便携式气相色谱_质谱联用仪的研制及应用_李晓旭
便携式SF6气相色谱仪的研制
２ ０１ ３． ２
路 ，使得 ｖ ｓ ＋与 ＧＮ Ｄ之间的电压信号满足要求。差动放大
电路 如图 ４—２ 所示 。
气 的热导率 不同而响应 的浓度型检测器［ 引 பைடு நூலகம்热导检测器是基 于不同气体具有不同的热导率原理来工作的。热丝 由通过热 导池的恒定直流电来 加热 ，产生热量。如果参 比池 和测量池 的气体一样 ，则四个桥臂 的电阻值就不会发生变化 ，故没有 信号输 出，如果 参比池和测量池的气体不同 ，就会有信号输
量 ；可检 测 Ｇ Ｉ Ｓ（ 气 体绝 缘开关设备 Ｇ ａ ｓ Ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｇ ｅ ａ ｒ 简称 ｃ ｉ ｓ ）设备 中泄露的 Ｓ Ｆ ６ 在空气 中的含量 ；也可 以代 替 大型色谱 仪用于实验室对 Ｓ Ｆ ６ 气 体质量进行检 验【 。
２ ０ ｌ ３ ． ２
九 江 职 业 技 术 学 院 学 报 （ 刘 书凯 ：便携 式 Ｓ Ｆ ６气相 色谱仪 的研 制 ） １ ９
便 携式 Ｓ Ｆ ６气 相 色 谱 仪 的研 制
刘 书凯
（ 常州工程职业技术学 院，江苏常州 ２ １ ３ １ ６ ４ ）
摘
要 ：便携 式 Ｓ Ｆ ６色谱仪在 Ｇ Ｉ Ｓ设备 中的应 用，为 电力部 门和 用户都提 供 了极 大的方便 。本文描述 了便携 式 Ｓ Ｆ ６色谱仪 系统方案 、仪 器结构 ，详 细地 介绍 了各 个基 本 电路的原理 ，同时介 绍 了
九 江 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ Ｈ ｅ ｇ ｅ
浅析气相色谱仪的应用现状及发展趋势
32/1 气相色谱技术的发展历程1906年茨维特创设色谱法以来，关于气相色谱的研究就从未间断。
虽然色谱理论和技术上的创新引起了学术界的广泛关注，但直到1952年气相色谱的发明（GC ），才使气相色谱技术得到了广泛的使用，并且该发明使气相色谱实验技术和仪器设备等不断发展成熟，而毛细管气相色谱的出现使气相色谱的应用可以向石化以外的多行业延伸。
气相色谱强大的分离能力，加之近年来气相色谱技术逐渐向快速检测、高度分离、高准确性、微型化、便携式的方向发展，使其走出实验室向广大的社会生产生活领域迈进，我国也走过了机械式、光电转盘式、数字分频电子式、现代计算机式的发展过程，当权威的国际离子色谱会议（International Ion Chromatography Symposium ）把微型化色谱柱的研究作为其重要的议题之一时，微型气相色谱仪的研发就成为了当前气相色谱技术的流行发展趋势和学术界主流研究方向。
从1952年气液相色谱技术进行实际应用，气相色谱技术得到了突飞猛进的发展。
其中气相色谱仪已经成为了物质分析检测类仪器领域中的佼佼者，目前在世界范围内已经发展为一个庞大的产业，形成了一门独立的应用技术学科。
通过对气相色谱仪技术的研究可以发现，这一科技成就甚至一定程度可以代表色谱技术对人类的贡献值。
其从诞生到成熟的经历也可以代表气相色谱的应用历史和现状。
2 我国气相色谱仪的应用现状分析我国气相色谱仪的市场广泛，中国市场是世界气相色谱仪竞争的重点区域，国外厂商纷纷进入中国市场，其知名品牌有安捷伦科技、赛默飞世尔、戴安等，这些企业一方面活跃了中国气相色谱仪市场，另一方面为我国学习和自主研发气相色谱仪提供了契机，并且使我国气相色谱仪市场呈现出独特特征。
2.1 国产气相色谱仪技术水平分析由于气相色谱仪在不同的行业中有着不同的技术要求，在石油加工、化工、生物化学、环保等方面应用很广，因此我国气相色谱仪生产商基本上围绕行业的需求进行专业化的色谱仪生产，但近年来我国仪器企业也不乏有技术突破的新产品推向市场。
气相色谱-质谱联用仪(GC_MS)法检测油墨中多环芳烃污染
气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)法检测油墨中多环芳烃污染发布时间：2021-08-12T17:14:37.130Z 来源：《科学与技术》2021年4月第10期作者：陆叶青常守勤[导读] 由两个或两个以上苯环稠合在一起的一系列烃类化合物及其衍生物，环上也陆叶青常守勤江苏澄信检验检测认证有限公司摘要：多环芳烃 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons;PAHs由两个或两个以上苯环稠合在一起的一系列烃类化合物及其衍生物，环上也可有短的烷基或环烷基取代基，简称PAHs。
