2017 PTR-MS 300简易使用指南

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：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
①H2O电解为H+、O+、HO+；
②离子源内：H2O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倍）、O2+--------32、H2O*H2O*H+-------37；
③drift tabe reactor：H3O+ +VOCs--------VOCs*H+ +H2O；每种挥发性有机物都带上电荷，比如CH3CH2OH*H+；
④四级杆质量分析器：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；H2O 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、O2、CO2、Ar、质子亲和势小于H2O的，所以不会和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。

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）、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SEM
6、上述设定完毕后，点击主界面中的“start ac quisition”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，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 Settings
8、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 Calibration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 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；
(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。