色谱联用技术2015

1、色谱联用技术侯晓芳侯晓芳主要内容一、一、 色谱色谱-质谱联用质谱联用二、二、 色谱色谱-傅里叶变换红外光谱联用傅里叶变换红外光谱联用 (FTIR)三、三、 色谱色谱-原子光谱联用原子光谱联用21. 质谱仪质谱仪 2. GC-MS3. LC-MS 4. CE-MS1. GC-FTIR2. LC-FTIR1. GC-原子光谱联用原子光谱联用2. LC-原子光谱联用原子光谱联用一、一、 色谱色谱-质谱联用质谱联用3质谱仪1GC-MS联用2LC-MS联用3CE-MS联用4m/z15294357859911314271质谱法的特点 1911 1911年年 世界第一台质谱装置（世界第一台质谱装置（J.J.

2、ThomsonJ.J.Thomson） 质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱, , 谱图与分子结构有关；谱图与分子结构有关； 质谱法进样量少质谱法进样量少, , 灵敏度高灵敏度高, , 分析速度快；分析速度快； 质谱法可提供分子量质谱法可提供分子量, , 确定分子式。确定分子式。 通过测定样品离子通过测定样品离子质荷比质荷比（m/zm/z）来进行定性定量分析。）来进行定性定量分析。 被分析的样品首先要被分析的样品首先要离子化离子化。4举例说明 5举例说明6 分子离子分子离子: M+ , M - e M+ Z Z =1=1时，时， 其其m/

3、zm/z等于天然丰度最大的同位素的原子量之和。等于天然丰度最大的同位素的原子量之和。 碎片离子碎片离子: : 广义上指除分子离子以外的所有离子。广义上指除分子离子以外的所有离子。 母离子与子离子母离子与子离子: : 任何一个离子进一步裂解为质荷比较小的离子，前者是后任何一个离子进一步裂解为质荷比较小的离子，前者是后 者的母离子或前体离子，后者是前者的子离子。者的母离子或前体离子，后者是前者的子离子。 质谱中的离子 准分子离子准分子离子: : M+H+, M-H -7质荷比质荷比丰度丰度基峰基峰: 谱图中最强的离子谱图中最强的离子M + H+准分子离子准分子离子A + 1A + 2来源于自然界中

4、的来源于自然界中的同位素同位素横坐标为离子的质荷比，纵坐标为离子相对强度或相对丰度。横坐标为离子的质荷比，纵坐标为离子相对强度或相对丰度。8质谱中的离子 必须是谱图中最高质量的离子。 必须是奇电子离子。 必须能够通过合理的离子碎裂机理产生谱图中的一些重要离子。氮规则氮规则： 由，组成的有机化合物，一定是偶数。由，组成的有机化合物，一定是偶数。 由，组成的有机化合物，奇数，奇数。由，组成的有机化合物，奇数，奇数。 由，组成的有机化合物，偶数，偶数。由，组成的有机化合物，偶数，偶数。9识别分子离子峰10识别分子离子峰 质谱仪是通过对样品电离质谱仪是通过对样品电离后产生的具有不同的后产生的具有不同的

5、 m/zm/z 的的离子来进行分离分析的。离子来进行分离分析的。 质谱仪包括质谱仪包括进样系统进样系统、电电离系统离系统、质量分析系统和检测质量分析系统和检测系统系统。 质谱仪的结构11真空系统真空系统 加速区加速区离子源离子源质量分析器质量分析器进样系统进样系统检测器检测器计算机数据计算机数据处理系统处理系统质谱仪的结构离子源离子源透镜系统透镜系统四极杆四极杆检测器检测器离子化离子化离子聚焦离子聚焦质量分离质量分离离子检测离子检测真空系统真空系统12双分子涡轮泵可快双分子涡轮泵可快速抽真空和进行稳速抽真空和进行稳定操作定操作真空泵若真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底增高、若真空度过低，

6、则会造成离子源灯丝损坏、本底增高、图谱复杂化、干扰离子源的调节、加速极放电等问题。图谱复杂化、干扰离子源的调节、加速极放电等问题。高真空状态！高真空状态！13进样系统 进样系统的作用是高效重复地进样系统的作用是高效重复地将样品引入到离子源将样品引入到离子源中并且不能引起真空度的降低。中并且不能引起真空度的降低。进样方式：进样方式：1 1 直接进样直接进样2 2 仪器联用的进样仪器联用的进样 （GCGC、LCLC、CECE） 离子源的作用是使样品离子源的作用是使样品分子变成离子分子变成离子，将离子聚焦，将离子聚焦，并加速进入质量分析器。并加速进入质量分析器。 质谱检测的是质谱检测的是离子离子；离

7、子源即为接口。；离子源即为接口。离子源14电子轰击电离电子轰击电离 Electron Impact Ionization EI 化学离子化化学离子化 Chemical Ionization CI电喷雾电离电喷雾电离 Electrospray Ionization ESI场电离，场解吸场电离，场解吸 Field Ionization, Field Desorption FI、FD快原子轰击快原子轰击 Fast Atom Bombardment FAB基质辅助激光解析电离基质辅助激光解析电离 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization MALDI 大气压

