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GCMS基础知识 GCMS的基本流路图 GC 接口 MS 数据处理 真空系统 气相色谱仪的流动相 载气 高纯氦气 纯度99 999 以上 MS流程图 样品 进样系统 离子源 真空系统 质量分析器 检测器 数据处理 GC进样直接进样 为什麽MS需要高真空 提供足够的平均自由程提供无碰撞的离子轨道减少离子 分子反应减少背景干扰延长灯丝寿命消除放电增加灵敏度 真空系统确保离子由离子源转移至检测器 ion air wateretc 高真空 低真空 为什麽MS需要高真空 压力10 3 10 4Pa 平均自由路径5m 50m 排气系统 主泵 副泵 真空泵 主泵 涡轮分子泵 Turbomolecularpump 旋转叶片使气体分子向下移动并由出口排出干净真空启动和关机时间短价格昂贵 单泵排气系统和差动排气系统 差动排气系统更有利于高流量分析 单泵排气系统 差动排气系统 高真空 Interface GC和MS的连接部件 使用石墨垫圈密封 85 Vespel 15 石墨 加热块 接口 MS的分类 磁质谱四极杆质谱飞行时间质谱 TOF 离子肼质谱 四极杆质量分析器 m z Vm massnumberz charge 1inGCMS k constantV voltageappliedtoQP 四极杆质量分析器 QP MS的结构 离子源 透镜 四极杆 检测器 气质联用使用的电离技术 电子轰击电离 EI 正化学电离 PCI 负化学电离 NCI 电子轰击电离 EI e e e e e 样品分子 灯丝 碎片离子 QP 电子轰击电离 EI 热电子 70eV 轰击分子 使其电离丰富的碎片离子 丰富的结构信息 指纹 EIspectrum硬酯酸甲酯M W 298 反应气 灯丝 QP CH4 CH5 C2H5 样品分子 H CH4 M 1 C2H4 正化学电离 PCI 正化学电离 PCI 首先电离反应气分子 样品分子主要由质子转移电离容易产生准分子离子 用于确定分子量 PCIspectrum硬酯酸甲酯M W 298 EI和PCI的比较 EI模式 PCI模式 负化学电离 NCI 灯丝 e e e e 捕获电子形成负离子 MX e 0 15eV MX X 电负性强元素 CH4 MX CH4 CH3 H CH4 CH4 CH4 e MX 负化学电离 NCI NCI质谱图 六氯苯M W 284 负化学电离 NCI NCI的优点 适合分析电负性强的元素高灵敏度与GC ECD灵敏度相当高选择性 EI PCI NCI Marthone MW330 EI PCI NCI的比较 NCI GC MS和GC ECD定量结果的比较 按JP方法进行前处理 面积的重现性 离子源结构 电离室透镜 电离室 永久磁铁灯丝靶电子聚焦 离子化过程 样品分子与电子相互作用 电子把能量给予样品 如果这个能量足够大 则化合物被活化 失去一个电子 产生一个正离子 我们称之为分子离子 电子的能量通常为70ev 如果样品分子离子含有剩余的能量 会导致离子进一步断裂 形成碎片 剩余的能量越多 生成的碎片越多 形成的中性碎片被真空泵抽走 负离子撞击到离子源的其他部件上 透镜 排斥极 使带正电荷的离子碎片向质量分析器方向运动 排斥极位于离子化室出口对面 它的极性与离子相同 排斥极帮助离子穿过透镜 拉出极 帮助带正电荷的离子碎片向质量分析器方向运动 拉出极的电压比排斥极负 吸引正电子向质量分析器方向运动 拉出极是一个中心带有小孔的圆片 离子聚焦 如果没有其他部件 离子穿过拉出极后会发生散射 离子聚焦部件可以帮助离子成束状进入质量分析器 离子聚焦带负电 形成一个电场 即使离子聚成束 又防止聚焦部件捕获电子 入口透镜 位置紧挨四极杆 作用是使离子加速 并且抑制四极杆的边缘效应 防止离子外溢 离子检测器 电子倍增器 从质量分析器出来的离子轰击电子倍增管的阴极表面 使其发射出二次电子 再由二次电子依次轰击一系列电极 使二次电子获得不断倍增 最后由阳极接受电流 使离子束信号得到放大 MS调谐 灵敏度调节分辨率调节质量数修正相对强度修正 MS调谐标样 PFTBA 全氟三丁胺 稳定可挥发碎片涵盖质量范围宽仅有C 13和N 15同位素无质量缺陷 PFTBA relativem zintensity69100 013126 021932 04142 05022 06140 2 MS自动调谐流程 寻找质量峰粗调EM电压和峰宽调节离子源部件使502达到最佳调节EM和峰宽达到最佳质量轴校正 GC MS常用术语 基峰 179分子离子 304质荷比 m z 质谱图 棒图 GC MS常用术语 总离子流图 TIC TIC和MC 质量色谱图 GC MS常用术语 总离子流图 TIC 数据采集模式 Scan 扫描 SIM 选择离子 massnumber massnumber Time Time Scan SIM 定性 定量 Scan模式 定性 m z Retentiontime TIC Scan 72 54 152 MS质谱图 SIM模式 定量 灵敏度高于Scan模式 SIM 选择离子模式 SIM主要用于定量分析只有特定质量数的离子被检测根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要 