本工作依托合肥同步輻射光源原子與分子物理光束線站搭建一套新的實(shí)驗(yàn)平臺,如圖1所示,氧化反應(yīng)器與同步輻射光電離高分辨質(zhì)譜和氣相色譜/質(zhì)譜耦合。一方面,光電離質(zhì)譜利用同步輻射的高亮度、能量連續(xù)可調(diào)諧、超聲分子束取樣原位在線分析、飛行時間質(zhì)譜的快速和高靈敏度檢測等優(yōu)勢,可實(shí)現(xiàn)對燃燒和大氣氧化中的反應(yīng)產(chǎn)物的近閾值電離,從而能夠探測到關(guān)鍵活性中間體以及復(fù)雜的產(chǎn)物。光電離質(zhì)譜質(zhì)量范圍2-800,靈敏度0.04 ppm,準(zhǔn)確度5 mmu,分辨率5000@m/z 100。氣相色譜配備有FID與TCD檢測器,用于檢測C1-C8的碳?xì)浠衔锖?/span>H2、O2、N2、CO、CO2;氣相色譜/質(zhì)譜配備兩個FID和MS檢測器,用于定性、定量檢測C4以上含氧化合物及異構(gòu)體。

圖1. 高分辨光電離質(zhì)譜與氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)平臺
為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺的可靠性,本研究在1個大氣壓、當(dāng)量比1、滯留時間6秒和3%濃度的工況條件下,開展正丁烷的低溫氧化實(shí)驗(yàn),部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高分辨光電離質(zhì)譜與氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)平臺對氧化反應(yīng)產(chǎn)物及異構(gòu)體的檢測和定量分析方面具有巨大優(yōu)勢,可以獲得更加全面和豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),解決燃燒和大氣氧化實(shí)驗(yàn)中復(fù)雜組分的區(qū)分和定量分析的難題。

圖2. 正丁烷低溫氧化實(shí)驗(yàn)中丁烷、部分過氧化物和C4H8O的7種異構(gòu)體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
相關(guān)研究工作以“Comprehensive study of the low-temperature oxidation chemistry by synchrotron photoionization mass spectrometry and gas chromatography”為題,發(fā)表在國際燃燒學(xué)會會刊《Combustion and Flame》上。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2021.111797