8、化学电离大气压化学电离 Atmospheric Pressure Chemical Ionization APCI 离子化方式15电子轰击电离 EI 所有的标准质谱图都是在所有的标准质谱图都是在70 eV下做出的。而一般有下做出的。而一般有 机化合物的电离电位是机化合物的电离电位是10 eV。 有机物分子可能被打掉有机物分子可能被打掉一个电子一个电子形成形成分子离子分子离子，确定，确定 化合物化合物分子量分子量；也可能会发生也可能会发生化学键的断裂化学键的断裂形成形成碎片碎片 离子离子，得到化合物的，得到化合物的结构信息结构信息。应用最广泛应用最广泛原理原理 由由GC或直接进样杆进入的样品，以

9、气体形式进入或直接进样杆进入的样品，以气体形式进入离子源，由灯丝发出的电子与样品分子发生碰撞使样离子源，由灯丝发出的电子与样品分子发生碰撞使样品分子电离。品分子电离。特点特点硬电离硬电离标准谱库标准谱库16电子轰击电离 EI电离室电离室灯丝灯丝聚焦电极聚焦电极一对磁极一对磁极17 有些化合物稳定性差，用有些化合物稳定性差，用EIEI方式不易得到分子离子，这方式不易得到分子离子，这时采用时采用CICI电离方式。电离方式。特点：特点：最强峰为准分子离子最强峰为准分子离子；谱图简单；谱图简单；不适用难挥发试样不适用难挥发试样。化学电离（CI）反应气体可以是反应气体可以是甲烷甲烷、异丁烷、氨等、异丁烷

10、、氨等。 以以CH4为例为例： CI CI源工作过程中要引进一种反应气体。气体经过电子源工作过程中要引进一种反应气体。气体经过电子轰击，产生离子，再与试样相互碰撞，产生准分子离子。轰击，产生离子，再与试样相互碰撞，产生准分子离子。气体分子气体分子试样分子试样分子准分子离子准分子离子电子电子+轰击轰击18M + CH5+ MH + + CH4 M + C2H5+ MH + + C2H4 M + C2H5+ M-H + + C2H6 加合离子与样品分子反应：加合离子与样品分子反应：准分子离子准分子离子MH + 、MRH + 生成的生成的M+H +和和 M-H +比样品分子比样品分子M多一个多一个H

11、或少一个或少一个H，称为，称为准分子离子准分子离子。软电离方式软电离方式19场致电离(FI)特点：特点：强电场将分子中拉出一个电子；强电场将分子中拉出一个电子；分子离子峰强；分子离子峰强；碎片离子峰少；碎片离子峰少；不适合化合物结构鉴定。不适合化合物结构鉴定。 要求样品分子处于要求样品分子处于气态，灵敏度不高，应气态，灵敏度不高，应用逐渐减少。用逐渐减少。20阳极阳极阴极d1mm+软电离方式软电离方式局限性：局限性：混合物样品中共存物质的干扰，它们常常会抑制分析物的离子化，造成混合物样品中共存物质的干扰，它们常常会抑制分析物的离子化，造成灵敏度下降甚至根本没有信号产生。灵敏度下降甚至根本没有信

12、号产生。缺缺点点快原子轰击（FAB） 氩气在电离室依靠放电产生氩离子，高能氩离子经电荷交换得到高氩气在电离室依靠放电产生氩离子，高能氩离子经电荷交换得到高能氩原子流，能氩原子流，氩原子打在样品上产生样品离子氩原子打在样品上产生样品离子。电离过程中不必加热气。电离过程中不必加热气化，因此化，因此适合于分析大分子量、难气化、热稳定性差的样品适合于分析大分子量、难气化、热稳定性差的样品。例如肽类、。例如肽类、低聚糖、天然抗生素等。低聚糖、天然抗生素等。FABFAB源主要用于源主要用于磁式双聚焦质谱仪磁式双聚焦质谱仪 21用加速的中性原子（快原子）撞击以甘油（底物）用加速的中性原子（快原子）撞击以甘油

13、（底物）调和后涂在金属表面的有机化合物（调和后涂在金属表面的有机化合物（“靶面靶面”），），导致这些有机化合物电离的方法称之为快原子轰导致这些有机化合物电离的方法称之为快原子轰击（击（FAB）。以电子轰击气压约为）。以电子轰击气压约为100Pa的中性的中性气体（氩或氦），产生的惰性气体离子经聚焦和气体（氩或氦），产生的惰性气体离子经聚焦和加速后撞击靶面导致分析物的离子化称作离子轰加速后撞击靶面导致分析物的离子化称作离子轰击作用。在此基础上将氩离子还原为中性原子，击作用。在此基础上将氩离子还原为中性原子，再以加速的中性原子撞击再以加速的中性原子撞击“靶面靶面”即为快原子轰即为快原子轰击。分析物经