灵敏度取决于所选择的检测离子 数据采集模式 SIM模式 定量 SIM的优点 提高灵敏度改善峰形改善精确度应用痕量分析复杂基质常规定量 原子质量和质量数 以12C质量 12为单位来表示原子质量质量数 整数表示 examplemassmassnumber1H1 0078252212H2 01410222212C12 000000001213C13 003355081314N14 003074401416O15 994915021618O17 9991599618 示例 水的质量数 H2O 1x2 16 18更精确的分子量1 00782522x2 15 99491502 18 01056546 分析方法计算方法 方法的建立 分析方法 仪器参数 分析参数选择分析系统 进样方式 色谱柱等GC参数 载气流量 分流比 温度条件等MS参数 扫描模式 SCAN SIM离子源 EI PCI NCI检测器电压等 进样口 色谱柱 检测器的温度设定 进样口温度考虑样品中各组分的沸点 设定温度使样品瞬间汽化 色谱柱温度考虑样品中各组分的沸点 及希望的分析周期 宽沸程样品应使用程序升温 检测器温度防止检测器污染 一般比色谱柱温度高20 30 DET T INJ T COL T 20 恒温分析和升温分析的比较 恒温分析 升温分析 沸程窄时采用恒温分析恒温分析时 保留时间和碳数程指数关系 C8 C9 C10 C11 C8 C9 C10 C11 沸程宽时采用升温分析升温分析时 碳数和保留时间程比例关系基线调整困难 应确认空白是否有鬼峰出现 计算方法 数据处理参数 峰处理参数 WIDTH SLOPE DRIFT T DBL等 定量参数定量方法 内标法 外标法 面积归一法等工作曲线的制作 曲线点数 一点 两点及多点 曲线计算 线性回归 折线 二次曲线 三次曲线定性参数 保留时间 时间窗 时间带 峰处理参数 去除高频噪声 电磁干扰 WH 2 WIDTH 4控制数据采集速度 WIDTH 10采一次数据控制S TEST时间 斜率测试时间为10 WIDTH WIDTH 设为最窄峰的半高宽 单位 秒 推荐值 填充柱5毛细柱2 3 判断峰起点滤除低平噪声 如蛇行等 SLOPE的确定 一般通过S TEST进行 测定时间为10倍WIDTH的时间 特殊情况 可根据实际需要改变该值 SLOPE 10倍WIDTH的所有信号的总和 用于 峰处理参数 SLOPE值的手动设定 单位 uv min SLOPE SLOPE SLOPE 峰斜率 作为峰计算 SLOPE 峰斜率 作为噪声滤除 SLOPE 峰斜率 积分不稳定 须手动设定 峰处理参数 DRIFT 判断相邻峰的积分方式 注 1 设定值为0时 积分仪将自动判断2 如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时 积分可能不稳定 导致面积值变化较大 需加以注意 DRIFT值的设定 DRIFT DRIFT DRIFT DRIFT DRIFT DRIFT 峰处理参数 设定值为0时 自动判断 不使用时可设为1000T DBL设定为某值时 SLOPE和WIDTH按下图改变 T DBL 峰展宽一倍所需要的时间 定性参数 保留时间允许误差 时间窗 WINDOW 相对允差设定简单 但所测组分保留时间跨度大时 不易设定时间带 BAND 绝对允差设定较繁 需逐个组分设定 绝对保留值 相对保留值 多参考保留值 定量参数 校正级别 曲线计算方法 单点校正 liner 两点校正 liner 多点校正线性回归点到点连线 折线 二次曲线三次曲线 单点校正 对每一组分仅做一个浓度的标样标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度单点校正曲线通过原点 多点校正 对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度多级校正有几种方式1 响应值随浓度变化不呈线性变化时 使用多线性校正 折线校正 或二次曲线 三次曲线2 组分响应值随浓度变化呈线性变化时 使用最小二乘法 进行线性回归校正 定量方法 面积归一化法校正面积归一化法外标法内标法 定量方法 一 面积百分率法 面积归一 各组分浓度以面积百分率表示 该结果可以确认大概的浓度 但有误差 校正面积百分率法 校正面积归一 用重量响应因子对峰面积进行修正 用该法测定的浓度比前者准确 但前提是样品中所有组分都出峰 否则也有误差存在 这两种方法应用的必须条件是 1 样品中所有组分都出峰 2 所有峰面积计算必须准确 面积归一化法 公式 优点 1 无需做校正 简便 快速2 进样量不严格要求 缺点 1 所有组分都流出且被检测到2 所有组分的检测灵敏度都相同 校正面积归一化法 公式 式中 Fi为校正因子 Fi 浓度 含量 面积 用重量响应因子对峰面积进行修正 用该法测定的浓度比前者准确 但前提是样品中所有组分都出峰 否则也有误差存在 优点 进样量要求不严格缺点 1 所有组分都流出且被检测到2 所有组分都需作校正 3 外标法该法是应用最广泛的方法之一 其误差来源主要是进样误差 因此 分析前一定要做面积重复性 即进样重复性 实验 4 内标法在样品中添加内标物 通过组分与内标峰的面积比 对组分进行