气相色谱-质谱原理

1、气相色谱-质谱联用仪原理色质联用技术色谱良好的分离能力与质谱丰富的定性功能有机结合。色谱通常利用保留时间定性，缺乏足够的信息；质谱是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，提供化合物结构指纹和分子量信息，确保定性鉴别准确；随着电离技术、质量分析技术、联用技术及二维分析方法的发展，质谱是最广泛应用的分析手段。质谱联用技术的用途事故分析：为不明原因的判断提供依据；确认检测的需要：农残、兽残、2-受体激动剂残留等假阳性样品的确认；痕量有毒有害化合物监测的需要：二恶英、持久性有机污染物、内分泌干扰物等；复杂基质中化合物分析的需要：食品、生物材料等；多残留检测的技术需要：共流出物的分析；仲裁方法；贸易纠纷

2、的公正检测；农药残留监测开展农药残留监测的两个基本条件：一是必须有农药残留检测方法标准，二是必须有农药残留判别标准即农药残留限量标准。 我国农药残留检测存在以下不足： 1）覆盖面窄，已制定的38项农药残留检测方法国家标准（单残留检测方法26个，单类农药多残留检测方法9个，2类农药多残留检测方法2个，3类农药多残留检测方法1个），总共涵盖农药种类为72种；2）检测方法标准没有随着检测技术的发展而及时更新 ；3）与限量标准不相配套；4）无技术储备 。 农药残留监测发达国家采用先进的检测技术加强农药残留监测，如气相色谱与质谱联用、液相色谱与质谱联用、毛细管电泳与质谱联用等。这些技术的应用，大大提高了

3、农药残留检测的定性能力和检测的灵敏度、检测限和检测覆盖范围。欧盟2000/24/EC和2000/42/EC规定了更为严格的残留限量规定 ；欧盟对输欧中国茶叶至少要检验下列25种农药（包括异构体）的残留量，如乙酰甲胺磷，乐果，甲胺磷，三唑磷，氯氟氰菊醒，氟氯氰菊酯，甲氰菊酯，联苯菊酯，氰戊菊酯，氯菊酯，氟胺氰菊酯，氯氰菊酯，六六六，滴滴涕，三氯杀螨醇，三氯杀螨砜，六氯苯，硫丹，噻嗪酮。农药残留监测2002年日本卫生署对218种农药制订出了9,000多个最高残留限量。其中对蔬菜类农产品制定的残留限量最为齐全，制订了3,728个最高残留限量，分别对十字花科、薯类、葫芦科、菊科、蘑菇类、伞形科、茄科、

4、百合科、单列蔬菜品种等蔬菜类别制定了最高残留限量，如对大白菜制定了77种农药的MRL，对蘑菇类农产品制定了141个农药最高残留限量。对大米制订了122种农药的最高残留限量 。兽药残留分析质谱法已成为兽药残留分析常用的定量及确证方法。为了确保兽药残留分析的可靠性，欧盟在兽药残留鉴定中提出具有最大残留限量的残留鉴定分值（identification point， IP）需要3分，而禁用兽药需要4分。低分辨单级质谱每个离子仅1分，高分辨质谱为2分，而串联质谱的母离子为1分、子离子为1.5分。GC-MS与GC比较1、GC-MS定性参数增加：除保留时间外， GC-MS还提供质谱图，由质谱图、分子离子峰得

5、到的分子量、碎片峰强度、同位素离子峰比，选择离子的子离子质谱图使定性可靠；2、MS为GC的通用性检测器，可检测多类不同的化合物，而不受基质的干扰；3、采用选择离子检测技术或串联质谱技术，可以降低化学噪音的影响;4、同位素稀释技术或内标化合物的应用，MS定量分析的灵敏度极大改善；什么是理想的质谱计?样品进入?黑匣子保留时间分子量分子结构信息给出答案真空系统进样系统检测器数据系统质量分析器离子化方法质谱的组成大气质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。真空系统真空系统是MS分析的基础；离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作；减少本底干扰，避免离子-分子反应。 机械泵 分子涡轮泵 油