14、中性原子的撞击获取足够的动能以击。分析物经中性原子的撞击获取足够的动能以离子或中性分子的形式由靶面逸出，进入气相。离子或中性分子的形式由靶面逸出，进入气相。产生的离子一般是准分子离子。产生的离子一般是准分子离子。 MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。 待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发，使分析物与基质成为待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发，使分析物与基质成为晶体或半晶体晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光进行照射时，基质分子能，用一定波长的脉冲式激光进行照射时，基质分子能有效的有效的吸收激光的能量吸收激光的能量，使，使基质分

15、子和样品分子进入气相基质分子和样品分子进入气相并得到电并得到电离。离。 MALDI适用于适用于生物大分子生物大分子，如肽类，如肽类，核酸类化合物。可得到核酸类化合物。可得到准准分子离子峰，分子离子峰，碎片离子和多电荷离子较少碎片离子和多电荷离子较少. 基质辅助激光解析电离 (MALDI)23电喷雾电离（ESI）ESI最大特点是最大特点是容易形成多电荷离子容易形成多电荷离子。可以测量大分子量的蛋白质。可以测量大分子量的蛋白质。 ESI是一种是一种软电离方式软电离方式，即便是分子量大，稳定性差的化合物，也，即便是分子量大，稳定性差的化合物，也不会在电离过程中发生分解，它适合于分析不会在电离过程中发

16、生分解，它适合于分析极性强极性强的有机化合物。的有机化合物。24 LC馏分经毛细管流出的瞬间在馏分经毛细管流出的瞬间在N2气的气的作用下雾化。作用下雾化。 在所加的高电压在所加的高电压(5KV)作用下，雾化作用下，雾化液滴带电。液滴带电。 带电液滴在电场作用下迅速移动，伴带电液滴在电场作用下迅速移动，伴随大气压下溶剂的迅速蒸发，液滴体随大气压下溶剂的迅速蒸发，液滴体积缩小，而离子移向液滴表面，自身积缩小，而离子移向液滴表面，自身电场强度增大。电场强度增大。 当达到临界电场时，液滴表面电场排当达到临界电场时，液滴表面电场排斥力大于维持液滴的表面张力，产生斥力大于维持液滴的表面张力，产生库仑爆炸，

17、此过程反复进行，最终使库仑爆炸，此过程反复进行，最终使样品离子解析出来，并在电场作用下样品离子解析出来，并在电场作用下被引入质谱检测器。被引入质谱检测器。大气压化学电离源(APCI) APCI喷嘴的下游放置一个喷嘴的下游放置一个针状放电电极针状放电电极，通过放电电极的，通过放电电极的高压放电高压放电，使空气中某些使空气中某些中性分子电离中性分子电离，产生，产生H3O+，N2+，O2+ 和和O+ 等离子，溶等离子，溶剂分子也会被电离，这些离子与分析物分子进行剂分子也会被电离，这些离子与分析物分子进行离子离子-分子反应分子反应，使分，使分析物析物分子离子化分子离子化。 APCI主要用来分析主要用来

18、分析中等极性中等极性的化合物。的化合物。 APCI主要产生的是单电荷离子，很少有碎片离子，主要是准分子离子。主要产生的是单电荷离子，很少有碎片离子，主要是准分子离子。可以认为可以认为APCI是是ESI的补充。的补充。电离主要电离主要生成溶剂生成溶剂离子离子样品分子样品分子与溶剂离与溶剂离子反应生子反应生成离子簇成离子簇离子去簇离子去簇后送到质后送到质谱计中谱计中MS放电针放电针喷雾喷雾 LC25不同离子源的适用范围26不同电子能量下的质谱图27邻苯二甲酸二辛酯的EI和CI质谱图28质量分析器29 质量分析器是质谱仪的质量分析器是质谱仪的核心核心, 质量分析器的作用质量分析器的作用是将离子源产生

19、的离子按是将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列。顺序分开并排列。 不同类型的质量分析器构成不同类型的质谱仪。不同类型的质量分析器构成不同类型的质谱仪。 单聚焦磁场分析器四级杆质量分析器离子阱质量分析器飞行时间质谱仪傅立叶变换离子回旋共振质谱仪30在一定的在一定的B、V下，不同下，不同m/z 的离子其的离子其R不同，由离子源不同，由离子源产生的离子，经过分析器后产生的离子，经过分析器后可实现质量分离。可实现质量分离。 离子进入分析器后，由于磁场的作用，其运动轨道发生偏转改作圆周运离子进入分析器后，由于磁场的作用，其运动轨道发生偏转改作圆周运动。其运动轨道半径动。其运动轨道半径R可由下式表示：

20、可由下式表示： 上式中，上式中， m -离子质量离子质量 Z -离子电荷量离子电荷量 V -离子加速电压离子加速电压 B -磁感应强度磁感应强度单聚焦磁场分析器-21.44 10mRVBz 四极杆质谱结构简单，价廉，体积小，易操作，扫描速度快，四极杆质谱结构简单，价廉，体积小，易操作，扫描速度快，适合于适合于GC-MS, LC-MS，但分辨率不高。，但分辨率不高。 31四级杆质量分析器200.136mVzr f 只有质荷比满足要求的离子才能只有质荷比满足要求的离子才能通过四级杆到达检测器。其它离子则通过四级杆到达检测器。其它离子则撞到四级电极上而被撞到四级电极上而被“过滤过滤”掉。掉。r0 场

