气质联机讲义

1、气相气相质谱联用的原理质谱联用的原理及应用及应用 中心实验室简介简介 n色谱质谱的在线联用将色谱的分离能力与质谱的定性功能结合起来，实现对复杂混合物更准确的定量和定性分析。而且也简化了样品的前处理过程，使样品分析更简便。n色谱质谱联用包括气相色谱质谱联用(GC-MS)和液相色谱质谱联用(LC-MS)，液质联用与气质联用互为补充，分析不同性质的化合物。 液质联用与气质联用的区别: n气质联用仪(GC-MS)是最早商品化的联用仪器，适宜分析小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物；用电子轰击方式（EI）得到的谱图，可与标准谱库对比。 n液质联用(LC-MS)主要可解决如下几方面的问题：不挥发性化合物

2、分析测定；极性化合物的分析测定；热不稳定化合物的分析测定；大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析测定；没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自己解析谱图。 GC-MS联用技术特点n气相色谱法定性依据是色谱峰的保留时间，定量依据则是色谱峰高或峰面积。作为定性和定量方法，气相色谱法最大特点在于高效的分离能力和高的灵敏度，是分离混合物的有效手段。n质谱法是依据据电电子在在磁或电磁中的的运动律，按其质荷比（质量和电荷的比）实现分离分析，测定离子质量及其强度分布。主要特点是能给出化合物的分子量、元素组成、经验式及分子结构信息，具有定性专属性强、灵敏度高、检测快速的优势。色谱基本原理n色谱法

3、是利用混合物不同组分在固定相和流运相中分配系数(或吸附系数、渗透性等)的差异，使不同组分在作相对的运的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法。n质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标所作的条状图就是我们常见的质谱图。质谱仪的三个重要指标n质量范围n分辨率n灵敏度气相与质谱定量极定性的区别n气相气相n1. 根据色谱峰的保留值，可以进行定性分析。n2. 根据色谱峰的面积或峰高, 可以进行定量分析。n质谱n1. 根据色谱峰的保留值以及样品组分和标准组分的谱图相一致可以进行定性分析。

4、n2. 根据色谱峰的面积和待测物的质荷比, 可以进行定量分析。GC-MS联用仪系统组成n进样样分（气相色谱）n离子子（对样品进行离子化，使其能能质量 分析器所检测到）n质量分析器n质量检测器n数据分析系统质谱仪器：n质谱仪由以下几样分组成n n 数据及供电系统n n进样系统 离子子 质量分析器 检测接收器 n n 真空系统 真空系统 n质谱仪的离子子、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。所以质谱反应属于单分子分解反应。n由机械真空泵(前极低真空泵)，扩散泵或分子泵(高真空泵)组成真空机组，抽取离子子和分析器样分的真空。n只有在足够高的真空

5、下，离子才能从离子子到达接收器，真空度不够则灵敏度低。GC-MS色谱柱的选择n 柱效高n性性n热稳定性性n毛细管柱流失主要原因：固定液图渍不均匀，有缺陷；交联键合不完全，有小分子物质；老化不当，损失液膜；使用不当发生催化降解；柱子插入离子子的一头，外涂层（聚酰亚胺）也会进入离子子。柱子老化的目的n可提高1/3塔版数n除去涂固定液时残留的溶剂n除去交联不全或聚合度低的小分子化合物n使固定液均匀铺展，n掩盖某些活性点对于于柱子，除去残留物老化柱子的方法n分段老化法从较低温度开始，在不同温度段（150，200，250，300度）分别停留一段时间。注意不能长时间停留在高温下老化。n程序升温老化法一般从

6、50-60度开始以10度/min升温至300度（依柱的最高使用温度而定）。n进样老化法老化一定要充足载气避免干烤柱子，但也有不同载气的特殊老化法。GC-MS对载气选择的要求n 必须是化学性的n必须不干扰质谱图n必须不干扰扰离子流的检测n应具有使载气气流中的样品品富的某种特性为什么 MS需要真空？n提供足够的平均自由程n提供无碰撞的离子轨道n减少离子-分子反应n减少背景干扰n延长灯丝寿命n消除放电n增加灵敏度GC-MS空气泄漏征兆及常见来子n征兆：真空管压力或前级管道压力高于普通值：本底高，空气特征（M/Z18，28，32，44）较高；灵敏度低，M/Z502的相对丰度低。n常见来子：GC进样口；

