دليل عملي على اقتران حجم التنقل المسح الضوئي ومزدوجة مطياف الكتلة البلازما استقرائي (سمبس-إكبمس)

Summary

في هذا العمل يتم توفير دليل عملي، واصفا الخطوات المختلفة لإنشاء اقتران نظم سمبس و إكبمس، وكيفية استخدامها. وتقدم ثلاثة أمثلة وصفية.

Abstract

وهناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأساليب التحليلية المتاحة لتوصيف الجسيمات في الأيروسولات والتعليقات. يعتمد اختيار التقنية المناسبة على الخصائص التي سيتم تحديدها. في العديد من المجالات المعلومات حول حجم الجسيمات والتكوين الكيميائي هي ذات أهمية كبيرة. بينما في تقنيات الهباء الجوي يتم تحديد توزيعات حجم الجسيمات من الجسيمات التي تنتقل عن طريق الغاز على الانترنت، ويتم تحليل تكوين عنصري بشكل غير متصل حاليا بعد إجراء أخذ العينات وإعداد المناسبة. للحصول على كلا النوعين من المعلومات على الانترنت وفي وقت واحد، تم تطوير الإعداد الواصلة مؤخرا، بما في ذلك المسح الضوئي التنقل الجسيمات الحجم (سمبس) ومطياف الكتلة البلازما على نحو حثي (إكبمس). وهذا يسمح أولا لتصنيف الجسيمات فيما يتعلق قطرها التنقل، ومن ثم لتحديد تركيز عدد وتكوين عنصري في موازاة ذلك. يتم استخدام ديوتر القرص ديلوتر (ردد) ونظام إدخال، وإعطاء المزيد من فلعدم إمكانية استخدام مصادر مختلفة من الهباء الجوي. في هذا العمل، يتم تقديم دليل عملي يصف الخطوات المختلفة لإنشاء هذه الأداة، وكيفية استخدام أداة التحليل هذه. وتنعكس براعة هذه التقنية الواصلة في قياسات مثلا على ثلاثة أيروسولات مختلفة ولدت من أ) محلول ملحي، ب) تعليق، ج) تنبعث من عملية حرارية.

Introduction

في العديد من المجالات، توصيف الجسيمات في الأيروسولات والتعليقات - بما في ذلك تحديد التركيب الكيميائي وتوزيع الحجم - مسألة هامة. وتستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات التحليلية لتحديد خصائص الجسيمات في تطبيقات بيئية وصناعية وبحثية مختلفة، مثل قياس / رصد الجسيمات المنبعثة عن طريق الهواء أو الجسيمات المنبعثة من الاحتراق، وتوصيف الأجسام النانوية المهندسة المهندسة، ودراسة آثارها الصحية والبيئية.

يتم تحليل معلومات حجم الجسيمات والجسيمات التي تنقلها الغاز في المعلقات تقليديا من قبل سيزر مختلف الجسيمات، مثل مقياس الجسيمات الهوائية (أبس)، أجهزة تشتت الضوء الديناميكي (دلس)، أو المسح الضوئي للجسيمات المتحركة (سمبس) ^{1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5} . الوهي عبارة عن أداة قياس راسخة للهباء الجوي - تتألف من جزأين، محلل تحليلي تفاضلي (دما) ومكثف للجسيمات التكثيف (كيك). يتم تركيب كل من الصكوك في سلسلة. أول واحد يسمح لتصنيف الجسيمات الهباء الجوي وفقا لأقطار التنقل في تيار الهواء من خلال تغيير الجهد بين اثنين من الأقطاب الكهربائية ⁶ . في الحزب الشيوعي الصيني، دخول الجسيمات النانوية بمثابة نوى التكثيف، يتم تشكيل قطرات "كبيرة"، ومن ثم يتم عد بصريا ⁶ . وتمثل بيانات الإخراج سمبس معلومات عن حجم المقاس عن الجسيمات المقاسة وتعطى كتسويات حجم الجسيمات (بسد).

من ناحية أخرى، وعادة ما يتم توصيف الكيميائية من الجسيمات التي تنقلها الغاز والجسيمات في تعليق حاليا ⁷ . مطلوب إجراء جمع وإعداد العينات المناسبة قبل التحليل. هذا حالياوعادة ما تشمل التحقيقات تطبيق تقنية طيفية، مثل قياس الطيف الكتلي (إكبمس). هذا هو طريقة راسخة في عنصر وتحليل أثر عنصر من العينات السائلة مع حساسية عالية جدا وحدود الكشف المنخفضة ⁸ . في إكبمس، والبلازما الأرجون يخدم لتجف وتحلل العينات المقدمة في الأيونات الذرية. ثم يتم تصنيف هذه وفقا الكتلة إلى نسبة الاتهام (م / ض) وأخيرا تحسب في وضع التناظرية أو نابض. وإلى جانب العينات السائلة، تستخدم هذه التقنية أيضا لتحليل الغاز والجسيمات. على سبيل المثال، يمكن إدخال الغاز مباشرة في إكبمس وتحليلها ^{9 ، 10 ، 11} . في تحليل الانصهار، ويستخدم جهاز كروماتوجراف الغاز (غ) إلى إكبمس لفصل وكشف المركبات المتطايرة ¹² . تم تطوير إكبمس إلى ما يسمى إكبمس الجسيمات واحد (سب-إكبمس) من أجل شارا كتريز مونوديسبيرز الجسيمات في تعليق ^{13 ، 14} . وتستخدم الأساليب التحليلية السطحية و / أو السائبة إما لتحقيق توصيف كامل، و / أو للحصول على مزيد من المعلومات عن خصائص الجسيمات. وتستخدم تقنيات التصوير، مثل المسح الضوئي المجهري الإلكتروني (سيم) والإرسال المجهري الإلكتروني (تيم)، على نطاق واسع لهذا الغرض ^{15 ، 16 ، 17} .