它们主要有两种组合方式，一种是非稠环型，其中包括联苯及联多苯和多苯代脂肪烃；另一种是稠环型，即两个碳原子为两个苯环所共有。
关键词：多环芳烃、气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)一、研究的目的和意义多环芳烃的来源分为自然源和人为源。
自然源主要来自陆地、水生植物和微生物的生物合成过程，另外森林、草原的天然火灾及火山的喷发物和从化石燃料、木质素和底泥中也存在多环芳烃；人为源主要是由各种矿物燃料（如煤、石油和天然气等）、木材、纸以及其他含碳氢化合物的不完全燃烧或在还原条件下热解形成的。
PAHs由于具有毒性、遗传毒性、突变性和致癌性，对人体可造成多种危害，如对呼吸系统、循环系统、神经系统损伤，对肝脏、肾脏造成损害。
被认定为影响人类健康的主要有机污染物。
二、实验检测实验原理：以正己烷等合适的溶剂作为提取溶剂，超声提取试样中的多环芳烃。
提取液定容后，用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)进行检测，外标法定量。
试剂或材料除非另有规定，在分析中仅使用确认为分析纯及以上纯度的试剂。
正己烷：色谱纯16种多环芳烃标准物质：纯度≥98%混合标准储备溶液：200μg/mL，准确称取0.2g每种多环芳烃标准物质置于1000mL容量瓶中，用正己烷稀释至刻度。
该标准储备溶液在4℃以下避光保存，有效期为3个月，也可直接使用已知浓度的有证多环芳烃混合标准溶液进行稀释。
气相色谱质谱联用仪测定化妆品中硫酸二甲酯和硫酸二乙酯
虽 然硫 酸酯 类 化合 物 不稳 定易 分解 ，但 是 在低 温 化妆 品中也会 含 有硫 酸 酯 。其分 解 产物 也是 硫 酸 和 甲醇 等有 害 物质 ，因此 ，建 立检 测化 妆 品 中的方 法 十分 必要 ，但 是 目前 国内缺 少检 测 化妆 品种 中硫 酸 酯类 的标 准 ， 目前 ＤＭＳ和 ＤＥＳ的相关 检测 文献 主要集 中在空气 、土壤 、药物以及助剂等方法 。。、气 相 色谱 一质 谱联用法 和液相色谱法 。
烈刺激性 ，可 引起 眼灼 伤。皮肤适 时接触引起刺激 ，较长时 间接触可 发生水疱。本 实验采用天瑞仪器气质谱联
用仪 ＧＣＭＳ一６８００测定化妆品 中的硫酸酯 ，在 ＳＩＭ 扫描模 式下对化妆 品中硫酸 酯类 化合物进行测试和分析 。实
验表明 ，两种硫酸酯 回收率在 ２２．２％～５５．８％，线性范 围好 ，硫 酸二 甲酯和硫酸二 乙酯 最低 检出限分别为 ２．６ Ｘ
１０ 和 １．０ Ｘ １０一，该方法可 以有效 的应用 于化妆 品 中硫酸酯类化合物进行 定性 和定量分析 。
关 键 词： 化妆 品 ；硫 酸酯 ；气质谱联用仪 ；硫酸 二甲酯 ；硫酸二 乙酯
中图分类号 ：Ｏ ６５７．６３
文献标识码 ： Ａ
文章 编号 ： １６７１－０４６０（２０１８）０６—１３１７—０４
硫 酸 二 甲酯 （ＤＳＭ）常 用 于 对 酚 、胺 和 硫 醇 进 行 甲基 化 ，烷 基 化 反 应 相 对 高 效 ，并 且 硫 酸 二 甲 酯的成 本也 比较低 ，化妆 品中合成产 物时会部 分 添加 次 物 质 ，但 是 它 的毒 性 相 当大 ，可 以破 坏 ＤＮＡ 结 构 ，因此 在 化 妆 品行 业 中也 是禁 止 使 用 的 。ＤＭＳ 是潜 在 的致 癌物 质 和 可 引起染 色 体 畸变 的诱 变 剂 ，属 于 高 毒 类 物 质 ；具 有 强 烈 的腐 蚀 性 ，能 在 动 物体 内组 织 中缓 慢 水 解 生 成 甲醇 和 硫 酸 ，硫 酸 二 甲酯 的 剧 毒 是 由于 未 分 解 的分 子 和 水 解 后 的生 成 物 共 同作 用所 致 …。
SRI便携式气相色谱仪在环境分析中的应用
常规FPD只能检测ppm级的含硫气体，SRI Cryo-Sulful GC System对H2S的最低检测限可低至5ppb.
