气相-质谱法在职业卫生检测中应用2

GC MS法在职业卫生检测中的应用 要了解 GC MS是什么 GC MS在职业卫生检测中能做什么 GC MS在各单位的实现应用如何 质谱分析法定义 质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比 m z 的测定来进行分析的一种分析方法 样品首先要离子化形成离子把离子按质荷比 m z 分开而得到质谱通过对质谱的信息得到样品的定性定量结果 质谱的分类 有机质谱仪 气相色谱 质谱联用仪 GC MS 液相色谱 质谱联用仪 LC MS 基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪 MALDI TOFMS 富立叶变换质谱仪 FT MS 无机质谱仪 火花源双聚焦质谱仪 感应耦合等离子体质谱仪 ICP MS 二次离子质谱仪 SIMS 按质量分析器的不同分类 双聚焦质谱仪四极杆质谱仪飞行时间质谱仪离子阱质谱仪傅立叶变换质谱仪等 质谱仪结构 质谱仪主要包括如下个结构 离子源质量分析器检测器真空系统 离子源 作用 将欲分析的样品电离 得到带有样品信息的离子GC MS仪的离子源有 电子电离源 ElectronIonizationEI 化学电离源 ChemicalIonization CI EI和CI源主要用于GC MS仪 适用于易汽化的有机物样品分析 电子电离源 EI 灯丝F与接收极T之间的电压为70伏 在70ev电子碰撞作用下发生电离 形成分子离子 碎片离子 重排离子或分合离子 形成离子的途径 样品分子被打掉一个电子形成分子离子分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子分子离子发生结构重排形成重排离子通过分子离子反应生成加合离子 EI源的优缺点 优点 是工作稳定可靠 结构信息丰富 有标准质谱图可以检索 缺点 是只适用于易汽化的有机物样品分析 并且 对有些化合物得不到分子离子 目前绝大多数的GC MS仪是采用EI源 化学电离 CI 作用过程 样品分子在承受电子轰击前 被一种反应气 通常是甲烷 稀释 稀释比例约为103 1 灯丝发出的电子首先将反应气电离 然后反应气离子与样品分子进行离子 分子反应 并使样品气电离 在电子轰击下 甲烷首先被电离 进入电离源的分子R CH3大部分与CH5 碰撞产生 M 1 离子 小部分与C2H5 反应 生成 M 1 离子 特点 电离能小 质谱峰数少 图谱简单 准分子离子 M 1 峰大 可提供分子量这一种要信息 但由于CI得到的质谱不是标准质谱 所以不能进行库检索 质量分析器 四极杆分析器由四根棒状电极组成 电极材料是镀金陶瓷或钼合金 相对两根电极间加有电压 Vdc Vrf 另外两根电极间加有 Vdc Vrf 其中Vdc为直流电压 Vrf为射频电压 四个棒状电极形成一个四极电场 在保持Vdc Vrf不变的情况下 改变Vrf值 对应于一个Vrf值 四极场只允许一种质荷比的离子通过 Vrf的变化可以是连续的 SCAN 也可以是跳跃式的 SIM 检测器 质谱仪的检测主要使用电子倍增器 由四极杆出来的离子打到高能打拿极产生电子 电子经电子倍增器产生电信号 记录不同离子的信号即得质谱 真空系统 质谱仪的离子源和分析器都必须处在优于10 5mbar的真空中才能工作真空状态由二级真空泵实现 前级泵是机械泵 二级泵为分子涡轮泵 或扩散泵 气相色谱 质谱联用仪 GC MS 质谱仪有很好的定性能力 但无法对混合物进行分析 色谱仪具有很好的分离能力 但定性能力很较差 GC MS联用则能发挥各自专长 使分离和鉴定同时进行 GC MS检测得到的信息 总离子色谱图质谱图 