分离分析技术课程论文：气相色谱-质谱联用技术的原理及应用

1、学号：20135051分离分析技术课程论文气相色谱-质谱联用技术的原理及应用学 院 化学化工学院 专 业 化学 年 级 201级化学 班 姓 名 指导教师 甘甜 职称 副教授 成绩及评语 2015 年 12 月 24 日目 录 摘 要1关键词1引言11.气相色谱质谱联用技术的原理11.1气相色谱原理11.2质谱原理22.气相色谱质谱联用技术的常用术语23.气相色谱质谱联用技术的优点34.气相色谱质谱联用技术的应用34.1 GC-MS在医药方面的应用34.2 GC-MS在食品方面的应用44.3 GC-MS在环境监测中的应用44.4 GC-MS在有机合成中的应用44.5 GC-MS在刑事鉴识中的应

2、用5参考文献5Abstract6Keywords6气相色谱-质谱联用技术的原理及应用姓名： 学号：20135051摘 要：本文首先对气相色谱-质谱联用技术的原理、常用术语进行综述，然后介绍了它的优点，最后总结了气相色谱-质谱联用技术的应用。关键词：气相色谱-质谱联用技术；原理；常用术语；应用引言气相色谱-质谱联用(英语：Gas chromatographymass spectrometry，简称气质联用，英文缩写GC-MS)是一种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的技术。GC-MS利用了色谱的高分离能力和质谱的高鉴别特性，可对复杂的混合样品进行分离、定性、定量分析的一次完成，是一种

3、完美的现代分析方法。GC-MS是联用技术中最完善、应用最广泛的技术，在分析检测和科研的许多领域起着重要作用。1. 气相色谱质谱联用技术的原理气相色谱是一种公认的快速、高效的分离技术。在定性方面，由于它是利用保留时间作为鉴定手段而受到很大限制。质谱法与之相反，虽不适用于混合物的分析，但却是一种高效的定性分析技术，可以方便地给出纯化合物的分子结构信息。气相色谱质谱联用技术不仅能充分发挥其各自的优点，而且可以弥补相互的不足1。气相色谱质谱联用技术利用气相色谱作为质谱的进样系统，使复杂的化学组分得到分离；利用质谱仪作为检测器进行定性和定量分析。1.1 气相色谱原理气相色谱法是二十世纪五十年代出现的一项

4、重大科学技术成就。这是一种新的分离、分析技术，它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用，是一种以气体为流动相的柱色谱法，根据所用固定相状态的不同可分为气固色谱(GSC)和气液色谱(GLC)。气相色谱(GC)是以气体为流动相的色谱方法，当多组分的混合物进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。由于样品在气相中传递速度快，因此样品组分在流动相和固定相

5、之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物质很多，因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点2。气相色谱由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。组分能否分开，关键在于色谱柱，分离后组分能否鉴定出来则在于检测器，所以分离系统和检测系统是仪器的核心。1.2 质谱原理质谱分析法(MS)主要是通过对样品离子的质荷比进行分析，实现对样品定性和定量的一种分析方法。样品进入质谱仪，在质谱仪离子源中，化合物被电子轰击，电离成分子离子和碎片离子，这些离子在质量分析器中，按质荷比大小顺序

6、分开，经电子倍增器检测，即可得到化合物的质谱图，一般质谱图的横坐标是质荷比，纵坐标为离子的强度。离子的绝对强度取决于样品量和仪器的灵敏度；离子的相对强度和样品分子结构有关。同一样品，在一定的电离条件下得到的质谱图是相同的，这是质谱进行有机物定性分析的基础。通常GC-MS联用仪的数据系统都附带一个谱库，存有十几万到几十万个化合物的标准EI质谱图。得到一个未知物的质谱图后，可以通过计算机进行库检索，查得该质谱图所对应的化合物，这种方法方便、快捷、省力。但是，如果质谱库中没有这种化合物或得到的质谱图有其他组分干扰，检索常常会给出错误结果，因此还必须辅以其他定性方式才能确定3。如果使用快原子轰击或电喷