وللحصول على معلومات كيميائية وحجمية في الوقت نفسه، يمكن الجمع بين تقنيتين تحليليتين مختلفتين، مثل تقنية سمبس وتقنية الطيف البلازمي، في إعداد واحد ¹⁸ . يمكن لهذا المفهوم قياس على الانترنت تجنب المشاكل المتعلقة جمع العينات وإعداد وإجراء التحليل حاليا. وأبلغ هيس وآخرون عن نظرة عامة قصيرة على المحاولات السابقة لتطوير مثل هذا الإعداد المشترك."كريف"> 19.

في هذا العمل، ويرد وصف مفصل لترتيب القياس سمبس-إكبمس مجتمعة والإجراءات. يتم استخدام ديوتر القرص ديلوتر (ردد) واجهة مقدمة. تطوير هذه التقنية الواصلة وثلاث دراسات تطبيق يمكن العثور عليها في الأدب ^{19 ، 20 ، 21} . أرقام الجدارة التي قدمها هيس وآخرون. ^{2 0} أن أداء أجهزة سمبس-إكبمس المتقدمة يمكن مقارنتها بأداء الأنظمة المنفصلة للدولة. هذه الدراسة مكملة للمنشورات السابقة ^{19 و 20 و 21} وتعطي ممارسة مختبرية تصف كيف يمكن استخدام هذا الإعداد. يتم وصف تطبيقات التطبيقات على الأيروسول من مصدرين مختلفين في وقت قصير، لإظهار براعة من يقترن system.

قبل وصف بروتوكول القياس، يجدر تلخيص المكونات الفردية واستراتيجية اقتران الإعداد الواصلة. ويمكن الاطلاع على وصف أكثر تفصيلا في مكان آخر ¹⁹ . المكونات الرئيسية للإعداد المقترن هي: مصدر الهباء الجوي، ردد، دما، كيك، و إكبمس.

لتوليد جزيئات الهباء الجوي المجفف من تعليق أو محلول السائل، يتم استخدام مولد الهباء الجوي مجهزة فوهة وهلام السيليكا أكثر جفافا. ويمكن الاطلاع على وصف تفصيلي في مكان آخر ¹⁹ . ولتحقيق العمليات الحرارية، يتم استخدام أداة التحليل الحراري (تغا أو فرن أنبوبي).

يستخدم ردد لإدخال عينة الهباء الجوي ²² . وهو يتألف من كتلة فولاذية قابلة للحرارة مجهزة بقناتين، و قرص دوار يضم عدة تجاويف. يتم مسح القنوات مع تخفيف الغاز والهباء الخام من الهباء الجويمصدر. اعتمادا على تدفق الغاز وسرعة دوران القرص، يتم إضافة كمية معينة من الهباء الخام إلى غاز التخفيف، مما أدى إلى نسبة التخفيف محددة. يستخدم الأرجون كما الغاز التخفيف، بسبب انخفاض التسامح الهواء من إكبمس. ومع ذلك، ينبغي تعيين حد الجهد دما أقل من ذلك دما تعمل الهواء، من أجل تجنب الانحناء الكهربائي. وبما أن تدفق عينة الهباء المخفف في منفذ ردد يمكن التحكم فيه بشكل مستقل بشكل مستقل عن تدفق الهباء الجوي الخام، يمكن استخدام مفهوم أخذ العينات ردد لمصادر مختلفة من الهباء الجوي. يتم تركيب أنبوب ساخن (حتى 400 درجة مئوية) بين ردد و سمبس، لتتبخر جزيئات متطايرة، و / أو لزيادة تمييع الهباء الجوي. هناك حاجة إلى هذه الخطوة لتحقيق استنساخ جيدة عند معالجة العينات التي تحتوي على المواد العضوية. ومع ذلك، قد يؤدي هذا أيضا إلى تفاعلات كيميائية. الانحلال الحراري، على سبيل المثال، يبدأ في درجات حرارة أقل بكثير، ويمكن أن تتحلل ليس فقط الجسيمات ولكن أيضا لحث بعض التفاعلات الكيميائية. يستخدم سمبس طيتكون هذا العمل من أنبوب دما (على غرار دما الطويل؛ انظر جدول المواد)، وتكلفة النقرة التجارية. قبل الدخول إلى دما، يجب أن يمر الهباء الجوي المخفف بمصدر إشعاعي يدعى محايد الأيروسول، من أجل إنشاء توازن شحنة معروف (بافتراض توزيع شحنة بولتزمان) ⁶ . ثم يتم تصنيف الجسيمات وفقا لقطر حركتها من خلال تغيير الجهد في غم دما معين وتدفقات غاز الهباء الجوي. يتم تقسيم الانسياب في منفذ دما بحيث يتم توجيه 30٪ من الهباء الجوي إلى الحزب الشيوعي الصيني، و 70٪ أخرى إلى إكبمس. يتم تحديد تركيز عدد من الجسيمات المصنفة من قبل الحزب الشيوعي الصيني. أما الجزء الآخر من الهباء الجوي فيجري تحليله بواسطة أداة تجارية إكبمس، مما يسمح بالتحليل العنصري للجزيئات المحملة بالهباء الجوي. وبما أنه لم يتم التحقيق في أي سوائل، يتم إزالة نظام إدخال العينات التقليدي ويتصل منفذ دما مباشرة بالمركز الدولي للرصد البيئي. و ردد ثانية وغيرها من سمب التجارية التي تديرها الهواءS تستخدم كأدوات مرجعية للتحقق من صحة مديرية الأمن العام يقاس الإعداد سمبس-إكبمس المقترنة. ويرتبط النظام المرجعي ردد-سمبس بمخرج الهباء الجوي الخام من ردد للنظام المقترن.

