在同位素比质谱（IRMS）氢同位素（D/H或²H/¹H）测试中，H3因子（H3+ factor，也称H₃⁺校正因子）之所以“高居不下”（通常>10～15 ppm/nA，甚至20以上，且难以降到5～8的理想范围），本质上是氢气在电子轰击离子源（EI源）中不可避免的离子-分子反应导致的，但实际“居高不下”几乎总是仪器状态问题，而不是氢气本身的“天生缺陷”。

H3⁺产生机理（为什么氢特别严重）

主要反应为： H₂⁺ + H₂ → H₃⁺ + H （这是最主导的反应，还有少量H⁺ + H₂ → H₃⁺等）

此反应速率与离子源内H₂压力（密度）成正比，因此H₃⁺/H₂⁺ ∝ P_H₂ ∝ I_H₂⁺（H₂⁺信号强度），这就是H3因子必须“线性于信号强度”校正的根本原因。

相比C、N、O、S同位素测量，氢特别容易产生这种三原子离子干扰（碳没有C₃⁺干扰，氮的N₃⁺也极少），所以氢同位素精度天然比其他元素差一个数量级。

实际导致H3因子“高居不下”的常见原因（按频率排序）

 1. 离子源污染（最常见，占80%以上案例） 源内有碳沉积、水分、残留有机物、前一天样品残渣、灯丝蒸镀物等 → 这些污染物会：

 ◦ 增加局部残余H₂/水蒸气

 ◦ 改变源内电场分布

 ◦ 增加二次电子或表面反应 典型表现：H3因子突然或逐渐升高，常伴随背景m/z 18、28、44升高。

 2. 真空系统问题

 ◦ 分子泵/涡轮泵油污或效率下降 → 抽H₂能力变差

 ◦ 源室微漏（最隐蔽！很多实验室漏气却只表现为H3高）

 ◦ 长时间不烘烤源室（>3个月没烤）→ 壁面吸附水/H₂持续释放

 3. 离子源硬件老化/参数漂移

 ◦ 灯丝严重凹陷或镀层剥落

 ◦ 陷阱电流（trap current）实际值与设定值偏差大（常见于老Delta Plus/Delta V）

 ◦ 电子能量偏离最佳值（通常89～100 eV，最佳常在92～96 eV）

 ◦ 提取电压/透镜电压长期未优化

 4. 参考气不干净 参考气钢瓶减压阀或管路带水（很多实验室的高纯H₂其实带几ppm水）→ 每次参考峰都带进水分 → H₃因子持续偏高。

 5 TC/EA或HTC高温转化炉问题（连续流系统特有）

 ◦ 银胶囊没捏紧/有针孔 → 水蒸气进入源

 ◦ GC柱老化流出硅氧烷 → 污染源

 ◦ 反应管内碳沉积过多（尤其是测含氧化合物后）

典型仪器正常值参考（Thermo系统）

 • Delta V/Delta V Advantage：新源或刚清洗后通常5.5～7.5 ppm/nA

 • Delta Plus（老机器）：常年8～12 ppm/nA

 • MAT 253 + HTC：可做到4～6 ppm/nA（源设计更好）

 • IsoPrime/Elementar系统：6～9 ppm/nA

10就算偏高，>15必须处理，>20基本无法正常测氢。

实际解决经验（实验室最有效的顺序）

 1 先测一次完整H3曲线（2V～12V至少6个点），看是否线性好、截距是否接近0。如果截距大（>几十pA），肯定有背景氢/漏气。

 2 连续10个以上大参考峰（8～10V），观察H3因子是否随时间逐渐下降（很多时候打着打着就降下来了，说明只是轻微吸附）。

上述无效 → 立即停机清洁离子源（这是王道！） 90%的“H3高居不下”案例清洗源后立刻降到6～8。 清洗顺序：拆盒子 → 超声波（先丙酮再甲醇）→ 氧化铝抛光粉轻抛所有电极板 → 纯甲醇超声 → 120℃烘箱烘4小时以上 → 装机后高温烘烤源室（200～250℃烤12～24小时）。

 4. 清洗后仍高 → 检查真空：

 ◦ 源室真空是否<2×10⁻⁸ mbar（空闲时）

 ◦ 分子泵电流是否异常高

 ◦ 用氦检漏仪重点查参考气/样品气进气管路、bellows、crimper口

 5. 仍不解决 → 更换灯丝（老灯丝凹陷严重的必须换）+重新优化源参数（trap 100～200 μA，electron energy 90～100 eV扫一遍找最低点）。

 6.极端情况 → 参考气换新瓶+全部换不锈钢管+加冷阱（-80℃异丙醇冷阱效果很好）。做过以上步骤后，99%的实验室都能把H3因子压回6～8 ppm/nA并稳定运行半年以上。氢同位素测试最怕的就是“凑合用”，H3因子一旦>12，测植物蜡、正构烷烃等低含氢量样品时线性误差和漂移会非常明显，δD容易偏差20～50‰。

总结一句话：氢的H3因子“天生就比其他元素高”，但真正“高居不下”一定是源脏了或真空有问题，清洗离子源是唯一特效药。几乎所有老实验室的经验都是：只要源洗干净了，H3因子就下得来。