四极质谱用于内燃机排气成分检测的研究(2)

2009-08-21 张惠明 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室

  图5是图4的局部放大图。在质量数为30处还可能含有乙烷, 因此质量数30 处的峰是乙烷和一氧化氮的线性加和的结果, 具体的值应通过数学模型计算或提高仪器分辨率来解决。但对于饱和烷烃类物质而言,很容易丢失一个氢原子而出现M -1峰。在这张谱图中, 质量数29处并无质谱峰出现, 所以作者认为质量数30处的峰即为NO。图中显示NO的峰高大致是CH4 的9 倍。通过标定得到的上述数值, 与谱图所显示的信息相符。

   图6 是硫化氢和二氧化氮的质谱峰放大图。

甲烷和一氧化氮的特征峰 

图5 甲烷和一氧化氮的特征峰

硫化氢和二氧化氮特征峰 

图6 硫化氢和二氧化氮特征峰

  质量数为34处可能含有CH3F、H3P、H2S, 但CH3F 和H3P 在废气中并不存在, 因此可以肯定地说质量数34 处的质谱峰即代表H2S。质量数46 处可能含有二甲基醚、氟代乙烷等物质, 根据常识也可以将它们排除。图中信息表明硫化氢和二氧化氮的含量很低,同属一个量级, 在几十个10- 6左右。

  在用四极质谱仪测试的同时, 为验证其准确性, 使用Signal 9000 排放测试系统对上述工况进行了测试,其中THC 采用氢火焰离子分析法检测;NOx 采用化学发光法检测; CO 2 采用不分光红外分析仪检测;O 2采用顺磁法氧分析仪检测。测得的数值见表2。这和前文用四极质谱所测得的结果相吻合, 显示将四极质谱用于内燃机排放测试是可靠的。同时, 根据静态仪器测得的总碳氢(THC) 的数值和质谱仪所标定出来的甲烷(CH4) 含量, 可以得到碳氢化合物中非甲烷碳氢的含量。

表2 静态测试系统测量值

静态测试系统测量值 

4、结论

  (1)  利用四极质谱可以实现内燃机排气成分的动态测量。

  (2)  采用现有的系统测量含量较高的物质, 其测量准确度较高。

  (3)  对含量较低的物质也能给出大致的浓度范围, 在进一步提高质谱的灵敏度后, 可测量浓度低于10×10-6的物质。