Protocol

1. ردد-سمبس-إكبمس الإعداد

1. اقتران استراتيجية الإعداد ردد-سمبس-إكبمس
   ملاحظة: من أجل إقران الأدوات المختلفة، أي ردد، سمبس و إكبمس، وللسيطرة على تدفقات الغاز المختلفة، هناك حاجة إلى بعض التعديلات في الترتيبات مفيدة. وتتلخص الخطوات الرئيسية لمفهوم اقتران هنا:
   1. استخدام أنابيب موصل مع القطر الداخلي / الخارجي 6.0 / 12.0 مم (الكربون مشربة أنابيب السيليكون) لربط أجزاء الآلات المختلفة.
   2. قم بتثبيت جهاز تدوير القرص الدوار بين مصدر الهباء الجوي ومحلل التنقل التفاضلي، أو دما، حيث يتم تصنيف حجم الجسيمات. تقسيم الهباء الجوي المصنف في منفذ دما في اثنين من الكسور. سيتم استنشاق المرء بواسطة عداد الجسيمات التكثيف أو الكلفة بالنقرة (كيك). والآخر يسترشد نحو مطياف الكتلة البلازما حث مقرونا، أو إكبمس ( الشكل 1 ).
   3. استخدام وحدة تحكم تدفق الشامل (مفك)ومرشح، مثل فلتر الهواء الجسيمات عالية الكفاءة (هيبا)، لتوفير ردد مع الجسيمات تخفيف الأرجون الأرجون.
   4. إضافة فلتر آخر في منفذ ردد عن الغاز الخام الزائد (Q _{ردد أوت} ). تحقق من أداء جميع الفلاتر المستخدمة من وقت لآخر أثناء استخدام تكلفة النقرة.
   5. استخدام مفك آخر وتصفية لضبط تدفق الغاز غمد (س _غمد ) قدم إلى دما.
   6. لضبط دما فائض تدفق الغاز (س _{دما إكسك} )، جبل فلتر، مفك، ومضخة فراغ في سلسلة في منفذ دما.
   7. قم بتوصيل مفك وتصفية إضافية لإضافة الهواء الخالي من الجسيمات (Q _{كيك إير} ) إلى تكلفة النقرة ( _كيك )، كتدفق الماكياج لتقليل كمية الأيروسول المصنف ( _فئة Q _كيك )، التي تستهلكها الكلفة بالنقرة (كيك).
      ملاحظة: وذلك لأن كيك ينضح بنشاط تدفق يحددها فوهة حرجة ومضخة خارجية، وهو حوالي 1 لتر / دقيقة. معدل التدفق المصنف في مدخل برنامج المقارنات الدولية (Q _{إيكب إن} ) هو الفرق بين العائمةث في فئة مخرج دما ( _فئة Q) _وفئة Q _كيك .

2. بروتوكول قياس ل ردد-سمبس-إكبمس

ملاحظة: قبل ضبط المعلمات سمبس-إكبمس، يجب تعيين التدفقات المستخدمة لمولد الأيروسول. هنا، يتم وصف الإجراء من استخدام عينات السائل والصلبة.

