摘要
生物源挥发性有机物（BiogenicVolatileOrganicCompounds,BVOCs）是一类由植物和细菌等生物体代谢产生的挥发性有机物，约占大气中挥发性有机物总量的90％,具有强光化学活性、短生命周期等特性，通过参与光化学反应生成臭氧、二次有机气溶胶等污染物，对大气环境产生重要影响。BVOCs的高灵敏现场检测在环境污染监测、大气物理化学、生态学、生物多样性保护等领域具有重大意义。现有的BVOCs检测技术主要包括气体传感器和谱学类分析仪器（光谱、色谱、质谱等），气体传感器方法便携性强、检测速度快，但在开放环境下检测低浓度物质时存在特异性和定量精度不足的问题;谱学类方法多采用现场采样结合实验室分析的离线分析方式，并不适用于现场检测。 本文针对以上问题，结合高场不对称波形离子迁移谱（High-fieldAsymmetricWaveformIonMobilitySpectrometry,FAIMS）检测速度快、易于小型化、连续在线分析等优势，基于真空紫外灯（Vacuum-ultravioletlamp,VUVlamp）对BVOCs洁净电离特性和高集成弱电流探测方法，提出了适用于BVOCs高灵敏快速检测的UV-FAIMS检测技术。文章主要内容如下: （1）分析了FAIMS的基本理论与特征识别参量;阐述了真空紫外灯的电离原理;针对高灵敏需求，从环境噪声、电气噪声等方面详细分析了FAIMS实际检测过程中的噪声来源，阐述了屏蔽与接地的降噪方法，并提出微弱信号的高倍放大方法。 （2）针对BVOCs高灵敏探测需求，结合FAIMS分析器结构特征，设计了集成高灵敏检测器的一体化屏蔽结构FAIMS分析器;选择对BVOCs具有高电离效率、宽浓度线性范围的10.6eV真空紫外灯作为FAIMS电离源，研制出了高灵敏UV-FAIMS样机，样机可实现异戊二烯和α-蒎烯等典型BVOCs的洁净电离，整体噪声低于10fA,单幅谱图扫描时间为5s,满足低浓度BVOCs的高灵敏快速探测需求。 （3）获取了典型BVOCs——异戊二烯和α-蒎烯的FAIMS指纹谱图，求解了用于特征识别的非线性函数系数α2和α4，研究了高灵敏UV-FAIMS技术对异戊二烯和α-蒎烯的线性范围、检出限及混合物识别能力。实验结果表明，高灵敏UV-FAIMS技术对异戊二烯和α-蒎烯具有宽线性范围、高线性度和低检出限，同时对异戊二烯和α-蒎烯的混合物具有快速识别能力，验证了高灵敏UV-FAIMS技术对典型BVOCs的检测能力。 本文基于高灵敏UV-FAIMS理论，搭建了高灵敏UV-FAIMS样机，样机对异戊二烯和α-蒎烯检测的线性范围分别为28～896μg/m3和45～1440μg/m3,线性度分别为0.998和0.997,检出限分别达到15μg/m3和10μg/m3,实现典型BVOCs的宽线性范围高灵敏检测。
NETL