国产质子转移反应质谱仪的发展现状

质子转移反应质谱(Proton Transfer Reaction Mass Spectrometer,PTR-MS)是一种快速高灵敏的挥发性有机物检测技术。国产PTR-MS自2008年建成以来,已经在部分技术和应用领域达到国际先进水平。本文首先介绍了仪器原理,阐明了待测物离子化、传输、探测过程中的主要影响因素。然后展示了国产PTR-MS的产品线,主要包括质子反转移反应质谱仪、双极性质子转移反应质谱仪、呼气检测仪、船载液体进样质谱仪、车载大气走航监测质谱仪、快速色谱-质子转移反应质谱仪等,部分产品已经实现了批量生产和销售。技术发展方面,在灵敏度提升和多反应离子制备上取得了重要进展。最后介绍了国产PTR-MS在环境、医学、安全等领域的应用,比如大气污染溯源、人体呼气中疾病标志物的发掘、爆炸物快检等。同时,展望了国产PTR-MS的发展方向和应用前景。

质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR-ToF-MS)高时间分辨在线测定广州环境空气还原性硫化合物

采用高分辨质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR-ToF-MS)对环境空气中还原性含硫化合物(RSCs)进行高时间分辨率在线测量.时间分辨率为2 s时,硫化氢(H_2S)、甲硫醇(MeSH)、二甲硫(DMS)和二甲二硫(DMDS)的检测限分别为25、26、22、80 ng·m^(-3);时间分辨率为10 min时,4种RSCs的检测限全面优于离线测量方法.标准样品10次重复测量表明,RSCs相对标准偏差<3%,与真实浓度相对偏差在±5%以内.通过理论计算得到的绝对定量结果与外标法测得结果的比较,对绝对定量时理论计算的RSCs与H_3O^+反应常数k值进行了校正.利用校正后k值对广州环境空气RSCs进行绝对定量,结果与外标法测量结果相对偏差<4%; 2017年2月对广州环境空气RSCs进行了为期一周的初步在线观测,测得H2S、DMDS、DMS和MeSH的浓度水平分别为501±155、1026±388、215±35、120±25 ng·m^(-3).RSCs日变化呈现差异,H2S、MeSH和DMS浓度日变化规律不明显,而其DMDS则呈现出较为明显的日变化特征.

质子转移反应-飞行时间质谱仪控制器设计

为了实现对质子转移反应-飞行时间质谱仪的集中控制,满足仪器控制要求,设计了基于ARM内核微控制器STM32F407和实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅲ的质子转移反应-飞行时间质谱仪控制器。控制器通过TCP/IP协议建立与上层应用软件的通信,并采用自定义命令格式实现对高压电源、分子泵、质量流量计、射频电源、进样温度的控制和真空度的测量以及仪器的状态监控等功能。

慢性阻塞性肺疾病的早期诊断生物标志物初筛

快速准确的早期诊断技术是有效防治慢性阻塞性肺疾病(COPD)、改善患者生命质量、延长其寿命、降低死亡和减少医疗费用的重要途径,也是当前医学研究中重要前沿科学问题。本研究基于患者呼出气中挥发性有机物携带大量的生理、病理信息,利用质子转移反应-飞行时间质谱仪,分析了15例患者和50例健康对照组的呼吸气中挥发性有机物的组分及浓度。初步筛选出18种COPD患者的特征性呼气化合物,其中5种化合物与前人的研究一致,可作为生物标志物应用于COPD的早期诊断。另外13种新发现的化合物,具备作为生物标志物应用于COPD早期诊断的前景,但仍需进一步的研究以证实。本研究丰富了COPD生物标志物库,对于建立非侵入性、快捷的COPD早期诊断方法具有重要支撑作用。

西南典型区域夏季大气含氧挥发性有机化合物来源解析

含氧挥发性有机物(OVOCs)是大气光化学过程中的重要中间产物,是臭氧的重要来源之一.利用质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR-TOF-MS)在成都平原对OVOCs进行观测,探讨其日变化特征、光化学反应活性、臭氧生成潜势和来源.结果表明,10个VOCs[乙醛、丙酮、异戊二烯、甲基乙基酮(methyl ethyl ketone,MEK)、甲基乙烯基甲酮(methyl vinyl ketone,MVK)、甲基丙烯醛(methacrolein,MACR)、苯、甲苯、苯乙烯、C8芳香烃和C9芳香烃]总浓度(体积分数)为(10.97±4.69)×10^(-9),OVOCs为(8.54±3.44)×10^(-9),芳香烃为(1.53±0.93)×10^(-9),生物源VOCs为(0.90±0.32)×10^(-9);光化学活性和臭氧生成潜势均排名前三的物种为:异戊二烯、乙醛和C8芳香烃;3个OVOCs物种(乙醛、丙酮和MEK)主要来源于本地生物源和人为二次源,且丙酮有较强的区域背景值,说明该地区的污染受到较为显著的区域传输的影响.本研究可加深对西南地区臭氧的区域形成机制的认识,为科学管控臭氧污染提供依据.