1. مثال على مصادر الهباء الجوي
   1. استخدام مولد الأيروسول للسوائل والمعلقة
      1. على سبيل المثال لاستخدام مولد الأيروسول للتعليق، وإعداد تعليق أكسيد الزنك (شنو) تعليق من زنو نانوبودر التجارية (على سبيل المثال مع قطر الاسمي من 50 نانومتر) وحمض الاكريليك بولي كما استقرار للجسيمات النانوية. تمييع تعليق استعداد للحصول على تركيز أكسيد الزنك من تقريبا. 30 ميكروغرام / مل. يتم اختيار هذا التركيز لأنه سيؤدي إلى إشارة إكبمس جيدة في وقت لاحق، مع جميع التدفقات الغازية المطبقة.
      2. للقياس الثاني إعداد الصوديوم المائيكلوريد (كلوريد الصوديوم) محلول مع تركيز 200 ميكروغرام / مل.
         1. أولا، ملء تعليق أو حل في زجاجة وتركيبه على مولد الأيروسول.
      3. استخدام مولد الأيروسول لتوليد الهباء الجوي من محلول الملح أو تعليق الجسيمات، وإزالة المياه من الجسيمات في جفاف السيليكا جفافا.
         1. تعيين صمام الهواء المضغوط من مولد الأيروسول قليلا فوق 1 بار. ضبط هذه النتائج في تدفق الهباء الجوي وراء جفاف نشر إلى حوالي حوالي 1 لتر / دقيقة. وأخيرا، قم بتوصيل منفذ جفافا إلى مدخل ردد.
   2. باستخدام مقياس الحرارة أو فرن أنبوبي
      ملاحظة: كمثال لتطبيق ردد-سمبس-إكبمس في قياس الانبعاثات من العمليات الحرارية، يتم تحليل عينة كلوريد النحاس (كوكل ₂ ). يتم استخدام اثنين من مصادر الهباء الجوي، وهي تغا وفرن أنبوبي. في كلتا الحالتين، فإن الغاز التفاعلي (على سبيل المثال O 2)، الذي يستخدم في العملية الحرارية، يتم خلطه مع الأرجون إلى النسبة المناسبة من أجل منع النوى والتكثيف. في هذا العمل فقط يتم عرض إجراءات القياس والبيانات التمثيلية من تجربة تغا.
      1. أولا، الفارغة بوتقة تغا فارغة. تزن 50 ملغ من مسحوق كوكل ₂ ووضعه في بوتقة.
      2. ضبط مفك واحد للغاز رد الفعل (O ₂ ) إلى حوالي 20 مل / دقيقة.
      3. تعيين تدفق الغاز الواقي (الأرجون) إلى حوالي 80 مل / دقيقة. في منفذ تغا، إضافة تدفق الأرجون من حوالي 900 مل / دقيقة للحصول على تدفق إجمالي حوالي 1 لتر / دقيقة ( أي مجموع التدفقات من O ₂ ، الأرجون الواقية والأرجون المضافة). إذا تم استخدام مضخة ردد، اضبط مفك للوصول إلى التدفق المطلوب.
      4. تعيين برنامج درجة الحرارة المطلوبة (25 درجة مئوية لمدة 18 دقيقة و 450 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة).
2. تحديد التدفقات
   ملاحظة: لتحقيق عملية مستقرة منردد-سمبس-إكبمس الإعداد، جميع الغاز والهباء الجوي يجب أن يتم تعديل بعناية كما هو موضح أدناه. في هذا القسم، يتم إعطاء مثال لمجموعة من قيم المعلمات لضبط ردد و سمبس و إكبمس. مجموعة أخرى من المعلمات هو ممكن. إلا أن الإجراء سيظل كما هو. يتم سرد الاختصارات تدفق المستخدمة في الشكل 1 . في الخطوات التالية استخدام مقياس الجريان، مثل معايرة التدفق، لقياس مختلف الغاز والهباء الجوي التدفقات قبل بدء القياس.
   1. أولا تعيين تدفق غمد الأرجون في مدخل دما إلى 3 لتر / دقيقة.
   2. تعيين درجة حرارة كتلة ردد التدفئة إلى 80 درجة مئوية، وأن أنبوب التبخر إلى 350 درجة مئوية.
   3. ضبط وحدة تحكم تدفق الكتلة من الأرجون التخفيف من أجل الحصول على 0.6 لتر / دقيقة كتدفق من العينة المخففة في منفذ من ديلوتر ديوتير القرص ( _عينة Q). يتم اختيار نسبة 0.6 / 3 من الغاز غمد لغاز العينة لتغطية حجم الجسيمات تتراوح من حوالي 14 إلىحوالي 340 نانومتر.
   4. بعد ذلك، ضبط بعناية جهاز التحكم في تدفق كتلة الغاز الزائدة (Q _{دما إكسك} ) لتحقيق تدفق الأيروسول المصنفة من 0.6 لتر / دقيقة ( _فئة Q)، ونفس معدل التدفق كما أن الهباء الجوي المخفف بوليديسبرزيد في مدخل دما (Q _بولي ) .
   5. بعد ذلك، ضع معايرة التدفق بين دما و كيك، وضبط تدفق الهواء المكياج ل كيك، لتقليل معدل تدفق الأيروسول المصنف الذي تخلله تكلفة النقرة إلى 0.18 لتر / دقيقة. وهذا يعادل 30٪ من _فئة Q.
   6. التحقق من التدفق المتبقي من الأيروسولات المصنفة لضمان أن يتم توجيه 0.42 لتر في الدقيقة إلى إكبمس، أي 70٪ من الأيروسول المصنف ( _فئة Q). تغيير طفيف من هذا التدفق يمكن تصحيحها عن طريق صقل مفك من دما الغاز الزائد مرة أخرى.
3. إعداد برنامج سمبس
   1. المقبل، وحساب اللزوجة الديناميكية ومتوسط ​​المسار الحر للأرجون في درجة الحرارة المحيطة والضغط ²³ . Eنتر كل القيم في برنامج سمبس.
   2. في برنامج سمبس، تعيين فترات الفحص صعودا وهبوطا من دورة المسح دما إلى 150 ثانية و 30 ثانية ( أي 1 دما دورة = 1 مسح = 180 ثانية).
   3. في برنامج سمبس، تعيين الجهد الأقصى دما إلى 4.5 كيلو فولت لتغطية الفاصل الزمني بسد تتراوح من حوالي 14 إلى حوالي 340 نانومتر.
      ملاحظة: يتم استخدام الحد الأقصى للجهد 10 كيلو فولت عادة في سمبس التي تديرها الهواء. نظرا لقوة عازلة أقل من الأرجون النسبية لتلك التي من الهواء، ينبغي تعيين الحد أقل في هذا التطبيق، لأن خلاف ذلك الانحناء الكهربائي سيحدث، مما يؤدي إلى تلف أداة وأخطاء الإشارة.
4. إعداد إكبمس
   1. إزالة نظام إدخال التقليدية من عينات السائل لإدخال الهباء الجاف مباشرة في إكبمس. إضافة أنبوب موصل بين منفذ منها منفذ دما و إكبمس. استخدام هذا الأنبوب ل زينون (ز)، مع تركيز حوالي 100 جزء في المليون في المصفوفة الأرجون، لتحسين البلازما إكبمسقبل كل قياس وللسيطرة على استقرار البلازما أثناء القياس.
   2. الحفاظ على ثابت تدفق زي لجميع القياسات (على سبيل المثال في 4 مل / دقيقة) وضبط المعلمات الأخرى في البرنامج إكبمس، بما في ذلك إيكب تخفيف الغاز وعمق أخذ العينات، لتحقيق كثافة ز الثابتة.
      ملاحظة: يتم سرد المعلمات الرئيسية إكبمس ضبط في الجدول 1 . ويشار إلى المعلمات التي سيتم ضبطها قبل كل قياس في العمود الأخير.
   3. تعيين سمبس و إكبمس وقت الاستحواذ لتغطية المدة الإجمالية المطلوبة من قياس الهباء الجوي (على سبيل المثال ، لمدة 10 المسح سبمس، تعيين إكبمس وقت الاستحواذ إلى 30 دقيقة على الأقل).
   4. بعد ضبط تدفق الغاز و سمبس و إكبمس المعلمات تشغيل اثنين من الأدوات يدويا في نفس الوقت. في حالة تغا، والحصول على سمبس و إكبمس إشارات فارغة في 25 درجة مئوية لمدة 18 دقيقة (6 بمسح). في حالة تعليق أو عينة السائل، والحصول على إشارات فارغة خلال 2 بمسحات من 6 مفي مع سرعة دوران القرص تعيين إلى الصفر. ثم قم بتعيين عامل التخفيف من ردد إلى القيمة المطلوبة عن طريق ضبط سرعة دوران القرص يدويا. مع التكوين الحالي، 100٪ سرعة الدورية يتوافق مع عامل التخفيف من 14.9.
5. تحليل البيانات
   ملاحظة: يقيس إكبمس كثافة الأيونات لكل وحدة زمنية (وحدة: عدد في الثانية، أو كبس) لكل م / ض. هذه الكثافة يتناسب مع كتلة الحليلة. تمثل بيانات سمبس رقم بسد الموزونة بالأرقام من الأيروسول المصنف (بسد _n ) الذي يدخل إلى دما (الوحدة: 1 / سم ³ )، استنادا إلى تركيزات الأرقام التي تحددها الكلفة بالنقرة (كيك) خلف دما. لمقارنة إشارات إيكب و سمبس، يجب حساب بسد ذات الوزن المرجح (بسد _v ). وينبغي إجراء الحسابات والتصويبات التالية:
   1. تصدير شدة الإشارة الخام مقابل الوقت لكل m / z من البيانات إكبمس، و بسد _ن - يحددها برنامج سمبس - كدالة من با قطر الرتل (d _p ). من البيانات الخام سمبس، وتصدير قطر الجسيمات والوقت المسح المقابلة. استخدام هذا الأخير من أجل ربط وقت القياس إكبمس مع قطر الجسيمات (انظر أدناه).
      ملاحظة: يجب أن يعتبر برنامج سمبس أن تدفق الهباء الجوي في منفذ دما مقسم، و 30٪ فقط من الجسيمات المصنفة تصل إلى تكلفة النقرة. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق ضرب قيم كفاءة العد - المخزنة في جدول منفصل كخصائص تكلفة النقرة الخاصة بالنوع - بعامل قدره 0،3.
   2. وبما أن المعلومات المطلوبة ليست في المقام الأول تركيز الجسيمات بين ردد و دما، إلا أنه عند مدخل ردد، تضاعف التركيزات المقيسة بواسطة عامل التخفيف ردد، أي 14.9 في التشكيل الحالي.
   3. ولحساب البيانات المرجحة بالحجم من بيانات سمبس المرجحة بالأرقام الأصلية، تضاعف التركيزات المسجلة ل بسد _n بالحجم V (d _P ) للجسيمات المقاسةكلاس = "كريف"> 6 (V (d _P ) = (π / 6) ∙ d _P ³ ).
   4. احسب إشارة الشبكة إكبمس عن طريق طرح إشارة الخلفية من إشارة أيون الخام لكل نظير. ثم ضرب الإشارة الصافية عن طريق احتمالية الشحنة المفردة العكسية 1 / p ⁺¹ (d _p ) للحصول على كثافة إيكب المصححة، التي تتناسب تقريبا مع التركيز عند مدخل دما ومن ثم في مدخل ردد (بافتراض عدم وجود خسائر في الجسيمات بين مدخل ردد و إكبمس أو كيك مداخل).
      1. حساب احتمال الجسيمات لتحمل شحنة موجبة عنصري واحد باستخدام تقريب ويدنزوهلر ²⁴ . وبالنسبة إلى بيانات سمبس التي يعالجها برنامج سمبس، فإن التصحيح لهذا الاحتمال يحمل عادة في البرنامج.
   5. لمسح سمبس معين، مؤامرة تركيز سمبس الجسيمات أو كثافة إكبمس كدالة من قطر الجسيمات في الرسم البياني زي. وفي حالة وجود نظام ثابت،الهباء الجوي الدولة، واستخدام نفس النوع من الرسم البياني لتقديم تركيز أو كثافة متوسط ​​خلال عدة مسحات.
   6. لسلسلة من المسح الضوئي، واستخدام 2D سطح أو الرسوم البيانية 3D لرسم تركيز سمبس أو إكبمس كثافة وظائف قطرها والوقت. في حالة العمليات الحرارية، إذا تم استخدام برنامج درجة الحرارة، استبدال الوقت من قبل القيم درجة الحرارة المقابلة.
      ملاحظة: وعلاوة على ذلك، فإن الحسابات اللازمة ل إكبمس والبيانات سمبس لجعل هذه المؤامرات يمكن أن تكون مؤتمتة باستخدام برامج حساب مثل ماتلاب أو إيغور برو، والذي يسمح للحصول على نتائج النهائية قوية في وقت قصير.

