差仅为2.2%和4.9%。

关键词：异戊二烯 α-蒎烯高场不对称波形离子迁移谱紫外光电离

基于Nafion管-高场不对称波形离子迁移谱的环境湿度下硫化氢快速检测方法

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分析化学 2022年第6期50卷 924-931页

作者：李山陈圳刘昌杰金娇王晗胡俊马贺史家亮任谦程玉鹏刘友江陈池来中国科学院合肥物质科学研究院中国科学技术大学中国石化北京燕山分公司

高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)是一种快速、灵敏度高的现场检测技术，但利用其检测极性物质时极易受湿度的影响。Nafion管可选择性地快速滤除水汽，基于此本研究提出了适用于环境湿度下硫化氢(HS)气体快速检测的nafion-FAIMS技术。... 详细信息

高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)是一种快速、灵敏度高的现场检测技术，但利用其检测极性物质时极易受湿度的影响。Nafion管可选择性地快速滤除水汽，基于此本研究提出了适用于环境湿度下硫化氢(HS)气体快速检测的nafion-FAIMS技术。采用自制的nafion-FAIMS装置，研究了不同湿度条件下nafion-FAIMS技术检测H2S的稳定性，以及典型环境干扰物存在条件下的HS分离识别能力、定量检测线性度和检出限。结果表明，当相对湿度为5%～50%时，H2S的nafion-FAIMS谱图峰位置和峰高RSD分别小于0.4%和0.2%，比单一的FAIMS技术分别小10倍和250倍，表现出极高的识别和定量检测稳定性。在分离电压为1200 V条件下，苯与HS混合气体谱图的峰高和峰位置与单一物质的相对偏差仅为0.7%和2.0%，说明nafion-FAIMS技术对现场混合物检测具有良好的适应性。利用nafion-FAIMS技术检测浓度为0.08～0.46 mg/m~3的H2S气体样品，其信号线性度达到0.98，检出限低至0.04 mg/m3。

关键词：硫化氢高场不对称波形离子迁移谱湿度现场检测

高场不对称波形离子迁移谱分离检测3种二甲苯同分异构体

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分析化学 2019年第6期47卷 933-940页

作者：王晗刘友江李山徐青胡俊马贺陈池来中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室中国科学技术大学

二甲苯的3种同分异构体邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯的分离和同时检测难度极大。本研究采用自制的真空紫外光电离源高场不对称波形离子迁移谱仪,提出了"指纹特征获取-分离参数选择-异构体实验分析"的同分异构体检测方法,进行了邻二甲... 详细信息

二甲苯的3种同分异构体邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯的分离和同时检测难度极大。本研究采用自制的真空紫外光电离源高场不对称波形离子迁移谱仪,提出了"指纹特征获取-分离参数选择-异构体实验分析"的同分异构体检测方法,进行了邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯3种同分异构体同时检测的研究。在二甲苯异构体指纹谱图分析的基础上,提取了邻、间、对二甲苯的特征离子峰,基于分离电压幅值-峰位置关系分析,以及谱图叠加的方法,确定了最佳分离条件为分离电压700 V、载气流量400 L/h。在此条件下,得到邻、间、对二甲苯特征离子峰峰位置分别为4.36、14.96和11.16 V,保持了较大的间距,同时与二甲苯混合物检测谱图中峰位置为4.33、14.71和11.25 V的离子峰保持了良好的一一对应关系,误差仅为0.03、0.25和0.09 V。采用本方法实现了二甲苯混合物的同时分离检测,验证了方法的准确性。在保留特征离子峰的前提下,间二甲苯检出限为0.047 mg/m;,低于国家标准GB/T 18883-2002规定的二甲苯室内空气检出量0.20 mg/m;,线性范围为0.24～2.40 mg/m;。本研究为二甲苯异构体的检测提供了技术支持,同时为UV-FAIMS对同分异构体的快速、高精度检测提供了参考方法。

关键词：高场不对称波形离子迁移谱同分异构体二甲苯

痕量挥发性有机物的高场不对称波形离子迁移谱研究

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光谱学与光谱分析 2011年第1期31卷 12-15页

作者：李庄林丙涛孔德义陈池来程玉鹏王焕钦梅涛中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学自动化系安徽合肥230027

高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)技术是一种快速、高灵敏的痕量物质检测技术。利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对丙酮、苯和甲苯样品进行了检测,结果表明三种挥... 详细信息

