1、PTR-MS 300 使用指南（在线 VOC 监测检测分析质谱仪）北京市园林科学研究院 谢军飞整理2017.7挥发性有机化合物（VOCs）的超灵敏检测仪，可以满足实时在线连续监测连续定量测量挥发性有机化合物，在线测量有毒、有害物质，如苯、甲苯、甲醛、二恶英等。还具有远程控制的优点。由于独特的软离子化技术，高灵敏的 PTR-MS 300（Proton Transfer Reaction-Mass Spectrometry，质子传递反应质谱仪） ，可以分析浓度低至 0.5 ppbv 的气体，并避免电离过程中的质子分裂。进样前不需要样品准备过程和环境条件设置（例如：湿度条件） 。 技术参数：质量范围
2、：1-300amu 分辨率： 1 amu 响应时间：100 ms 测量时间：2ms/amu 到 60ms/amu 检测极限：500 pptv 线性范围：500 pptv -10 ppmv 可调流速：50-500 sccm 进样系统加热范围：150 反应室加热范围：40-130 检测的空气 VOC 浓度最高不应超过 10 ppmv一、PTR-MS 技术原理H 2O 电解为 H+、O +、HO +；离子源内：H 2O 与 H+、O +、HO +结合，生成水合氢离子、氧正离子、二水氢离子，H3O+-19（检测时会检测含氧同位素的水合氢离子 21，因为普通 H3O+的含量太高了，21 和它差 500
3、倍） 、O 2+-32、H 2O*H2O*H+-37；drift tabe reactor：H3O + +VOCs-VOCs*H+ +H2O；每种挥发性有机物都带上电荷，比如 CH3CH2OH*H+；四级杆质量分析器：生成的 VOCs*H（各种有机物）在四级杆中分离，然后在 SEM检测器得到信息。补充软电离技术原理：母体离子 H3O+和 VOCs 反应，将 VOCs 分子转化为离子；H 2O的质子亲和势 7.22EV，大多数 VOCs 质子亲和势大过水，所以 H3O+可以和大多数 VOCs分子发生质子转移反应；空气中主要成分 N2、O 2、CO 2、 Ar、质子亲和势小于 H2O 的，所以不会
4、和 H3O+反应。二、具体操作1、设置笔记本电脑的 IP 地址（192.168.127.250. 255.255.0.0）后，关闭防火墙，连接笔记本电脑与 PTR-MS 300 仪器，然后按仪器左后方的电源开关开机。2、通常开机 5 个小时左右后，进行，仪器前方屏幕上端的 p-Drift 等指示区域会变绿，表示仪器抽真空已完成，可以正常开始工作；另外，通过触屏，可以查看相关参数（图 2） ，相关参数值也与软件界面一致。主要参数含义如下： P-drift：表示水合氢离子 H3O+与 VOCs 反应的压力，等待情况下，约为 1 mbar；测定情况下应该为 2.2mbar； P-Quad：表示四级杆
5、压力，不做实验时为 10-6-10-7mbar，接近真空状态，需要运行分子泵来实现，做实验时，由于有要分离的有机物，所以压力大，为 2.01E-5 mbar； 进气管温度 60；电流需2 安培；当水的含量剩余几十 ml 时，就该加水了；图 2 仪器屏幕参数3、双击笔记本电脑桌面 Operator 软件快捷方式，打开测定软件，默认出现 Idle 模式（见图 3 中的 Setting） 。 图 3 默认主界面在主界面右侧的“Setting”中，将 Idle 改为 H3O+，可以看见选择 H3O+后，主界面右侧的许多参数发生了改变（图 4） ，如 H2O 由原来的值变成了 5.5 。需要补充的是，主
6、界面中显示的参数值是软件系统提供的默认值，其中部分参数值会参与浓度值的计算，不能改动，尤其是 P drift 值，不能改动，应一直保持在 2.2 mbar。图 4 参数值4、点击主界面中“Acquisition setting”按钮 ，右侧会出现 “Mass Settings”小界面（图5） 。图 5 Mass Settings 小界面然后在 “Mass Settings”小界面中，点击“Edit Peaks”，会出现“Edit Mass Settings”窗口（图 6） ，在该窗口中的右侧，可以修改化合物通道集名字，然后逐个编辑需要测定的化合物 mass 值（mass 为化合物分子量加 1）