21、半径；场半径；f为频率；为频率；V为电压为电压32三重四级杆质谱的结构示意图Q1离子源离子源碰撞室碰撞室Q3Q3检测器检测器Q Q1 1聚焦透镜聚焦透镜质量分析器质量分析器Q2结果结果固定固定 扫描扫描 子离子子离子扫描扫描 固定固定 母离子母离子扫描扫描 扫描扫描 中性丢失中性丢失固定固定 固定固定 选择离子监测选择离子监测 特定特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测器。离子飞出阱到达检测器。33离子阱质量分析器 区别于四级质量分析器，离子在离子阱中的运动方区别于四级质量分析器，离子在离子阱中的运

22、动方向是向是xyz受控制，而四级杆是受控制，而四级杆是xy两个方向受控制。两个方向受控制。特定特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同端电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测器。离子飞出阱到达检测器。首先是将离子储存在阱里，然后改变电场，按照首先是将离子储存在阱里，然后改变电场，按照不同质荷比将离子退出阱外进行检测。利用离子不同质荷比将离子退出阱外进行检测。利用离子储存技术，可以选择任一质量离子进行碰撞解离，储存技术，可以选择任一质量离子进行碰撞解离，实现二级或多级质谱分析的功能。实现二级或多级质谱分析的功能。MS/MS有两个有两个质量分析

23、器串联，分别扫描母离子和子离子，属质量分析器串联，分别扫描母离子和子离子，属于空间上的串联，而离子阱只有一个质量分析器，于空间上的串联，而离子阱只有一个质量分析器，在时间上实现多级质量分离，属于时间上的串联在时间上实现多级质量分离，属于时间上的串联。TOF-MS的核心部分是一个无场的离子漂移管的核心部分是一个无场的离子漂移管； 加速后的离子具有相同的动能加速后的离子具有相同的动能 zVmv 2212/1)2(mzVv m/z小的离子，漂移运小的离子，漂移运动的速度快，最先通过动的速度快，最先通过漂移管漂移管; m/z大的离子，漂移运大的离子，漂移运动的速度慢，最后通过动的速度慢，最后通过漂移管

24、。漂移管。 适合于生物大分子，适合于生物大分子，灵敏度高，扫描速度快，灵敏度高，扫描速度快，结构简单，分辨率随结构简单，分辨率随m/z的增大而降低。的增大而降低。 35飞行时间质谱仪Time of flight2mtLzV漂移时间漂移时间 FT-MS的核心为分析室，分析室由三对平行的极板构成。的核心为分析室，分析室由三对平行的极板构成。磁力线沿磁力线沿z轴方向，离子的回旋运动垂直于轴方向，离子的回旋运动垂直于z轴。在与轴。在与x轴方轴方向垂直的两极板上施加激发射频，在与向垂直的两极板上施加激发射频，在与y轴方向垂直的两极轴方向垂直的两极板上检测信号。板上检测信号。 (Fourier Trans

25、form ion cyclotron resonance Mass Spectrometer, FTICR-MS) 36傅立叶变换离子回旋共振质谱仪单双聚焦质谱仪体积大。单双聚焦质谱仪体积大。色谱色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要体质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要体积小的质量分析器：积小的质量分析器：四极杆质量分析器四极杆质量分析器飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器离子阱质量分析器体积小，操作简单体积小，操作简单分辨率中等分辨率中等37质量分析器小结38检测系统 质谱仪的检测主要使用质谱仪的检测主要使用电子倍增器电子倍增器，也有的使用，也有的使用光电光

26、电倍增管倍增管。 倍增器出来的电信号转化为色谱图，质谱图等信息。倍增器出来的电信号转化为色谱图，质谱图等信息。 气相色谱气相色谱- -质谱联用仪质谱联用仪40GC-MS结构示意图 Sample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMass Selective DetectorBA ABCDGas Chromatograph (GC)Mass SpectrometerSeparationIdentificationBACDMS41GC-MS联用仪器CDhyphenated technology of GC-MS42GC-MS接口技术1.

27、除去载气；除去载气；2.将待测物毫无损失地从将待测物毫无损失地从GC转移至转移至MS。评价参数评价参数1. 传输产率传输产率Y； 2. 浓缩系数浓缩系数N; 3. 延时延时t ； 4. 峰展宽系数峰展宽系数H目前常用的目前常用的GC-MS接口接口1. 直接导入型直接导入型; 2. 开口分流型开口分流型; 3. 喷射式分离器喷射式分离器接口的作用接口的作用3种接口性能比较种接口性能比较接口接口Y/%Nt/sH分离原理分离原理适适 用用 性性1100101无分离无分离小孔径毛细管柱小孔径毛细管柱2301112无分离无分离毛细管柱毛细管柱3 50100112喷射分离喷射分离填充柱填充柱/毛细管柱毛细