高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)技术是一种快速、高灵敏的痕量物质检测技术。利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对丙酮、苯和甲苯样品进行了检测,结果表明三种挥发性物质在谱图中的分离效果优于传统离子迁移谱仪;另外分别对二甲苯三种同分异构体进行了检测,成功地实现了三者的分离。实验分析了载气流速对离子信号强度的影响,发现流速为220L·h-1时信号强度最大,此结果可用于仪器的优化设计。获得丙酮的检出限为100ng·L-1,比国外传统离子迁移谱仪低了一个数量级。

关键词：高场不对称波形离子迁移谱痕量挥发性有机物

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利用紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱快速、现场检测水中氨的含量

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分析化学 2016年第11期44卷 1679-1685页

作者：李山陈池来朱德泉关柯阮智铭刘友江余健文徐青中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室安徽农业大学工学院

氨是水体主要的污染物之一,其含量是水质评估的重要参数。本研究采用真空紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(Ultraviolet photoionization high field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,UVFAIMS)技术,发展一种的水... 详细信息

氨是水体主要的污染物之一,其含量是水质评估的重要参数。本研究采用真空紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(Ultraviolet photoionization high field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,UVFAIMS)技术,发展一种的水中氨含量的现场快速检测方法。通过对比标准氨样品和水中微量氨UV-FAIMS谱图峰的特征补偿电压(Compensation voltage,CV)值,确定了水中HN+4的特征离子峰位置;研究了不同分离电压(Dispersion voltages,DV)下HN4+谱图峰位置的关系,获得了HN4+的特征识别系数α2和α4分别为2.21×10-5Td-2和-1.45323×10-9Td-4;通过不同浓度样品的信号响应,研究了UV-FAIMS对水中氨的检出限,在信噪比为3的情况下达到了9.2μg/L。本研究为水中氨现场检测提供了一种快速、无需前处理的技术手段。

关键词：氨高场不对称波形离子迁移谱水污染现场检测

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载气流速对高场不对称波形离子迁移谱的影响

分析化学 2010年第7期38卷 1027-1030页

作者：林丙涛陈池来孔德义李庄王焕钦程玉鹏王电令梅涛中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室中国科学技术大学自动化系

载气流速是影响高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)的重要参数。以自制的高场不对称波形离子迁移谱仪为实验平台,在射频电场幅值3kV/cm,频率500kHz,占空比0.36的条件下,研究了载气流速对苯离子迁移谱谱峰强度和半峰宽的影响。实验结果表明... 详细信息

载气流速是影响高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)的重要参数。以自制的高场不对称波形离子迁移谱仪为实验平台,在射频电场幅值3kV/cm,频率500kHz,占空比0.36的条件下,研究了载气流速对苯离子迁移谱谱峰强度和半峰宽的影响。实验结果表明:载气流速为3.7L/min时,苯样品的谱峰强度最大,仪器的灵敏度最高。随着载气流速的增加,谱峰半峰宽变宽,仪器的分辨率下降。载气流速为3.0～3.7L/min时仪器综合性能最佳。此结果对于控制迁移谱仪载气流速有重要的参考意义。

关键词：高场不对称波形离子迁移谱载气流速

来源：博看期刊

基于紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱的化学战剂模拟剂检测

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分析化学 2014年第9期42卷 1259-1263页

作者：刘友江陈池来张乐华张晓天王泓伟孔德义中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室中国科学技术大学自动化系合肥工业大学电子科学与应用物理学院

通过扩散法制得低浓度的对甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三丁酯(TBP)、二甲基亚砜(DMSO)3种化学战剂模拟剂蒸气,并用自制紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱仪(Ultraviolet photoionization high field asymmetric ion mobility spectr... 详细信息

通过扩散法制得低浓度的对甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三丁酯(TBP)、二甲基亚砜(DMSO)3种化学战剂模拟剂蒸气,并用自制紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱仪(Ultraviolet photoionization high field asymmetric ion mobility spectrometry,UV-FAIMS)对其进行检测,得到不同样品在不同分离电压下特征谱图,并通过对多组分离电压(Dispersion voltage,DV)和补偿电压(Compensation voltage,CV)求解,建立了α2和α4二维谱图,提高了FAIMS的分辨识别能力。此外,对UV-FAIMS的检测灵敏度进行了测定。实验表明,此系统对甲基膦酸二甲酯(DMMP)的检测灵敏度优于0.55μg/L。

关键词：高场不对称波形离子迁移谱紫外光电离化学战剂模拟剂非线性函数系数

紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱检测环境中挥发性有机物

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分析科学学报 2017年第3期33卷 337-341页

作者：李山朱德泉陈池来刘友江阮智铭余健文徐青关柯安徽农业大学工学院安徽合肥230030 中国科学院合肥智能机械研究所传感技术国家重点实验室安徽合肥230031

本研究采用紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)快速检测环境中挥发性有机物。选取苯和对二甲苯为研究对象,并分析了分离电压、流速等因素对其分离识别的影响。实验结果表明:当分离电压值为0~1 200V时,苯和对二甲苯信号强... 详细信息