6、 扩散泵 离子泵 升华泵真空系统样品入口检测器数据系统质量分析器离子化方法大气质谱的组成 -1进样系统 色质联用仪的进样系统由色谱仪和接口组分； 接口是色谱联用的关键装置。1、不影响色谱柱的分离柱效，不破坏离子源的高真空；2、除去流动相，使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源；3、不改变色谱分离后各组分的组成和结构。 气体 例如：气相色谱仪(GC/MS) 液体 例如：液相色谱仪(LC/MS) 固体 固体进样杆(Probe)真空系统样品入口检测器数据系统质量分析器离子化方法大气质谱的组成 -2离子源 是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使生成的离子会聚成为一定几何形状和一定能量的离子束，进入

7、质量分析器被分离。 离子源的结构和性能与质谱的灵敏度和分辨率有关 样品分子电离的难易与其分子组成和结构有关，为使稳定性不同的样品分子在电离时获得分子离子信息，需要不同的电离方法。通常的离子源电子轰击离子源 EI化学电离源CI正化学电离源PCI负化学电离源NCI电喷雾离子源ESI大气压化学电离源APCI 热喷雾电离源 TSI 快原子轰击电离源 FABLC/MSGC/MSEI 离子化em3m2M+EI为应用最多、最广泛，质谱图特征性强。硬脂酸甲酯EICIEI/CI501001502002503003500100%0100%0100%284282142107712492141772532882842

8、8214210771249214179253288284282249142107712141772532882 pg 六氯苯60 ng 六氯苯200 pg 六氯苯EI谱图在TRACE MS EI/70获得的结果PCI 离子化CH4eC2H5+MH+C2H4(M+H)+硬脂酸甲酯准分子离子为最强峰CI谱图50100150200250300350m/z0100%0100%0100%200183201217Scan CI+183105184211223Scan CI+10577517678182106181152183Scan EI+苯甲酮, EI苯甲酮甲烷 CI+苯甲酮氨 CI+EI和PCI的比较

9、 使用甲烷和氨气NCI 离子化CH4eCH4+CH3+HCH4CH4CH4eCH4eCH4+CH3+HCH4CH4CH4eHexachlorobenzeneParathionCI是利用反应气体的离子与样品分子发生的分子-离子反应，分子离子峰特征性强。EI/NCI质谱图EI和CI的质谱图50100150200250300350400450500550m/z0100%51051151250100150200250300350400450500550m/z0100%241213510242EIOOOCF3CF3CH3NCI一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：M+H+和 M_一次进样，交替产生

10、六氯苯的正负化学电离扫描：M+H+和 M_分子量非极性极性EI/CIESIAPCI100,0001000哪种离子化方式?离子化和碎片离子化硬软无碎片有碎片APIEICI真空系统样品入口检测器数据系统质量分析器离子化方法大气质谱的组成 - 3质谱仪的核心，是利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置、时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离 ，得到质谱图。质量分析器四极杆80% 的台式质谱仪 (3000/年)HP, PE, TMQ, Shimadzu离子阱20%的台式质谱仪 (700/年)Varian, TMQ飞行时

11、间 (ToF)目前用户较少 (50-60/年)Leco, Micromass, TMQ扇形磁场通常不是台式仪器扇形磁场质量分析器+ 离子束通过变化的磁场和电场，其运动的曲率半径与离子的质荷比和加速电压有关，得到空间位置的分离。四极质量分析器+离子通过改变四极杆的DC/RF电压而被扫描离子阱原理与四极杆的非常相似离子被存储在RF和DC场中扫描场逐出精确m/z的离子飞行时间质量分析器+所有离子同时启动小的离子移动速度快测量已知距离下的速度(飞行时间)离子源/质量分离器类型之一：外离子源/四极杆离子化效率1%0.1%离子传输效率1%10%离子源/质量分离器类型之二：外离子源/四极离子阱离子传输效率1

12、%10% 内离子源/四极离子阱顶端底端环电极色谱柱进口灯丝电子倍增器o离子阱组件AGC gateupper end cap electrodering electrodelower end cap electrodeelectron beam M - P+ P+ - F - D+ion beam真空系统样品入口检测器数据系统质量分析器离子化方法大气质谱的组成 - 4检测器类型电子倍增器多通道板检测器光电倍增管阵列检测器真空系统样品入口检测器数据系统质量分析器离子化方法大气质谱的组成 - 5数据系统 快速准确地采集和处理数据，监控仪器的工作状态，实现全自动操作。GC/MS组成Gas supply