7、雾等其他电离源，则得不到可供检索的标准质谱图，不能进行库检索定性，只能提供分子量信息，可通过采用串联质谱仪获取碎片信息，用来推断化合物结构。高分辨率质谱仪，可以精确测定分子离子或碎片离子的质量，依靠计算机可以计算出化合物的组成式，对化合物的定性很有帮助。2. 气相色谱质谱联用技术的常用术语质荷比(mass-to-charge ratio)是带电粒子的质量与所带电简之比值，以m/e表示，是质谱分析中的一个重要参数，不同m/e值的粒子在一定的加速电压(V)和一定磁场强度(E)下，所形成的一个弧形轨迹的半径(r)与m/e成正比。20世纪90年代时，IUPAC规定用以表示质荷比的m/e改为m/z4。基

8、峰(base peak)质谱图中表现为最高丰度离子的峰。计算各峰相对丰度时，常以基峰为100。丰度(abundance)质谱中离子的数量用丰度表示，质谱中最强峰称为基峰，其他离子数量占基峰的百分数即该离子的相对丰度，又称相对强度。3. 气相色谱质谱联用技术的优点GC-MS在各种联用技术中是最成熟的。就其应用范围来说，GC-MS与GC基本相同，但质谱法固有的优点扩大了其应用范围，其主要优点如下：(1)定性能力强用化合物的指纹质谱图鉴定组分，可靠性大大优于组分色谱保留时间定性；GC-MS提供的大量结构信息为未知物的定性提供了可能性，特别适用于药物代谢产物、降解产物的鉴别，这是GC无法实现的。(2)

9、可分析色谱尚未分离的组分采用提取离子色谱法、选择离子监测法等技术，可分析总离子流色谱图上尚未分离或被化学噪声掩盖的色谱峰。(3)一般可省略其他色谱检测器GC-MS联用仪的全扫描工作方式相当于GC中最通用的高灵敏度检测器，如FID；选择离子监测工作方式是最可靠和最有选择性的更高灵敏度检测器，相当于GC中的专用检测器，如NPD、ECD等5。4. 气相色谱质谱联用技术的应用气相色谱质谱(GC-MS)联用技术结合了色谱强大的分离功能和质谱准确的鉴别功能，具有高灵敏度、高选择性、高分离能力、检出限低、分析速度快、应用范围广和自动化程度高等特点，可以实现多种化合物的同时测定。近年来得到了广泛的应用并发挥着

10、非常重要的作用。4.1 GC-MS在医药方面的应用(1)在体内药物分析方面的应用根据国际奥委会医学委员会的要求，体育运动中的兴奋剂检测唯一能用作确认的仪器是GC-MS。一般兴奋剂检测实验室都用GC-MS作初筛。初筛一般用选择离子检测(SIM)能有较高的灵敏度，初筛有怀疑的样品必须重新进行检测，并用样品与同样条件下比对物全扫描提供的质谱图的一致性、保留时间的一致性对检测物质进行定性6。(2)在中药研究中的应用在中药研究中的应用GC-MS技术检测灵敏度高，分离效能好，使之在中药研究领域的应用越来越受到重视。在化学成分分析方面广泛应用于挥发油、生物碱、糖类、脂肪酸类、甾类化合物分析，在未知成分的鉴定

11、、有效成分分析测定、药效及药动等方面也多有研究。GC-MS是优化生产工艺、建立中药质量控制标准、提高中药复方的质量水平的有效手段之一。中药的化学成分复杂且含量差异大，一种仪器的使用往往很难得到准确结果，GC-MS利用了色谱的高分离能力和质谱的高鉴别特性可以快速得到准确结果7。4.2 GC-MS在食品方面的应用(1)在检测食品中添加剂的应用标准GB/T 19648-2006用气相色谱-质谱法测定水果和蔬菜中500种农药及相关化学品残留量。黄惠玲等人选择GC-MS/SIM与大体积进样技术结合，测定蔬菜、水果中包括有机磷、氨基甲酸酯、有机氯类、菊酯类在内的17种农药残留。检测食品中农药残留，Manu

