汽油车尾气颗粒物的质谱分析方法研究

Vehicular gaseous and particulate emissions are considered the dominant source of air pollution in urban areas and have negative effects on local air quality and human health. Last decade has witnessed the booming increase of private vehicles in China, and more than 90% of vehicles are fueled with gasoline. Despite the importance of fully understanding car emissions, reports on direct analysis of particulate matter (PM) emissions from gasoline-fueled vehicles are rare in open literature. This project intends to build the emerging internal extractive electrospray ionization mass spectrometry (iEESI-MS), extractive atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry (EAPCI-MS), microwave plasma spray ionization mass spectrometry (MPT-SI-MS) technology platform, aiming for a variety of PM-bound substances. In this study, we will explore the ionization efficiency effect of different energy charge transfer ways to hydrocarbons, aromatics, organic acids, aldehydes, ketones etc contained in particulate matter in vehicle exhaust. As a result, the most suitable mass spectrometric platform for direct analysis of PM in gasoline vehicle exhaust will be established. Under the optimized conditions, the established method will be applied to investigate different fuels (93#, 97#) and rotational speed (1000-3000 r/min) on the effect of emission of PM with different size (0.22-10 µm). On the basis of obtained chemical composition, the causes and influencing factors on the PM emission will be explored. This research will provide a novel analytical platform for the management of automobile exhaust and the optimization of engine combustion conditions.

汽油车占机动车的90%以上，却鲜见直接分析汽油车尾气颗粒物的质谱方法。本课题采用电喷雾、电晕放电、微波等离子体分别构建内部萃取电喷雾电离质谱、常压萃取化学电离质谱和微波等离子体喷雾电离质谱技术平台，考察不同能荷转移方式对汽油车尾气颗粒物中痕量烃类、苯系物、多环芳烃、有机酸、醛、酮等物质电离效率的影响并研究其响应规律，筛选出最适合直接分析汽油车尾气颗粒物的质谱技术平台。在最优条件下，建立无需复杂样品预处理快速分析汽车尾气颗粒物的质谱方法，并用于同一发动机在不同燃料（93#、97#汽油）、不同转速（1000-3000 r/min）条件下尾气中不同粒径(0.22-10 µm）颗粒物的化学分析，比较不同尺寸颗粒物化学组成的异同，分析其成因及影响因素和规律。本研究将建立直接分析汽车尾气颗粒物的质谱方法，为汽车尾气治理及发动机燃烧条件优化提供新的分析工具。

随着我国汽车保有量的快速增长，汽车尾气的污染问题已经成为人们普遍关注的焦点。我国机动车主要以汽油车为主，占比已达90%以上。然而汽油车尾气中含有的颗粒物（PM）对人体健康危害、大气环境的影响已引发社会的全面关注。却鲜见直接分析汽油车尾气颗粒物的质谱方法。本课题采用 电喷雾、电晕放电、微波等离子体分别构建内部萃取电喷雾电离质谱、常压萃取化学电离质谱和微波等离子体喷雾电离质谱技术平台，考察不同能荷转移方式对汽油车尾气颗粒物中痕量烃类、苯系物、多环芳烃、有机酸、醛、酮等物质电离效率的影响并研究其响应规律，筛选出最适合直接分析汽油车尾气颗粒物的质谱技术平台。结果表明在给定的发动机转速下形成不同尺寸的PM（例如0.22-0.45、0.45-1、1-2、2-3、3-5和5-10 µm），在不同的发动机转速下（例如1000、1500、2000、2500和3000 rpm）通常在各种尺寸的PM样品中均可检测到高极性的化学物质，例如醇，酮和酯。研究了PM样品的化学成分和尺寸以及汽车发动机转速之间的关系，发现对于不同尺寸的PM观察到相似的化学组成分布，而在低发动机转速下会更多地产生较小的PM。对使用过的润滑油样品进行直接检测发现润滑油的某些组分为尾气颗粒物的主要来源。结果表明本项目开发的内部萃取电喷雾电离质谱、常压萃取化学电离质谱和微波等离子体喷雾电离质谱技术平台可用于汽车尾气PM的分子表征，为进一步研究PM提供了质谱工具。