Results

في المثال الأول، يتم استخدام الإعداد كأداة لقياس الجسيمات على الانترنت ولدت من تعليق أكسيد الزنك ( الشكل 2 ). كما يمكن أن يرى في الشكل 2A-2B ، يظهر بسد _V تحولت نحو جزيئات أكبر بالمقارنة مع بسد _ن . وعلاوة على ذلك، في أقطار الجسيمات الكبيرة، ومنحنى كثافة إكبمس يكمن قليلا أقل من المنحنى الكشف عنها من قبل سمبس. في المثال الثاني، تم توليد الجسيمات من محلول كلوريد الصوديوم المائي (200 ميكروغرام / مل) باستخدام نفس مولد الهباء الجوي ( أرقام 3A-3C ). إشارات إكبمس و سمبس لا تظهر تغييرا كبيرا مع مرور الوقت، وإشارة حل الوقت من الصوديوم يرتبط جيدا إلى _الخامس بسد خلال فترة القياس بأكملها. على عكس الزنك في المثال السابق، نا لديه عالية نسبيا إكبمس إشارة الخلفية، مما أدى إلى إشارة صاخبة من تلك التي سجلتها سمبس. كما هو الحال في الزنكO تعليق العينة، وضع بسد _ن تقع في قطر الجسيمات أقل من ذلك من بسد _v . وبما أن الجسيمات المتولدة هي جزيئات كلوريد الصوديوم، فإن سلوك إشارة كل يشبه سلوك نا ويربط جيدا مع بيانات سمبس ذات الصلة بالحجم (لا تظهر البيانات).

