人体呼出气体携带有重要的生理信息,呼出气体检测技术具有采样无损、操作便利等优点,是医疗检测领域的研究热点。质子转移反应质谱(PTR-MS)因其灵敏度高、响应速度快、特异性好、样品无需预处理等优点,在呼出气体检测领域发挥着不可替代的作用。本文以科技部重大科学仪器设备专项“质子转移反应质谱仪器研制及应用示范”课题为依托,运用理论分析、仿真模拟和实验评价的方法对PTR-MS关键部件—漂移管和离子源进行了研究设计和加工组装。本文以PTR-MS的基本原理为基础,分别对漂移管内的质子转移反应和离子源内的空心阴极效应进行了较为深入的研究。运用离子光学分析软件Simion模拟了离子在不同漂移管结构下的运动状态和聚焦特性,改善了电场分布均匀性和离子束聚焦特性。设计研制了PTR-MS离子源,分析了不同锥型接口结构对试剂离子和杂质离子的浓度影响,其主要指标已达到国外商用仪器水平。初步搭建了PTR-MS功能样机。提出了PTR-MS测量呼出气体的进样装置设计方法。通过注射法配制了不同CO2浓度和湿度下的丙酮样品气,以研制的PTR-MS离子源和漂移管为关键部件,在PTR-MS实验平台上对Tedlar采样袋中的丙酮样品气进行了浓度检测。结果表明CO2浓度和气体湿度的增加不会对丙酮离子的计数值产生明显影响,但会增加水合氢离子团簇的含量;O2+浓度的增加会提高丙酮碎片离子的含量;NO+的测量浓度较低,对丙酮测量结果的影响可以忽略不计。最后,根据PTR-MS浓度计算原理,推导了丙酮测量浓度修正公式。