28、管柱主要主要 色谱柱出口压约为色谱柱出口压约为105Pa， 矛盾矛盾 离子源的真空度约为离子源的真空度约为10-3Pa。毛细管色谱柱毛细管色谱柱: : 内径内径 0.250.32mm 载气载气: : H2或或He，流量在流量在12ml/min ( (毛细管色谱柱流出的载气和待测物进入离子源作用场。毛细管色谱柱流出的载气和待测物进入离子源作用场。由于惰性气体由于惰性气体HeHe不发生电离，只有待测物分子形成带电粒不发生电离，只有待测物分子形成带电粒子，在加速电场作用下进入质量分析器子，在加速电场作用下进入质量分析器) ) 特点特点: : 结构简单，易维护，应用广泛。结构简单，易维护，应用广泛。4

29、3GC-MS接口技术columnMS高真空接口1. 直接导入型直接导入型最常用的一种技术！将毛管直接插入质谱仪的金属毛细管内将毛管直接插入质谱仪的金属毛细管内44GC-MS接口技术 当色谱柱的流量当色谱柱的流量质谱仪的工作流量时，过多的色谱质谱仪的工作流量时，过多的色谱柱流出物和载气随氦气流出接口；柱流出物和载气随氦气流出接口； 当色谱柱的流量当色谱柱的流量质谱仪的工作流量时，外套管中的质谱仪的工作流量时，外套管中的氦气提供补充。氦气提供补充。2. 开口分流型开口分流型45GC-MS接口技术3. 喷射式分离器喷射式分离器原理：气体在喷射过程中不同质量的分子都以超音速的同样原理：气体在喷射过程中

30、不同质量的分子都以超音速的同样速度运动，不同质量的分子具有不同的动量。动量大的分子速度运动，不同质量的分子具有不同的动量。动量大的分子保持喷射方向运动，而动量小的分子会偏离被真空泵抽走。保持喷射方向运动，而动量小的分子会偏离被真空泵抽走。因此分子量小的载气分子就被抽走，而样品分子经浓缩后进因此分子量小的载气分子就被抽走，而样品分子经浓缩后进入质谱。入质谱。总离子色谱图的总离子色谱图的横坐标横坐标是出峰时间是出峰时间, 纵坐标是纵坐标是峰高峰高。图中每个峰表示样品的图中每个峰表示样品的一个组份一个组份,由每个峰可以由每个峰可以得到相应化合物的质谱得到相应化合物的质谱图。图。峰面积和该组份含量成峰

31、面积和该组份含量成正比正比,可用于定量可用于定量。 Total ion chromatogram（TIC）46GC-MS总离子色谱图47GC-MS选择离子质谱图SIM(Selected Ion Monitoring) mode 选择离子模式选择离子模式SIM主要用于主要用于定量分析。定量分析。只有特定质量数的离子被检测。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。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。灵敏度取决于所选择的检测离子。80.085.090.095.0100.050100%9785选择离子质谱图选择离子质谱图48GC-MS质

32、谱图49常见的低质量中性碎片M-15(.CH3)M-27(CHNH2.CHCH2)M-32(CH3OH,S,O2)M-16(O)M-28(CO,CH2CH2)M-33(CH3+H2O)M-17(OH、NH3）M-29(CHO,C2H5)M-34(H2S)M-18(H2O)M-30(CH2O,NO)M-35(Cl)M-26(CN，HCCH）M-31(OCH3,CH2OH）M-36(2H2O,HCl）50GC-MS的谱库化合物定性化合物定性（1 1）NISTNIST库库 由美国国家标准与技术研究院（由美国国家标准与技术研究院（National National Institute of Stand

33、ards and TechnologyInstitute of Standards and Technology，NISTNIST）出版，）出版，收有收有6400064000张标准质谱图。张标准质谱图。（2 2）WileyWiley库库 第六版本的第六版本的WileyWiley库收有标准质谱库库收有标准质谱库230000230000张。张。（3 3）NIST/EPA/NIH NIST/EPA/NIH 库库 由由NISTNIST、美国环保局（、美国环保局（EPAEPA）和美国）和美国国立卫生研究院（国立卫生研究院（NIHNIH）共同出版，标准质谱图超过）共同出版，标准质谱图超过129000129

34、000张，约有张，约有107000107000个化合物结构式。个化合物结构式。 （4 4）农药库）农药库 约约340340个农药。个农药。 （5 5）药物库）药物库 约约43704370个化合物。个化合物。 （6 6）挥发油库）挥发油库 通用型专业型51GC-MS的应用利血平的利血平的分子量分子量608、沸点高沸点高，属于，属于GC 分析分析困难的困难的组分。组分。1002003004005006007008000.025.050.075.0100.0%60819538121459325136533730497463549700 730778 液相色谱液相色谱- -质谱联用仪质谱联用仪53液相

35、色谱/质谱系统 在线真空脱气机在线真空脱气机 二元或四元梯二元或四元梯度液相泵度液相泵 自动进样器自动进样器 柱温箱柱温箱二极管阵列检测器二极管阵列检测器 质谱仪质谱仪54LC-MS中存在的问题1. LC 流动相对流动相对MS工作条件的影响工作条件的影响1ml溶剂气化生成溶剂气化生成 500 1300ml的蒸气。而的蒸气。而 质谱仪只能接受质谱仪只能接受10 ml/min。气体流量有时流动相中含难以挥发的缓冲盐。气体流量有时流动相中含难以挥发的缓冲盐。2. 质谱离子源温度、电离方式不适宜液相色谱所质谱离子源温度、电离方式不适宜液相色谱所 分析的样品。分析的样品。55LC-MS的接口直接液体导入

