共創共贏
今年，《環境空氣揮發性有機物的應急測定便攜式氣相色譜-質譜法》（HJ1223-2021）、《水質揮發性有機物的應急測定便攜式頂空/氣相色譜-質譜法》（HJ 1227-2021）兩項標準正式實施，標志著便攜式GC-MS成為應急檢測的環境標準方法。那么問題來了，市場上好多種便攜式質譜，哪種更適合便攜監測呢？
要回答這個問題，蹦到你腦海里的想法是不是：便攜GC-MS分為哪幾種呢？答案so easy，便攜GC-MS只有四極桿和離子阱兩種類型。那么問題就變成：四極桿和離子阱便攜GC-MS，哪種更適合應急監測？
我們先來捋一捋，應急監測的用戶到底有哪些要求？
想象下列幾個場景，某地河水污染了，要很短時間內了解污染程度，測定水體污染物是什么，水體中污染物的濃度有多高？某化工廠爆炸，要趕緊到現場測定空氣，判斷是什么引起了爆炸，濃度是多少？奧運場館萬人即將入住，要在兩天內迅速測定每個房間的污染氣體濃度，如果有污染，要判斷是什么污染。
將這些場景的需求匯總，得到幾項關鍵需求：（1）便攜，背上就走。（2）定性，判斷污染物到底是什么。（3）定量，判斷污染程度如何。（4）要能耐受惡劣的環境。（5）要能邊走邊測，快速出結果。
下面，我們逐條對比一下。以下對比均以A、B代表，不顯示廠家和型號。
（1）便攜性
| A | B | |
| 種類 | 四極桿 | 離子阱 |
| 主機重量 | <19kg（含電池） | <19kg |
從便攜性上看，四極桿和離子阱沒有特別大的差別。且慢，咱們看一下這個括號（含電池）。這是什么意思呢？這是指左側的A設計是全部內置（含電池），電池、載氣、內標、調諧內置的總重量是<19kg；而B如果要正常工作，加上電池、載氣、內標、調諧，重量將達到25.6 kg，重了十幾斤，誰更便攜，一試便知。
?。?）定性能力
這點毋庸置疑，一定是四極桿更好。為什么？
對于便攜GC-MS來說，使用的都是EI源，每個用戶都禁不住要去使用NIST質譜庫，35萬多張NIST的EI質譜庫里，大多數收錄的都是四極桿的譜圖，為什么是這樣？各位看官不妨去問NIST。
援引一段質譜研究者們的解釋如下：
離子阱的定性問題：空間電荷效應是離子阱一切問題的根源。不管什么樣的離子阱，不管怎么去控制阱里面的離子數量，這個效應一直存在。離子互相碰撞會產生離子反應，離子反應的結果導致：
（1）創造出樣品中不存在的離子，給定性帶來大大的困擾，中的術語叫“鬼峰（ghost peak）”。
?。?）譜庫檢索匹配度低，質譜的定性依賴于譜庫檢索，所謂匹配度低，是指離子阱的譜圖和標準譜庫中的譜圖相似性低，比較難確定被測物到底是不是譜庫中那個東西。舉個例子，現在人臉識別的度很高，但是如果拍出來的照片是糊的或者五官變形的，當然就識別不出來或者會張冠李戴。譜庫檢索匹配度低的原因：存在鬼峰、碎片離子強度比例畸變等。
?。?）定性結果不穩定，據用戶反映，離子阱氣質聯用如果進樣量不同，或者樣品的前處理方法不同（如用不同的溶劑萃?。鰜淼乃槠V圖可能會不一樣。
下面，我們看個實例。
在定性測試中，我們使用定性難度較低的N2配置不同濃度的苯系物標氣測試。
600 ppb甲苯，便攜四極桿和離子阱質譜圖與NIST庫譜圖對比
在甲苯濃度為600ppb的檢測樣本中，四極桿質譜的匹配結果與NIST標準譜圖基本一致，在m/z=91出現了特征峰，匹配出的甲苯結果排序第1。但是離子阱的質譜圖出現了m/z=105的不相關峰，在NIST譜庫匹配時排序是第4位。
同樣，乙苯等化合物也有類似的情況。
雖然，用自建譜庫也能比對，但若遇到的化合物沒在自己的數據庫里，離子阱就束手無策；畢竟，真實世界的化合物種類太多了。使用EI源的GC-MS，如果NIST匹配度不高，將失去一個定性利器。
