质子转移反应

质子转到受体的反应

质子转到受体的反应，称为质子转移反应。反应是质子给体A和受体B间有质子转移的反应。如HA+B-→HB+A-，故也称酸碱反应。其反应机理有两类：（1）质子直接转移，大致有三步。酸碱碰撞络合物的形成，质子通过水合结构与碱结合，水合结构的破裂。（2）有氢氧根离子参与的反应，这类反应的特点是快速，属扩散控制，一般用弛豫技术及核磁共振技术研究其反应动力学行为及规律

反应类型

在水溶液中，有几类质子转移反应。

一类是两种不带电荷的中性分子相反应，产生两种带相反电荷的离子。

例如：H2O+NH3→OH-+NH4+

一类是一种离子与一种中性分子相反应，产生另一‘种离子和另一种中性分子。

例如：NH4++H2O→NH3+H3O+

一类是一种离子与一种中性分子相反应，产生两种离子。

例如：HCO3-+H2O→CO32-+H3O+

一类是一种两性溶剂的两个分子之间相反应，其中一个是质子供体，一个是质子受体。

例如：

这种反应称为自动离解反应。由上式看到，水的自动离解可以产生氢离子。

制取弱酸和弱碱

化学家历来认为：“为了制备一个弱酸，就要把一个强酸加到这个弱酸的盐中去。”这个规律是对的。当强酸与弱酸盐反应时，强酸向弱酸的共轭碱（弱酸根离子）给出一个质子而生成相应的弱酸。若在醋酸、氰化氢、硫化氢或碳酸的可溶性盐中加入硫酸或盐酸，就立即得到相应的弱酸：

H3O++CH3COO-→CH3COOH+H2O

H3O++CN-→HCN+H2O

H3O++HS-→H2S

H3O++HCO3-→H2CO3+H2O

因为水化氢离子比右边各酸都强，所以各反应都能向右进行。当达到右边各酸的饱和溶解度时，氰化氢气体、硫化氢气体或二氧化碳（碳酸分解产生）就放出来了。所发生的硫化氢和二氧化碳，可以作为鉴定氢硫化物（以及硫化物）和酸式碳酸盐（以及碳酸盐）的特征反应产物。这些反应确实可以认为是中和反应，因为反应的生成物之一总是水。

铵离子和甲基铵离子则能够中和强碱而生成氨或相应的胺类：

NH4++OH-→H2O+NH3

CH3NH3++OH-→H2O+CH3NH2

质谱法

质子转移反应质谱法（英语：Proton-transfer-reaction mass spectrometry，缩写：PTR-MS），是一种使用气相水合氢离子作为离子源试剂的分析化学方法。使用质子转移反应质谱法进行分析的仪器称为质子转移反应质谱仪。

1995年，因斯布鲁克大学粒子物理研究所的科学家们发明了这一分析方法。PTR-MS多用于环境空气中的挥发性有机物的实时监测。质子转移反应质谱仪通常由一个与漂移管直接连接的离子源以及分析系统共同组成（与选择粒子流动管质谱仪SIFT-MS不同，SIFT-MS并不与滤质器直接连通）。质子转移反应质谱仪通常使用四极杆质量选择器或飞行时间质谱仪作为分析系统。商用的PTR-MS通常反应时间为100毫秒，并且可以达到兆分之一的灵敏度。PTR-MS的主要应用领域包括环境研究，食品与风味科学，生物研究，医学研究等

工作原理:使用H3O+作为离子源的质子转移过程可以描述如下，其中R指的是待测的痕量组分：

H3O++R→RH++H2O

上述反应受到质子间亲和力的限制，仅可以在R的质子亲和力比H2O 大的情况下进行，即R的质子亲和力需要大于691 KJ/mol。空气中的主要成分例如氮气N2，氧气O2，氩气Ar和二氧化碳CO2等的质子亲和力都要小于691 KJ/mol，因此可以认为H3O+只和其中的挥发性有机物进行反应，而空气本身则起到缓冲气体的作用。此外，由于待测物中的痕量组分含量很低，通常可以近似认为反应过程中的H3O+总数是维持不变的。由此，我们也就可以得到如下反应方程式：

其中，[RH+] 指的是反应物离子浓度，[H3O+]0指的是在默认缓冲气体不参加反应的情况下的离子源离子浓度，k指的是化学反应速率常数，t指的是离子通过反应区域需要的平均时间。PTR-MS质谱仪可以对反应物离子浓度和离子源离子浓度进行测量，多数化合物的反应速率常数都可以在相关文献中获得，而反应时间通常可以从仪器参数中获得。因此，痕量组分的绝对浓度[R]就可以很容易的通过计算获得，而不需要进行任何校准或使用标准气体。同样这也说明了PTR-MS质谱仪的总灵敏度主要由离子源的离子产率决定。

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