气相色谱质谱

1、气相色谱气相色谱/ /质谱的简单介绍质谱的简单介绍气相色谱的工作原理 实质上气相色谱分离是实质上气相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定相间的分配系数不同的气相和固定相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次（多次（）的分配（吸附脱附放出）。由）的分配（吸附脱附放出）。由于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同），于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱因此各组份在色谱

2、柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。Gas Chromatography Detector热导热导 (TCD)：热导系数差异：热导系数差异 （通用性）（通用性）火焰电离火焰电离 (FID)：火焰电离：火焰电离 （有机物有机物）电子俘获电子俘获 (ECD)：化学电离：化学电离火焰光度火焰光度 (FPD)：分子发射：分子发射氮磷氮磷 (NPD)：热表面电离：热表面电离原子发射原子发射 (AED)：原

3、子发射（通用性）：原子发射（通用性）红外红外 (FTIR)：分子吸收：分子吸收质谱质谱 (MS)：电离和质量色散相结合：电离和质量色散相结合pptrillionppbppmppthousandpercent1 ppm = 1 ng1 Lm m1 mgLiter1 L m mLiter=TCDFIDECDAEDPIDNPD (N)NPD (P)MSD(SIM)(SCAN)FPD (S)IRDELCDELCD(S or N)(X)10-15fg10-12pg10-9ng10-6m mg10-3mgGC检测器比较质量分析器质量分析器四极质量分析器四极质量分析器扫描速度快，并可从正离子到负离子检测自扫

4、描速度快，并可从正离子到负离子检测自动切换，而且灵巧轻便，价格便宜，是动切换，而且灵巧轻便，价格便宜，是GC-MSGC-MS中最流行的质量分析器。中最流行的质量分析器。离子阱质量分析器离子阱质量分析器飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器质量分析器质量下限质量上限使用范围四极杆离子阱飞行时间扇形场11011011011050040005006000500106100015000小分子、多电荷离子大分子小分子、多电荷离子大分子小分子、大分子小分子、中等大小分子质谱仪的主要性能指标质量范围 质谱仪器能检测的最低和最高质量,质量范围取决于质量分析器的类型。m/z 不是 m 质量下限高，得不到低质量端的

5、特征离子； 质量上限低， 不能检测分子量高于质量上限的分子离子。 质量分析器质量准确度用途类型四极杆离子阱飞行时间扇形场0.1u0.1u0.0001u0.0001u给出整数质量给出整数质量精确质量和元素组成精确质量和元素组成低分辨低分辨高分辨高分辨 1.GC-MS能做什么？ 2.GC-MS的对象局限性 3.为什么选择GC-MS？气相色谱质谱分析的应用气相色谱质谱分析的应用GC-MSGC-MS联用分析的联用分析的灵敏度高灵敏度高，适合于，适合于低分子化低分子化合物合物( (相对分子质量相对分子质量10001000）的分析，尤其适）的分析，尤其适合于合于挥发性成分挥发性成分的分析。的分析。在药物的

6、生产、质量控制和研究中在药物的生产、质量控制和研究中在中药挥发性成分的鉴定在中药挥发性成分的鉴定食品和中药中农药残留量的测定食品和中药中农药残留量的测定体育竞赛中兴奋剂等违禁药品的检测体育竞赛中兴奋剂等违禁药品的检测环境监测环境监测（1）分离效率高分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。（2 2） 灵敏度高：灵敏度高： 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量.（3） 分析速度快：分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。（4 4） 应用范围广：应用范围广： 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 不足之处：不足之

7、处：对高沸点、难挥发，热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不对高沸点、难挥发，热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不能用能用GCGC测定。应用范围受到限制，在所有的有机物分析中只有测定。应用范围受到限制，在所有的有机物分析中只有1520%1520%能能用用GCGC进行分离分析。进行分离分析。NIST05NIST05库：库：163198163198种化合物的谱图、种化合物的谱图、CASCAS号、号、分子式等信息分子式等信息 GC-MS的一些概念1.进样量 1-2 uL，进样浓度 1ppm 以下（水、酸、碱不可行）2.分离温度，约325度以下（由色谱柱决定）3.色谱柱决定分离效果，相似

8、相溶原理4.同系物按碳数大小顺序出峰5.GC-MS可以不基线分离（通过出峰时间和碎片离子定性）6.定量离子只有一个，质谱扫描范围1-700amu7.GC-MS载气常用He，纯度99.999% 。8.GC-MS必须设置溶剂延迟。GC 柱容量柱容量 (克克)30 ng = 30 x10-9 gMass 分析分析损损失失99.9%气相色气相色谱谱操作条件的操作条件的选择选择Optimization of GC Column Performance1 载气（载气（ Carrier gas）：）：种类，速度种类，速度2 色谱柱（色谱柱（ Column）：）：固定液，柱长固定液，柱长3 柱温（柱温（ Co