12、ela Schellin等人就GC-MS 检测分析了八种农药在食品中的残留。大多数兽药的GC-MS分析法都很成熟。Daeseleire-EAI等使用GC-MS检测，通过气相色谱保留时间和质谱数据分析对牛肌肉组织或尿液中的睾丸激素，雌二醇、孕酮等多种激素进行分析8。(2)在分析食品中风味物质的应用宋兴良等人用GC-MS对啤酒的风味物质进行定性分析，从啤酒中共分离鉴定出37种成分，其主要成分是甲酸异戊酯、甲酸异丙酯、苯乙醇、异戊醇、2-乙氧基丙醇等酯类和醇类物质，它们的含量约占总量的70 %以上9。葛武鹏等使用GC-MS进行分析研究，结果显示牛奶原味酸奶中含有48种挥发性风味物质，羊奶酸奶中含有5

13、0种挥发性风味物质，主要为羧酸类、醇及呋喃类、醛类、酮类、酯类、烃类、含氮化合物、含硫化合物8大类，其主要风味物质包括双乙酰、2-呋喃甲醇、3-羟基-2-丁酮等10。4.3 GC-MS在环境监测中的应用由于GC-MS具有灵敏度高，分析速度快，应用范围广等特点，因此很快就被应用于环境样品分析，为环境分析开辟了一条新的途径，同时其正在成为跟踪持续有机物污染的工具。GC-MS设备费用已经显著降低，并且其可靠性也已经提高，使该技术更适合用于环境监测研究，如环境水质分析、空气和废气的分析以及应急监测11。4.4 GC-MS在有机合成中的应用GC-MS在分析测定有机化合物方面，以其快速、灵敏、选择性好的特

14、点，倍受分析工作者青睐。有机化工合成的分析中，经常需要对生成的物质进行结构鉴定，由于气相色谱的定性基本是通过标准物质保留时间定性，实践中副反应产物从资料或理论上推断常常有误差，更不要说是否能找到相应的标准品了，但 GC-MS 在这些方面显出很大的优势。此外合成中难以分离的杂质性质和主产品接近，在气相色谱中要将大量的主产品和性质相近的微量杂质分开有一定的难度，而 GC-MS 的选择性离子功能可以使特定物质的灵敏度大大提高12。4.5 GC-MS在刑事鉴识中的应用GC-MS分析人身体上的小颗粒帮助将罪犯与罪行建立联系。用GC-MS进行火灾残留物的分析方法已经很好的确立了起来。甚至，美国试验材料学会

15、确定了火灾残留物的分析标准。在这种分析中，GC-MS特别有用，因为试样中常常含有非常复杂的基质，并且，法庭上使用的结果要求要有高的精确度13。参考文献:1 孔令义编著.复杂天然产物波谱解析M.中国医药科技出版社.2012.09:110.2 武开业,赵丽丽,雷林.GC-MS分类及应用J.科技信息.2010.09:785.3 凌笑梅主编.高等仪器分析实验与技术M.北京大学医学出版社.2006.02:2. 4 质量技术监督行业职业技能鉴定指导中心编.化学基础与分析检验J.中国质检出版社.2013.03:273.5 孙毓庆,胡育筑主编.分析化学(下)M.科学出版社.2011.06:340.6 王宇成主

16、编.最新色谱分析检测方法及应用技术实用手册M.银声音像出版社.2004.12:1743.7 邹海洋,陈再洁,郑建明.GC-MS在中药研究中的应用J.现代商贸工业.2010.9:362-364.8 郭燕金.GC-MS原理及在食品添加剂检测中的应用J.海峡药学.2013.07:126-128.9 宋兴良,朱化雨.气相色谱-质谱法分析啤酒中的风味物质J.食品研究与开发.2006.05:115.10 葛武鹏,李元瑞,陈瑛,等.牛羊奶酸奶挥发性风味物质固相微萃取GC/MS分析J. 农业机械学报.2008.11:65-75.11 邓力,余轶松. GC-MS在环境监测中的应用J.环境工程.2013.03:601-605.12 汪峻,姚斐.GC-MS在有机合成中的一些应用J.现代科学仪器.2006.05:101-103.13 Prin