理論上說，定性不佳源于離子阱的空間電荷效應。從實際測試上，如果儀器本身能做到質量調諧更嚴格，也許可以彌補這個缺點。我們知道，調諧物質在EI源裂解后，會形成一段質量標尺，如果把標尺的每一段都校準，那么真實化合物的質量一定會比較。下面我們來繼續對比四極桿和離子阱的調諧情況。
調諧的對比
調諧是開展一切質譜檢測的前提。通過調節離子源、質量分析器、檢測器的參數，獲得合適的分辨率、靈敏度、度與離子豐度，確認儀器狀態正常，使儀器達到滿意狀態。
調諧的內容主要包括：（1）質量軸校正，以質量增益與補償調整；（2）分辨率，以 DC/RF比調整；（3）靈敏度，以倍增器電壓調整；（4）離子豐度比，以透鏡電壓調整。
本文開頭提到的HJ 1223—2021和HJ 1227—2021，對調諧的要求是：若調諧物質為 1,3,5-三（三氟甲基）苯與溴五氟苯，則關鍵離子豐度應滿足表 1 的要求；若調諧物質為全氟三丁胺，則關鍵離子豐度應滿足表 2 的要求。
HJ 1223-2021和HJ 1227-2021的調諧要求
便攜四極桿質譜調諧結果
從便攜四極桿質譜的調諧結果來看，使用的是表1的化合物，對10個質量數進行調諧，調諧了峰形、質量峰寬、峰的個數、質量分布、相對豐度、基峰、真空度、增益、EM電壓共9個參數。為了用戶方便使用，可以進行全自動調諧。
便攜離子阱質譜調諧結果
從某便攜離子阱質譜的調諧結果來看，使用的是表2的化合物（全氟三丁胺PFTBA），但只調諧了3個質量數，缺失了對m/z=100的調諧，未達到標準規定的要求。調諧的參數中，也少了真空度、增益和EM電壓。
對比可知，便攜四極桿采用了10個質量數進行調諧，調諧質量數多，調諧參數多；而便攜離子阱僅調諧了3個質量數，未達到標準規定的要求，調諧參數少。到底哪個更，不言自明。
（3）定量
對于四極桿GC-MS來說，定量都用峰面積積分或峰高定量，有兩種方式，用SIM（選擇離子）或全掃描后用提取離子色譜（XIC）定量。
我們就以HJ 1223和HJ 1227中提到的第二種方式：全掃描后，提取離子峰面積定量來對比。
便攜四極桿對特征的提取離子色譜圖進行積分，再根據峰面積來定量。默認使用內標法進行檢測。內標法定量，操作條件不必嚴格控制，對于沒有標準物質的化合物可以快速半定量。
便攜四極桿用提取離子的峰面積定量
而便攜離子阱默認使用TIC（總離子流色譜圖）峰面積定量，這波操作實在是看不懂啊。如果在同一時間，流出了幾種不同的離子，結果就一同給積分定量了。我們只好倒推一下設計者的意圖：難道是想讓定量的結果偏高，從而顯示靈敏度比較高？但給用戶帶來的，卻只有一條壞處：定量不。
便攜離子阱用TIC的峰面積定量，不區分共流出物
上圖可知，用便攜離子阱TIC定量，肉眼可見：明顯不是單一峰，卻直接積分成一個峰。
因此，從定量上比較，人們希望的是，而不是將張三、李四、王五都抓到一起說：他們都叫張三。便攜四極桿堅持的是，而便攜離子阱的定量，目前如圖的方法，一定是不的。其實，離子阱有自己BCT擅長的定量方法即全掃描MS/MS，但顯然，目前市場上的離子阱便攜GC-MS，沒有MS/MS功能。
（4）對惡劣環境的耐受度
便攜質譜常應用于應急現場，這意味著一般在測定現場污染情況時也在消防救火，便攜質譜不可能躲著水監測，所以防水是必要條件。
因此，選購便攜式質譜，考察對惡劣環境的耐受度，咱們只要問工程師一句：你家的便攜質譜，防水么？
為啥這么說？一旦考慮了防水，密閉性、耐用性等問題一定已經考慮過了。
GB 4208中IP55防護等級要求中，對“防噴水”的要求是：向外殼各個方向噴水無有害影響。而對便攜質譜本身的一項技術要求是：儀器外殼或外罩應耐腐蝕、密封性良好、防雨、防塵，少達到GB 4208中IP55防護等級要求。
?。?）邊走邊測，快速出結果
這個邊走邊測、快速出結果，是超出標準的更高要求，同四極桿和離子阱也沒有什么必然關聯，只是儀器設計得是否更好。下面我們分別看看便攜質譜的這兩項“加分項”。
