农药类气溶胶非均相化学反应研究及高通量真空紫外光源研制
文献类型：学位论文
| 作者 | 孟筠旺 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 束继年 |
| 关键词 | 非均相反应 氟乐灵 有机磷农药 拟驱虫菊酯类农药 臭氧 有机气 溶胶 真空紫外光源 气溶胶质谱仪 在线检测。 heterogeneous reaction organic aerosols trifluralin organophosphorus pesticides pyrethrin pesticides VUV lamp ATOFMS detection on-line. |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本论文主要叙述了以实验室自制的真空紫外光气溶胶质谱仪（VUV-ATOFMS）为主要分析仪器，在国际上率先对目前广泛使用的有机磷，菊酯类农药形成的大气颗粒物与臭氧的非均相反应进行了比较系统的研究。此外，针对VUV-ATOFMS电离源光通量较低的问题，实验室自主研制了一台高通量真空紫外光源，用于有机气溶胶飞行时间质谱仪的软电离源以及利用VUV-ATOFMS 研究了大气中典型有机气溶胶的质谱图特性。本论文主要研究成果如下： （1）应用VUV-ATOFMS 在线研究了氟乐灵颗粒物与臭氧的非均相化学反应，根据质谱图推测了其反应产物，并根据产物进一步推导了其反应通道和机理。实验表明：氟乐灵非均相臭氧化主要是氮取代基的两个丙烷基团的氧化和开裂，其主要反应产物为：含酮化合物和含醇化合物及一些二次氧化产物。此研究为全面、合理的预测氟乐灵在大气中的迁移转化规律提供了具有一定参考价值的数据。 （2）应用VUV-ATOFMS 在线研究了有机磷类农药如马拉硫磷、倍硫磷、亚胺硫磷、毒死蜱等颗粒物与臭氧的非均相化学反应，根据质谱图推测了其反应产物，根据产物进一步推导了其反应通道和机理。根据时间-质谱峰强度变化得到了反应物衰减曲线和产物增长曲线，通过拟合进一步得到了其准一级反应速率。实验表明：马拉硫磷和亚胺硫磷P=S 双键被臭氧攻击生成分子臭氧化物Criegee 中间体后主要有S 原子被取代生成相对应带P=O 双键氧磷产物、分子内部原子从排生成相应的二硫化物和被水分子攻击生成开环产物等3 个反应通道。毒死蜱的臭氧化产物主要为毒死蜱氧磷。倍硫磷的臭氧化反应通道主要由臭氧氧化P=S 双键和甲硫基两部分组成，甲硫基氧化速度远大于P=S 双键的氧化，产物主要为倍硫磷亚砜、倍氧磷亚砜、倍硫磷砜和倍氧磷砜。马拉硫磷和毒死禅颗粒物的大气寿命分别为 ~18 和 ~9 d，倍硫磷的大气寿命为~8 h。表明在大气中臭氧对倍硫磷颗粒物的迁移转化有重要的影响。 （3）应用VUV-ATOFMS 在线研究了菊酯类农药如灭虫菊、氯菊酯等颗粒物与臭氧的非均相化学反应，根据在线质谱图推测了其反应产物，并根据产物进一步推导了其反应通道和机理。根据时间-质谱峰强度变化得到了反应物衰减曲线和产物增长曲线，通过拟合进一步得到了其准一级反应速率。实验表明：臭氧首先攻击灭虫菊的异丁烯双键生成分子臭氧化物中间体，产生含三氧杂环化合物或者含二甲基环氧乙烷化合物，然后臭氧攻击呋喃杂环双键形成含4-羟基-2-环戊烯酮化合物，或者失去二甲基形成含醛化合物，然后进一步氧化成含酸化合物，或者氧化呋喃杂环双键经分子从排后形成含4-羟基-2-环戊烯酮化合物含。氯菊酯臭氧化反应主要是异丁烯双键氧化后失去二甲基生成含醛化合物，进一步氧化为含酸类化合物。灭虫菊和氯菊酯的大气寿命分别为 ~28 min 和 ~15 h，氯离子取代降低了C=C 双键的反应活性。实验结果表明在大气中臭氧对菊酯类农药颗粒物的迁移转化有重要的影响。 （4）参与设计，组装并调试，运行了一台高通量真空紫外光源（VUV），用作自制的有机气溶胶飞行质谱仪电离源，提高了有机气溶胶质谱仪的灵敏度和分辨率。该灯通过激发氪/氦混合惰性气体而输出真空紫外光。该光源光通量到达了 ~5 ×1014 photons/s，其中 ~30% 聚焦于 0.01 sr 固体角，输出紫外波长为 ~123.6nm（~10eV）。 应用此灯后，VUV-ATOFMS的灵敏度和分辨率分别提高到 ~7 ug/m3 和1400Da。该灯已被中国科技大学国家同步辐射实验室和大连化物所仪器分析化学研究室采用。 （5）应用VUV-ATOFMS 在线研究了大气中典型有机气溶胶组分：二十烷、三十烷、十五烷醇、二十烷醇、己酸、葵酸、十七烷酸、油酸、琥珀酸、芘、香草醛、苯甲酸、对苯二甲酸和半乳聚糖等14 种有机物的质谱特性，实验结果表明：烷烃和饱和酸的分子离子峰最为明显，强度最高，而醇类和不饱和酸的碎片化明显。气化温度对烷烃、饱和与不饱和脂肪酸等有机物的信号峰强度及其碎片化程度都有明显的影响。此研究为实验室应用VUV-ATOFMS 开展大气有机气溶胶检测和分析在实验方法上提供了一定的参考。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-08-03 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/625]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_大气环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孟筠旺. 农药类气溶胶非均相化学反应研究及高通量真空紫外光源研制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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