总离子色谱图 横座标为被分离的各种有机物 纵座标为各有机物的总离子强度 和气相色谱图一样每种物质有固定的保留时间 质谱图 以质荷比m z为横座标 以对基峰 最强离子峰 规定相对强度为100 相对强度 或称丰度 abundance 为纵座标所构成的谱图 称之为质谱图 GC MS的定性 得到质谱图后可以通过计算机检索对未知化合物进行定性 检索结果可以给出几个可能的化合物 并以匹配度大小顺序排列出这些化合物的名称 分子式 分子量和结构式等 使用者可以根据检索结果和其它的信息 对未知物进行定性分析 目前应用最为广泛的有NIST库和Willey库 前者目前有标准化合物谱图13万张 后者有近30万张 此外还有毒品库 农药库等专用谱库 库检测的结果 质谱定性的局限性 数据库中所存质谱图有限 某些化合物不能定性 由于质谱法本身的局限性 一些结构相近的化合物其质谱图也相似 给出错误结果 色谱峰分离不好成造定性错误 谱图解析 质谱解析 从一张化合物的质谱图确定化合物的分子量 分子式和分子结构的过程叫质谱解析 对于谱库中不存在的化合物进行定性对一些结构相近的化合物区分 谱图解析一般方法 由质谱的高质量端确定分子离子峰 由质谱的低质量端确定特征离子峰 综合分析提出可能的结构 结果验证 分子离子峰的确定 原则上除同位素峰外 分子离子峰是最高质量的峰 但要注意 醚 胺 脂 酰 胺腈和胺醇的 M H 峰 及 芳醛 醇或含氮化合物等的 M H 峰 分子离子峰与邻近峰的质量差是否合理有机分子失去碎片大小是有规律的 质量差为3 4 13 19 25 37 38 50 53 65 66 的不是分子离子峰 与最大离子相邻的离子差值为13 不合理最大离子为74 相邻的73可以考虑为同位素峰 相邻为56 高质量离子与最大离子的差值合理 可能74为分子离子峰 最大离子84 最近离子69 也合理 但84不是分子离子峰 其实84为 M H2O 该谱图为己醇的谱图 分子离子峰应符合 氮律 在C H O组成的化合物中 分子离子峰的质量数一定是偶数 在含C H O N化合物中 含偶数个N的分子量为偶数 含奇数个N的分子量为奇数 不符合上述3个规律者必不是分子离子峰 找出特征峰 研究低质量端离子峰 寻找不同化合物断裂后生成的特征离子和特征离子系列 例如 正构烷烃的特征离子系列为m z15 29 43 57 71等 烷基苯的特征离子系列为m z91 77 65 39等 根据特征离子系列可以推测化合物类型 提出可能的结构 根据化合物的分子量 分子式 样品来源 物理化学性质等 提出一种或几种最可能的结构 验证所得结果 将所得结构式按质谱断裂规律分解 看所得离子和所给未知物谱图是否一致 查该化合物的标准质谱图 看是否与未知谱图相同 寻找标样 做标样的质谱图 与未知物谱图比较等各种方法 毒鼠强的定性 分子离子峰240 质谱的定量 定量的基础 由GC MS得到的总离子色谱图或质量色谱图 其色谱峰面积与相应组分的含量成正比 定量方法 面积归一化法 外标法 内标法等 可以将质谱仪作为色谱仪的检测器来理解 其余均与色谱法相同 质谱的定量 与单纯的GC不同之处 GC MS法除可以利用总离子色谱图进行定量之外 还可以利用质量色谱图进行定量 可以最大限度的去除其它组份干扰 采用萃取离子方法或采用选择离子扫描的方法 扫描方式 为了提高检测灵敏度和减少其它组分的干扰 在GC MS定量分析中质谱仪经常采用选择离子扫描方式 质谱仪扫描方式有两种 全扫描 SCAN 选择离子扫描 SIM 全扫描 对指定质量范围内的离子全部扫描并记录 质谱图可以提供未知物的分子量和结构信息 可以进行库检索 选择离子扫描只对选定的离子进行检测可提高检测灵敏度 比全扫描高难100倍 