“邊走邊測”的一個核心要素是：使用NEG泵。NEG 泵的移動性能好；而分子渦輪泵移動性能較差，對振動、 突然斷電敏感。
兩者的差別是原理造成的。非蒸發型吸附(NEG)泵是吸附原理，利用材料的化學活性，進行表面吸附或者繼續引起內部擴散而實現排氣的泵，不受移動的影響。分子渦輪泵是高速轉動原理，利用高速旋轉的動葉輪將動量傳給氣體分子，使氣體產生定向流動而抽氣的真空泵。分子渦輪泵為大家熟知，因為實驗室里用質譜都用它，但到移動環境中，大家想想原理就明白，高速轉動的軸承會傾斜，部件很容易損壞。因此，安裝分子渦輪泵的便攜質譜，其實都無法實現“邊走邊測”，只能是靜止，把質譜放在相對平穩的地方然后測試。
從用戶的需求出發，當然希望便攜質譜BCT能在移動時還能繼續測試，就像我們在運動中也想進行攝影一樣，用NEG泵是“加分項”，可以真正實現“邊走邊測”。
咱們再說說另一個“加分項”——快速響應。眾所周知，實現氣相色譜分離少得幾分鐘，所以要想達到秒級響應，自然希望樣品能夠不經過氣相色譜，直接進入質譜測試。這種秒級響應的工作方式叫做：快速篩查測試，有的儀器方法叫做Survey模式。
快速篩查測試的判斷標準是：是秒級響應還是分鐘級響應，而原理的差別是：秒級響應不經過氣相色譜，由質譜直接進樣產生結果；分鐘級響應是經過氣相色譜。
今年時，負責檢測的某單位，要在幾天內測量所有場館10000多房間是否符合空氣質量要求。她們請多家企業來現場進行盲樣測試，終由于四極桿便攜GC-MS的速度又快，結果又準，用戶在測試后，選擇了四極桿便攜GC-MS的方案。
綜上所述，如果您想購買便攜GC-MS，應主要考慮5點。而市場上已有的產品主要是四極桿便攜質譜，代表為A，和離子阱便攜質譜，代表B。它們的區別如下：
| A四極桿GCMS | B離子阱GCMS | 說明 | |
| 便攜 | 電池等裝置都內置在儀器中，總重19.2 kg | 考慮電池等外接的部件，總重25.6kg | A更優 |
| 定性 | 匹配NIST更準，可自動調諧，調諧過程更嚴格 | 匹配NIST不準，大都使用自建庫，調諧3-4個參數，過程不嚴格 | A更準，可定性數十萬種物質 |
| 定量 | 用標準規定的全掃描后提取離子積分定量， | 默認用TIC總離子流色譜定量，定量方法積分了共流出物，不準 | A更準 |
| 對惡劣環境的耐受度 | 密閉、防水 | 不密閉、不防水 | A更優 |
| 加分項 | 邊走邊測，質譜直接進樣的篩查模式可實現秒級響應 | 只能靜止時測定，不能實現質譜直接進樣 | A更優 |
文末，小編要說明一下，雖然從上文比較來看，根據市場上現有產品的對比情況來看，我們可以得出四極桿便攜GC-MS技術更成熟，離子阱便攜GC-MS還有不足的結論。
但并不是說，離子阱不如四極桿，因為原理各有千秋。我們需要的是：研發制造者充分發揮所用原理的特性，造出一臺好儀器。
大家一定知道，對于定性，離子阱雖然匹配NIST庫不擅長，但可以作多級MSn，對于定性非常有幫助，使用過離子阱液質的朋友們一定已經體驗過MSn的功能?？上У氖牵壳笆袌錾系碾x子阱便攜GC-MS，均沒有MS/MS的二級質譜功能，更沒有MSn的功能。
從定量來說，離子阱質譜 的定量模式是全掃描的MS/MS定量，但可惜目前便攜GC-MS也沒實現。沒有實現MS/MS和MSn的離子阱，其實還沒有真正掌握離子阱“時間串聯，人定勝天”的精髓。
于密閉防水，使用NEG泵實現邊走邊測，開發出直接進樣模式，經過研發人員的努力，在離子阱便攜GC-MS上其實也可以做到。
因此，希望市場上現有的離子阱GC-MS研發企業，可以繼續開發，發揮離子阱的更大價值。
于四極桿GC-MS，定性可用NIST，定量是可靠的選擇，只是不太容易實現便攜。這里就順便致敬一下那家企業的匠心吧，用四極桿質譜實現了真正的便攜，讓大家背起它出門，到各種應急的未知環境中，去破解各種未知污染的難題。