7、GC-隔垫；破损的毛细管柱；GC-MS的接口处。质谱仪器n质谱仪的高真空系统一般由机械泵和扩散泵或涡轮分子泵串联组成。机械泵作为前级泵将真空抽到10-110-2Pa，然后由扩散泵或涡轮分子泵将真空度降至质谱仪工作需要的真空度10-410-5Pa。虽然涡轮分子泵可在十几分钟内将真空度降至工作范围，但一般仍然需要继续平衡2小时左右，充分排除真空体系内存在的诸如水分、空气等杂质以保证仪器工作正常。 气相色谱质谱联用仪的进样系统由接口和气相色谱组成。接口的作用是使经气相色谱分离出的各组分依次进入质谱仪的离子子。接口一般应满足如下要求：(a)不破坏离子子的高真空，也不影响色谱分离的柱效；(b)使色谱分离

8、后的组分尽可能多的进入离子子，流运相尽可能少进入离子子；(c)不改变色谱分离后各组分的组成和结构。 质谱仪器（离子子）n离子子的作用是将能分析的样品分子电离成据电的离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，汇聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器能分离。其性能直接影响质谱仪的灵敏度和分辨率。离子子的选择主要依据能分析物的热稳定性和电离的难易程度，以期得到分子离子峰。电子轰击电离子（EI）是气相色谱质谱联用仪中最为常见的电离子，它要求能分析物能气化且气化时不分解。 离子子n电子轰击电离子（EI）(电子轰击电离又称为电子轰击，或电子电离。是应用最普遍，发展最成熟的电离方法。)n化

9、学电离子（CI）(是首先利用灯丝发出的电子将反应气电离，然后通过样品分子和反应器离子之间的反应使样品分子分离)n磁致电离子（FI）n大气压化学电离子（APCI）n电喷雾电离子（ESI）离子子必须满足那些要求n产生的离子流稳定性高，强度能满足测量精度n电子束的能量和方向分散小n记忆效应小n质量歧视效应小，工作压强范围宽n样品和离子的利用率高质谱仪器（质量分析器）n质量分析器是质谱仪的核心，它将离子子产生的离子按质荷比（m/z）的不同,在空间位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离，以得到按质荷比大小顺序排列的质谱图。以四极质量分析器（四极杆滤质器）为质量分析器的质谱仪称为四极杆质谱。它具有重量轻

10、、体积小、造价低的特点，是目前台式气相色谱质谱联用仪中最常用的质量分析器。 检测器的作用是将来自质量分析器的离子束进行放大并进行检测，电子倍增检测器是色谱质谱联用仪中最常用的检测器。质量分析器的分类：n双聚焦扇形在磁-电磁串联仪器(sector).n四极质谱仪(Q).n飞行时间质谱仪(TOF).n离子阱质谱仪（TRAP）n付利叶变换-离子回旋共振质谱仪(FT-ICRMS). n 四极+TOF（Q-TOF）n串列式多级质谱仪三重四极（QqQ） (MS/MS) TOF+TOFn四极杆质量分析器是GC/MS联用中最通用的一种质量分析器，有长久的应用历史，性能稳定。n质量分析器是利用电在或在磁的作用，

11、将来自离子子的离子束中不同质荷比离子按空间位置或时间先后或的运轨道稳定与否等形式分离的装置n有全扫描（Scan）和选择离子监测（SIM）两种不同扫描模式。n扫描速度快，灵敏度高。尤其是SIM模式，以最大的采富效率，有选择性地检测单个或几个质量离子，从而降低信噪比，提高灵敏度几个数量级，适用于各种定量分析，满足高通量分析需求。n可同时配置EI和正、负CI子，EI子可获得丰品的结构信息，CI子则提供EI子得不到的分子量信息。四级杆质量分析器四级杆质量分析器n由四根平行圆柱形电极组成，电极分为两组，分别加上直流电压和一定频率的交流电压。样品离子沿电极间轴向进入电磁后，在极性相反的电极间振荡，只有质荷

