随着工业技术的不断革新,工业过程在线检测对在线分析仪器的要求越来越高,实时、快速、准确地获取工业生产线中的反应气或尾气的特征参数对工业生产的工艺控制和优化具有重要意义。在线过程质谱技术在工业在线分析技术中具有分析速度快、灵敏度高、通用性强、质量分辨好等优点,在工业现场在线分析中具有广泛应用。在过程质谱方面,传统70 eV的电子轰击电离源会产生大量碎片离子,碎片离子峰叠加现象会造成定量检测结果不准确。针对过程在线质谱中的电离技术,需要开发一种低能量电子轰击电离源,以提高在线过程质谱在定量检测方面的准确性。以工业在线检测作为出发点,针对传统检测手段的不足,开发了一台在线过程四极杆质谱仪。仪器采用稳压进样系统保证了仪器信号的稳定性,电离源采用电压可调节的双灯丝结构有利于电离室内电场优化,电路系统保证了仪器对质谱信号的高速采集。经调试与优化,仪器的分辨率优于单位分辨,对苯以及甲苯的检测限达到ppm量级,12 h内的信号相对标准偏差低于1.54%。针对降低电离能后电子轰击电离源电离效率降低的问题,对电离源的结构进行了模拟优化。对于电离源的电子透过孔,设计了栅网式结构,提高了电离源电子利用率,对待测气体分子的电离效率提高了1.2~2倍。针对电离源的磁场,模拟并优化了电离源磁体结构,以提高磁场对电子与离子的束流能力,并设计了加入导磁材料的大磁铁结构。通过电离源结构的优化,提高了电离源电离效率,使低能量电子轰击电离拥有更广阔的应用空间。将在线过程低能量电子轰击电离四极杆质谱应用于发酵尾气模拟气体定量检测,根据气体组分构成,开发一套电子能量选择的方法,然后对灯丝发射电流、电子能量、电子接收极电压三者之间的关系进行相关实验,得出三个仪器参数的优化方案以减小空间电荷效应,提高仪器灵敏度。在优化后的低能量电子轰击电离模式下,气体碎片离子减少,分子离子峰增强,二氧化碳在0.03%~8%的体积分数范围内线性度良好,相关系数为0.99986,信号的相对标准偏差RSD<5.00%,最低检测限为0.023%;氧气在12%~22%的体积分数范围内线性度良好,相关系数为0.99987,信号的相对标准偏差RSD<6.00%,最低检测限为0.021%。该仪器与方法应用到混合气体定量检测时,其定量检测误差控制在1%以内,此测量误差完全在发酵工业中工艺控制的允许范围之内,能满足发酵工业中要求的精度。该仪器与方法在应用中能减小碎片离子峰带来的干扰,使定量更加准确,为发酵工业乃至更多的工业在线检测领域提供了一种实时、快速、准确的检测手段。