仪器：SRI GC8610C便携式气相色谱仪，配有十通气体进样阀，采样泵，冷凝浓缩装置，FPD检测器，60M毛细管柱，Peaksimple工作站。
仪器条件载气：10ml/min的He采样速率：20ml/min浓缩管温度：-10℃检测器温度：150℃检测器高压：500V
仪器：SRI GC8610C含NPD/DELCD复合检测器。
样品：O-Cl和O-P农药含量各为200pp。
四爆炸物检测
环境样品水，土壤中硝基爆炸物（如TNT，RDX等）经15米毛细柱分离后，用TID（热离子化检测器）检测。对常见硝基爆炸物的检测限低至1ppb.
仪器：SRI Explosives GC System含TID（热离子化检测器），热闪蒸进样口，15米毛细柱，内置静音空气发生器，Peaksimple工作站。
SRI便携式气相色谱仪在环境应急检测领域中有许多重要应用，是非常有力的现场检测工具。空气污染物，化学物质泄漏造成的水体污染，农药残留，垃圾填埋场恶臭物质，基于EPA方法的直接热解吸或液体萃取技术进行的土壤污染分析。
下面是在一些环境领域中的应用介绍：
一水中有机污染物
（一）水中苯系物
石油产品，焦炉气和煤焦油，汽油，垃圾和有机物的焚烧都会产生苯系物的环境污染，苯系物主要通过化工生产的废水和废气进入大气环境和水环境，由于苯系物微溶于水，所以降水可从大气中凝集挥发性苯系物而直接或间接的进入地表水。
采用慢速定量滤纸采样，乙酸乙酯洗脱，25米非极性大孔径毛细柱分离，ECD检测，如果采样体积为10L的话，方法的检测限为1μg/L，色谱分析时间仅为5分钟。
Mars-400Plus便携式快速气相色谱一质谱联用仪在安监领域现场检测的三种方法
Mars-400Plus便携式快速气相色谱一质谱联用仪在安监领
域现场检测的三种方法
无
【期刊名称】《化工安全与环境》
【年(卷),期】2014(000)018
【摘要】随着社会经济的快速发展，职业安全卫生已经成为影响社会经济可持续发展的关键因素之一，职业病严重危害全球劳动人口的身心健康和公共卫生。
根据国际劳工组织（ILO）的定义，职业病指的是劳动者在从事职业活动中，因接触职业危害因素而导致的疾病。
工作场所的职业危害化学因素主要是空气中的挥发性有机物（VOCs），目前已经鉴别出的VOCs达300多种，而且大多数VOCs对人体健康有一定的危害。
【总页数】2页(P14-15)
【作者】无
【作者单位】聚光科技（杭州）股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】X22
【相关文献】
1.便携式气相色谱-质谱联用仪现场测定畜禽粪便堆肥中挥发性有机物 [J], 王玉军;邢志贤;张秀芳;侯志广;赵晓松;窦森;周米平
2.便携式气相色谱-质谱联用仪应急现场测定空气中54种 VOCs [J], 刘喜;施玉格
3.便携式气相色谱-质谱联用仪快速测定固定污染源废气中的挥发性有机物 [J], 潘锦; 凡传明; 张晓淳; 李杰鸿
4.便携式气相色谱质谱联用仪在环境空气污染事故检测中的应用 [J], 石津旗
5.便携式顶空–气相色谱质谱联用仪测定土壤中四氢噻吩 [J], 舒木水;贺佳欣;淡默;尤雅楠;丁玎;王昱;周芃垚;姚伟;纪晓慧
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超高灵敏度气相色谱-串联三重-四极杆质谱联用仪
超高灵敏度气相色谱-串联三重-四极杆质谱联用仪简介超高灵敏度气相色谱-串联三重-四极杆质谱联用仪（以下简称GC-MS/MS）是一种先进的分析仪器，结合了气相色谱和质谱的功能。
GC-MS/MS能够对复杂样品中的化合物进行高效分离和定性分析，具有非常高的灵敏度，适用于各种领域的研究和分析。
原理GC-MS/MS的基本原理是将样品通过气相色谱柱进行分离，然后进入质谱仪进行质谱分析。
在质谱仪中，通过串联三重四极杆系统，可以进一步提高分析的选择性和灵敏度。
- 气相色谱（GC）: 样品分子经过一系列的 chromatographic separation 过程，在 GC 柱中被分离成单一组分。
