分子離子反應質(zhì)譜原理、儀器及在環(huán)境檢測中的應用

一、技術(shù)背景與現(xiàn)狀概述

目前，針對揮發(fā)性污染物的分析主要采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（簡稱“氣質(zhì)分析”）。該技術(shù)雖能提供準確的分析結(jié)果，但存在明顯局限：現(xiàn)場采樣需用蘇瑪罐，耗時幾分鐘到幾十分鐘，樣品送至實驗室后，每個測試點的分析至少需要30分鐘以上；實驗后蘇瑪罐需清洗，否則可能導致結(jié)果偏差；靈敏度僅能覆蓋ppb-ppm級別，無法直接檢測更低濃度的污染物，需依賴額外樣品處理手段。這些問題凸顯出氣質(zhì)分析流程冗長、環(huán)節(jié)繁瑣、分析速度慢、靈敏度不足等缺點，難以滿足車間空氣等場景的快速檢測需求。

為此，一種快速、準確、操作簡便且靈敏度更高的分析技術(shù)——分子離子反應質(zhì)譜（IMR-MS）應運而生。作為近十年發(fā)展成熟的質(zhì)譜新分支，IMR-MS能夠快速檢測小分子有機殘留物（VOCs），具有測試簡便、實時性強、成本低、耗時短等優(yōu)勢，在快速檢測和趨勢評估方面，較實驗室氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀及車載移動測試技術(shù)更具競爭力。

近年來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展及疫情后經(jīng)濟復蘇，環(huán)境問題日益突出，分子離子反應質(zhì)譜技術(shù)逐漸受到生產(chǎn)廠家和用戶的廣泛關(guān)注，相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品不斷改進并日趨成熟。其中，韓國Young In Ace公司開發(fā)的ACE 1100 IMR-MS分子離子反應質(zhì)譜儀，經(jīng)環(huán)境領(lǐng)域大量應用驗證，展現(xiàn)出毫秒級實時檢測、pptv級高靈敏度及極低維護成本等特點，對提高半導體產(chǎn)品良品率、降低生產(chǎn)成本具有顯著幫助。

二、分子離子反應質(zhì)譜儀的技術(shù)特點和指標

1. 實時性突出：作為實時質(zhì)譜儀，分析頻率可達每毫秒1次，遠超傳統(tǒng)技術(shù)。

2. 離子源性能優(yōu)異：用于分析的離子源不受樣品離子純度或體積影響，保持高分析性能。

3. 分離與選擇精準：采用雙質(zhì)量四極桿過濾器和反應室，實現(xiàn)快速準確的離子選擇。

4. 定量方式：通過化學分離結(jié)合的定量曲線（MTF）實現(xiàn)定量分析，無需標準樣品。

5. 高靈敏度覆蓋：可使用3種正試劑離子和5種負試劑離子，實現(xiàn)亞pptv水平的定量/定性分析。

6. 分析范圍廣泛：可分析同位素、異構(gòu)體、揮發(fā)性有機化合物、部分無機物及鹵素化合物。

7. 樣品處理簡化：無需任何樣品制備過程，可直接分析含水氣體樣品。

三、與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）的對比

EI源和化學原的質(zhì)譜圖對比

更少量的樣品更好的信噪比

2pg、100 fg六氟苯，全掃描，選擇離子 m/z 283.8

四、應用領(lǐng)域

（一）半導體制造行業(yè)

主要用于生產(chǎn)車間小分子化學殘留物監(jiān)測和工廠周邊環(huán)境監(jiān)測。在半導體生產(chǎn)線中，空氣中分子污染物（AMCs）的早期檢測對產(chǎn)品良品率至關(guān)重要，常見的AMCs包括：

- 分子酸（MA）- 分子堿（MB）- 可凝分子（MC）- 分子摻雜劑（MD）

（二）新能源行業(yè)

應用于氫燃料電池的氫氣及雜質(zhì)連續(xù)在線檢測，保障電池性能與安全性。

（三）醫(yī)療行業(yè)

通過呼吸氣體檢測，快速識別微生物，用于糖尿病、腎臟疾病及呼吸系統(tǒng)疾病等高風險人群的篩查。

（四）汽車行業(yè)

- 發(fā)動機機油消耗連續(xù)在線快速檢測

- 發(fā)動機排放動態(tài)測試（尤其符合國VI規(guī)范）

（五）環(huán)境行業(yè)

- 環(huán)境VOC溯源

- 道路機動車排放對環(huán)境的影響評價

- 水質(zhì)分析

- 室內(nèi)空氣質(zhì)量評價

（六）食品煙草行業(yè)

- 飲料用CO?氣體雜質(zhì)檢測- 煙草氣體分析- 香料開發(fā)和氣味評價

五、可檢測的VOC化合物列表