分子離子反應質譜原理、儀器及在環境檢測中的應用

一、技術背景與現狀概述

目前，針對揮發性污染物的分析主要采用氣相色譜-質譜聯用技術（簡稱“氣質分析”）。該技術雖能提供準確的分析結果，但存在明顯局限：現場采樣需用蘇瑪罐，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分析流程冗長、環節繁瑣、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——分子離子反應質譜（IMR-MS）應運而生。作為近十年發展成熟的質譜新分支，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、耗時短等優勢，在快速檢測和趨勢評估方面，較實驗室氣相色譜-質譜聯用儀、液相色譜-質譜聯用儀及車載移動測試技術更具競爭力。

近年來，隨著經濟快速發展及疫情后經濟復蘇，環境問題日益突出，分子離子反應質譜技術逐漸受到生產廠家和用戶的廣泛關注，相關技術與產品不斷改進并日趨成熟。其中，韓國Young In Ace公司開發的ACE 1100 IMR-MS分子離子反應質譜儀，經環境領域大量應用驗證，展現出毫秒級實時檢測、pptv級高靈敏度及極低維護成本等特點，對提高半導體產品良品率、降低生產成本具有顯著幫助。

二、分子離子反應質譜儀的技術特點和指標

1. 實時性突出：作為實時質譜儀，分析頻率可達每毫秒1次，遠超傳統技術。

2. 離子源性能優異：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：采用雙質量四極桿過濾器和反應室，實現快速準確的離子選擇。

4. 定量方式：通過化學分離結合的定量曲線（MTF）實現定量分析，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、異構體、揮發性有機化合物、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-質譜聯用技術（GC-MS）的對比

EI源和化學原的質譜圖對比

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、應用領域

（一）半導體制造行業

主要用于生產車間小分子化學殘留物監測和工廠周邊環境監測。在半導體生產線中，空氣中分子污染物（AMCs）的早期檢測對產品良品率至關重要，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

應用于氫燃料電池的氫氣及雜質連續在線檢測，保障電池性能與安全性。

（三）醫療行業

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疾病等高風險人群的篩查。

（四）汽車行業

- 發動機機油消耗連續在線快速檢測

- 發動機排放動態測試（尤其符合國VI規范）

（五）環境行業

- 環境VOC溯源

- 道路機動車排放對環境的影響評價

- 水質分析

- 室內空氣質量評價

（六）食品煙草行業

- 飲料用CO?氣體雜質檢測- 煙草氣體分析- 香料開發和氣味評價

五、可檢測的VOC化合物列表