这种分离是基于样品分子在柱中的分配系数，其结果是组分可以按照时间顺序进入质谱仪，进一步进行分析。
- 质谱（MS）: 通过将样品分子离子化并加速进入四极杆中，可以根据离子质量对电子过滤进行分离。
这样，每个离子质量可以通过测量其电流生成信号。
MS 允许在极低浓度下检测和鉴定化合物。
- 串联三重四极杆（MS/MS）: GC-MS/MS 通过使用三个四极杆来进行离子筛选和离子碎裂，进一步提高了分析的选择性。
其中，第一个四极杆（Q1）用于选择特定的分子离子进行碎裂，产生多个离子片段。
第二个四极杆（Q2）用于进行碎片的选择，以分离所需的离子片段。
最后，第三个四极杆（Q3）用于对离子片段进行检测。
应用领域GC-MS/MS广泛应用于环境科学、生物医学、食品安全、药物分析、化学研究等领域。
其具有超高灵敏度和高选择性的特点，可以对微量物质进行准确鉴定和定量分析。
以下是一些常见的应用领域：1. 环境科学: GC-MS/MS可以用于环境样品中有机污染物的检测和定量分析，如水体中的有机溶剂、大气中的挥发性有机物等。
2. 生物医学: GC-MS/MS在生物医学研究中被广泛用于药物代谢动力学和药物残留分析。
它可以提供关于药物在体内的转化和代谢途径的信息。
《质谱联用技术》课件
毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）
总结词
毛细管电泳-质谱联用技术是一种将毛细管电泳分离与质谱检测相结合的方法，用于分析离子型化合 物和生物分子。
详细描述
CE-MS技术利用毛细管电泳的分离能力将复杂的有机混合物分离成单一组分，然后通过质谱检测器对 每个组分进行定性和定量分析。该方法广泛应用于蛋白质组学、药物代谢、环境监测等领域。
THANKS
05
质谱联用技术的发展趋势与 展望
提高检测灵敏度与特异性
1 2
研发新型离子源
通过改进和优化离子源，提高离子化效率和传输 效率，降低背景干扰，从而提高检测灵敏度。
采用高分辨率和高精度质谱技术
利用高分辨率和高精度质谱技术，能够更精确地 测定离子的质量和电荷状态，从而提高特异性。
3
开发新型检测器
新型检测器具有更高的检测灵敏度和更低的噪音 水平，能够进一步提高检测的特异性。
质谱联用技术的发展历程
1940年代
质谱技术的诞生，主要用于元素和同 位素的分析。
1960年代
随着科技的不断进步，质谱联用技术 不断发展，出现了许多新的技术和方 法，如串联质谱、质谱成像等。
1950年代
出现了气相色谱-质谱联用技术，实 现了复杂样品中化合物的分离和鉴定 。
1970年代至今
出现了液相色谱-质谱联用技术，进 一步拓展了质谱联用技术的应用领域 质辅助激光解吸电离质谱是一种软电离质谱技术，通过激光解吸离子化样品，适用于分析大分子、聚合物和生 物组织等。
详细描述
MALDI-MS技术利用激光能量将样品从基质上解吸并离子化，然后通过质谱检测器进行检测。该方法广泛应用于 蛋白质组学、生物医学、药物研发等领域，用于蛋白质、多肽、核酸等生物分子的分析。
便携式气相色谱仪共用开发平台中多功能一体化控制器模块的研制
近年来，国外用于现场快速分析与检测的便携 式色谱仪发展速度很快，涌现出了大量商品化的产 品，如便携式 ＧＣ、ＩＭＳ、ＧＣ／ＭＳ和 ＦＴ－ＩＲ等［１～１１］．动
用了几乎现代所有的测试技术和手段，从实验室迅 速转移到现场，并且最成熟、应用最多的是便携式气 相色谱仪．
收稿日期：２０１７－０４－１６； 修订日期：２０１７－０５－２２． 基金项目：教育部人文社会科学研究青年基金项目资助（批准号：１２ＹＪＣ８８０１２３） 作者简介：陈莲（１９６２－），女，硕士，研究方向：计算机技术、分析仪器，Ｔｅｌ：１３９１１６７０８６６，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｕｐｌ＿ｃｌ＠１２６．ｃｏｍ．
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６４