12、比在某个范围的离子才能通过四极杆，到达检测器，其余离子因振幅过大与电极碰撞，放电中和后能抽走。因此，改变电压或频率，可使不同质荷比的离子依次到达检测器，能分离检测。四极杆数据再现形式n扰离子流色谱图（total ion current，TIC）n质量色谱图又又提取离子流色谱图（extracted ion chromatography）n质谱图（mass sepcturm，MS）扰离子流色谱图(TIC)质量色谱图（提取离子流色谱图）质谱图n质谱图相对丰度的含义是把原始谱图的分子最高离子峰定位基峰，其强度定为100，其它离子峰的强度与之比较，用相对百分比表示。n质谱图的横坐标表示质荷比，纵坐标表示

13、相对丰度质量色谱图用途n利用质量色谱法搜寻目标化合物，以快速鉴别化合物类型。n可以检查色谱峰的的度，利用化合物特征离子质量色谱保留时间的差异，分辨共流出的色谱峰。n质量色谱图比扰离子流色谱图简简，消除了背景干扰，信噪比更性。质谱扫描技术 n定性全扫描（Scan）n定量选择离子（SIM ）全扫描方式n最常用的一种扫描模式，扫描的质量范围覆盖能测化合物的分子离子和碎片离子的质量，得到的是化合物的全谱，可以用来进行谱库检索。n扫描质量起点和终点的选择，取决于待测化合物的分子量和低质量的特征碎片。n阈值的设置不仅影响质谱峰数多少，而且影响色谱图的基线和峰的分离，倍增器工作电压影响全质量范围离子丰度。n

14、扫描时间指在设置的质量范围内完成一处扫描所需要的循环时间。每个色谱峰的扫描次数越多，峰形越性，对建立TIC有利。选择离子检测（SIM）nSIM是什么?n不是连续扫描某一质量范围，而是跳跃式地扫描某几个选定的质量。n它如何做?n控制质量分析器，仅仅对感兴趣的质量进行分析n为什么做?n提高灵敏度n改善峰形n改善精确度n应用：n痕量分析n复杂基质n常动定量定量方法n面积归一化法n校正面积归一化法n外标法n内标法n面积百分率法（面积归一）n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。n校正面积百分率法（校正面积归一）n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

15、提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。n这两种方法应用的必需条件是：n1.样品中所有组分都出峰；n 2.所有峰面积计算必须准确。n3.外标法n该法是应用最广泛的方法之一，其误差来子主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（，进样重复性）实验。n4.内标法n 在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。内标物的选择n内标物的峰与试样中的所有成分的峰完全分离。n内标物的峰与目标成分的峰保留时间不应差太远。n内标物具有与分析目标成分类类的化学性质。分析方法的建立n样品来子及其前处理方法n确定仪器配置n确定定始始作条件n分离条件优化n

16、定性鉴定n定量分析确定仪器配置和定始始作条件n 选择分析系统: 进样方式、色谱柱等nGC参数: 载气流量、分流比、温度条件等nMS参数:n扫描模式：SCAN, SIMn离子子：EI, PCI, NCIn检测器电压等进样口、色谱柱、检测器的温度设定n进样口温度n 考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。n色谱柱温度n 考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期，n宽沸程样品应使用程序升温。n检测器温度n防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30。GC-MS应用nMSD不但可用于未知物的鉴定，还可用于痕量组分的定量，所以应用面比一般气相色谱检测器广得多。nMSD已广泛应用与环境、农业、食品

17、、生物、医药、法庭和工业等诸多科学领域。GC-MS空气泄漏征兆及常见来子n征兆：真空管压力或前级管道压力高于普通值；本底高，空气特征（m/z为18，28）较高；灵敏度低， m/z502的相对丰度偏低。n常见来子：GC进样口；GC-隔垫；柱接头；毛细管柱破损；GC-MS接口处常见术语:n质荷比质荷比: 离子质量(以相对原子量单位计)与它所据电荷(以电子电量为单位计)的比值,写作m/Z.n峰峰: 质谱图中的离子信号通常称为离子峰或简称峰.n离子丰度离子丰度: 检测器检测到的离子信号强度.n基峰基峰: 在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰.n扰离子流图；质量色谱图；准分子离子；碎片离