本研究采用紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)快速检测环境中挥发性有机物。选取苯和对二甲苯为研究对象,并分析了分离电压、流速等因素对其分离识别的影响。实验结果表明:当分离电压值为0~1 200V时,苯和对二甲苯信号强度逐渐降低,而特征补偿电压值却逐渐增加。实验选取分离电压值为900V,当载气流速为0~240L/h时,苯和对二甲苯的特征离子峰信号强度逐渐增加,当载气流速为0~120L/h时,苯和对二甲苯团簇峰信号强度增加,当载气流速为120~240L/h时,苯的团簇峰信号强度增加,而对二甲苯的团簇峰信号强度降低。此外,对样品浓度、信号强度与噪声的比值进行探讨,获得UV-FAIMS检测苯的检测限为0.011mg/m3。

关键词：高场不对称波形离子迁移谱紫外光离子源挥发性有机物分离电压载气流速

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基于高场不对称波形离子迁移谱的环境污染物现场快速检测方法研究

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基于高场不对称波形离子迁移谱的环境污染物现场快速检测方法研究

作者：李山安徽农业大学

学位级别：硕士

随着我国经济快速增长,环境污染问题日益加剧,而对污染物和污染程度信息的快速获取业已成为政府监管部门、企业和民众所关心的热点问题。高场不对称波形离子迁移谱(High-Field Asymmetric wave form Ion Mobility Spectrometry,FAIMS)... 详细信息

随着我国经济快速增长,环境污染问题日益加剧,而对污染物和污染程度信息的快速获取业已成为政府监管部门、企业和民众所关心的热点问题。高场不对称波形离子迁移谱(High-Field Asymmetric wave form Ion Mobility Spectrometry,FAIMS)是一类基于气态离子的离子迁移率差别,利用高频高幅值非对称电场作用实现离子分离识别的痕量物质探测技术,具有速度快、灵敏度高、谱图信息丰富、核心分析器可利用微型机电系统(Micro-electromechanical Systems,MEMS)制作等优点,在环境污染物现场检测领域具有广阔应用前景。本文面向环境污染现场快速检测需求,开展适用于环境污染物快速现场检测的高场不对称波形离子迁移谱技术和应用方法研究,主要内容如下:(1)对典型环境污染物及检测技术、离子迁移谱(IMS)技术特征及其在环境等领域的应用现状、FAIMS在环境污染物检测中的优势等进行介绍分析(2)FAIMS分析器和工作参数优化,FAIMS检测样机搭建。采用COMSOL仿真软件对FAIMS分析器结构和工作条件(载气流速、电场分布)参数进行建模和仿真,建立平板结构的FAIMS工作理论模型,为分析器的设计和最优工作条件提供了可靠的理论依据;系统研究并优化了FAIMS分析器结构材料、制造工艺流程,研制出了高结构精度、优良电学力学性能的FAIMS分析器,同时研制了FAIMS关键工作电源和电路,最终搭建了可供环境污染物现场检测的FAIMS原理样机。(3)挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)和氨是空气和水体中主要的重要污染物,对人体健康有着巨大的危害,本文提出真空紫外灯电离源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)技术,发展一种空气和水中污染物含量现场快速检测方法。选取空气中常见的污染物VOCs中的苯和对二甲苯为研究对象,分析了分离电压、流速等FAIMS关键参数对分辨率、灵敏度、稳定性等检测结果的影响,得到了苯和对二甲苯的FAIMS谱图特征峰和识别特征量,获得苯和对二甲苯的特征识别系数分别α和α为2.05﹡10Td、2.25﹡10Td和4.94﹡10Td、7.92﹡10Td。在信噪比为3的情况下获得FAIMS检测苯和对二甲苯的检测限,分别为0.034㎎/m和0.0079㎎/m。选取水中主要污染物氨为研究对象,通过对比标准氨样品和水中微量氨FAIMS谱图峰的补偿电压(CV)值,确定了水中氨离子的特征离子峰位置;研究了不同分离电压(DV)下氨离子谱图峰位置的关系,获得了氨离子的特征识别系数α和α,其分别为3.04﹡10Td和-1.99﹡10Td;通过不同浓度样品的信号响应,研究了UV-FAIMS对水中氨的检测限,在信噪比为3的情况下达到了9.2μg/L。

关键词：环境污染物高场不对称波形离子迁移谱挥发性有机物氨