可切换缓冲气体的便携式质子转移反应离子阱质谱仪开发及其性能研究

　　本研究针对传统质子转移反应质谱(PTR-MS)设备体积大、重量重限制现场应用的问题，开发了总重仅25 kg的微型化PTR-MS系统。通过采用空心阴极放电生成水合氢离子和紧凑型离子漏斗漂移管设计，实现了以氦/氮气为缓冲气体时的性能优化。研究表明：使用氦气时丙酮离子的质谱分辨率提升2倍，碎裂效率提高17倍，对苯系物检测限达0.1-1 ppbv，为环境监测和医学诊断提供了高性能便携式解决方案。

　　

质子转移反应质谱(Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry, PTR-MS)作为一种快速高灵敏度的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)检测技术，在环境监测、医学诊断和食品工业领域应用日益广泛。传统PTR-MS设备因体积庞大、重量较重限制了现场实时分析应用。本研究基于便携式离子阱质谱仪平台，创新采用小型空心阴极放电源生成水合氢离子(H₃O⁺)，结合紧凑型离子漏斗漂移管设计，成功研制总重仅25 kg的微型化PTR-MS仪器。

研究团队系统评估了氦气与氮气作为缓冲气体时的性能差异：使用氦气时，丙酮质子化离子的质谱分辨率提升至氮气环境的2倍，离子碎裂效率显著提高17倍。在最佳真空压力条件下（氦气1.5 mbar，氮气2.5 mbar），仪器对丙酮、苯和甲苯的检测限分别达到1 ppbv、0.5 ppbv和0.1 ppbv，并建立了跨越两个浓度数量级的线性校准曲线。气体消耗量方面，氦气与氮气分别需81 mL min^?1和60 mL min^?1。研究还发现样品进样流速对系统检测灵敏度与响应时间具有显著影响。该微型化仪器为现场快速VOCs分析提供了重要技术手段，在环境污染物监测、人体呼出气疾病标志物检测等领域展现广泛应用前景。