分析测试技术与仪器
第 ２３卷
国内亟待出现性能优异、价格便宜、附属设备少 且适合我国国情的便携式现场快速检测仪，目前已 有一些产品推出［１２］，但与国外产品整体上还有一定 的差距．其中，仪器控制系统的性能也是重要因素． 因此，高性能的便携式气相色谱仪控制系统的研发 具有重要意义和广阔的应用前景．
第 ２３卷第 ２期
分析测试技术与仪器
Ｖｏｌｕｍｅ２３Ｎｕｍｂｅｒ２
２０１７年 ６月
ＡＮＡＬＹＳＩＳＡＮＤＴＥＳＴＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ
Ｊｕｎｅ２０１７
大型仪器功能开发（０６３～０７１）
便携式气相色谱仪共用开发平台中多功能 一体化控制器模块的研制
陈 莲， 肖 滢，刘崇丽
℃，６０℃ ／ｍｉｎ速率升温波动的 ＲＳＤ低于 ０．１５％，进样口和检测器温度波动不高于±０．１℃，柱压不高于±０．１６ＫＰａ．
以浓度为 １ｍｇ／ｍ３的苯标准样品连续 ６次自动抽取 １ｍＬ样品进样分析，定性和定量重复性偏差 ＲＳＤ分别为 ０．１％
固相萃取法结合气相色谱质谱联用法定性定量测定一次性使用便携式
ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ｔｈａｔ ｍａｙ ｃａｕｓｅ ｈｉｇｈ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ．
第 １ 期
林红赛，等：固相萃取法结合气相色谱质谱联用法定性定量测定一次性使用便携式输注泵的水溶出物
（ 北京 １０１１１１）
通信作者：林红赛。 Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃａｎｄｉｃｅｌｈｓ＠ １２６ ｃｏｍ
ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ⁃ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ａ ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ． Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｉｓ ｔｏ
【 Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｘｔｒａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｉｎｆｕｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ⁃ｕｓｅ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ
作者单位：１ 北京市医疗器械检验所（ 北京 １０１１１１） ；
２ 医疗器械检验与安全性评价北京市重点实验室
ａｎｄ ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ⁃ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ
ＬＩＮ Ｈｏｎｇｓａｉ １，２ ，ＨＵＡＮＧ Ｙｏｎｇｆｕ １，２ ，ＣＵＩ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ １ ，ＹＵＥ Ｗｅｉｈｕａ １，２
１ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１１１１；
中图分类号 Ｒ３１８ ０４ 文献标志码 Ａ 文章编号 １００２ － ３２０８（２０２０）０１ － ００８０ － ０６
本文著录格式 林红赛，黄永富，崔永平，等． 固相萃取法结合气相色谱质谱联用法定性定量测定