36、接口（直接液体导入接口（DLI）移动带技术（移动带技术（MB）热喷雾接口（热喷雾接口（TS）粒子束接口（粒子束接口（PB）快原子轰击（快原子轰击（FAB）基质辅助激光解吸（基质辅助激光解吸（MALDI）电喷雾电离（电喷雾电离（ESI）大气压电离（大气压电离（API）大气压化学电离（大气压化学电离（APCI）接口作用：除去流定相，只让组分分子进入离子源。接口作用：除去流定相，只让组分分子进入离子源。56串联质谱模式时间串联：时间串联：离子阱质谱，离子阱质谱，离子回旋共振质谱离子回旋共振质谱空间串联：空间串联：串联四极杆，四极杆与飞行时间质谱串联串联四极杆，四极杆与飞行时间质谱串联三重四级杆串联质

37、谱三重四级杆串联质谱四级杆与飞行时间质谱串联四级杆与飞行时间质谱串联同一个质量分析器同一个质量分析器不同的质量分析器不同的质量分析器57正负离子扫描质谱图NNNOSCH3NH2(H3C)3CMetribuzin C8H14N4OSExact Mass: 214.09Mol. Wt.: 214.29NNNHOSCH3(H3C)3CDesaminometribuzin (DA)C8H13N3OSExact Mass: 199.08Mol. Wt.: 199.27NNHNOONH2(H3C)3CDiketometribuzin (DK) C7H12N4O2Exact Mass: 184.10Mol.

38、 Wt.: 184.20NNHNHOO(H3C)3CDesaminodiketmetoribuzin (DADK) C7H11N3O2Exact Mass: 169.09Mol. Wt.: 169.1850100150200250300350400450m/z0e350e3100e3150e3200e3250e3300e3350e3Int.18519720722739110529516725714226831742528036912815524340434149766824694535748250100150200250300350400450m/z0e3100e3200e3300e3400e

39、3500e3Int.183243168153265207113228281893562973681413221934612504354844164054997150正离子模式负离子模式嗪草酮脱氧胆酸分析中脱氧胆酸分析中m/z 391m/z 391的一级和二级质谱图的一级和二级质谱图58 4.4.毛细管电泳毛细管电泳- -质谱联用质谱联用毛细管电泳（CE）电渗淌度一般比电泳淌度大一个数量级。电渗淌度一般比电泳淌度大一个数量级。60CE-MS的接口 接口技术是实现接口技术是实现CE-MS联用的关键所在。近几年联用的关键所在。近几年来，关于来，关于CE-MS方法学的研究主要是关于新接口技方法学的研究

40、主要是关于新接口技术。目前主要分为：术。目前主要分为： CE-ESI-MS接口技术接口技术 CE-ICP-MS接口技术接口技术 鞘液接口鞘液接口无鞘液接口无鞘液接口61CE-MS的接口 金属接口（喷雾杆）具有三层套管结构：内层中插入多孔毛细管金属接口（喷雾杆）具有三层套管结构：内层中插入多孔毛细管, , 中间层采用了液体鞘流技术中间层采用了液体鞘流技术, , 鞘液从中间层流出鞘液从中间层流出, , 与毛细管中流出的液与毛细管中流出的液体混合体混合, , 解决了毛细管末端电接触的问题解决了毛细管末端电接触的问题, , 同时可以控制鞘液体流速以同时可以控制鞘液体流速以增大进入增大进入ESIESI的

41、液体量，补给足够的液体基质的液体量，补给足够的液体基质, , 形成稳定的电喷雾。形成稳定的电喷雾。鞘液体接口技术鞘液体接口技术62CE-MS的接口鞘液体接口技术鞘液体接口技术- -改进版改进版 鞘液接口技术的优点在于通过提高样品流速使得喷雾更加稳定鞘液接口技术的优点在于通过提高样品流速使得喷雾更加稳定, ,有利有利于形成稳定的电流回路于形成稳定的电流回路, ,同时可改变同时可改变CECE运行缓冲液的组成运行缓冲液的组成, ,使其满足使其满足ESIESI源源的检测要求。然而鞘液的引入会稀释样品的检测要求。然而鞘液的引入会稀释样品, , 使检测灵敏度下降。为此使检测灵敏度下降。为此, ,有有人设计

42、了低流速鞘液接口，以降低鞘液的稀释作用人设计了低流速鞘液接口，以降低鞘液的稀释作用, , 同时铂丝构成电流同时铂丝构成电流回路可以避免因流速低所造成的断流。回路可以避免因流速低所造成的断流。63CE-MS的特点 CE-MS CE-MS 在线联用具有样品损失少、自动化程度高、在线联用具有样品损失少、自动化程度高、分析速度快等优点分析速度快等优点, ,其应用要比离线联用广泛。其应用要比离线联用广泛。缺点：缺点：1.1.离子源受限，仅电喷雾等几种方法可选。离子源受限，仅电喷雾等几种方法可选。2.2.常不允许常不允许CECE采用其最佳缓冲条件，限制其优势的发挥。采用其最佳缓冲条件，限制其优势的发挥。3