9、lumn temperature）4 进样量进样量气相色谱柱气相色谱柱气相色谱柱气相色谱柱填料填料管管填充柱填充柱( (Packed ColumnPacked Column) )融熔石英融熔石英固定液固定液毛细管毛细管柱柱( (Capillary ColumnCapillary Column) ) l内径内径( (I.D.I.D.) )2-4 2-4 毫米毫米l长度长度 0.5-5 0.5-5 米米(2 (2 米最常用米最常用) )l填料填料 涂覆有涂覆有0.5-25%0.5-25%固定固定液液的担体的担体l固定液固定液 理论塔板理论塔板数数一般都很小一般都很小l内径（内径（I.D.I.D.）

10、 0.10.1，0.250.25，0.320.32，0.53 0.53 毫米毫米l长度长度 5-100 m5-100 m( (3030 m m最常用最常用) )l材质材质融熔石英融熔石英l固定液固定液理论塔板理论塔板数数一般都较大一般都较大C15 C15 | | C15C15C18 C18 | | C18C18C12 C12 | | C12C12C15 C15 | | C15C15C18 C18 | | C18C18C12 C12 | | C12C12C23 C23 | | C23C23C15 C15 | | C15C15C18 C18 | | C18C18C12 C12 | | C12C12

11、C23 C23 | | C23C23170170等等温分析温分析C12-C15 C12-C15 分离分离的的比较好。比较好。高沸点高沸点化合物出峰晚化合物出峰晚和和峰较峰较宽。宽。230230等等温分析温分析高沸点高沸点化合物出峰会化合物出峰会比较早。比较早。 The separation of C12-The separation of C12-C15 is poor.C15 is poor.C12-C15 C12-C15 分离的比较差分离的比较差。100 100 -10 -10 /min-280 /min-280 程序升温分析程序升温分析 正构烷烃出峰间隔正构烷烃出峰间隔相等的相等的低沸点

12、的化合物的分离度较好高沸点低沸点的化合物的分离度较好高沸点的化合物出峰也较早的化合物出峰也较早柱温与分离柱温与分离的关系的关系Isothermal Analysis | 等温分析等温分析同系物同系物, ,按按碳数碳数从小到大的从小到大的顺顺序出峰序出峰正构醇正构醇的混合的混合物物在等温分析在等温分析时时，通常，通常出峰早的化合物峰形出峰早的化合物峰形较较尖尖锐锐， ，通常通常出峰晚的化合物峰形出峰晚的化合物峰形较宽较宽乙乙酸酯酸酯类类混合混合物物甲醇甲醇乙醇乙醇正丙醇正丙醇正丁醇正丁醇乙酸乙酸甲甲酯酯乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸正丙酯乙酸正丙酯碳数碳数1保保留留时间时间的的对对数数234乙乙酸酯酸酯类

13、类混合混合物物正构醇正构醇的混合的混合物物同系物同系物的的碳碳数数 ( ( 沸沸点点) ) 和保和保留留时间时间的的对对数数之之间间大致成的大致成的线线性性关系。关系。程序升温分析程序升温分析同系物同系物中中碳数的较小碳数的较小先出峰先出峰正构醇正构醇的混合的混合物物乙乙酸酯酸酯类类混合混合物物乙酸乙酸甲甲酯酯乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸正丙酯乙酸正丙酯含含碳数碳数1 1保留时间保留时间2 23 34 4乙乙酸酯酸酯类类混合混合物物正构醇正构醇的混合的混合物物同系物同系物的的碳碳数数 ( ( 沸沸点点) ) 和保和保留留时时间之间间之间大致成的线性大致成的线性关系。关系。 ( (出出峰时间间隔几乎相等

14、峰时间间隔几乎相等) )甲醇甲醇乙醇乙醇正丙醇正丙醇正丁醇正丁醇样品注入方法样品注入方法气体气体样品样品:0.2-1 :0.2-1 毫升毫升 液体的样品液体的样品:1-2 uL:1-2 uL注入注入太多太多样品样品 -造成峰形变差及进样口污染造成峰形变差及进样口污染注入注入GC GC 的的样品样品体积体积各种不同溶剂的汽化各种不同溶剂的汽化体积体积( (在进样口在进样口 250 250 及及 140kPa 140kPa 的情况下）的情况下）溶剂溶剂的闪的闪蒸蒸注入方法注入方法吸吸入样品前吸入样品前吸溶剂和适当体溶剂和适当体积的空气进入注射器积的空气进入注射器, , 而且而且调整调整针杆到刻度针

15、杆到刻度。进样口进样口1 12 23 3uLuL0 0溶剂溶剂空气空气注射注射1 uL1 uL样品进样品进入入 GC GC 。 溶剂留溶剂留在针在针尖尖部分。部分。1 12 23 3uLuL0 0样样品品溶液溶液1 12 23 3uLuL0 0吸入吸入 u uL L样品样品空气空气1 12 23 3uLuL0 0防止进样误差测试时使用防止进样误差测试时使用同同一个注射器，样品一个注射器，样品进样进样体积可保持一致体积可保持一致。 因为因为是是 ( (样品样品 + + 少量溶剂少量溶剂) )的方式进样的方式进样, , 峰面积峰面积 ( (包包括溶剂括溶剂) ) 会会变化。变化。定量时定量时必需使