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ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０９６．２０１１．０１４７６便携式气相色谱－质谱联用仪的研制及应用
李晓旭１，２ 刘立鹏２ 马乔２ 俞建成１，２ 郑毅２ 吴文明２ 王健＊２
１（杭州电子科技大学电子信息学院 杭州３１００１８）２（聚光科技（杭州）股份有限公司杭州３１００５２）
摘 要 将双曲面三维离子阱质谱技术与低热容气相色谱技术相结合，研制了便携式气相色谱－质谱联用仪（ＧＣ－ＭＳ）。此仪器主要由进样系统、低热容气相色谱模块、气质接口以及小型化离子阱质谱模块等构成，其
主机重量小于１４ｋｇ，体积为４４ｃｍ×３６ｃｍ×２２ｃｍ，功耗小于１００Ｗ。该仪器中的离子阱质谱仪系统具有１５～５５０ａｍｕ的质量范围，在全质量范围内质量分辨率优于０．５ａｍｕ（ＦＷＨＭ），最高扫描速率可达１００００ａｍｕ／ｓ，此系统还具有三级质谱分析功能。采用此便携式ＧＣ－ＭＳ分别测试环境标准样品ＥＰＡ ＴＯ－１４和ＥＰＡ ６２４，结果表明，仪器具有定性能力强、分析速度快、检测灵敏度高、功耗小以及便携性能优等特点，可
对空气、水体、固态废弃物中的有毒有害物质进行现场分析和检测。
关键词 便携式；气相色谱－质谱联用仪；离子阱质谱；低热容气相色谱；多级质谱
２０１１－０６－２０收稿；２０１１－０８－３０接受本文系国家科技支撑计划资助项目（Ｎｏ．２００９ＢＡＫ６０Ｂ０３）＊Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎ＿ｗａｎｇ＠ｆｐｉ－ｉｎｃ．ｃｏｍ
１ 引
言
近年来，环境污染问题日趋严重，化工原料泄漏等突发事件增多，地质灾害频发，生化恐怖袭击威胁加剧，严重危害人们的生命财产和国家安全。在当前形势下，各领域对现场快速分析和检测的需求越来越迫切。在众多的分析仪器中，气相色谱－质谱联用仪（ＧＣ－ＭＳ）具有灵敏度高、定性准确和分析速度快等优点，为环境污染物、化工原料和化学战剂等有害物质的检测提供了理想的解决方案［１］。但是，传统的台式ＧＣ－ＭＳ体积大、功耗高、对工作环境要求苛刻，无法满足现场分析的需求。因此，研制具有快速响应和现场分析能力的便携式ＧＣ－ＭＳ已成为当今分析仪器领域的研究热点［２～５］。
离子阱［６］由于具有结构简单和对真空度要求低等优点，是实现质谱仪器小型化的最佳选择。矩形离子阱［７，８］、圆柱形离子阱［９，１０］和环形离子阱［１１，１２］等离子阱质量分析器都被成功用于制造小型化的质谱仪。这类质量分析器由于电极形状的简化或改变，其内部电场中耦合了较多的高阶电场，导致其质量分辨率和质量扫描速率等关键性能受到较严重的影响。色谱仪小型化的关键在于减小仪器的体积和功耗。传统的色谱柱温箱体积大、能耗高，无法满足小型化的要求。近年来发展的低热容色谱柱具有体积小、功耗低、升降温速度快等特点，为实现小型化色谱仪奠定了基础。虽然国外有较多研究机构和仪器公司进行了便携式ＧＣ－ＭＳ的研究，但真正的商业化便携式ＧＣ－ＭＳ产品较少，主要有美国Ｉｎｆｉｃｏｎ
公司的ＨＡＰＳＩＴＥ和Ｔｏｒｉｏｎ公司的Ｇｕａｒｄｉｏｎ ７
。
随着国家对高端分析仪器的大力支持和投入，我国在色谱和质谱技术方面正处于快速发展的时期，从事色谱质谱仪器研究的科研院所和企业增多，并在核心技术和产品上都取得了系列突破，包括矩形离子阱技术［１３，１４］、数字离子阱技术［１５］、阵列离子阱技术［１６］、飞行时间质谱仪、色谱－四极杆质谱联用仪、色谱仪等。上述研究大多针对传统的台式仪器，而在便携式ＧＣ－ＭＳ方面的研究较少，国内尚未推出商业化的便携式ＧＣ－ＭＳ产品，目前使用的便携式ＧＣ－ＭＳ均为国外进口产品。进口产品不仅价格高昂，而且其使用和维护成本非常高，极大阻碍了该技术在我国的普及，严重削弱了我国在相关领域内的应急监测和快速反应能力。本研究自主研发了基于双曲面三维离子阱技术和低热容色谱技术的便携式ＧＣ－ＭＳ仪器，简述了其总体设计及主要结构，并给出了仪器的性能测试结果。
２
实验部分
２．１
仪器系统设计
