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英文站分子离子反应质谱原理、仪器及在环境检测中的应用
2025-08-20一、技术背景与现状概述
目前，针对挥发性污染物的分析主要采用气相色谱-质谱联用技术（简称“气质分析”）。该技术虽能提供准确的分析结果，但存在明显局限：现场采样需用苏玛罐，耗时几分钟到几十分钟，样品送至实验室后，每个测试点的分析至少需要30分钟以上；实验后苏玛罐需清洗，否则可能导致结果偏差；灵敏度仅能覆盖ppb-ppm级别，无法直接检测更低浓度的污染物，需依赖额外样品处理手段。这些问题凸显出气质分析流程冗长、环节繁琐、分析速度慢、灵敏度不足等缺点，难以满足车间空气等场景的快速检测需求。
为此，一种快速、准确、操作简便且灵敏度更高的分析技术——分子离子反应质谱（IMR-MS）应运而生。作为近十年发展成熟的质谱新分支，IMR-MS能够快速检测小分子有机残留物（VOCs），具有测试简便、实时性强、成本低、耗时短等优势，在快速检测和趋势评估方面，较实验室气相色谱-质谱联用仪、液相色谱-质谱联用仪及车载移动测试技术更具竞争力。
近年来，随着经济快速发展及疫情后经济复苏，环境问题日益突出，分子离子反应质谱技术逐渐受到生产厂家和用户的广泛关注，相关技术与产品不断改进并日趋成熟。其中，韩国Young In Ace公司开发的ACE 1100 IMR-MS分子离子反应质谱仪，经环境领域大量应用验证，展现出毫秒级实时检测、pptv级高灵敏度及极低维护成本等特点，对提高半导体产品良品率、降低生产成本具有显著帮助。
二、分子离子反应质谱仪的技术特点和指标
1. 实时性突出：作为实时质谱仪，分析频率可达每毫秒1次，远超传统技术。
2. 离子源性能优异：用于分析的离子源不受样品离子纯度或体积影响，保持高分析性能。
3. 分离与选择精准：采用双质量四极杆过滤器和反应室，实现快速准确的离子选择。
4. 定量方式：通过化学分离结合的定量曲线（MTF）实现定量分析，无需标准样品。
5. 高灵敏度覆盖：可使用3种正试剂离子和5种负试剂离子，实现亚pptv水平的定量/定性分析。
6. 分析范围广泛：可分析同位素、异构体、挥发性有机化合物、部分无机物及卤素化合物。
7. 样品处理简化：无需任何样品制备过程，可直接分析含水气体样品。
三、与气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）的对比
| Contents | GC-MS | IMR-MS |
| 样品制备 | -根据分析物，这是必要的 -液体或固体样品需要额外的提取过程 -需要额外的载气将样品装入注射器 -气体样品或顶部空间样品需要较少的准备，但是 灵敏度也很低 | -直接进样，不需要样品制备， -节省了大量的样品制备时间。 |
| 样品分离 | -分离程序是必需的 -分割或无分割模式 -需要额外的分离分析条件 | -直接注入流量漂移管 -无需分离时间，可实时分析分析物 -机械分离(如柱分离)不是必需的 |
| 分析时间 | -通常情况下，需要几分钟到45分钟 | -从几秒到几分钟 -实时基础分析 |
| 灵敏度 | -亚纳克水平 -这取决于样品基质和电离方法 | -200 pptv |
| 测量范围 | -ppb ~ ppm | -ppt ~ 0.1% |
| 机动性 | -不稳定，无法用于移动实验室 | -稳定，满足用于移动实验室要求 |
| 离子化 | -电子轰击电离(70eV) | -化学电离 |
| 四极 | -四极 | -四极 |
EI源和化学原的质谱图对比
更少量的样品更好的信噪比
2pg、100 fg六氟苯，全扫描，选择离子 m/z 283.8
四、应用领域
（一）半导体制造行业
主要用于生产车间小分子化学残留物监测和工厂周边环境监测。在半导体生产线中，空气中分子污染物（AMCs）的早期检测对产品良品率至关重要，常见的AMCs包括：
- 分子酸（MA）- 分子碱（MB）- 可凝分子（MC）- 分子掺杂剂（MD）
（二）新能源行业
应用于氢燃料电池的氢气及杂质连续在线检测，保障电池性能与安全性。
（三）医疗行业
通过呼吸气体检测，快速识别微生物，用于糖尿病、肾脏疾病及呼吸系统疾病等高风险人群的筛查。
（四）汽车行业
- 发动机机油消耗连续在线快速检测
- 发动机排放动态测试（尤其符合国VI规范）
（五）环境行业
- 环境VOC溯源
- 道路机动车排放对环境的影响评价
- 水质分析
- 室内空气质量评价
（六）食品烟草行业
- 饮料用CO₂气体杂质检测- 烟草气体分析- 香料开发和气味评价
五、可检测的VOC化合物列表
| 化合物分类 | 化合物列表 |
| 碳氢化合物 | |
| 烷烃 | 戊烷、异辛烷、十二烷 (C1 to C16) |
| 烯烃 | 乙烯、丙烯、1,3-丁二烯、异戊二烯 |
| 炔烃 | 乙炔、丁炔 |
| 芳烃 | 苯、 甲苯、苯乙烯、萘 |
| 一萜类 | 柠檬烯、松萜/蒎烯、蒈烯 |
| 含氧化合物 | |
| 醇类 | 甲醇、异丙醇、酒精/乙醇、苯酚、里哪醇/沉香醇/芳樟醇 |
| 醚类和相关溶剂 | 丁醚 |
| 醛类 | 甲醛、乙醛、苯甲醛、香兰醛 |
| 酮类 | 丙酮、联乙醯/二乙酰 |
| 羧酸类 | 乙酸、丁酸、戊酸 |
| 酯类 | 甲基丙烯酸甲酯、乙酸丁酯 |
| 含氧杂环化合物 | 呋喃、环氧乙烷、糠醛、麦芽酚 |
| 含氮化合物 | |
| 胺类 | 三甲胺、异丙胺 |
| 酰胺类 | 乙酰胺、二甲基甲酰胺 |
| 腈类 | 乙腈、丙烯腈 |
| 亚硝胺类 | N-硝基二甲胺、N-硝基吗啉 |
| 硝化有机物 | 硝化爆炸物(DNT, DNMB) |
| 含氮杂环化合物 | 吡咯、吡啶、尼古丁/烟碱、吲哚 |
| 含卤化合物 | |
| 烷烃和烯烃 | 溴甲烷、氯乙烯、全氯乙烯 |
| 芳香烃 | 1,4-氯苯、1-溴甲苯、氟苯 |
| 氟利昂 | 氟利昂-11、氟利昂-13 |
| 含硫化合物 | |
| 硫醇和硫醚 | 甲硫醇 |
| 其它挥发性硫化合物 | 氧硫化碳/羰基硫、硫呋喃、二甲亚砜 |
| 其它化合物 | |
| 硅烷和硅烷醇 | 四甲基硅烷、三乙基硅烷醇 |
| 硅氧烷 | 甲基二硅氧烷、十甲基环戊硅氧烷 |
| 有机磷化合物 | 沙林、乙基沙林、甲基膦酸盐 |
| 无机化合物 | 氨、二氧化氮、磷化氢、硫化氢 |
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