歐洲機場安檢廣泛使用的“裸體掃描”技術廣受爭議，用于檢測危險物品和非法物質的儀器設備研發成為關注的焦點，質子交換反應質譜法（PTR- MS）能為這方面的分析檢測提供補充措施。
早在1980年，奧地利因斯布魯克大學離子物理研究所的的研究工作已為質子交換反應質譜法（PTR- MS）開辟了道路，這一技術在1988年趨于成熟，并進行了科技轉化，成立了Ionicon Analytik公司，目前這一公司已擁有近20名研發人員，并在全球范圍內銷售了約200臺儀器。
PTR-MS技術借助普通的水蒸氣，在特制的空心陰極離子源中產生高純度（>99%）的初級離子H3O+，并直接導向后置的飄移管中。所用的水蒸氣由蒸餾水制成，是除電流之外唯一的消耗材料。其他類似的方法例如選擇性離子流管（SIFT）還需要質量過濾器以選擇相應的初級離子，這樣就使初級離子受到損失，降低了靈敏度。而在飄移管中進行質子交換，即1個H3O+交換待測分子的1個質子，由此產生的樣品離子再進行質譜分析。這個交換過程使痕量氣體的檢測限低至ppt級，而反應時間也低于100 ms。此外，在嚴格規定的反應條件下，可直接對待測物質進行定量分析，無需使用校正氣體。
除了緊密、廉價和可運輸的模式之外，Ionicon公司還提供基于飛行時間質譜儀器PTR-TOF 8000（圖1），其分辨率高于8000 m/Δm，PTR-TOF 2000儀器在略降低分辨率的情況下將檢測靈敏度提高了5倍（至ppt級）。
圖2. 在進行可卡因頂空分析時的TOF-MS部分圖示。
2009年首次推出的PTR- MS儀器，能對ppq級的物質進行檢測，此款儀器引入了可切換試劑離子功能（SRI）。借助于這一功能，用戶可將原來選擇的H3O+ 與O2+ 、NO+ 初級離子在幾秒內進行交換。O2+的優點在于，可將那些對質子親和力太小以至于不能與水合氫離子進行質子交換的物質（例如乙烯）進行電離。而NO+ 則相反，能使一些同分異構體（亦即具有相同分子式但有不同結構的物質，例如醛和酮）的分離成為可能，并且由此簡化了確證分析。
廣泛的應用范圍
最早從PTR-MS技術受益而且至今仍然廣泛使用該技術的是大氣化學家和環境物理學家。這種具有優異的檢測靈敏度以及無需任何樣品前處理的方法，在測定高海拔地區或高空中空氣中有害物質的濃度時具有明顯的優勢，而食品工業調味研究部門也是PTR-MS技術的核心應用領域。借助于PTR-MS技術，可即時對低濃度的食品芳香成分進行檢測。此外，該技術在生物學、生物工程、過程監控以及醫學分析方面都有獨特的應用。
危險品和非法物質的檢測
PTR-MS技術可用于危險品和非法物質的檢測，Ionicon公司曾在2008年為歐盟防務機構EDA的項目Guarded（generic urban area robotized detection of CBRNE devices，一般城市區域內化學的、生物的、輻射的、核的和爆炸性裝置的自動化檢測項目）作出了貢獻。對于毒品、炸藥和化學戰劑這三類物質的測量，PTR-MS技術具有很好的應用前景。圖2為毫克級的可卡因在室溫下的頂空分析結果。
結果顯示，盡管沒有采用任何樣品預濃縮處理，仍然得到足夠強的信號強度，PTR-TOF 8000測量的準確度得到確認。此外，還有其他毒品如合成迷幻藥、海諾因、嗎啡因、可待因等也可應用此方法進行檢測。
圖3. 芥子氣模擬物質的質量濃度分配對時間的函數圖示。
炸藥的檢測采用了相似的實驗過程，固體炸藥如TNT（三硝基甲苯）、TNB（三硝基苯三硝基苯）、RDX（三亞甲基三硝胺）、HMX（1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮雜環）和PETN（季戊四醇四硝酸酯），只需取其少量物質于室溫下進行頂空測量，即可加以證明和鑒定。鑒于固體炸藥具有極低的蒸汽壓，在進行這種檢測時，PTR-MS技術的高靈敏度具有用武之地。
在進行化學戰劑的檢測時，戰劑蒸汽壓越低，其靈敏度也越低。因此要求方法必須具有很高的選擇性以及快速的響應時間。圖3顯示了芥子氣模擬物質的質量濃度分配對時間的函數關系。在實驗室中，將一瓶仿制型化學戰劑的瓶口打開，200?s后對室內空氣進行測量，該物質的蒸汽緩慢地在室內空氣中散開，采用PTR-TOF 8000測量濃度變化。經過400 s后，將瓶口重新關緊，啟動排風設備以緩慢降低實驗室中有毒氣體的濃度，仍然觀察其濃度變化。這種測量方法可應用于建筑物通風設備的監控。
采用PTR- MS進行檢測
在EDA項目Guarded中，開發了一種簡單實用的檢測軟件，在毒品、炸藥和化學戰劑的檢測過程中，若達到預先所設定的濃度，便發出警報，同時避免干擾物質諸如香水、洗滌劑等所引起的錯誤警報。圖4顯示了這一軟件的界面，此時化學戰劑三氯硝基甲烷以強烈擴散的方式聚集于PTR-MS儀器入口處。
圖4. 檢測軟件在檢測到三氯硝基甲烷（化學戰劑）時發出警報的屏幕截圖。
在檢測危險物質（特別是在機場）應用的最后一步，是開發和選擇合適的采樣技術，如已投入實際應用的與IMS技術相結合的人員入口技術或者擦拭測試技術。在PTR-MS技術應用研究中，研究人員一直在尋求更大幅度提高選擇性的方法，避免由于靈敏度的提高而導致的錯誤警報問題。
背景資料：質子交換反應質譜PTR-MS
質子交換反應質譜法（PTR-MS）是一種已擁有成功案例的分析方法，廣泛應用于大氣化學、環境、食品工業、調味和香氣研究部門以及生物學、生物技術、過程監控和醫學分析中。PTR- MS技術特別適合于檢測危險物質和非法物質，其最主要的優點在于高靈敏度、選擇性和快速的響應時間。