第３９卷２０１１年１０月 分析化学（ＦＥＮＸＩ ＨＵＡＸＵＥ） 仪器装置与实验技术Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ 第１０期１４７６～１４８１便携式ＧＣ－ＭＳ系统主机尺寸为４４ｃｍ×３６ｃｍ×２２ｃｍ，重量小于１４ｋｇ，功耗低于１００Ｗ。进行现场分析时，通过随机的附件箱提供电源和载气，附件箱中包含一块可充电的锂电池和高压氦气瓶，附件箱总重量小于３ｋｇ，其中电池续航能力超过２ｈ，气瓶可支持仪器工作１２ｈ以上。仪器内置工控机系统和ＬＣＤ触摸屏，无需额外的计算机即可实现样品分析和数据处理等所有功能。此仪器的数据处理系统具备谱峰识别、背景扣除、重叠峰解卷积等功能，能对多组分的被测物质进行准确定性和定量
图１ 便携式ＧＣ－ＭＳ系统结构框图Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｐｏｒｔａｂｌｅ ＧＣ－ＭＳ
分析。本仪器主要由离子阱质谱模块、气相色谱模块及进样系统等组成，如图１
所示。进样系统中设计了微型采样泵和采样探头，可直接对气体样品进行采样。样品首先在前处理模块中富集，再经色谱分离模块分离，通过气－质接口进入离子阱质谱模块中进行质量分析，最后经数据处理得到定性和定量分析结果。为满足水体和固体废弃物的现场检测需求，本系统还设计了与其配套的便携式吹扫捕集仪和静态顶空装置。２．２
离子阱质谱模块
离子阱质谱模块中采用了经典的双曲面三维离子阱作为质量分析器。离子阱的几何尺寸约为常规离子阱的１／２，因此可减小驱动离子阱的射频电压的幅度，从而降低仪器的功耗。为补偿由于电极切割和端盖电极开孔带来的电场畸变，离子阱的两个端盖电极之间的距离向外拉伸１１％，添加了适当比例的正八级场成分，以提高离子阱的分析性能。离子阱工作在１．２ＭＨｚ的射频电压下，更高的射频束缚电压频率可提高离子阱的质量分辨率和存储效率。离子阱采用不锈钢加工而成，其电极表面经过惰性化处理，以提高离子阱的抗污染能力，降低分析过程中的化学背景噪声。离子阱质谱模块的真空腔采用全铝加工，以微型分子涡轮泵和隔膜泵级联的方式获取真空，其中分子涡轮泵的最大抽速为１１Ｌ／ｓ。该真空系统可获得的最高真空度优于１０－５ ｔｏｒｒ。在分析过程中，将氦气作为缓冲气引入离子阱中，以提高离子存储效率和质量分辨率。实时监控真空系统内的气压，可在发生真空异常时及时关闭灯丝、电子倍增器和射频电源等，保护仪器的关键部件不受损害。仪器采用了脉冲式内部电子轰击电离的方式，并在离子阱工作中使用了离子数目自动控制技术（ＡＩＣＣ），不仅在避免空间电荷效应的同时最大限度提高了仪器的灵敏度，而且扩展了离子阱质谱仪的
动态范围。离子阱采用了共振激发技术，离子出射前已经在共振激发信号的作用下逃离离子阱中央的高密度电荷区域，有效消除了空间电荷效应，使离子阱在储存较多离子时仍然可获得较高的质量分辨率。２．３
气相色谱模块
气相色谱模块的主要功能是实现样品分离，它主要包括吸附热解吸模块、色谱柱分离模块、电子压力控制模块和多通道流路切换模块。吸附热解吸模块采用了动态吸附热解吸技术，可根据样品浓度自动调整采样时间，提高仪器动态范围，适用于ｐｐｔ－ｐｐｍ量级的样品分析。气相色谱模块中使用了ＬＴＭ色谱柱（２５ｍ×０．３２ｍｍ×１．０"ｍ）对样品进行分离。该ＬＴＭ色谱柱可实现七阶八段程序控制升温，最大升温速率为１００℃／ｍｉｎ，最高温度可达２５０℃。同时，气相色谱模块中采用了自主设计的高精度电子流量／压力控制模块，使色谱系统在恒压控制模式和恒流控制模式下均可工作。本仪器采用了膜分离技术的气质接口，在维持离子阱工作所需真空的同时，保证了气相色谱系统分离后的样品高效进入质谱仪中，进而被检测和分析。２．４
仪器性能指标
表１给出了所研制的Ｍａｒｓ－４００便携式ＧＣ－ＭＳ与国外进口仪器的主要性能指标对比情况，从表１
可见，本仪器主要性能指标已达到且部分指标优于国外同类产品。
７７４１第１０期李晓旭等：便携式气相色谱－质谱联用仪的研制及应用