可排除共存物的干扰但不能得到完整的质谱图 不能用来进行未知物定性分析 SIM摸式的质谱图 SIM摸式与SCAN摸式灵敏比较 在职业卫生检测中的应用 原料中挥发性有机组分的定性及相对百分含量检测 有机物定量测定 对气相色谱检测中苯等可疑峰的鉴定 中毒事故中未知物的鉴定 三甲氯化锡的检测 挥发性有机组分的定性 仪器 GC MS仪HP 5MS柱 60m 0 32mm 1 25 m10ml顶空瓶烘箱 水浴箱1ml进样器 色谱条件 进样口温度 150 柱温 初温50 以10 min升到100 保持5min用分流进样 分流比为5 50 1柱流量 He气 1 0ml min 质谱条件 离子源温度 230 EI电压 70eV扫描方式 Scan扫描范围 25 350amu 样品采集 原料种类有胶水 油漆 溶剂等用10 50ml干净的样品瓶 玻璃瓶 PTFE涂层盖 采集为了防止有机组分的挥发 样品瓶应尽量装满 样品处理 称取样品5g 置于顶空瓶中 拧紧瓶盖 于35 环境中平衡15min 吸取顶空瓶内气体0 5ml进样分析 结果 对总离子流图中每个峰进行定性采用峰面积归一法进行百分比定量 结果报告 方法说明 检测报告中注明样品的处理方式说明检测结果是在本实验室的条件下得到的本方法是测定顶空气中有机物的相对百分含量而不是该物质的绝对含量如果有机物的相对百分含量小于0 1 按 未检出 处理如需要对组分进行绝对量的检测则可参考GB18583 2002 室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量 附录B方法进行测定 有机物的定量检测 质谱条件 离子源温度 230 EI电压 70eV 扫描方式 SIM扫描溶剂延迟时间 选择被测物的基峰作为定量离子 再选择2 3个离子作为定性确认离子 样品处理及测定 原料 称取一定量的样品 用乙酸乙酯稀释后进GC MS分析 空气 用二硫化碳解吸活性炭后进GC MS检测 测定 方法与气相色谱法完全一样 把MS当作GC的一个检测器来使用外标法内标法 方法说明 GC MS测定有机物的方法虽然还不是国家标准方法 但方法的准确性和灵敏度 精密度等指标都非常好 特别是采用SIM扫描方法式进行检测 灵敏度比GC的FID检测器还灵敏 并且MS应用范围更广 可替代FID ECD FPD和NPD检测器 比GC单纯采用保留时间定性 GC MS还可以采用定性离子来进行定性 结果加准确 随着GC MS的日益普及 GC MS法也会被采纳为标准方法 中毒事故中未知物的鉴定 1 采集中毒现场使用的原料进行定性检测2 采集中毒场所空气进行定性和定量检测3 采集中毒人员的生物材料进行定性和定量检测 三甲基氯化锡 TMT 原理 TMT用四乙基硼酸钠衍生化成甲基乙基锡化合物 正己烷萃取后用经毛细管气相色谱分离 质谱选择离子模式 SIM 进行定量检测 样品采集和保存 空气采集 采用OVS管或水吸收采集 室温下至少可保存7天 4 下可保14天 尿样采集 尿样的采集 用聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 或聚四氟乙烯 PTFE 材质的塑料离心管 采集10 50mL的尿样 样品处理 OVS管 将OVS管中的玻璃纤维滤膜和ADX 2树脂移置15ml衍生瓶中加入5ml的1 醋酸乙腈吸心液 水 取5ml吸收液加入到15mL的衍生瓶中尿样 尿样摇匀 吸取5mL尿样加入到15mL的衍生瓶中再向衍生瓶中加入 5ml乙酸钠 冰醋酸缓冲液 pH4 0 和0 2ml的1 w v 四乙基硼酸钠衍生剂 再加入2ml正己烷萃取剂 旋涡振荡30min 离心后取1 0 l的正己烷进样分析 样品测定条件 气化室温度