43、.CE3.CE出峰很快，没有时间进行二级质谱测定。出峰很快，没有时间进行二级质谱测定。优点：优点：64CE-MS的局限性 CE/MS的应用报道虽然很多的应用报道虽然很多,但作为常规方法尚存但作为常规方法尚存在以下在以下缺点缺点: 灵敏度低灵敏度低,不如不如LC-MS； 毛细管壁涂层材料中的表面活性剂等会降低被分毛细管壁涂层材料中的表面活性剂等会降低被分析物的离子化效率甚至严重污染析物的离子化效率甚至严重污染MS离子源；离子源； 不是所有的不是所有的CE分离模式都可方便地用于与分离模式都可方便地用于与MS相相联用；联用； MS对对CE分离缓冲液的限制较多。分离缓冲液的限制较多。65二、二、 色谱

44、色谱-傅里叶红外光谱联用傅里叶红外光谱联用66GC与FTIR联用接口技术1LC与FTIR联用接口技术2 1.GC-FTIR1.GC-FTIR68红外光谱原理 分子沿重心轴转动的能量为分子沿重心轴转动的能量为；二个以上原子连接在；二个以上原子连接在一起，它们之间的键如同弹簧一样振动，所需能量为一起，它们之间的键如同弹簧一样振动，所需能量为。 当当分子受到红外光的辐射，如果分子中某个基团的振动频分子受到红外光的辐射，如果分子中某个基团的振动频率和它一样，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子率和它一样，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，而传递给分子

45、，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁产生振动跃迁，形成，形成红外吸收光谱红外吸收光谱。 红外光谱根据不同的波数范围分为三个区：红外光谱根据不同的波数范围分为三个区： 近红外区近红外区 13,3304000 cm-1（0.752.5 m） 中红外区中红外区4000650 cm-1（2.515.4 m） 远红外区远红外区 65010 cm-1（151000 m） 69GC/FTIR概述 u质谱一质谱一般难于区分同分异构体，单凭般难于区分同分异构体，单凭MSMS确定有机物结确定有机物结构有时很困难，甚至不可能。构有时很困难，甚至不可能。u实现实现GC-IRGC-IR的困难的困难 除了工作气

46、压匹配之外，其余工作条件的差异很大。除了工作气压匹配之外，其余工作条件的差异很大。尤其是散射型红外光谱仪，扫描速度和灵敏度远远低尤其是散射型红外光谱仪，扫描速度和灵敏度远远低于色谱。于色谱。 uFTIRFTIR的出现大大促进了的出现大大促进了GC-IRGC-IR的发展。的发展。FTIRFTIR具有光通具有光通量大、信噪比好、扫描速度快等优点，与量大、信噪比好、扫描速度快等优点，与GCGC的匹配性的匹配性大大提高。大大提高。70GC/FTIR系统 汞镉碲光导检测器（汞镉碲光导检测器（MCT）光管光管: : GC/FTISGC/FTIS的关键部件。的关键部件。 用硼硅玻璃制成；用硼硅玻璃制成； 两

47、端装有两端装有KBrKBr盐窗，红外干涉光可以通过；盐窗，红外干涉光可以通过； 内壁镀金，有高的反射率，红外干涉光在其中多次反射，增内壁镀金，有高的反射率，红外干涉光在其中多次反射，增加光程以提高灵敏度；加光程以提高灵敏度； 可加热，保证可加热，保证GCGC流出物不在此冷凝、聚集；流出物不在此冷凝、聚集； 适当的容积，以获得最佳分辨率和灵敏度。适当的容积，以获得最佳分辨率和灵敏度。内径内径光管光管 有助提高分辨率有助提高分辨率光管光管 有助提高灵敏度有助提高灵敏度格里菲斯（格里菲斯（P.R.GriffithsP.R.Griffiths）认为认为: : 色谱半峰宽体积色谱半峰宽体积等于等于或或大

48、于大于光管容积光管容积，才能获得才能获得最佳最佳分辨分辨率和灵敏度。率和灵敏度。 71GC/FTIR系统接口装置72GC/FTIR提供的信息（2 2）化学图）化学图 (官能团色谱图官能团色谱图 )指定官能团频率范围对时间所作的图；指定官能团频率范围对时间所作的图；是一个是一个“色谱图色谱图”，每个峰代表一个组分；，每个峰代表一个组分；包含的信息比一般的色谱图多，体现了化合物类型或所含的官能团；包含的信息比一般的色谱图多，体现了化合物类型或所含的官能团；与与GC-MSGC-MS中的质量色谱图作用相似。中的质量色谱图作用相似。官官能能团团色色谱谱图图73GC/FTIR提供的信息（3 3）红外重建色