表１ 便携式ＧＣ－ＭＳ产品性能指标对比Ｔａｂｌｅ １ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｏｒｔａｂｌｅ ＧＣ－ＭＳ仪器性能指标ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＩｎｆｉｃｏｎ ＨＡＰＳＩＴＥ Ｔｏｒｉｏｎ ｇｕａｒｄｉｏｎ ７聚光科技ＦＰＩ
Ｍａｒｓ－４００
仪器重量Ｗｅｉｇｈｔ ２１ｋｇ（含电池Ｗｉｔｈ ｂａｔｔｅｒｙ）１３ｋｇ（含电池Ｗｉｔｈ ｂａｔｔｅｒｙ）１７ｋｇ（含电池Ｗｉｔｈ ｂａｔｔｅｒｙ
）
仪器体积Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ４６ｃｍ×４３ｃｍ×１８ｃｍ ４７ｃｍ×３６ｃｍ×１８ｃｍ ４４ｃｍ×３６ｃｍ×２２ｃｍ
质量分析器Ｍａｓｓ ａｎａｌｙｚｅｒ四极杆Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｍａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ环形离子阱Ｔｏｒｏｉｄａｌ ｉｏｎ ｔｒａｐ双曲面离子阱Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ
质量范围Ｍａｓｓ ｒａｎｇｅ ４５～３００ａｍｕ ５０～５００ａｍｕ １５～５５０ａｍｕ
质量分辨率Ｍａｓｓ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ＜１Ｕ（５０～２３０ａｍｕ）＜１Ｕ＜０．５Ｕ
扫描速率Ｓｃａｎ ｒａｔｅ １０００ａｍｕ／ｓ ７５００ａｍｕ／ｓ １０，０００ａｍｕ／ｓ
多级质谱分析ＭＳｎ不具备此功能Ｎｏｔ ｓｕｐｐｏｒｔ不具备此功能Ｎｏｔ ｓｕｐｐｏｒｔ三级质谱分析ＭＳ３
谱库检索Ｌｉｂｒａｒｙ ＮＩＳＴ；ＡＭＤＩＳ；自建谱库Ｕｓｅｒ ｌｉｂｒａｒｙ
ＮＩＳＴ；ＡＭＤＩＳ；自建谱库
Ｕｓｅｒ ｌｉｂｒａｒｙ
检测下限Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ＜１"ｇ／Ｌ＜１"ｇ／Ｌ＜１"ｇ
／
Ｌ
动态范围Ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ
１０６１０４１０
５
３
结果与讨论
３．１
质量分辨率及质量范围
使用全氟三丁胺（ＰＦＴＢＡ）对仪器进行了质量上限和质量分辨率测试。实验中设置质量扫描范围为３５～５６０ａｍｕ，质量扫描速率为１００００ａｍｕ／ｓ，得到ＰＦＴＢＡ的质谱如图２ａ所示。实验表明，此离子阱质谱仪的质量范围上限可达到５５０ａｍｕ，且在整个质量范围内优于单位质量分辨率，ｍ／ｚ ５０２的质谱峰半峰宽（ＦＷＨＭ）小于０．５ａｍｕ，实际质量分辨率超过１０００。在对仪器质量范围下限进行测试时，设置仪器的质量扫描范围为１０～４５ａｍｕ，质量扫描速率为１００００ａｍｕ／ｓ，直接检测真空腔背景中的水和空气（图２ｂ）。结果表明，该质谱系统质量范围下限低于１５ａｍｕ
。
图２ 全氟三丁胺（ａ）和背景中水和空气（ｂ）的质谱图Ｆｉｇ．２ Ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｔｒｉｂｕｔｙｌａｍｉｎｅ（ＰＦＴＢＡ）（ａ）ａｎｄ ｂａｃｋｇｒｕｎｄ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｎｄａｉｒ（ｂ）
３．２
多级质谱分析
使用了ＰＦＴＢＡ对本仪器的多级质谱分析性能进行了测试，实验过程如下：通过质量隔离得到ｍ／ｚ ５０２的离子的质谱峰，质量隔离窗口为３ａｍｕ，隔离后的质谱峰如图３ｂ所示；对隔离后的离子进行碰撞诱导解离（ＣＩＤ），得到子离子的质谱峰，即二级质谱图（图３ｄ）；进一步对二级质谱分析中产生的ｍ／ｚ ２６４的子离子进行隔离和ＣＩＤ，得到三级质谱图（图３ｃ）。理论上，上述隔离和ＣＩＤ的过程还可继续重复操作，以实现四级及以上的多级质谱分析。３．３