16、用标准曲线必需使用标准曲线。 标准样品的抽取标准样品的抽取时需要使时需要使用与用与样品样品一样的方式一样的方式，操，操作作较麻烦较麻烦。吸空气进入吸空气进入针部分针部分质谱仪OutletQuadrupolesQuadrupoles离子源离子源质量分析质量分析器器检测器检测器*Ion formation and collimationIon separation and speciationHigh Vacuum PumpMechanical PumpIon detectionand amplification样品导入样品导入真空系统真空系统Vacuum Manifold离子源离子源 电子轰击源

17、（电子轰击源（EIEI）是）是GC-MSGC-MS中最常用的离子源中最常用的离子源 优点：优点：谱图重现性好谱图重现性好 有较多的碎片离子，提供丰富的结构信息有较多的碎片离子，提供丰富的结构信息灵敏度高灵敏度高 化学电离源（化学电离源（CICI）也是）也是GC-MSGC-MS配置的离子源之一配置的离子源之一（软电离，分子离子峰）（软电离，分子离子峰） NoImage 相近的峰宽平滑对称的峰形适当的EM电压合适的丰度值Low water and air正确的质量分配典型的相对丰度自动调谐报告合适的同位素比例手动调谐：检漏（手动调谐：检漏（28,18,32,69）自动调谐：调整仪器状态自动调谐：调

18、整仪器状态色谱质谱的扫描模式及 其提供的信息色谱色谱- -质谱联用分析扫描模式质谱联用分析扫描模式u全扫描（全扫描（full scanningfull scanning）u选择离子监测选择离子监测(SIM)(SIM)色谱质谱三维谱色谱质谱三维谱 X X坐标表示质荷比坐标表示质荷比m m/ /z z，Y Y坐标表示时间或坐标表示时间或连续扫描的次数，连续扫描的次数，Z Z坐标表示离子流的强坐标表示离子流的强度度( (离子丰度离子丰度) )。 全扫描 全扫描是质量分析器在给定的时间范围内对给定质荷比范围进行无间断地扫描，获得样品中每一个组分（或在某一特定时刻）的全部质谱。在这种扫描模式下，可以获得

19、各种定性和定量信息。总离子流色谱图（TIC）是总离子流强度随时间（扫描次数）变化的色谱图其中对应某一时间点的峰高是该时间点流其中对应某一时间点的峰高是该时间点流进的组分的所有质荷比的离子强度的加和进的组分的所有质荷比的离子强度的加和。 给出保留给出保留值、峰高值、峰高和峰面积和峰面积提取离子流色谱图（提取离子流色谱图（EICEIC质谱图质谱图 将全扫描得到的将全扫描得到的所有碎片离子的质荷比与所有碎片离子的质荷比与其对应的离子流的相对强度作图其对应的离子流的相对强度作图M+给出总离子流色谱图上每一个色谱峰的质谱给出总离子流色谱图上每一个色谱峰的质谱用途： 用于目标化合物检测和复杂混合物中杂质的

20、定量分析。参数的设置： 1 化合物特征离子（ 分子离子、特征碎片离子或重排离子） 定量离子、辅助定量离子 2 离子扫描停留时间 3 质量窗口 0.1特点：比全扫描模式有更高的灵敏度，因排除了干扰，峰形较好，提高了信噪比，适于定量分析。 不用于未知物鉴定。选择离子检测操作流程： 依次启动计算机、气相色谱、质谱的电源 进入化学工作站 view菜单 tune/vacuum control pump down 24h, 调谐 设定仪器操作参数采样分析 谱图检索 积分定量谱图检索应注意的问题：谱图检索应注意的问题：（）（）相似系数的使用：相似系数的使用： 90% 比较可靠比较可靠 60% 可靠性较差可靠

21、性较差注：并非匹配率较高的化合物就一定是未知物，异构体、同系物和结注：并非匹配率较高的化合物就一定是未知物，异构体、同系物和结 构比较相似的化合物谱图也比较相似，所以构比较相似的化合物谱图也比较相似，所以匹配率相近。匹配率相近。（2）影响谱图库检索的因素：）影响谱图库检索的因素： A 仪器调谐方式不对，导致离子相对强度不对；仪器调谐方式不对，导致离子相对强度不对； B 采集数据或处理谱图时，设定的检测质量范围不合适；采集数据或处理谱图时，设定的检测质量范围不合适； C 色谱分离不好，得到的不是单一组分的质谱图，而是共流出的混合物谱图；色谱分离不好，得到的不是单一组分的质谱图，而是共流出的混合物谱图； D 谱图处理或选择不当（平均谱、峰顶谱、峰起点谱等）。谱图处理或选择不当（平均谱、峰顶谱、峰起点谱等）。（3）谱图分析：）谱图分析： 计算分子量、分析碎片离子、研究断裂方式等。计算分子量、分析碎片离子、研究断裂方式等。（4）色谱峰纯度判别：）色谱峰纯度判别： 自动判别色谱峰纯度，解叠共流出组分（自动判别色谱峰纯度，解叠共流出组分（Automated mass spectrometry deconvolution and identification system, AMDIS) 8 8、 谱图检索谱图检索 Library search Library search 作为定性分析的手段