في المثال الأخير، يتم عرض نتائج المعالجة الحرارية لعينة كوكل ₂ باستخدام تغا. ويبين الشكل 4A بسد _ن المسجلة للجسيمات وصولا الى 20 نانومتر في بداية التدفئة تغا (في حوالي 21 دقيقة على محور الوقت، أي في بداية المسح 7TH سمبس). بعد ذلك يصل تركيز الجسيمات في بسد _n إلى حالة مستقرة عندما يتم الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة وتغطي الجسيمات حجم يتراوح بين 60 و 250 نانومتر. لوحظت زيادة طفيفة في حجم الجسيمات بعد المسح ^ال 11 سمبس (في حوالي 30 دقيقة على محور الوقت). يستهلكسيديرينغ بسد _الخامس ( الشكل 4B )، ومساهمة الأحجام الجسيمات مختلفة مختلفة تماما عن أن بسد _ن ، ومع ارتفاع درجة الحرارة بسد _V أساسا بين 150 و 330 نانومتر. إشارة إكبمس من النحاس هو مبين في الشكل 3C يرتبط جيدا مع بسد _v . ويبين الشكل 4D-4E تصحيح وتصحيح ³⁵ كل كثافة خلال صعودا وهبوطا بمسح، على التوالي. بعد نقطة الانطلاق من فترة التسخين، بجانب شدة المقابلة لجسيمات من أنواع الكلور، كثافة كل المستمر يغطي تم قياس مدى حجم الجسيمات (في الفاصل الزمني 18 إلى 33 دقيقة، أي من 7 إلى 11 سمبس المسح الضوئي ). ويرجع ذلك إلى تبخر كل الأنواع الغازية. يتم تسجيل جسيمات الكلور في نفس نطاق حجم النحاس، وهي في الجسيمات بأقطار فوق 150 نانومتر. تجربة أخرى باستخدام نفس العينة (كوكل ₂ ) يتم تنفيذها دون Sمبس وباستخدام فقط إعداد تغ-ردد-إكبمس. هنا يتم قياس إشارة إكبمس من جسيمات الهباء الجوي غير المصنفة (الشكل 4F). على غرار حالة سمبس-إكبمس، يمكن ملاحظة زيادة كل من الإشارات (كل والنحاس) في المسح الأخير.

أظهرت النتائج التي تم الإبلاغ عنها في هذا العمل الاستخدامات المتعددة لنظام سمبس-إكبمس المقترن بمصادر مختلفة من الهباء الجوي. في الأمثلة المقدمة العلاقة بين إكومبس حل الزمن من إشارة النحاس و بسد _v واضح. وفيما يتعلق بالهباء الجوي المحمل بجسيمات مختلفة، تتحدد مساهمة كل عنصر في المقياس الإجمالي للساتل بسد بواسطة إشارات النظام إكبمس. وعلاوة على ذلك، فإن مثال كلوريد الصوديوم يدل على أن الحفاظ على ظروف تجريبية ثابتة النتائج في حالة مستقرة الوقت حل إشارة. الإعداد سمبس-إكبمس يسمح لمراقبة أي تغيير في تركيز عنصري و / أو حجم الهباء ولدت. على سبيل المثال، إشارة أعلى من بسد _نفي كوكل ₂ التجربة ( الشكل 4C ) قد يكون سببها بداية مفاجئة لعملية التدفئة. وفي الوقت نفسه، فإن الزيادة في إشارات سمبس و إكبمس خلال المسح النهائي يمكن تفسيرها عن طريق تغيير التدرج درجة الحرارة من عينة كوكل ₂ مع مرور الوقت، مما يغير المبلغ الإجمالي للمادة تصل إلى درجة حرارة التبخر. وأخيرا، وبالنظر إلى بيانات الإخراج سمبس، يتم تحويل التركيز في بسد _الخامس نحو حجم الجسيمات أكبر مما كانت عليه في بسد _ن . وذلك لأن الإشارة تضاعف مع القدرة ^{الثالثة} لقطر الجسيمات لتحويل بسد _n إلى بسد _v ، مما يؤدي إلى ترجيح أقوى من الجزيئات الكبيرة في حجم من نظام العدد.

الشكل 1: استراتيجية اقتران للأجزاء الآلات المختلفة في إعداد ردد-سمبس-إكبمس. عينة : تدفق من مولد الأيروسول؛ س _{التخفيف} : ردد تدفق الأرجون التخفيف، Q _{ردد من} : تدفق الهباء الجوي الخام من ردد ؛ س _بولي : تدفق الهباء الجوي المخفف بوليديسبيرز عند مدخل دما؛ س _غمد : دما غمد تدفق الغاز. _فئة Q: تدفق الهباء الجوي المصنف في مخرج دما؛ س _{دما إكسك} : دما تدفق الغاز الزائد. _فئة Q _كيك : جزء من _فئة Q موجه إلى تكلفة النقرة؛ Q _{كيك إير} : تدفق هواء إضافي للحزب الشيوعى الصينى؛ Q _{كيك إن} : توتال فلو إنكومينغ ذي كيك؛ Q _{إيكب في} : جزء من _فئة Q الموجهة إلى إكبمس. q _ز : تدفق زينون؛ مفك: تحكم تدفق الشامل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: بيانات سمبس-إكبمس من تعليق أكسيد الزنك. ( A ) بسد على أساس عدد (بسد _n )، التي سجلتها سمبس. ( B ) المقابلة بسد القائم على حجم بسد (بسد _الخامس ) وتصحيح إشارة ⁶⁶ زن، الكشف عنها من قبل إكبمس. والإشارات الثلاثة هي في المتوسط ​​أكثر من 4 مسح سمبس. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: سمبس-إكبمس بيانات قياس محلول كلوريد الصوديوم. ( A ) إيكب تصحيح إشارة من ²³ نا. ( ب ) بسد _v . ( C ) المقابلة بسد _n . يتم رسم تركيزات سمبس و إكبمس كثافات وظائف القطر والوقت.55487fig3large.jpg "تارجيت =" _ بلانك "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: سمبس-إكبمس البيانات من قياس كلوريد ₂ التبخر باستخدام تغا. ( A ) 2D مؤامرة من بسد _ن ( B ) 2D مؤامرة من بسد _v . ( C ) 2D مؤامرة من ⁶³ النحاس إكبمس إشارة. ( D ) 2D مؤامرة من ³⁵ كل إكبمس إشارة. ( E ) الخام غير تصحيح ³⁵ كل إكبمس إشارة مقابل الوقت. ( F ) إكبمس إشارة من ⁶⁵ سو و ³⁵ كل سجلت أثناء المعالجة الحرارية لل كوكل ₂ باستخدام الإعداد تغ-ردد-إكبمس (بدون سمبس). في كل من التجارب (مع وبدون سمبس) يتم قياس إشارات فارغة عند 25 درجة مئوية لمدة 18 دقيقة (6 بمسح سمبس)، قبل البدء والحفاظ على فترة التدفئة (لمدة 15 دقيقة) في 45076، C. وقد بدأ تسجيل إشارات سمبس-إكبمس في نفس الوقت من إشارات تغا وتوقفت 1 مسح بعد إيقاف تشغيله (مما أدى إلى ما مجموعه 12 بمسح سمبس). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