49、谱图）红外重建色谱图 GC-FTIRGC-FTIR采集的数据经计算机处理后得到的红外吸收信采集的数据经计算机处理后得到的红外吸收信号对时间所作的图。号对时间所作的图。 积分吸收重建图积分吸收重建图( (红外总吸光度重建图红外总吸光度重建图 TIA)TIA)，相当于，相当于GC-MSGC-MS中的总离子流图中的总离子流图(TIC)(TIC)。不能实时检查。不能实时检查。 Gram-SchmidtGram-Schmidt重建色谱图重建色谱图 扣除了载气背景的积分扣除了载气背景的积分重建图。重建图。能能全全面面反反应应色色谱谱流流出出情情况况74GCFTIRMS联用 一次进样便可获得分离及红外、质谱

50、互补的鉴定信息。一次进样便可获得分离及红外、质谱互补的鉴定信息。更加省时、省力、省样。更加省时、省力、省样。 GCGC进样后，可实时、同时显示红外的总响应图（进样后，可实时、同时显示红外的总响应图（TRCTRC）、）、质谱的总离子流图（质谱的总离子流图（TICTIC）及每次扫描的蒸气相红外光）及每次扫描的蒸气相红外光谱图和质谱图，并可对指定组分的红外、质谱进行谱库谱图和质谱图，并可对指定组分的红外、质谱进行谱库检索，自动找出最佳匹配结果。检索，自动找出最佳匹配结果。 联机方式：联机方式：串联串联并联并联756种毒品的三机联用分析结果种毒品的三机联用分析结果GCFTIRMS应用组分组分1（咖（咖

51、 啡啡 因）因） 组分组分2 （美（美 洲洲 酮）酮） 2.LC-FTIR2.LC-FTIR77LC/FTIR系统组成78LC/FTIR接口流动池接口79LC/FTIR接口流动池接口装置简单、操作方便。装置简单、操作方便。 流动相的干扰难以彻底消除；流动相的干扰难以彻底消除； 不适合梯度淋洗技术；不适合梯度淋洗技术； 被测物在池内受检时间受色谱峰出峰时间限制而无法被测物在池内受检时间受色谱峰出峰时间限制而无法 采用信号平均技术提高红外谱图的信噪比等。采用信号平均技术提高红外谱图的信噪比等。LC/FTIR接口流动池接口80 流动相去除接口是在测定红外光谱之前将通过流动相去除接口是在测定红外光谱之

52、前将通过物理或化学方法物理或化学方法。目前已报道的该类接口有许多种，最具有实际意义目前已报道的该类接口有许多种，最具有实际意义的有的有雾化接口雾化接口、漫反射转盘接口漫反射转盘接口等。等。LC/FTIR接口流动相去除接口81由色谱柱出来的流出物首先经过一个加热管，使由色谱柱出来的流出物首先经过一个加热管，使90%的流的流动相挥发除去，浓缩的样品滴入装有细动相挥发除去，浓缩的样品滴入装有细KBr或或KCl粉末的样杯，粉末的样杯，若干个样杯装在一个转盘上，由微机控制其转动。若干个样杯装在一个转盘上，由微机控制其转动。LC/FTIR接口流动相去除接口正相色谱正相色谱82 色谱流出物流入雾化器色谱流出

53、物流入雾化器被直接喷雾在装有金属轴被直接喷雾在装有金属轴的的NaCl晶体窗片上，然后晶体窗片上，然后溶剂立即被蒸发除去，而溶剂立即被蒸发除去，而溶质则以微粒结晶析出。溶质则以微粒结晶析出。然后以然后以FTIR检测窗片上的检测窗片上的流出物。流出物。 LC/FTIR接口流动相去除接口正相色谱正相色谱83 首先将含水流动相与萃取剂二氯甲烷混合，经萃取管后，流首先将含水流动相与萃取剂二氯甲烷混合，经萃取管后，流出物分为水相和有机相，密度小的水相被吸气瓶吸去，有机相出物分为水相和有机相，密度小的水相被吸气瓶吸去，有机相部分被导入样品浓缩器，进而滴入漫反射转盘上的样品杯。部分被导入样品浓缩器，进而滴入漫

54、反射转盘上的样品杯。LC/FTIR接口流动相去除接口常温下分离溶剂，适用常温下分离溶剂，适用于不易挥发而易热分解的于不易挥发而易热分解的有机化合物。有机化合物。反相色谱反相色谱84 由由HPLC出来的流出物被加热雾化出来的流出物被加热雾化在光管内壁上，用多次反射光谱法测在光管内壁上，用多次反射光谱法测定光管壁上附着的溶质。此装置有四定光管壁上附着的溶质。此装置有四个一样的光管，依此收集、测量、清个一样的光管，依此收集、测量、清洗和干燥。如此反复。洗和干燥。如此反复。能有效除去溶剂，但灵敏度不高。能有效除去溶剂，但灵敏度不高。LC/FTIR接口流动相去除接口 空气空气测量测量洗净洗净加热加热干燥干燥色谱流出物色谱流出物光管切换装置示意图光管切换装置示意图反相色谱反相色谱85LC/FTIR两种接口比较1. 无流动相干扰，可使用多种流动相；无流动相干扰，可使用多种流动相；2. 适用于梯度淋洗，提高了样品的分离检测能力；适用于梯度淋洗，提高了样品的分离检测能力；3. 当进行