Studies of reactions of ions with water molecules in the gaseous phase for trace gas analysis

Abstract

Chemical ionization mass spectrometry (CI-MS) is a powerful analytical technique, capable to detect trace levels of organic molecules diluted in air samples in real-time. Processes leading to ionization of organic molecules, necessary for their detection and identification, are however often strongly affected by the presence of water vapours in form of sample humidity. In the present work, I studied the influence of water vapours on ion chemistry and, subsequently, the respective influence on sensitivity and selectivity of CI-MS techniques. Studies were carried out using several soft chemical ionization mass spectrometry instruments, including Selected Ion Flow Tube Mass Spectrometry (SIFT-MS), Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry (PTR-MS) and Selected Ion Flow-Drift Tube Mass Spectrometry (SIFDT-MS). Experimental studies were also supplemented by theoretical simulation of proposed ion chemistry using the Kinetic of Ion-Molecular Interaction simulator (KIMI), developed by the author. In this thesis, I present a study of formaldehyde, glyoxal and phthalates ion chemistry with H3O+ , NO+ and O2 + reagent ions, focusing on secondary reactions with water vapours. Additionally, I also studied secondary reactions of protonated hydrated acetic acid with acetone. Finally, I have carried out...

Metoda hmotnostní spektrometrie pomocí chemické ionizace je účinná analytická technika, umožňující detekovat v reálném čase stopová množství organických těkavých látek přítomné ve vzduchu. Procesy vedoucí k ionizaci organických molekul, nutné k jejich detekci a následnou identifikaci, jsou bohužel často ovlivněné přítomností vodní páry. V představené práci jsem studoval vliv vodní páry na chemii iontů a její následní vliv na citlivost a selektivitu metod hmotnostní spektrometrie pomocí chemické ionizace. Pro studium jsme využili několik hmotnostně-spektrometrických přístrojů, mimo jiné techniku hmotnostní spektrometrie v proudové trubici s vybranými ionty (SIFT-MS), techniku hmotnostní spektrometre pomocí reakce přenosu protonu (PTR-MS) a techniku hmotnostní spektrometrie v proudově-driftové trubice s vybranými ionty (SIFDT-MS). Experimentální stude je doplněná teoretickými simulacemi studovaných procesů pomocí autorem vytvořeným simulačním programem KIMI. V disertační práci prezentuji výsledky zkoumání iontové chemie molekul formaldehydu, glyoxalu a ftalátů pomocí H3O+ , NO+ and O2 + reakčních iontů, přičemž se zaměřuji na pochopení sekundárních reakci iontových produktů s vodní párou. Následně jsem také studoval sekundární reakce protonovaných a hydratovaných molekul kyseliny mravenčí s...