معامل	القيمة	لضبطها
قوة	1350 W	نعم فعلا
إيكب تخفيف الغاز (الأرجون)	0.58 لتر / دقيقة	نعم فعلا
عمق أخذ العينات	8 مم	نعم فعلا
غاز التصادم	2 مل / دقيقة	نعم (لنفس المجموعة من القياسات لا تغير هذه القيمة بعد ضبطها)
Integrأتيون	0.2 ثانية لكل نظير	نعم، إذا كان ينبغي تغيير قرار وقت إيكب
ز التدفق	4 مل / دقيقة	لا (للحفاظ على نفس حساسية برنامج المقارنات الدولية)

الجدول 1: إعداد نموذجي لمعلمات إكبمس الرئيسية المستخدمة في ردد-سمبس-إكبمس قياس جسيمات الهباء الجوي.

Discussion

وبالمقارنة مع أحدث الأساليب التحليلية القائمة للهباء الجوي، مثل جزيئات الجسيمات، فإن تجميع ردد-سمبس-إكبمس ليس فقط قادرا على الحصول على معلومات كيميائية وحجم في وقت واحد، ولكن إشارة إكبمس حل الوقت أيضا يسمح لل تحديد مساهمة كل عنصر في شعبة القطاع الخاص ككل. ومع ذلك، فقط الجسيمات التي يقل قطرها عن 500 نانومتر يمكن قياسها من قبل أرغون تعمل حاليا سمبس-إكبمس. وعلاوة على ذلك، لتوصيف كامل للجسيمات الهباء الجوي، وهناك حاجة حاليا تقنيات أخرى لتحديد خصائص أخرى، بما في ذلك التشكل والهيكل الجزيئي.

قياس كلوريد الصوديوم هو مثال بسيط يوضح أن عملية حالة مستقرة يمكن السيطرة عليها / رصدها بشكل جيد مع نظام سمبس-إكبمس المقترنة. ويمكن أيضا استخدام هذا الإعداد في مثل هذه التجارب كأداة تحليلية على الانترنت للكشف عن آثار المعلمات التجريبية المختلفة على خصائص الجزئي ولدتCLES. ويمكن تتبع أي تغيير في حجم الجسيمات، وفي الجسيمات أو تركيز عنصري، كما هو الحال في حالة المعالجة الحرارية لكوكل ₂ عينة على الانترنت من قبل سمبس-إكبمس.

من ناحية أخرى، فإن الجمع بين سمبس-إكبمس يسمح ليس فقط لقياس، ولكن أيضا للتمييز بين الغاز وأنواع الجسيمات. والواقع أن الجزء من الإشارة المتعلقة بالجسيمات يمكن تمييزه بسهولة عن المركبات الغازية، لأن إشارة النظام إكبمس للأخير تغطي نطاق الحجم بأكمله ولا تتبع شكلا للتوزيع مثل إشارة الإشارة إلى الجسيمات . ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المسح سمبس ليس له تأثير على الأنواع الغازية، ويقيس إكبمس الكثافة الكلية لنظير معين. ويتجلى هذا السلوك من خلال قياس كل، الذي يتبخر ليس فقط كما الجسيمات، ولكن أيضا كما الأنواع الغازية ( الشكل 4D-4E ). في الواقع، تظهر الحسابات الحرارية أن تحت كونديتي المؤكسدةيتم تبخير أونس كوكل ₂ في حوالي 450 درجة مئوية كما الغاز كل ₂ وكأنواع التكثيف كوكل ₂ ، النحاس ₃ كل ₃ والنحاس ₄ كل ₄ (لا تظهر البيانات).

وعلاوة على ذلك، فإن استخدام النظام إكبمس بدون سمبس يوفر إمكانية قياس إشارة إكبمس الشاملة التي تنشأ إما من الأنواع الغازية أو الجسيمات. باستخدام هذا الترتيب لقياس تبخر _ثاني أكسيد الكربون ₂ ( الشكل 4F )، على سبيل المثال، يدل على أن الكيمياء المتكافئة بين النحاس تبخر و كل لا يتغير خلال فترة التسخين، بسبب شكل إشارة مماثلة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن قياس الأنواع الغازية حصرا من خلال الإعداد نفسه عن طريق تركيب مرشح الجسيمات في منفذ ردد.