13、 (Helium)Vacuum SystemIon SourceAnalyserDetectorMass SpectrometerGCAnalystInstrument controlData acquisitionData processingData storageInterfaceSample injected into GCCompound is ionisedIons are analysedGC-MS考察指标质量分析器质量范围离子源检测系统真空系统控制系统灵敏度（EI 、CI+ 、CI- ）分离相邻峰的能力分子离子M+H+M.+M-H-分辨率FWHM10% 峰谷m/MM+H+m/z

14、intensity质谱分辨率灵敏度?四极杆质谱仪在全扫描模式下能分析到低于pg级的水平四极杆仪器最终的灵敏度在选择离子(SIM)模式下能分析到低至fg级的水平什么是SIM模式?不采集全质谱图，仅采集样品中特征离子分子离子特征碎片提高置信度 (离子的比率)仪器用更多的时间采集有用的数据使得灵敏度显著地改善采样频率快于全扫描，所以定量精度得到改善更少的样品更好的信噪比全扫描和SIM8.3008.4008.5008.6008.7008.8008.9009.0009.100time0100%0100%2 pg 六氯苯，全扫描选择离子 m/z 283.8100 fg六氯苯SIM of m/z 283.8

15、什么是选择离子监测 - SIM?代替全质谱范围的扫描，质谱仪允许仅在数个质量数范围扫描正如我们集中在数个质量数范围扫描，我们能够采集更长的时间 与全扫描相比，SIM灵敏度可提高10到100倍这是四极杆质谱仪的特点数据观察 - 选项总离子流色谱图观察所有色谱和可见峰的最好方法选择离子色谱图观察某一化合物的最好方法 消除背景的影响 增加信噪比 分离共流出物峰SIM - 缺点没有质谱图 - 不能用于未知物分析你必须知道哪个离子需要采集方法设置需要更多的时间SIM仅对目标化合物有用途质量色谱图和TICTICMass 2401.401.601.802.002.202.402.602.803.00Time

16、0100%0100%240.271.41e5TIC4.67e5TIC图上显示的两个接近的流出峰，但每个峰是具有不同质谱指纹的不同化合物.数据观察 -选择离子色谱图11.0012.00Time0100%TIC1.57e5数据观察 -选择离子色谱图100200300400500600m/z0100%254.2194.2507.3334.3399.7100200300400500600m/z0100%194.2580.4402.2226.2460.211.0012.00Time0100%TIC1.57e5选择离子色谱图提取出离子给出更好的信噪比消除背景影响分离共流出物峰提取出离子也能用于: 峰的跟踪

17、准确定量分离共流出物峰10.5011.0011.5012.0012.50Time0100%0100%0100%254.235.81e4194.206.14e4TIC1.57e5质量254质量 194TICMSn50100150200250300350m/z0100%2842821421077124921417725328850100150200250m/z0100%50100150200250m/z0100%50100150200250m/z0100%碎片的碎片的碎片.质谱解析分子离子：样品分子在电离过程中失去一个电子而形成的单电荷离子；碎片离子：碎片离子是解析质谱图，推断物质分子结构的重要信

18、息；多电荷离子：带2个或更多电荷离子；同位素离子：利用同位素离子强度比可以判断化合物是否含有氯、溴、硫等原子及数量；扫描50到300amu流入质谱仪的化合物质谱图.60801001201401601802002202402602803000100%240241质谱定性分析一般程序1、对质谱图进行分析，确认基峰、分子离子峰、同位素峰强度比；2、计算机检索，确定重要的匹配化合物；3、应用质谱知识解释裂解过程，说明重要碎片峰的形成；4、谱图中如果没有分子离子峰，采用其它软电离技术进行分子离子峰确认，并推断合理的中性丢失；5、推断可能的分子式和结构式；6、了解样品的有关信息，并辅助其它手段，如:UV、IR、NMR、EA，进行结构分析。谱库检索注意点1、质