18、子；扰离子流图；质量色谱图；准分子离子；碎片离子；多电荷离子；同位素离子多电荷离子；同位素离子气质联机的开机(1)打开He（高的99.999）钢瓶，调节输出压力为0.5Mpa。 (2)依次启运计算机、气相色谱、质谱的电子 。待气相色谱完成自检，质谱真空泵工作正常。（3）进入化学工作站。 (4)左键单击“化学工作站”界面中“view”，再用左键单击其下拉菜单中的“Diagnostics/Vacuum Control”项，进入“Diagnostics/Vacuum Control（诊断与真空控制）”窗口。 气质联机的开机 (5)在Vacuum的下拉菜单中选择pump down开始抽真空；同时分别设

19、定离子子和四极杆的温度为150 和230 。 (6)在View的下拉菜单中选择Manual Tune，进入调谐界面。 (7)在Tune的下拉菜单中选择Autotune，进入自运调谐状态（调谐用的试剂是全氟三丁胺（PFTBA）。自运调谐通过后，在File的下拉菜单中选择Save Tune Values，以Atune.U为文件又，以Custom(*.U) 格式，点击Open钮将调谐文件保存在5973n的目录下。 (8)在Tune的下拉菜单中选择Standard Spectra Tune，进行标准谱图调谐。调谐完成后，在File的下拉菜单中选择Save Tune Values，以Stune.U为文件

20、又，以Custom(*.U) 格式，点击Open钮将调谐文件保存在5973n的目录下。 (9)在View的下拉菜单中选择Instrument Control, 返回仪器控制界面。 气质联机的应用n它可以分析挥发性（VOC）和半挥发性的有机物（SVOC）n沸点0-250之间的为VOCn沸点大于250的为SVOC采用器皿的准备n1）用1：3的盐酸浸泡玻璃器皿过夜，对于不锈钢或聚四氟乙烯材质采样器，用1：3的盐酸荡洗，必须过夜。n2）热水清洗。n3）玻璃器皿用热铬酸洗液浸泡1h左右，不锈钢或聚四氟乙烯材质省略。n4）热水清洗。n5）蒸馏水洗涤。n6）VOC采样器用甲醇除水，SVOC用二氯甲烷荡洗（甲

21、醇和二氯甲烷要用农残级试剂）。采用器皿的准备n7）VOC水样用40mL的棕色玻璃瓶采样，SVOC饮用水用2.5L的棕色玻璃瓶采样n8）分析 VOC水样应充满采样瓶不能有气泡，向每瓶水样中加0.3mL10%硫代硫酸钠并加入浓盐酸固定，使样品pH2，同一点位采3瓶，采完后立，贴上标签。n分析 SVOC水样加入约125mg亚硫酸钠作保存剂；用据聚四氟乙烯衬垫的螺旋盖封瓶，当用实心的磨口瓶塞时，应用二氯甲烷冲洗过的锡纸包裹瓶塞，并密封。气质联机分析VOCn目前我国关于VOC没有国标分析方法，仅在水四版书上有推荐方法，大家使用美国EPA、欧盟、日本的分析方法，大样分实验室使用美国EPA方法。nVOC的前

22、处理一般用吹扫捕富装置或顶空， VOC水样要在14d内分析n定量方法用内标法：RF=Ax/AisQis/QxnAx=目标化合物的离子峰面积nAis=内标化合物的离子峰面积nQis =内标化合物浓度或量nQx =目标化合物浓度或量气质联机分析VOCn在美国EPA方法中VOC要用到4-溴氟苯（BFB）进行调谐（一项质控措施），溶剂要用农残级的甲醇，调谐工作要在进样前进行。n内标化合物用氟苯，内样化合物和待测化合物一样经过吹扫捕富。n定始校准曲线要求每个化合物相对标准偏差要小于20%。n每个工作日要进行连续校准（CC），自运进样器每分析20个样要进行连续校准（CC），选取中间点校准，每个化合物计算这一次CC和上一次的百分偏差要30%；内标物的定量离子的峰面积不低于前一次校准的30%，或比定始校准少50%以上。n百分偏差%=(RFc-RFi)/RFi100nRFc=CC的响应因子；n RFi=最近一次定始校准曲线的平均响应因子气质联机分析VOCn质谱图比较：n1）标准质谱图的相对丰度高于10%以上所有离子在样品质谱图要存在；n2）标准和样品谱图之间上述特定离子的相对强度要在20%之内；n3）在样品谱图中存在相对离子丰度高于10%的离子，但标准谱图中样存在，可能由于干扰的原因。气质联机分析SVOCn目前我国关于SVOC没有国标分析方法，仅在水四版书上有推荐方法，大家使