في بروتوكول القياس هناك نوعان من النقاط الحرجة. من ناحية، وانخفاض إكبمس منحنى شدة، مقارنة بسد _الخامس في مجموعة قطرها الجسيمات الكبيرة (على سبيل المثال فيالشكل 2B)، يمكن تفسير ذلك من حقيقة أن النظر في رسوم الجسيمات متعددة لم تنفذ بعد في إجراء تقييم البيانات (العمل الجاري). في حين أن التصحيح واحد تهمة يعطي علاقة جيدة بين سمبس و إكبمس البيانات عند قياس الجسيمات الصغيرة (ما يصل إلى 200 نانومتر)، ينبغي وضع التصحيح للحصول على رسوم متعددة على جسيمات كبيرة وتنفيذها لتحسين نوعية المعلومات الناتجة عن الجسيمات فوق 200 نانومتر. تفسير آخر لهذا التأثير يمكن أن يكون أن الجزيئات الكبيرة لا تتحلل تماما وتأين في البلازما.

النقطة الحرجة الثانية هي اختيار عامل التخفيف ردد المناسب. في الواقع، مثل تحليل العينات السائلة، ومستوى كثافة إكبمس من النظائر المختلفة يعتمد على حساسية المقابلة. إشارة النحاس على سبيل المثال حوالي ثلاثة أوامر من حجم أعلى من ذلك من كل. لذلك، يجب أن تكون القيمة المناسبة لتخفيف الهباء الجويمجموعة النظر في حساسية إكبمس من العناصر المقاسة. وهذا يمثل حدا للتحليل المتعدد العناصر للهباء الجوي. ومع ذلك، يمكن تغيير قيمة تخفيف الهباء الجوي خلال نفس التجربة إذا كانت عملية توليد الهباء الجوي معروفة. على سبيل المثال، يمكن تخفيض عامل التخفيف خلال الفترة التي يتم فيها توليد كمية منخفضة من الجسيمات. ومع ذلك، ينبغي تفادي إطعام الهباء الجوي المحمل بالجسيمات العالية في دما لحماية أجهزة التصنيف المركزي للمنتجات وأجهزة النظام الدولي للرصد البيئي. باختصار، اعتمادا على الهباء الجوي العينة، ينبغي إيجاد حل وسط بين التخفيف ردد، تحميل مصفوفة، والحساسية إكبمس للنظائر ذات الاهتمام. وعلاوة على ذلك، وقرار الوقت من الإعداد سمبس-إكبمس محدودة من قبل مدة المسح سمبس، والذي هو في مجموعة من بضع دقائق. ومع ذلك، بالنسبة لمجموعة ثابتة أو ضيقة من حجم الجسيمات، يمكن تعزيز دقة الوقت.

ولا تزال هناك حاجة إلى تطوير أساليب القياس الكمي للإعداد العام (السقوط المستمرك). للعمليات الحرارية، يمكن استخدام تغا كأداة للتقدير الكمي ²⁵ . يمكن إجراء القياس الكمي للسوائل أو تعليق باستخدام الحلول القياسية المناسبة. وعلاوة على ذلك، وتصميم مفهوم إعادة تدوير للأرجون، وتشغيل دما مع الهواء وتبادل هذا إلى الأرجون - على سبيل المثال عن طريق جهاز تبادل الغاز ²⁶ - سيسمح باستخدام أعلى دما الجهد وبالتالي زيادة في نطاق الجسيمات قياسها. وأخيرا أتمتة إعداد المعلمات المختلفة ودمج احتياجات سمبس و إكبمس في مفهوم واحد بشأن حالة التشغيل سوف يقلل إلى حد كبير خطوات بروتوكول القياس. هذه الخطوات تساعد على جعل سمبس-إكبمس إعداد قوي على الانترنت للتحليل الكمي أو النوعي لأنواع مختلفة من الهباء الجوي المتولدة من مصادر السائل، تعليق، أو الانبعاثات.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
ICPMS	Agilent Technologies ، الولايات المتحدة الأمريكية	7700x	مقترن بالحث مطياف
البلازما أنبوب			DMA مشابه ل 3081 طويل DMA من TSI
Aerosol Neutralizer	TSI Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية		85Kr مصدر الإشعاع
CPC	TSI Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية	3010	جسيمات التكثيف عداد
RDD	مادة الهباء الجوي AG, سويسرا	MD193E	مخفف القرص الدوار;
أنبوب التبخر	الهباء الجوي AG, سويسرا	ASET 15-1	مولد الهباء الجوي للأنبوب المسخن
	Topas GmbH, ألمانيا	ATM 220	مولد الهباء الجوي
هلام السيليكا المجفف	Topas GmbH, ألمانيا	DDU570 / H	مجفف انتشار هلام السيليكا
TGA	Mettler-Toledo Internat. Inc., CH	TGA / DCS1	محلل القياس الحراري الوزني
Gilibrator 2	Sensidyne ، الولايات المتحدة الأمريكية		معاير التدفق الأساسي
MFC	Sierra Instruments Inc. ، الولايات المتحدة الأمريكية	Smart-Trak 50	وحدة التحكم في التدفق الشامل
	MFC Brooks Instrument ، هولندا	4850	وحدة التحكم في التدفق الشامل
MFC	Bronkhorst AG ، هولندا	F-201C-FAC-33-V	وحدة التحكم في التدفق الشامل
مرشحات	المرشح الرئيسية المضمنة ، المملكة المتحدة	DIF-LN30	مرشح في الخط القابل للتصرف
فلتر HEPA	MSA (أجهزة سلامة المناجم) ،	خرطوشة الولايات المتحدة الأمريكية H # 95302	جسيمات عالية الكفاءة هواء
الأنابيب الموصلة	للبوليمرات المتقدمة المحدودة ورثينج ، المملكة المتحدة.		أنابيب سيليكون مشربة بالكربون ، أقطار داخلية / خارجية 6.0 / 12.0
مم <قوية>الاسم< / قوي>	<قوي>الشركة	رقم الكتالوج	تعليقات
ZnO	Auer-Remy	5810MR ، 1314-13-2	مسحوق نانوي ، مسحوق 106406
كلوريد الصوديوم	50		نانومتر (> 99.99٪)
CuCl 2< / sub>	Merck	102733	Powder (>99.0٪) محلول
535931 حمض البولي أكريليك	SigmaAldrich		(50 بالوزن ٪ في H2< / sub>O)