7、 、Dwell time（表示检测时间，比如 200ms，注意如果所测量的有机物浓度太小，则需要的检测时间可能长一些，否则误差会比较大，对于含量大的有机物，检测时间可以缩小一点，比如 100ms） ；Multiplier（乘的倍数，选默认值， ） ；k rate（反应速率，选默认值）等。图 6 Edit Mass Settings需要补充的是：如果将 Mass 设为 20，Mass End 设为 20，即仅检测质荷比为 20 的化合物；如果将 Mass 设为 20，Mass End 设为 100，即检测质荷比在 20-100 之间的有机物；另外，在 Multiplier 设定中， Mass 为
8、 21 的则比较特殊，需要乘以 500，用来计算 19 的水合氢离子强度。5、 电子倍增器 SEM 需要高电压，初始高电压应为 1900（图 7） ，但运行一段时间，电压应有所变化，建议 6 个月 tune detector，通常当二次电子倍增器 SEM 电压值3500 时检测器报废（5 年左右） 。图 7 电子倍增器 SEM6、上述设定完毕后，点击主界面中的“start acquisition”绿色三角符号 ,等待两秒以后，仪器开始采样测定，但此时仅主界面的上部图会显示各种化合物的信号强度变化，如果想了解化合物信号强度随时间的变化，可点击主界面的“Trace definition ” 按钮
9、，在出现的“Peak Traces”中，选择好需要了解的化合物，则主界面的下部图会出现相应的曲线图（图 8） 。图 8 测定7、在运行的过程中我们还可以看见循环 cycle 的次数等信息，在所需循环完成之后，点击“Stop acquisition” 按钮） ，数据会自动保存在图 9 中右侧“Save Settings”指定的路径中，通常文件名前端含 Data 字母。图 9 Save Settings8、运行过程中，还可以查看 Mass Calibration（如果出峰位置有所偏移，软件会自动调整四级杆电压等参数） 、Inletflow 状态（图 10、图 11） 。图 10 Mass Cali
10、bration 界面图 11 Inletflow 状态三、数据的查看与导出1、查看谱图的详细信息，首先点击 PTR-MS Viewer 3 软件的快捷方式，打开界面，然后点击左上方的 Add files to project，导入刚刚运行获得的数据文件，则会出现两个图（图 12） 。其中，上方图是显示某个循环的谱图，包含某个循环中不同化合物的信号强度；下方图则查看一种或多种化合物在循环中的信号强度变化情况，化合物的选择可以通过点击最右侧的“compounds”中的物质来完成。默认的谱图纵坐标单位是 Raw signal，如果想查看浓度值，需要在 “Trace Data Unit”中，将 Raw
11、 Data 改为 Concentration。在选择了浓度之后，还可以将纵坐标的最大数值进行修改，从而可查看某一浓度值之下的变化。图 12 谱图的详细信息2、导出数据：点击上图中的“Export Traces”，则出现下图 13 界面，在该界面中，可以选择需要输出的化合物、仪器的运行参数（通常涉及 P-Drift、P-Quad 、Udrift 等值） 、数据的输出格式等，最终可输出 ASCII 码文件（可以在 Excel 中打开） 。图 13 输出 ASCII 码文件注意事项：(1) 运输时，记得把水罐拿下来，用盖密封好；添水可以用纯净水；(2) 离子源建议一年一次清洗，如果有清洁套装则免费；
12、(3) 仪器附带的过滤盒(含活性炭)用在进样管前段，可以过滤空气中的 VOC；(4) 注意每次使用完之后，需将 Ptr set 选择 standby 设置，然后关闭仪器电源即可 ；(5) 可以通过网卡转换接头与 Team Viewer 软件，连接网络进行远程操作，远程的IP：915 182 965，password：6231；(6) 机器中泵的膜建议 2-3 年换一次；(7) 经常性的除尘，防尘膜位于机器的侧面；(8) 机器所测 VOC 物种的最大浓度为 10ppm，高于此浓度需要稀释；(9) 机器所测 VOC 物种的质子亲和力要水（亲和力为 165.2） ，甲醛为 166.1，在空气湿度较大的情况下，不易测出；(10) NO+离子源质子亲和力小于水，可以用于测定空气湿度较大情况下的甲醛；(11) Ctrl/Man 模式可以切换到自动与手动模式，在自动模式下可以调整 PC（压力越大，分流越多） ， 手动模式下可以调整 P-drift（不建议改变原有值） ；（12）增大 Fcinlet 值，可以增加毛细管进样口的进样流速。(13) 遇到 Quad 无法连接的问题（图 14）：关闭操作系统的防火墙。图 14 Quad 无法连接
